atmega128單片機概述-avr單片機控制系統(tǒng)說明書

1、avr單片機控制系統(tǒng)說明書一、avr單片機控制系統(tǒng)概述1. 控制系統(tǒng)組成和外觀：avr單片機控制系統(tǒng)是和xsj-2型小功率直流隨動系統(tǒng)學(xué)習(xí)機配套使用的計算機控制 系統(tǒng)。它由單片機控制器(簡稱“數(shù)字板”)，ad、da接口轉(zhuǎn)換器(簡稱“模擬板”)和電 源等組成。在使用吋，模擬板安裝在數(shù)字板的上面，如下圖所示：2. 控制系統(tǒng)基本功能：1) 處理器特性：采用8位atmegal28處理器，16mhz晶振，128k字節(jié)flash 程序存儲器。2) 4路ad輸入：輸入電壓范圍±10v,采樣速率65260微秒，精度10位。3) 4路da輸出：輸出電壓范圍±10v,控制頻率50hz,波紋v0

2、. 5mv, pwm頻 率lkllz,精度16位。4) 2路電平輸入：高電平：710v,低電平：0v。5) 2路電平輸出：高電平：5v,低電平：0v。6) 4位led數(shù)碼管顯示：采用軟件實現(xiàn)顯示操作。7) 2路ttl串行接口。8) 2路標(biāo)準(zhǔn)232接口。9) 1路高速spi串行接口。10) 多路i/o接口及所有端口引出：用于測量及更廣泛的應(yīng)用。3. 控制系統(tǒng)的供電原理與接地：控制系統(tǒng)由外接5v電源、數(shù)字板的5v-5v隔離穩(wěn)壓電源、模擬板的5v-±12v隔離穩(wěn)壓電源組成。模擬板的零電位（地agnd）對應(yīng)于數(shù)字板的5v電位的屮點，即2. 5v 的位置。因此數(shù)字板的地（gnd）與模擬板的地（

3、agnd）不共地。如下圖所示：本系統(tǒng)規(guī)定：以模擬板的地agnd作為設(shè)備地，標(biāo)記為丨；以數(shù)字板上的 地gnd作為局部地或數(shù)字地，標(biāo)記為 九在使用本系統(tǒng)時以模擬板作為與外系 統(tǒng)連接的界面。4. 控制系統(tǒng)與xsj-2的連接：在使用中，控制系統(tǒng)與xsj-2型小功率直流隨動系統(tǒng)學(xué)習(xí)機的連接如下圖所示：反饋電位計在連接過程中首先要將模擬板的地（設(shè)備地 丨）與xsj-2的地（）連接，形成共地，再連接模擬板與xsj-2的其它端口。而數(shù)字板的地與端口均不能與xsj-2 連接。二、控制系統(tǒng)的模擬板1. 模擬板的基本功能和原理：模擬板由4路ad輸入轉(zhuǎn)換器（簡稱/4放大器）、4路da輸出轉(zhuǎn)換器（簡稱*4濾波放 大器）

4、、4路開關(guān)接口轉(zhuǎn)換器以及參考電源等組成。1）ad輸入轉(zhuǎn)換器：其作用是將±10v范圍的直流輸入電壓轉(zhuǎn)化成±2.5v范圍的電壓，送給數(shù)字板計 算機。數(shù)字板將得到一個對數(shù)字地（gnd）而言05v的輸電壓。其原理如下圖所示：2）da輸出轉(zhuǎn)換器：其作用是將由數(shù)字板計算機來的±2.5v范圍的pwm信號轉(zhuǎn)化成±10v范圍的直 流電壓，完成系統(tǒng)的da操作。原理如下圖所示：本系統(tǒng)pwm頻率1khz,精度16位，控制頻率w50hz。3）4路開關(guān)接口轉(zhuǎn)換器：其作用是通過模擬板為數(shù)字板提供開關(guān)量2路入和2路出，避免因兩板不共地導(dǎo)致 的i/o困難。輸入高電平為710v,低電平為0

5、v；輸出高電平為5v,低電平為0v。4）參考電源：是用于調(diào)試模擬板上放大器的一組電壓源，電壓有：ov（agnd接地），±10v, ±5v, ±10v可調(diào)等。參考電源輸出的電壓并不是精確的整數(shù)值，只是作為參考，因此調(diào)試時應(yīng)以實測數(shù) 值為準(zhǔn)，或使用更精準(zhǔn)的外接電壓源代替。2. 模擬板布局及各部名稱：如下圖所示：第1路/4放大器iocceffjanl與數(shù) 字板接口去計 算機ad幅 度調(diào)整參考電源4路ad輸入pun2路開關(guān)輸入!系統(tǒng)地標(biāo)志3|r5ui7u1* *2祂爭88®2路開關(guān)輸出電壓測量由計算機匸da幅 度調(diào)整第1路*4放人器da零位調(diào)整 丿電源開關(guān)丿、電

