基于AVR單片機的電視標準制式圖象發(fā)生器

1、 基于AVR單片機的電視標準制式圖像發(fā)生器Based on AVR monolithic integrated circuit television standard service pattern image generator36摘 要由于電視技術的快速發(fā)展，目前視頻信號疊加、圖像處理已廣泛運用于生活的各種場合。為了可以獲得更好的圖像的采集和處理，嵌入式微處理器被越來越廣泛地應用。AVR單片機是由ATMEL公司研發(fā)出的增強型內置Flash的精簡指令集高速8位單片機。它也是嵌入式微處理器的一種類型，嵌入式微處理器在運算速度、可擴充能力、系統(tǒng)可靠性、功耗和集成度等方面得到了突飛猛進的發(fā)展。AV

2、R由于其全新的硬件設計和高效的C編譯效率,使其具有強大的功能，完全可以滿足黑白全電視信號產生的要求。本課題利用AVR系列的Mega16單片機的定時功能產生視頻信號、同步信號,并將同步信號和視頻信號合成為模擬全電視信號，實現(xiàn)電視制式逐行掃描圖像的生成。 關鍵詞：AVR 電視制式 同步信號 視頻信號 圖像發(fā)生器ABSTRACTAs a result of the television technology fast development, the video signal superimposition, the imagery processing widely have utilized a

3、t present in life each kind of situation. In order to may obtain a better image gathering and processing, the embedded microprocessor more and more widely is applied. The AVR monolithic integrated circuit is in the enlargement mode which researches and develops by ATMEL Corporation sets at Flash to

4、simplify the set of instructions high speed 8 monolithic integrated circuits. It is also one kind type of embedded microprocessor in the operating speed, expand aspects and so on , system reliability, power loss and integration rate obtained the development which progressed by leaps and bounds. AVR

5、as ar its brand-new hardware design and highly effective C translation efficiency, enable it to have the formidable function, definitely may satisfy the request which the black and white entire television signal produces.The topic using AVR series of Mega16 which produces the video signal, the synch

6、ronized signal, it simulates the synchronized signal and the video signal synthesis the entire television signal, realizes the TV service pattern by the line scan image production. Key words: AVR, television service pattern, synchronized signal, video signal image generator目 錄第一章 緒 論11.1 引言11.2 論文目的

7、1第二章 電視簡介22.1電視基本原理及制式22.2電視術語32.3 視頻信號的組成3第三章 AVR MEGA16單片機介紹113.1 AVR單片機概述113.2 AVR單片機硬件介紹123.3. AVR單片機的開發(fā)17第四章 電視標準制式圖像發(fā)生器214.1 總體設計214.2 硬件設計214.3 軟件設計234.4 實驗及結果30結 論32致 謝33參考文獻34第一章 緒 論1.1 引言由于嵌入式系統(tǒng)應用技術的不斷發(fā)展，對于核心處理器性能的要求越來越高，一些傳統(tǒng)控制芯片已經(jīng)難以勝任許多復雜的任務。由于種種原因，國內科研人員比較習慣于使用傳統(tǒng)的 51 系列單片機設計應用系統(tǒng)，而這種選擇常帶來

8、種種限制，甚至影響到整個系統(tǒng)的性能水平。隨著微控制器技術的快速發(fā)展，國外的工程師近幾年來已經(jīng)較少有人使用 51 系列開發(fā)新產品。因此，我們有必要緊跟電子技術發(fā)展的前沿，研究單片機技術的最新進展，熟悉新型高性能芯片的性能，掌握其應用技巧，為設計出有競爭力的高性價比的高端嵌入式系統(tǒng)創(chuàng)造條件。1.2 論文目的近年來單片機技術得到快速發(fā)展，出現(xiàn)了一批新型高性能單片機，為高端應用提供了選擇空間，ATMEL 公司的 AVR 系列單片機就是其中的一種。獨特結構的 8-bit RISC CPU 與在線自編程 Flash 的結合，單時鐘指令，為 C 語言優(yōu)化的指令系統(tǒng)設置，以及豐富的片載外圍接口電路，使功能強大

9、的 AVR 單片機成為一款高度靈活和高性價比的芯片，為許多高端嵌入式系統(tǒng)設計提供了優(yōu)秀的解決方案。本課題利用Mega16單片機的定時器中斷產生視頻信號、同步信號，利用其高速度進行像素填充，實現(xiàn)圖像信號的生成。將視頻信號和同步信號通過視頻DAC系統(tǒng)合成為全電視信號，通過示波器查看信號的正確與否。本設計的主要工作量在于單片機編程，這里采用了ICCAVR編譯器，并用C語言作為編程語言，來實現(xiàn)電視制式圖像的生成。本論文涉及到的系統(tǒng)設計方案，充分發(fā)揮了這種芯片的優(yōu)良性能。比照使用 51 系列單片機，簡化了硬件設計，提高了系統(tǒng)性能，并預留出充足的擴展空間。第二章 電視簡介2.1電視基本原理及制式2.1.1

