基于A(yíng)VR單片機的控制系統設計

現在許多的系統都采用了多通道Input/Output的設計，控制系統的設計也日趨復雜、龐大，所以有必要將控制電路單獨分離出來(lái)。過(guò)去許多系統均采用C51系列單片機作為控制電路，但其功能有限，電路設計較為復雜、影響了系統的穩定性，也不易擴展。本文介紹的AVR單片機由美國ATMEL公司生產(chǎn)，采用RISC指令集，內置RAM及可以擦寫(xiě)數千次的FLASH，采用哈佛結構，速度較快。ATmega128為此系列中功能最強大的一款，用于設計控制系統能適應現時(shí)復雜系統的要求。

AVR單片機介紹

ATMEL公司是世界上著(zhù)名的高性能低功耗非易失性存儲器和數字集成電路的一流半導體制造公司。AVR單片機由ATMEL公司開(kāi)發(fā)，是過(guò)去12年里第一個(gè)新發(fā)布的8位RISCMCU，執行大多數指令只需一個(gè)時(shí)鐘周期速度快(8MHzAVR≈200MHzC51)。其32個(gè)通用寄存器直接與ALU相連，消除了運算瓶頸；同時(shí)由于C編譯專(zhuān)家的參與，C代碼效率極高；用戶(hù)在享受C語(yǔ)言帶來(lái)的極大便利的同時(shí)無(wú)需擔心消耗更多的資源。芯片內嵌可串行下載或自我編程的FLASH和E2PROM。具有以下功能：電壓檢測BOD復位源寄存器看門(mén)狗、PWM、10位A/D、模擬比較器、UART、I2C、SPI、實(shí)時(shí)時(shí)鐘等。具有Idle/Power-Save和Power-Down等低功耗運行模式，可電平中斷喚醒PowerDown。同時(shí)具有完整產(chǎn)品線(xiàn)，FLASH從1KB到128KB，E2PROM從64B到4KB，SRAM從128B到4KB，引腳數從8到64。

其中Atmeg128為AVR系列中的代表性產(chǎn)品之一。相比其它產(chǎn)品，該芯片有以下特性：

(1)先進(jìn)的RISC結構：133條功能強大的指令，大部分在單時(shí)鐘周期內完成，32×8個(gè)通用工作寄存器+外設控制寄存器，最高可工作在16MHz下，性能可達16MIPS；片內帶有執行時(shí)間為2個(gè)時(shí)鐘周期的硬件乘法器。
(2)程序和數據存儲區：128kB在線(xiàn)可編程Flash存儲器，可反復擦寫(xiě)1000次；可通過(guò)獨立的加密位選擇引導程序代碼段，可通過(guò)片內引導程序實(shí)現在線(xiàn)系統編程，寫(xiě)操作時(shí)真正可讀；4kB的EEPROM存儲區，可反復擦寫(xiě)100，000次。4kB的片內SRAM存儲區，可外部擴展為64kB。

系統硬件設計框架

硬件系統主要由CPU(AVR單片機)、人機操作和顯示接口(液晶顯示、鍵盤(pán)、指示燈和蜂鳴器)、通信接口組成。系統框圖如圖1所示

圖1　系統硬件設計框圖

CPU為核心處理器件，通過(guò)I/O接口方式或A/D總線(xiàn)方式與液晶、顯示鍵盤(pán)、指示燈和蜂鳴器交互，作者實(shí)現了兩個(gè)版本，分別采用I/O方式和A/D總線(xiàn)方式。通信接口主要用到了UART接口和擴展的網(wǎng)絡(luò )接口。其中UART提供了RS-232和RS-485接口，RS-232提供全雙工單對單通信同時(shí)，而RS-485以主/從方式與系統的多個(gè)部分通信，可用于多通道的輸入輸出設備。該芯片本身并不帶網(wǎng)絡(luò )接口，通過(guò)擴展一個(gè)W3100A連接RT-L8201(L)芯片，實(shí)現TCP/IP協(xié)議棧，從而使設備可以接入LAN，實(shí)現在LAN內的遠程控制管理和監控。