6、源模塊電源插口 -x4路 da輸出3. 模擬板參考電源輸出圖：如下圖所示:agndx+ 10v輸出+5v輸出. 丿±10v可調(diào)輸出 血±10v調(diào)鈕agndar±1q0ib設(shè)備地agnd1s.jd1t冋10v輸出、-5v輸出 _pwl ais2 injd2 nagnd4. 模擬板的單獨調(diào)整：調(diào)整的目的是判斷模擬板的好壞，調(diào)整吋不與數(shù)字板連接，在與數(shù)字板連接情況下 的聯(lián)合調(diào)整將在后續(xù)章節(jié)中介紹。1) ad輸入轉(zhuǎn)換器的調(diào)整：將參考電壓或其它精準(zhǔn)電壓+10v與某路ad輸入端連接，調(diào)整增益電位器aisx 螺絲，使測量點上的電壓為輸入電壓的1/4,例如2.5v。如下圖所示：2

7、) da輸出轉(zhuǎn)換器的調(diào)整：a. 輸出零位調(diào)整將da輸出轉(zhuǎn)換器的輸入滑塊接地，調(diào)整增益電位器aobx螺絲，使輸出端的 電壓為零。如下圖所示：aob. 輸出幅度調(diào)整將da輸入滑塊拔下，將參考電源可調(diào)電壓或其它精準(zhǔn)電壓+2.5v與輸入端連 接，調(diào)整增益電位器aosx螺絲，使輸出端的電壓為+10v。如下圖所示：+2.5v三、控制系統(tǒng)數(shù)字板1. 數(shù)字板基本功能：1) 處理器特性：atmegal28處理器，8位，16mhz晶振，128k字節(jié)flash程 序存儲器，先進的risc精簡指令集，具有16mips能力。2) 8路1()位ad輸入：采樣速率65260微秒，精度1()位。3) 6路16位pwm輸出：多

8、種頻率和多種pwm輸出方式，精度16位。4) 4位led數(shù)碼管顯示：采用8段led共陰發(fā)光管，用軟件實現(xiàn)數(shù)碼顯示操作。5) 2路ttl串行接口：釆用atmegal28片內(nèi)2路串行uart接口。6) 2路232串行接口：由2路uart接口轉(zhuǎn)化成的2路標(biāo)準(zhǔn)232接口。7) 1路spi串行接口：8) 4位開關(guān)排：用于執(zhí)行程序的控制。9) 多路i/o接口插座及所有端口引出：本系統(tǒng)設(shè)有多路實用的10接口插座，并 將atmegal28所有i/o端口引出，便于更廣泛的應(yīng)用及測量。由于采用開放式設(shè)計，用戶在數(shù)字板上兒乎可以實現(xiàn)atmegal28處理器的全 部功能。用戶可進一步參考atmegal28數(shù)據(jù)手冊、本

9、系統(tǒng)的控制器接線表 等文件以及以下章節(jié)的有關(guān)論述。2. 數(shù)字板布局及各部名稱：如下圖所示：注：a.圖中各接口的詳細(xì)信息請參閱控制器接線表文件。b.數(shù)字板上的地標(biāo)記為()與模擬板上的地標(biāo)記(|)是不一樣的，使用時不能短接。電源開關(guān)vcc4位撥碼開關(guān)lil fi) (51 isj hjiu llllllll管腳引 出排cx電源llllllll( ra測量點丿bas i rsnciiz電源碼管插針插孔中占i 八、測量點jbio基本i/ooflj吟874llllllllllllllll i44jbtr840基木通信3616jbad基本a/d janl與模4位數(shù) on ibi jbbjhjbjaia f

10、iirilfilfilfflbg ?:|suix4擬板接口tr i i .n. .rapouerl數(shù)字板yi地標(biāo)志yprogram 廠、廠、廠、編程spi復(fù)位232a232b指zjn插座x>插座按鈕插座插座燈4 ib ib3. 數(shù)字板與模擬板的連接：數(shù)字板與模擬板有2處連接：一處是與模擬板的接口 janl,用排線連接；另一 處是電源插針，用雙線連接，目的是將2板的外接5v電源導(dǎo)通，使外接5v電源可以 插在任何一個板上。位置在上圖已標(biāo)明。注意：在接口 janl中也有外接5v電源導(dǎo)通, 這是為了加強電流的日的。接口插座janl各插針詳細(xì)信息可進一步參考控制器接線表。4. 數(shù)字板led數(shù)碼管硬