10、 電視基本原理電視的基本工作原理可以簡單概括為：在發(fā)送端，用電視攝像機拍攝外界景物，經(jīng)攝像器件的光電轉換作用將景物內容的亮度和色度信息按一定規(guī)律變換成相應的電信號，作適當處理后通過無線電波或有線信道傳輸出去；在接收端，用電視接收機接收電視信號，經(jīng)顯示裝置的電光轉換作用后，將電視信號按對應的空間關系轉換成相應的景物畫面，即在屏幕上重現(xiàn)原始景物的彩色畫面。2.1.2 電視制式電視的制式就是對電視信號進行加工、處理和傳輸?shù)募s定方式。目前，有三種彩色和黑白兼容的電視制式：NTSC制、PAL制和SECAM制。NTSC制式主要應用在中南美洲和亞洲的部分國家，PAL制式在亞洲和歐洲應用廣泛，SECAM制式主

11、要用于法國及非洲。為了克服NTSC制的相位敏感性,1962年德國研究出了一種PAL制，又叫“逐行導相正交平衡調幅制”。它是在NTSC基礎上，又對一個色差信號（R-Y）進行逐行導相的處理。西歐、英國和我國等采用此種制式。PAL掃描方式以2:1隔行掃描,每幀圖像由兩場組成，每場為312.5行主要參數(shù)如下:場頻為50Hz,每幀625行，行頻為15625Hz，行周期為64s,場周期為20ms, 場逆程時間25H(1.6ms),H為行周期，行逆程時間為11.8us。2.2電視術語1. 圖像幀電視系統(tǒng)中把構成一幅圖像的各像素傳送一遍稱為進行了一個幀處理，或稱為傳送了一幀，每幀圖像是由許多像素組成的2. 掃

12、描將組成一幀圖像的像素，按順序轉換成電信號的過程（或逆過程）稱為掃描。掃描的過程和我們讀書時視線從左到右、自上而下依次進行的過程類似。從左至右的掃描稱為行掃描；自上而下的掃描稱為幀(或場)掃描。電視系統(tǒng)中，掃描多是由電子槍進行的，通常稱其為電子掃描。 3. 隔行掃描 所謂隔行掃描，就是在每幀掃描行數(shù)不變的情況下，將每幀圖像分為兩場來傳送，這兩場分別稱為奇場和偶場。奇數(shù)場傳送1、3、5、奇數(shù)行；偶數(shù)場傳送2、4、6、偶數(shù)行。世界各國大多采用隔行掃描的PAL的隔行掃描。4.掃描行數(shù) 圖像的清晰度，圖像信號的帶寬都與掃描行數(shù)有關。通常，掃描行數(shù)越多，分解成的圖像像素數(shù)越多，原圖像的細節(jié)就呈現(xiàn)得越清晰

13、，但帶寬也會急劇增加，于是在一定波段中可安排的電視頻道數(shù)目減少。所以,掃描行數(shù)是一個很重要的指標。5.順序制傳送按一定順序將一個個像素的光學信息輪流轉換成電信號，用一條傳輸通道依次傳送出去，在接收端的屏幕上再按同樣的順序將電信號在相應的位置上轉換成光學信息。2.3 視頻信號的組成電視為了重現(xiàn)圖像，必須傳送圖像信號:為了消去行、場掃描的回掃線，使其少干擾正常的圖像，必須傳送行、場消隱信號:為了保證掃描的同時，必須傳送復合同步信號。為了讓這三種信號能用一個通道傳送，在接收端可以方便地將它們分開，必須在發(fā)送端按一定規(guī)律將這三種信號組合起來，這個合成信號稱為黑白全電視信號。黑白全電視信號由圖像信號、復

14、合同步信號和復合消隱信號組合而成。為了使三者相互少干擾,并且在接收端能夠方便可靠地進行分離，黑白全電視信號按下列形式組成:(1)圖按排在行、場掃描的正程，復合消隱和復合同步信號安排在行、場掃描的逆程。(2)圖像信號位于白色和黑色電平之間，復合消隱信號的電平規(guī)定比黑色電平稍黑。消隱電平和圖像黑色電平之差 稱為黑色電平提升。圖2-1為一行全電視信號。 圖2-1.一行全電視信號從中可見，圖像信號、行消隱信號、行同步信號三者在時間與幅度上的差別:黑色電平提升量D等于消隱電平與白色電平差值70%的0.5%(3)復合同步電平比復合消隱電平具有更黑的電平，即“比黑還黑”。這樣復合同步信號與圖像信號、消隱信號

15、在幅度上有較大的差別，便于在接收端用簡單的限幅器(即同步分離級)，從全電視信號中分離出復合同步信號。圖像信號和復合消隱信號小必要再分開，可以直接送給顯像管作為圖像信號使用。如圖2-2，全電視信號山圖像信號、消隱信號和同步信號組成。順序的規(guī)定為:第一個齒脈沖的前沿即同步的前沿又兼為行同步的前沿規(guī)定為第一場(奇數(shù)場)起始點，掃描行序號從此計起。計到第312.5行第一場結束，第一場開始，直到第625行，完成一幀。25H的場消隱期間(H為一行掃描所需的時間)，有17行空閑，可傳送特定的測試行信號、臺標信號、標準時間、標準頻率、業(yè)務數(shù)據(jù)和圖文電視等。 圖2-2.全電視信號示意圖綜上所述，黑白全電視信號具

