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1、 大连理工大学城市学院 本科生毕业设计（论文） 学 院：电子与自动化学院专 业： 自动化 学 生： 指导教师： 完成日期： 2012年5月20日 大连理工大学城市学院本科生毕业设计（论文）智能型充电器电源和显示的设计总计 毕业设计（论文） 71 页表格 8 个插图 24 幅摘 要随着越来越多的手持式电器的出现，对高性能、小尺寸、重量轻的电池充电器的需求也越来越大。电池技术的持续进步也要求更复杂的充电算法以实现快速、安全的充电。因此需要对充电过程进行更精确的监控，以缩短充电时间、达到最大的电池容量，并防止电池损坏。本文对基于AVR单片机的LCD液晶显示控制以及电源进行了研究。本系统是以单片机的基
2、本语言汇编语言进行软件设计。为了便于更改，软件的口设计采用模块化的结构。这样可以使得整个设计逻辑更加简明。在本文中，首先描述了系统硬件原理图并且介绍了单片机微处理器的发展史，论述了本次毕业设计所运用的各种硬件接技术和各个接口模块功能以及工作过程。描述了8052、8279及SED1520外接电路接口的软、硬件调试。其次阐述了程序的流程和实现过程。然后对本文涉及的相关理论与技术进行了简介；在此基础上进行了需求分析；最后进行总体设计以及系统的详细设计。本文主要进行硬件的设计，软件设计部分只是给出了流程图。最后，对课题设计的优点和不足进行了归纳和总结，并进行了展望。关键词:单片机；微处理器；LCD；8
3、052 Abstract With more and more handheld appliances appear, the demand of high performance, small size, light weight battery charger is bigger. The continued progress of battery technology also calls for more complex algorithm to realize fast, charging safe charge. Therefore need to charge process m
4、ore accurate monitoring, to shorten charging time, to get the most out of battery capacity, and prevent damage to the battery. This text to basic proceeded the research in AVR Micro Controller Unit liquid crystal display control and power system. This system edits collected materials the language to
5、 proceed with single the basic language of a machine the software designs.In order to facilitate change, the software interface design for a modular structure.It can make it more concise for the whole design logic.At first,it describes the system hardware schematics and the history of the developmen
6、t of single-chip microprocessor and then state the technology used in the graduation design about a variety of hardware access and interface module functions and work processes,combine to describe in a specific way 8052,8279 and the SED1520 circumscribes the electric circuit connects oscular and sof
7、t, the hardware adjusts to try. Then this involves the theory and technology for the Introduction; in based on a needs analysis; finally, the overall design and detailed design. In this paper, the hardware designs are given more attention , software designs are only given some flowcharts.At the end,