11、件驅(qū)動原理：數(shù)字板的數(shù)碼管采用4支8段led共陰式發(fā)光管，硬件驅(qū)動原理如下圖所示：+5v段位置afl lb el d lc d_d_ o dp用戶使用軟件編程：用位的掃描嵌套段的掃描方式完成；段選吋低電平有效；位選 時高電平有效。接口信息參考控制器接線表，編程請參考檢驗程序c編程范例。5. 數(shù)字板的程序下載：1）關(guān)于ponyprog下載軟件：ponyprog是atmel第三方提供的免費使用的在pc機上運行的下載軟 件，支持大部分avr單片機，俗稱“馬頭”程序。起始界面如下圖所示：2）下載線：下載線一端為25芯插頭，使用時與計算機打印并口連接，另一端為8芯小插 頭，使用吋與數(shù)字板編程插座連接。3

12、）程序?qū)懭肓鞒蹋篴. 寫前準(zhǔn)備：連接好電源線與下載線，打開電源開關(guān)，啟動下載軟件；b. 選型：在器件d菜單下選擇atmegal28oc. 打開程序文件：在文件f菜單下選擇打開程序（flysh）文件，并 選擇你已編譯好的后綴為hex的文件。d. 編程：在命令c菜單下選擇編程項。4）寫入配置位及保密位流程：a.讀出配置位：在命令c菜單下選擇加密和配置位，點擊讀出r 按鈕。在本系統(tǒng)屮配置位如下圖所示：配置位與保密位廠 7 廠 bootlock12 廠 bootlockl 1 廠 bootlock02 廠 bootlocko! 廠 lock2 廠 lockl廠?廠e廠u廠z廠： 廠m103c廠wdto

13、n廠 ocden 廠 jtagen f lpl 7 ckopt 廠 eesave 7 bootsz1 7 bootszo 廠 bootrst廠 bodlevel 廠 boden 廠 sut1 廠 sut0 廠 cksel3 廠 cksel2 廠 cksel1 廠 cksel0取消c |.3q濡除所有設(shè)晝所有$寫入w |瀆出旦|b. 打勾保密位：將lockl, lock2其一或二者均打勾，其它配置位保持不變。c. 配置位保密位寫入：點擊寫入w按鈕。注：配置位不能隨意胡亂寫入，否則將導(dǎo)致處理器死機，要用“高壓并行 編程”這個很麻煩的手續(xù)才能恢復(fù)。四、控制系統(tǒng)檢驗程序及系統(tǒng)的聯(lián)合調(diào)整1. 控制系統(tǒng)檢

14、驗程序簡介：在控制系統(tǒng)配套的光盤屮，有一個檢驗程序demo3.hex»，其用途是對系統(tǒng)的主要 功能進行檢驗和調(diào)整，同時也為用戶提供了這個程序的c語言編程范例，供用戶參考。檢驗程序由10個子功能組成，分別對應(yīng)撥碼開關(guān)110的位置，這些子功能是：1）第1通道ad輸入與顯示。2）第2通道ad輸入與顯示。3）第3通道ad輸入與顯示。4）第4通道ad輸入與顯示。5）14通道da輸出pwm占空比為0%的測試。6）14通道da輸出pwm占空比為25%的測試。7）14通道da輸出pwm占空比為50%的測試。8）14通道da輸出pwm占空比為75%的測試。9）14通道da輸出pwm占空比為100%的測

15、試。10）14通道ad輸入后不加處理，然后通過pwm產(chǎn)生da輸出的測試。撥碼開關(guān)的低位在上，高位在下，例如分別如下圖所示：1：2：3：2. 控制系統(tǒng)的聯(lián)合調(diào)整控制系統(tǒng)在聯(lián)合調(diào)整前，要將測試軟件demon3.hex寫入（新系統(tǒng)出廠前已寫好）。1. 調(diào)整ad輸入幅度：其目的是為了將輸入模擬電壓值與采后的數(shù)據(jù)值進行對應(yīng)。例如：輸入模擬電壓為 +10v,對應(yīng)的采集數(shù)據(jù)應(yīng)為1023o具體做法如下：1）將撥碼開關(guān)打到“1”，進行第1通道的調(diào)整：此時模擬板ad第1通道在不接的情況下輸入為0v （模擬地agnd）,數(shù)碼管 應(yīng)顯示“0511”。如下圖所示：aisto數(shù)碼管顯示“0511”2）在第1通道輸入+10