16、有三大特征：周期性、單極性和脈沖性。由于電視采用周期性的掃描，所以電視信號具有明顯的行、場周期性或準周期性。由于圖像亮度只有正值而無負值；所以電視信號是單極性的。電視信號的脈沖性表面為兩點：其一，圖像信號本身是一系列象素所產生的電脈沖信號組合而成的。其二，復合消隱和復合同步信號都是周期性的脈沖信號。2.3.1圖像信號圖像信號是攜帶著一行行、一場場景物信息的電信號，通常它是由攝像管產生的。怎樣畫出某些特殊圖像的信號波形呢？依據(jù)有兩點：(1)攝像管經(jīng)電子束掃描將一幅圖像的亮度分布進行象素分解，使之轉變成按逐行逐場時間順序排列的電信號。(2)攝像管某時刻輸出的電流信號正比于該時刻電子束所掃描象素的亮

17、度大小。例如電視臺每天播發(fā)的一幅八條從白到黑寬度相等的垂直條圖像，如圖 2-3（a）所示，其特點是：只有水平方向變化，而無垂直方向變化，所以它是按行周期變化的。按照信號幅度正比于亮度大小的原則畫出一行的信號波形如圖 2-3（b）所示。由于圖 2-4（a）所示的只有垂直方向變化，而無水平方向變化，顯然它是按場周期變化的。采用類似方法畫出一場的信號波形如2.4(b)。 圖2-3 垂直條圖像信號 圖2-4 水平條圖像信號由上兩例可見，因為圖像亮度只有正值而無負值，所以圖像信號也是單極性的。黑色的信號電平對應為零，灰色和白色的信號電平都是正值而無負值。圖像信號的極性在電路傳送與處理過程中是經(jīng)常變化的，

18、如電路某處為正極性，經(jīng)過一次放大倒相后，就變成負極性的了。為了方便起見，有如下規(guī)定：若圖像越亮，信號電平越高，則稱為正極性圖像信號。反之若信號電平隨著圖像亮度的增加而降低，則稱為負極性圖像信號。上述兩例所對應的負極性圖像信號分別如圖 2-3（c）和圖 2-4（c）所示。2.3.2消隱信號 消隱信號在攝像設備中是防止掃描束在逆程檢取光電信號，在顯像設備中是防止掃描的逆程在屏路上顯出光跡、混淆圖像。一般攝像設備的消隱時間小于顯像設備的消隱時間。例如廣播電視攝像機就利用行脈沖、場脈沖作消隱信號。行脈沖寬 7.7微秒，場脈沖寬 9 行至 15 行周期，見圖 2-5，其中H 表示一行的周期。圖2-5 推

19、動脈沖信號廣播電視送給接收機的消隱信號比較長，這是為了保護同步信號，和允許接收機有稍長的逆程時間。行消隱與場消隱組合成一個復合消隱信號，其中行消隱寬 12 微秒，場消隱寬約 25 行周期；它們具有一樣的電平，見圖 2-6。上下兩列波形的差別在于行場消隱的相對時間（位置）圖2-6 復合消隱信號錯開半行周期，這是隔行掃描所決定的。由于給顯像設備的消隱信號時間寬度比攝像的消隱時間長，所以接收機屏幕顯示的場面比攝像的場面小。這里場面的意思是對原景范圍來說，而不是指屏幕尺寸。在攝像機的尋象器上顯示出攝取到的場面，尋象器屏幕上還刻有一個矩形框指示播出的幅面（場面）大小。接收機顯像屏幕能顯示的最大場面，是由

20、復合消隱信號的時間參數(shù)決定的。 從工作時間效率的角度上看，消隱是個消極因素，然而消隱信號能提供固定的基準電平，這對于正確重顯亮度層次又是極為重要的，是積極的作用。消隱基準電平是應用鉗位技術的前提。為了避免失真，在調制顯像器件的，必須恢復信號的平均電平，消隱電平可以作為一個參考基準。因此，消隱信號對圖像的幅面、亮度特性都是有作用的。 2.3.3同步信號 當同步信號與圖像信號分別傳送時，同步信號就可以用圖 所示的脈沖信號，行脈沖、場脈沖各自專線饋送，各不相干。實際上經(jīng)常把行同步、場同步與復合圖像信號混合成為全電視信號，一起傳送給接收顯像設備。廣播電視就必須采用這種方式。同步信號的設計必須考慮它對圖

21、像的影響，在顯像設備中分離同步信號的方便，使用的可靠。把同步信號擠在消隱期內傳送，可以不再降低電視系統(tǒng)的時間利用效率。為了使顯像設備能直接利用全電視信號來調制顯像，同步信號不應在屏幕上顯示出任何光跡。同步信號以脈沖形式加在消隱電平上，它的極性與圖像信號極性相反，這意味著同步電平比黑電平“更黑”。同步信號幅度與圖像信號幅度之比為三比七，在全電視信號中成為三七開。復合同步脈沖信號包括行同步信號和場同步信號。行同步信號用來控制行掃描，在發(fā)送端每行結束時，發(fā)出一個行同步脈沖，接收機收到這個脈沖后，立刻結束一行的掃描而開始回掃。同樣，場同步信號用來控制接收機場掃描的回掃。行、場掃描的逆程期間傳送同步信號