8、 advantages and disadvantages of the design issues are summarized and reviewed, and are discussed.Key words：Micro Controller Unit；Microprocessor；LCD；8052目 录摘要IAbstractII第一章 概述11.1课题背景11.2 常见充电电池特性及其充电方式21.3毕业设计任务和要求51.4主要芯片的选择51.5液晶模块的选择7第二章 硬件电路设计112.1 硬件电路主要芯片112.2.1 Atmega16L主要引脚说明112.2.2 Atmega1
9、6L的存储器132.2.3 Atmega16L的时钟电路132.2.4 Atmega16L的系统复位142.2 LCD液晶显示162.2.1 LCD的显示原理162.2.2 液晶显示控制驱动器182.2.3 液晶显示模块的特点192.3硬件电路设计212.4电源电路的设计222.5 PROTELL99的应用简介22第3章 软件设计253.1 用C语言开发单片机的优势253.2 液晶显示汉字或字符的原理263.3 LCD模块的指令说明273.4 液晶显示界面303.5 系统程序流程图31第四章 系统调试过程354.1系统调试软件介绍354.1.1 ICCAVR编译器简介354.1.2 ICCAV
10、R的设置364.2调试过程39结论44第一节 主要成果44第二节 经验总结和感谢44致谢45参考文献46附录1部分源代码47附录2硬件原理图71第一章 概述1.1课题背景如今，随着越来越多的手持式电器的出现，对高性能、小尺寸、重量轻的电池充电器的需求也越来越大。电池技术的持续进步也要求更复杂的充电算法以实现快速、安全的充电。因此需要对充电过程进行更精确的监控，以缩短充电时间、达到最大的电池容量，并防止电池损坏。与此同时，对充电电池的性能和工作寿命的要求也不断地提高。从20世纪60年代的商用镍镉和密封铅酸电池到近几年的镍氢和锂离子技术，可充电电池容量和性能得到了飞速的发展。目前各种电器使用的充电
11、电池主要有镍镉电池（NiCd）、镍氢电池（NiMH）、锂电池（Li-Ion）和密封铅酸电池（SLA）四种类型。 电池充电是通过逆向化学反应将能量存储到化学系统里实现的。由于使用的化学物质的不同，电池有自己的特性。设计充电器时要仔细了解这些特性以防止过度充电而损坏电。 目前，市场上卖得最多的是旅行充电器，但是严格从充电电路上分析，只有很少部分充电器才能真正意义上被称为智能充电器，随着越来越多的手持式电器的出现，对高性能、小尺寸、轻重量的电池充电器的需求也越来越大。电池技术的持续进步也要求更复杂的充电算法以实现快速、安全地充电，因此，需要对充电过程进行更精确地监控(例如对充、放电电流、充电电压、温
12、度等的监控)，以缩短充电时间，达到最大的电池容量，并防止电池损坏。因此，智能型充电电路通常包括了恒流恒压控制环路、电池电压监测电路、电池温度检测电路、外部显示电路(LED或LCD显示)等基本单元。智能充电器基本框图 ：图1-1 系统布线图Atmel AVR 是原MCS-51单片机内核进行了较大的改造，采用精简指令集RISC的AVR结构，废除了原MCS-51单片机中的机器周期，由原来的12个时钟周期执行一条指令改为一个时钟执行一条单周期指令，大多数指令执行所需的时钟周期与指令的字节数相同，因为AVR单片机的运行速度大大提高。AVR除了改造MS-51内核外，还将flash 、AD、RTC、Watc
13、hdog、定时器SPI PWM和片内振荡器等结合为一体。可以真正做到单片。EEPROM 可用于保存标定系数和电池特性参数，如保存充电记录以提高实际使用的电池容量。10位A/D 转换器可以提供足够的测量精度，使得充好后的容量更接近其最大容量。而其他方案为了达到此目的，可能需要外部的ADC，不但占用PCB 空间，也提高了系统成本。AVR 是目前唯一的针对象 “C”这样的高级语言而设计的8 位微处理器。 1.2 常见充电电池特性及其充电方式可充电电池，又叫二次电池，可在应用中放电，也可由充电器充电。所以，二次电池储存能量，而不是产生能量。充电电池的特性不同，因此充电的方式也基本不一样。充电和放电电流