16、v電壓，調(diào)整增益電位器ais1,使數(shù)碼管出現(xiàn)“ 1022”， 然后稍右旋電位器，使之剛好出現(xiàn)“ 1023”后停止，此時輸入電壓的滿度值（ + 10v）已和數(shù)字滿度值（1023）對應(yīng)。如下圖所示：3）將撥碼開關(guān)相繼打到“24”，完成第24通道的調(diào)整。2.調(diào)整da輸出幅度：其目的是進行pwm占空比和輸出模擬電壓的對應(yīng)。在本測試中，不同撥碼值對應(yīng)pwm個同占空比。如下表所不:撥碼開關(guān)值5 (0101)6 (0110)7 (0111)8 (1000)9 (1001)pwm占空比025%50%75%100%輸出電壓10v-5v0v+5v+ 10v1）將撥碼開關(guān)打到“7”，pwm的占空比為50%,進行4個

17、通道的零位校準(zhǔn)： 將輸入滑塊接到上邊（pwm輸入），調(diào)整零位電位器aobx,將輸出電壓調(diào)為零。如下圖所示:2)將撥碼開關(guān)打到“9”，pwm的占空比為100%,進行4個通道的滿度校準(zhǔn): 調(diào)整增益電位器aosx,將輸出電壓調(diào)為+10vo如下圖:3）反復(fù)1）和2） 12次。4）+5v和-5v驗證：將撥碼開關(guān)打到“8”或“6”，pwm的占空比為75%或25%, 觀察輸出電壓，應(yīng)為+5v和-5vo過程不再累述。3. ad、da聯(lián)動演示：將數(shù)字板上的4位撥碼開關(guān)打到“10”，此時測試程序?qū)⑤斎腚妷航?jīng)ad, da后直 接反映到輸出端。完成一個不加處理的控制過程。例如：將模擬板參考電源的±10v可調(diào)

18、端接入ad第1通道輸入端，將電壓表接入 da第1通道輸出端。調(diào)整輸入電壓，就可以觀測輸出電壓的變化。如下圖所示:調(diào)整輸入電壓ik養(yǎng)i i 也型u|poue （）觀測輸t祁p二 iiiiiim lllllll7aosi0i:j出電壓0b2aqs2lllllll n zob3 llllllla0s3亠 an idm iiri+sui zo0b8o88«s "ttttdoinai五、控制系統(tǒng)配套光盤簡介為了便于atmegal28的開發(fā)，我們將控制系統(tǒng)的資料及推薦的開發(fā)工具等匯集在 光盤中。其內(nèi)容如下：1. avr控制系統(tǒng)資料：1）控制系統(tǒng)說明書一本系統(tǒng)說明書；2）控制器接線表一系

19、統(tǒng)接線的全部信息；3）demo3.hex» 一系統(tǒng)檢驗程序；4）demo3c例程一檢驗程序c源碼；2. avr編譯器：1）asmpack一匯編開發(fā)包；2）iccavr一avrc語言開發(fā)包；3）avr studio一avr 開發(fā)包；3. 下載軟件：1）pony peg一“馬頭”下載軟件；2）雙龍下載軟件一國內(nèi)公司的下載軟件；3）串口調(diào)試助手一232 口程序；六、系統(tǒng)在使用屮應(yīng)注意的問題1. 數(shù)字板與模擬板接地的問題：由系統(tǒng)供電原理所知：模擬板與數(shù)字板不共地（實際模擬板地高出數(shù)字板地2.5v）。 本系統(tǒng)規(guī)定：以模擬板的地agnd作為設(shè)備地，以模擬板作為作業(yè)的平臺。因此用戶 -般只能用模擬板上的地與端口和外界系統(tǒng)連接。如果端ii不夠，用戶可以變通地使用 某些端口，例如可用ad端口進行開關(guān)量的輸入等。在沒搞清楚的情況下，不耍用數(shù)字 板上的地和端口和外界系統(tǒng)連接。2. 關(guān)于本系統(tǒng)da的問題：在本系統(tǒng)中da是通過pwm經(jīng)濾波得到的。在atmegal28中有6個16bit pwm, 本系統(tǒng)中用了其中4個。由于控制這些pwm的計數(shù)器是經(jīng)過預(yù)分頻的，因此pwm的頻率是階越可調(diào)的，其頻率由兒hz到200多khz。在本系統(tǒng)中考慮到執(zhí)行速度及模擬器件等方面的問題，pwm頻率選擇1khz左右, 控制頻率