22、，這樣，同步脈沖就不會在屏幕上顯示出來。為了便于在接收端將行同步脈沖與場同步脈沖分離，這兩種脈沖的寬度不同。行同步脈沖的寬度是 4.7，場同步脈沖的寬度 2.5h（h為行周期,h64）即為 160。復合同步信號的波形如圖2-7 所示圖2-7 復合同步信號波形行同步脈沖疊加在行消隱脈沖上，寬度為 4.7 us，脈沖前沿比行消隱脈沖前沿遲后 1.5us，形成行消隱前肩；并在行同步之后有一個 5.8us 的行消隱后肩，消隱后肩可以提供基準的消隱電平。如圖 28 所示。一行的起始時刻從行同步的前沿為基準開始計時的，是以行同步前沿時刻開始行掃描電流逆程的。 圖2-8 行同步脈沖場同步脈沖疊加在場消隱脈沖

23、上，寬度為 2.5H160us，其前沿比場消隱前沿遲后 2.5H=160us。場同步規(guī)定為一場圖像信號的起始時刻，控制場掃描逆程開始。如圖29 所示。 圖2-9 場同步脈沖由于奇偶場同步脈沖與其緊密相鄰的前面的行同步脈沖有間隔為 H 和 H/2之分，會導致奇偶場積分起始電平有差異，使奇偶場時間間隔不同，為保證隔行掃描良好，將寬 160us 的場消隱前肩上的行同步改為每半行一個寬度為 2.35us 的 5 個前均衡脈沖，它們在場同步脈沖前起到緩沖作用，保證隔行掃描光柵精確鑲嵌。同時，均衡脈沖的前沿仍可給出行同步信息。在場同步脈沖后加入 5 個后均衡脈沖。第三章 ATmega16單片機介紹3.1

24、AVR單片機概述AVR單片機是1997年由ATMEL公司研發(fā)出的增強型內置Flash的RISC(Reduced Instruction Set CPU)精簡指令集高速8位單片機，廣泛應用于計算機外部設備、工業(yè)實時控制、儀器儀表、通訊設備、家用電器等各個領域。AVR單片機的片內資源很豐富，其包括:128K字節(jié)可下載的FLASH存儲器、4K字節(jié)的EEPROM, 4K字節(jié)的RAM, 32條通用的I/0線、32個通用工作寄存器、模擬比較器、定時/計數(shù)器、可編程異步串行口、內部及外部中斷、帶內部晶振的可編程看門狗定時器、SPI串行口、10位A/D轉換器以及閑置模式和掉電模式2個可選擇的省電模式等。其在指

25、令執(zhí)行速度、保密性等方面都明顯優(yōu)于其他類型的單片機，AVR單片機內置的FLASH存儲器支持在線下載和在系統(tǒng)編程工作，操作很方便。 AVR單片機系列齊全，可適用于各種不同場合的要求。分為3個檔次:低檔Tiny系列AVR單片機:主要有Tinyll/12/13/15/26/28等;中檔AT90S系列AVR單片機:主要有AT90S1200/2313/8515/8535等;(此系列正在淘汰或轉型到Mega系列中)高檔ATmega系列AVR單片機:主要有ATmega8/16/32/64/128(存儲容量為8/16/32/64/128 KB)以及ATmega8515/8535等。本設計采用的Atmega16

26、單片機是AVR單片機中的高檔機型，是基于增強的AVR RISC結構的低功耗8位CMOS微控制器，其具有先進的指令集以及單時鐘周期指令執(zhí)行時間，Atmega16的數(shù)據(jù)吞吐率高達1 MIPS/MHz，緩解了系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。相對于中低檔的AVR單片機，Atmega16對定時/計數(shù)器及預分頻器、外部存儲器接口、電源管理、SPI和IJART等方面都做了一定的改進，克服了中、低檔機存在的不足，從而更加適用于工業(yè)控制、家電等方面的應用，本設計采用此類機型的目的就是為了跟上AVR單片機機型的更新速度。 3.2 AVR單片機硬件介紹3.2.1 Atmega16引腳 圖3-1 芯片引腳引腳說明：V

27、CC 數(shù)字電路的電源GND 地端口A(PA7.PA0) 端口A 做為A/D 轉換器的模擬輸入端。端口A 為8 位雙向I/O 口，具有可編程的內部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅動特性，可以輸出和吸收大電流。端口B(PB7.PB0) 端口B 為8 位雙向I/O 口，具有可編程的內部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅動特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時，若內部上拉電阻使能，端口被外部電路低時將輸出電流。在復位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還未起振，端口B 處于高阻狀態(tài)。端口B 也可以用做其他不同的特殊能。端口C(PC7.PC0) 端口C 為8 位雙向I/O 口，具有可編程的內部上拉電阻。作為輸入使

28、用時，若內部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時將輸出電流。在復位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還未起振，端口C 處于高阻狀態(tài)。端口D(PD7.PD0) 端口D 為8 位雙向I/O 口，具有可編程的內部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅動特性，可以輸出和吸收大電流作為輸入使用時，若內部上拉電阻使能，則端口被外部電路拉低時將輸出電流。在復位過程中,即使系統(tǒng)時鐘還未起振,端口D 處于高阻狀態(tài)。RESET 復位輸入引腳。持續(xù)時間超過最小門限時間的低電平將引起系統(tǒng)復位。持續(xù)時間小于門限間的脈沖不能保證可靠復位。XTAL1 反向振蕩放大器與片內時鐘操作電路的輸入端。XTAL2 反向振蕩放大器的輸出端。AVCC AV

29、CC是端口A與A/D轉換器的電源。不使用ADC時，該引腳直接與VCC連接。使用ADC時應通過一個低通濾波器與VCC連接。AREF A/D 的模擬基準輸入引腳。3.2.2 ATmega16功能簡介1.作為通用數(shù)字I/O 的端口Mega16的通用數(shù)字I/O端口是具有可選上拉電阻的雙向I/O端口。每個端口引腳都有三個寄存器位：DDRxn、PORTxn和PINxn。DDRxn位于DDRx寄存器，PORTxn位于PORTx寄存器，PINxn位于PINx寄存器。DDxn用來選擇引腳的方向。當DDRxn設置為“0”時，對應的I/O口設為輸入。當引腳配置為輸入時，若PORTxn為“1”，上拉電阻將使能。如果需

30、要關閉這個上拉電阻，可以將PORTxn清零，或者將這個引腳配置為輸出。若DDRxn設置為“1”時，對應的I/O口設為輸出。當引腳配置為輸出時，若PORTxn為“1”，引腳輸出高電平（“1”），否則輸出低電平（“0”）。不論如何配置DDRxn，都可以通過讀取PINxn寄存器來獲得引腳電平。PINxn寄存器的各個位與其前面的鎖存器組成了一個同步器，這樣就可以避免在內部時鐘狀態(tài)發(fā)生改變的短時間范圍內，由于引腳電平變化而造成的信號不穩(wěn)定。其缺點是引入了延遲。需要注意的是，如果設置某一個端口為輸出，需要延時一個機器周期才能讀取到正確的輸出值。系統(tǒng)復位后，所有的I/O端口設置為輸入，且內部上拉使能。端口引

31、腳配置：DDxnPORTxnPUB(IN SFOIR)I/O上拉電阻說明 0 0 XINPUTNO高阻態(tài)(HI-Z) 0 1 0INTPUTYES被外部電路拉底時將輸出電流 0 1 1INPUTNO高阻態(tài)(HI-Z) 1 1 XOUTPUTNO輸出底電平(吸收電流) 1 1 XOUTPUTNO輸出高電平(輸出電流) 圖3-2 端口引腳配置2.外部中斷 外部中斷通過引腳INT0、INT1 與INT2 觸發(fā)。只要使能了中斷，即使引腳INT0.2 配置為輸出，只要電平發(fā)生了合適的變化，中斷也會觸發(fā)。這個特點可以用來產生軟件中斷。通過設置MCU 控制寄存器MCUCR 與MCU 控制與狀態(tài)寄存器MCUC

32、SR，中斷可以由下降沿、上升沿，或者是低電平觸發(fā)(INT2 為邊沿觸發(fā)中斷)。當外部中斷使能并且配置為電平觸發(fā)( INT0/INT1)，只要引腳電平為低，中斷就會產生。若要求INT0 與INT1 在信號下降沿或上升沿觸發(fā)， I/O 時鐘必須工作，如P22“ 時鐘系統(tǒng)及其分布” 說明的那樣。INT0/INT1的中斷條件檢測INT2 則是異步的。也就是說，這些中斷可以用來將器件從睡眠模式喚醒。在睡眠過程( 除了空閑模式) 中I/O 時鐘是停止的。通過電平方式觸發(fā)中斷，從而將MCU 從掉電模式喚醒時，要保證電平保持一定的時間，以降低MCU 對噪聲的敏感程度。電平以看門狗的頻率檢測兩次。在5.0V、2

33、5C 的條件下，看門狗的標稱時鐘周期為1 s?？撮T狗時鐘受電壓的影響，具有“ 電氣特性” 。只要在采樣過程中出現(xiàn)了合適的電平，或是信號持續(xù)到啟動過程的末尾， MCU就會喚醒。啟動過程由熔絲位SUT 決定，如P22“ 系統(tǒng)時鐘及時鐘選項” 所示。若信號出現(xiàn)于兩次采樣過程，但在啟動過程結束之前就消失了， MCU 仍將喚醒，但不再會引發(fā)中斷了。要求的電平必須保持足夠長的時間以使MCU 結束喚醒過程，然后觸發(fā)電平中斷。3.位定時器/ 計數(shù)器16位的T/C 可以實現(xiàn)精確的程序定時( 事件管理)、波形產生和信號測量。其主要特點如下 真正的16 位設計( 即允許16 位的PWM) 2 個獨立的輸出比較單元

34、雙緩沖的輸出比較寄存器 一個輸入捕捉單元 輸入捕捉噪聲抑制器 比較匹配發(fā)生時清除寄存器( 自動重載) 無干擾脈沖，相位正確的PWM 可變的PWM 周期 頻率發(fā)生器 外部事件計數(shù)器綜述大多數(shù)的寄存器和位定義以通用的方式表示。小寫“n” 表示T/C 序號，小寫“x” 表示輸出比較通道號。但是在寫程序時要用完整的、精確的名稱。如用 TCNT1 表示訪問 T/C1計數(shù)器值等。下面對用到的寄存器進行介紹。(1). T/C1控制寄存器ATCCR1A 說明如下：位7:6(COM1A1:0)用于設置通道A 的比較輸出模式，位5:4 (COM1B1:0) 用于設置通道B 的比較輸出模式。FOC1A,FOC1B為

35、強制輸出比較匹配，WGM11,WGM10與TCCR1B的WGM13,WGM12配合，用來設置PWM輸出的模式。(2). T/C1控制寄存器BTCCR1B 說明如下：ICNC1用來設置輸入噪聲抑制允許，ICES1用來選擇輸入觸發(fā)方式，可以選擇下降沿和上升沿。CS12,CS11,CS10用來選擇時鐘源，可以選擇預分頻比例或外部時鐘。(3).定時/計數(shù)器中斷屏蔽寄存器TIMSK說明如下：OCIE2允許T/C2比較匹配中斷，TOIE2允許T/C2 溢出中斷。TICIE1為T/C1輸入捕獲中斷允許標志位，當TICIE1被設為“1”，將使能T/C1的輸入捕獲中斷。OCIE1為T/C1輸出比較A匹配中斷允許

36、標志位，當OCIE1A被設為“1”，將使能T/C1的輸出比較A匹配中斷。OCIE1B為T/C1輸出比較B匹配中斷允許標志位，當OCIE1B被設為“1”，將使能T/C1的輸出比較B匹配中斷。TOIE1為T/C1溢出中斷允許標志位，當TOIE1被設為“1”，將使能T/C1溢出中斷。(4).定時/計數(shù)器中斷標志寄存器TIFR 說明如下：ICF1為T/C1輸入捕獲中斷允許標志位。OCF1A為T/C1輸出比較A匹配中斷允許標志位。OCF1B為T/C1輸出比較B匹配中斷允許標志位。TOV1為T/C1溢出中斷允許標志位，當T/C產生溢出時TOV1位被設為“1”。(5)T/C1計數(shù)寄存器 TCNT1H,TCN

37、T1L組成T/C1的計數(shù)器寄存器TCNT1,該寄存器可以直接被CPU讀寫訪問。 下面著重要介紹CTC模式（比較匹配清零模式），用于產生行定時。在CTC 模式(WGM13:0 = 4 或12) 里OCR1A 或ICR1 寄存器用于調節(jié)計數(shù)器的分辨率。當計數(shù)器的數(shù)值TCNT1 等于OCR1A(WGM13:0 = 4) 或等于ICR1 (WGM13:0 = 12) 時，計數(shù)器清零。OCR1A 或ICR1 定義了計數(shù)器的TOP 值，亦即計數(shù)器的分辨率。這個模式使得用戶可以很容易地控制比較匹配輸出的頻率，也簡化了外部事件計數(shù)的操作。計數(shù)器數(shù)值TCNT1一直累加到TCNT1與OCR1A 或ICR1匹配，然

38、后TCNT1 清零。利用OCF1A 或ICF1 標志可以在計數(shù)器數(shù)值達到TOP時產生中斷。在中斷服務程序里可以更新TOP 的數(shù)值。CTC模式工作原理如圖3.3所示。 圖3.3 CTC模式的時序圖3.3. AVR單片機的開發(fā)1.概述用C語言代替匯編語言，進行單片機和嵌入式系統(tǒng)開發(fā)，已成為一種趨勢。各MCU制造商都委托軟件公司開發(fā)了相應的C編輯器。如支持AVR系列的ICC和GCC，支持MCS51系列的C51，支持MCS196系列的 C196等 。在國內主要由廣州雙龍電子公司代理的ICCAVR編譯器，并提供相關的技術支持。2. ICCAVR編譯器AVR可以選用以下任何一款高級C語言開發(fā)工具：IARA

39、VR編譯器CodeVisionAVR編譯器,GCCAVR編譯器.ICCAVR編譯器.本論文使用ICCAVR編譯器。ICCAVR 是一個綜合了編輯器和工程管理器的集成工作環(huán)境IDE,其可在WINDOWS9X/NT等下工作。源文件全部被組織到工程之中文件的編輯和工程的構筑也在這個環(huán)境中完成編譯錯誤顯示在狀態(tài)窗口中并且當你用鼠標單擊編譯錯誤時光標會自動跳轉到編輯窗口中引起錯誤的那一行這個工程管理器還能直接產生您希望得到的可以直接使用的INTEL HEX 格式文件INTEL HEX 格式文件可被大多數(shù)的編程器所支持用于下載程序到芯片中去。ICCAVR 是一個32 位的程序支持長文件名。圖3-4 程序調

40、試窗口3.仿真和調試首先簡單介紹匯編編譯器:AVR Studio。它是ATMEL公司提供的AVR單片機的集成環(huán)境匯編級開發(fā)調試軟件,并且是免費軟件.ATMEL AVR Studio集成開發(fā)環(huán)境(IDE),包括了AVR Assembler編譯器、AVR Studio調試功能、AVR Prog串行、并行下載功能和JTAG ICE仿真等功能。下圖3-5是AVR Studio 4的界面：當程序編寫完之后，需要進行仿真及調試.ICCAVR編譯器輸出的COFF文件可以被AVR Studio4打開，進行軟件仿真。調試時可以在程序的適當位置設置斷點，也可以添加變量觀察窗口，查看變量的值。程序運行方式可以單步進

41、入、單步跳出或運行到斷點處，方便進行程序調試。4. 下載AVR單片機的程序可以用萬用編程器并行寫入，也可采用ISP在線下載編程方式用串行ISP（通過PC機RS232口或打印機口）在線編程擦寫，不必將IC芯片拆下拿到萬用編程器上擦寫，而直接在電路板上進行程修改、燒寫等操作，對于程序的調試和升級多很方便。5.熔絲位在應用時，要注意Mega系列必須寫熔絲位。燒熔絲時應注意：熔絲位SPINE不能通過串行方式編程；熔絲位CKOPT的作用與CKSEL有關。熔絲位BOOTSZ1.0的默認值定義的引導加載區(qū)為最大值1024字（熔絲位的設置如圖3.6所示）。下面是ATmega16的熔絲位的設置的介紹： ATme

42、ga16有兩個字節(jié)的熔絲位：熔絲位高字節(jié)(FHB)和熔絲位低字節(jié)(FLB)。熔絲位未編程的狀態(tài)為“1”，被編程后的狀態(tài)為“0” 。功能如表3-8所示：表3-7 熔絲位的功能表熔絲位名稱位用 途默認值OCDEN7編程時允許片上調試1JTAGEN6編程時允許JTAG下載0(允許JTAG下載)SPINE5允許串行編程和數(shù)據(jù)下載0 (允許SPI編程)CKOPT4晶振選項1EESAVE3芯片擦除時保護E2PROM1(E2PROM無保護)BOOTSZ12設置引導加載區(qū)大?。?12）0BOOTSZ01設置引導加載區(qū)大小0BOOTRST0設置復位向量1BODLEVEL7BOD觸發(fā)電平1BODEN6BOD允許1

43、(禁止BOD)SUT15設置復位啟動延長時間1SUT04設置復位啟動延長時間0CKSEL33選擇時鐘源0CKSEL22選擇時鐘源0CKSEL11選擇時鐘源0CKSEL00選擇時鐘源1第四章 電視標準制式圖像發(fā)生器4.1 總體設計本設計利用AVR系列的Mega16單片機的定時功能產生行、場同步信號，PORTD.1作為同步輸出端口，PORTD.0作為視頻信號輸出端口，通過視頻DAC系統(tǒng)，將同步信號和視頻信號合成為模擬全電視信號，然后通過示波器查看同步信號，并接到黑白電視機顯示。如圖4.1系統(tǒng)示意圖所示。圖4.1 系統(tǒng)示意圖這個系統(tǒng)分為硬件設計和軟件編程兩部分。其中單片機軟件編程工作是主要的。軟件設

44、計具體實現(xiàn)可以分為同步產生、圖像內容生成和圖像顯示三部分。下面分別予以闡述。4.2 硬件設計根據(jù)PAL制式的電平要求，同步負脈沖要求電平是-0.3V,黑色電平為0V,白色電平是0.7V, 而單片機輸出的是TTL電平，0-5V的電平范圍，這里有一個將TTL電平轉化為電視電平的問題。硬件部分應用的是DAC數(shù)模轉換系統(tǒng)。該系統(tǒng)由三個電阻和兩個二極管構成，完成同步信號和視頻信號的合成，來形成黑白全電視信號。二極管采用1N4148，其作用是輸出和輸入隔離，并和電阻配合，并產生同步負脈沖信號。而三個電阻中75歐的電阻有阻抗匹配的作用，工作原理分析如下。設視頻輸出端口電壓為v1，同步信號輸出電壓為v2,合成

45、的電視信號電壓為v0。分析如下： 圖4.2 DAC數(shù)摸轉換電路 （4.1）推得 （4.2）若1=2=0V，此時應處于行、場同步階段，計算得0=-0.1V，基本符合同步負脈沖的要求。若1=0V，2=5V，此時處于黑色顯示階段。計算得0 = 0.2V，符合黑色電平的要求。若1=5V，2=0V，這種情況并不存在，屬于無效情況，程序中已進行避免。顯示完一行后，通過將視頻端口置0，避免了此種情況。若1=5V，2=5V，此時處于白色顯示階段。計算得0=1.1V，基本符合白色電平的要求。注意到與電視電平有0.3V的直流偏移，這個可以通過0.1uF的耦合電容得到標準的電視電平，也可以不予以處理，電視Video

46、接收端有耦合功能。綜上，此電路經(jīng)過二極管和電阻的配合，可以完成將視頻信號和同步信號合成為全電視信號的功能。4.3 軟件設計單片機軟件編程工作在本次設計中是非常主要的。具體實現(xiàn)可以分為同步產生、圖像內容生成和顯示三部分。4.3.1 同步信號生成根據(jù)PAL隔行掃描的時序，行同步脈沖每64微秒發(fā)生一次。在內部晶振是8Mhz的情況，可以利用定時器1作計數(shù)器，在計數(shù)到622 產生匹配中斷。不過，如果使用63.095微秒,則行同步的周期為623個計數(shù)節(jié)拍，每幀的時間接近1/50秒，因此構建一個軟件計數(shù)器更容易些。如果從正常程序直接進入中斷服務程序，則每次進入的時間有可能差幾個機器周期（一個機器周期是125

47、納秒，也就是差了幾百個納秒），這個變化可能在電視上造成不可預料的毛刺。解決辦法是在中斷發(fā)生之前，使CPU休眠，并且把休眠指令放到一個while循環(huán)，這個循環(huán)每個行周期執(zhí)行一次。行1到行298是圖像顯示行，行298到行301是場消隱時間。在此期間，一些休眠指令分散到其中，保持同步準確。同步信號中，從行301到行313作為場同步時間，每計到行計數(shù)器是313的時候，行計數(shù)器置1，也就是開始下一幀。按照行,場同步時序的要求，在行同步中斷服務程序中，首先將行計數(shù)器加1，接著判斷是否是正常同步，還是場同步。若是正常同步，同步信號不需要翻轉，也就是行同步持續(xù)下去。若為場同步（從298行開始），同步信號翻轉，

48、有三行變成場同步脈沖。同時，每次進入中斷，都需要判斷是否到了一幀的結束，結束的話，將行計數(shù)器置1，開始新一幀。同步信號生成流程圖如圖4 .4所示。 圖4-4 同步信號流程圖4.3.2 圖像顯示內容生成圖像內容的生成實際上是填充顯示數(shù)組的過程。將要顯示的元素填充到顯示數(shù)組中，就可以逐行顯示數(shù)據(jù)，從而通過監(jiān)視器查看相應的效果。要顯示的圖像內容通常有畫點,畫線，顯示字符。以畫點為例。函數(shù)說明如下：輸入?yún)?shù)，點的X、Y坐標和點的類型（黑點，白點，反色點）。X坐標除以8，得到行寄存器坐標，Y坐標乘以8，以計算越過的行數(shù)，兩者相加，就得到對應顯示數(shù)組的下標值，然后根據(jù)點的類型，將對應點的位置置1，清零或取

49、反，從而實現(xiàn)了畫點功能。對應程序如下：void video_pt(char x, char y, char c)i=(int)x3) + (int)y3);if (c=1) screeni = screeni | 1(7-(x & 0x7);if (c=0)screeni = screeni & (1(7-(x & 0x7); if (c=2)screeni = screeni (1(7-(x & 0x7);輸出5*7字符到屏幕。點的x,y為坐標,字符是在二維數(shù)組數(shù)組中一個索引值，在指定的位置輸出一個5*7字符。void video_putchar(char x, char y, char c

50、) char j ; v7 = x; for (j=0;j7;j+) v1 = bitmapcj; /v1 = *(bitmap1+j+(c2)+(c1)+c); v8 = y+j; video_pt(v7, v8, (v1 & 0x80)=0x80); video_pt(v7+1, v8, (v1 & 0x40)=0x40); video_pt(v7+2, v8, (v1 & 0x20)=0x20); video_pt(v7+3, v8, (v1 & 0x10)=0x10); video_pt(v7+4, v8, (v1 & 0x08)=0x08);液晶屏上顯示的漢字也可認為是一種圖形。在計

51、算機中，漢字是以點陣的方式來表示的。顯示的時候，可以借助第三方軟件，提取漢字的字模數(shù)據(jù)代碼，然后在屏幕上像作圖一樣把它逐點地描出來，從宏觀上看，那就是大家熟悉的漢字了。其中，點陣的規(guī)模決定了漢字的大小和清晰度，通常有 1616、2424、4848等等。以下就以一個漢字顯示程序為例，介紹漢字顯示的方法。在指定的位置寫一個16*16點陣的漢字。void video_hz(char x,char y,char hz_index)unsigned char i=0;unsigned int hz_word1; unsigned char hz_word2;unsigned int hz_word;wh

52、ile(i32) hz_word1=hzhz_indexi; i+; hz_word2=hzhz_indexi; hz_word=(hz_word18)+hz_word2; video_pt(x, y, (hz_word&0x8000)=0x8000); video_pt(x+1, y, (hz_word&0x4000)=0x4000); video_pt(x+2, y, (hz_word&0x2000)=0x2000); video_pt(x+3, y, (hz_word&0x1000)=0x1000); video_pt(x+4, y, (hz_word&0x08000)=0x0800);

53、 video_pt(x+5, y, (hz_word&0x0400)=0x0400); video_pt(x+5, y, (hz_word&0x0200)=0x0200); video_pt(x+7, y, (hz_word&0x0100)=0x0100); video_pt(x+8, y, (hz_word&0x0080)=0x0080); video_pt(x+9, y, (hz_word& 0x0040)=0x0040); video_pt(x+10, y, (hz_word & 0x20)=0x20); video_pt(x+11, y, (hz_word & 0x10)=0x10);

54、 video_pt(x+12, y, (hz_word & 0x08)=0x08); video_pt(x+13, y, (hz_word & 0x04)=0x04); video_pt(x+14, y, (hz_word & 0x02)=0x02); video_pt(x+15, y, (hz_word & 0x01)=0x01); i+; y+; 在視頻信號的顯示中，當行掃描到313行時，即一場結束，此時時間加1，當滿50行時，增加一秒，滿60后增加一分鐘，同時調用函數(shù)定時實現(xiàn)兩副圖象的顯示。work_line=(lineCount=313); if(work_line)timer+;time_flag=(timer=50);if(time_flag)timer=0;second+;sec_flag=(second=60); if(sec_flag) minute+;second=0;time3=0x30;time2=0x30;time1=minute%10+0x30;time0=minute/10+0x30;else time3=second%10+0x30;time2=