14、(安培)通常用电池额定容量的倍数表示，叫做充电速率(C-rate)。例如，对于额定为1安时(Ah)的电池，C/10的放电电流等于1Ah/10 = 100mA。电池的额定容量(Ah或mAh)是电池在特定的条件下完全放电所能储存(产生)的电能。因此，电池的总能量等于容量乘以电池电压，单位为瓦时。 电池的最大充电电流：电池的化学成分和设计共同限制了输出电流。若没有实际因素限制性能，电池瞬时可以输出无穷大电流。限制电池输出电流的主要因素是基本化学反应速率、电池设计，以及进行化学反应的区域。某些电池本身具有产生大电流的能力。如镍镉电池短路电流可大到足以融化金属和引起火灾。其它一些电池只能产生弱电流。电池
15、中所有化学和机械总效应可用一个数学因数表示，即等效内阻。降低内阻可获得更大电流。充电温度：应尽量在室温下充电。镍基电池应在10C至30C (50F至86F)之间快速充电。低于5C (41F)和高于45C (113F)时镍基电池的充电能力急剧下降。锂离子电池在整个温度范围内呈现良好的充电性能，但低于5C (41F)时充电速率应小于1C。 充电方式：SLA 电池和锂电池的充电方法为恒定电压法要限流； NiCd 电池和NiMH 电池的充电方法为恒定电流法。现代消费类电器主要使用如下4种电池： 密封铅酸电池 (SLA)镍镉电池 (NiCd)镍氢电池(NiMH)锂电池(Li-Ion) 密封铅酸电池 (S
16、LA)SLA电池学名叫密封铅酸电池，拥有容量大（3000安），可靠性高等优点，飘浮充电寿命长达8年，广泛用在ups不间断供电电源以及电动自行车、电动汽车上。只要电池单元电压不超过生产商的规定( 典型值为2.2V)， SLA 电池可以无限制地充电。镍镉电池 (NiCd)NiCd 电池目前使用得很普遍。它的优点是相对便宜，易于使用；缺点是自放电率比较高。典型的NiCd 电池可以充电1000 次。失效机理主要是极性反转。在电池包里第一个被完全放电的单元会发生反转。为了防止损坏电池包，需要不间断地监控电压。一旦单元电压下降到1.0V 就必须停机。NiCd 电池以恒定电流的方式进行充电。镍氢电池(NiM
17、H)镍氢电池是有氢离子和金属镍合成，电量储备比镍镉电池多30%，比镍镉电池更轻，使用寿命也更长，并且对环境无污染。镍氢电池的缺点是价格比镍镉电池要贵好多，性能比锂电池要差。为避免损坏电池，电池温度过低时不能开始快速充电，电池温度Tmin低于10时，应转入涓流充电方式。而电池温度一旦达到规定数值后，必须立即停止充电。 锂电池(Li-Ion)锂离子电池液态电解质圆柱型锂离子电池基本构造用LiCoO2复合金属氧化物在铝板上形成阳极，用锂碳化合物在铜板形成阴极，极板间插入有亚微米级微孔的聚烯烃薄膜隔板，电解液为有机溶剂。为避免使用不当造成电池损坏，在锂离子电池内设有3种安全机构：(1)正温度系数元件(
18、PTC)。当电池内的温度过高，PTC的阻值随之上升，会自动将阴极引线与阴极之间电路切断；(2)特殊材料的隔板。当电池内温度上升到一定数值时，隔板上微孔会自动溶解掉，从而使电池内的反应停止；(3)安全阀。当电池内部压力升高到一定数值时，安全阀将自动打开。 锂电池易受到过充电、深放电以及短路的损害。单体锂离子电池的充电电压必须严格限制。充电速率通常不超过1C，最低放电电压为2.73.0V，如再继续放电则会损坏电池。锂离子电池以恒流转恒压方式进行充电。采用1C电流充电至4.1V时，充电器应立即转入恒压充电，充电电流逐渐减小，当电池充足电后，进入涓流充电过程。为避免过充电或过放电，锂离子电池不仅在内部
19、设有安全机构，充电器也必须采取安全保护措施，以监测锂离子电池的充放电状态。1.3毕业设计任务和要求智能型充电器主要硬件设计和软件设计。软件设计的话需要掌握AVR单片机的相关内容。ICCAVR编译器的应用。设计128*64液晶显示控制电路和用C语言编制LCD显示程序，用图形方式显示充电器电压、电流等参数。硬件设计的话需要掌握各功能子模块的硬件电路的设计。1.4主要芯片的选择ATMEL成立于1984年，总部位于美国。是世界上高级半导体产品设计、制造和行销的领先者，产品包括了微处理器、可编程逻辑器件、非易失性存储器、安全芯片、混合信号及RF射频集成电路。在单片机微控制器方面，ATMEL公司有AT89
20、, AT90和ARM三个系列单片机的产品。ATMEL AVR 是原MCS-51单片机内核进行了较大的改造，采用精简指令集RISC的AVR结构，废除了原MCS-51单片机中的机器周期，由原来的12个时钟周期执行一条指令改为一个时钟执行一条单周期指令，大多数指令执行所需的时钟周期与指令的字节数相同，因为AVR单片机的运行速度大大提高。AVR除了改造MS-51内核外，还将flash 、AD、RTC、Watchdog、定时器SPI PWM和片内振荡器等结合为一体。可以真正做到单片。AVR单片机兼容MCS-51指令集，能够沿用过去开发MCS-51的应用程序。AVR技术创新主要体现在以下几个方面:1. 高
21、性能:采用精简指令集（RISC）和哈佛结构的流水线设计，拥有32个通用工作寄存器。克服了单一累加器数据处理造成的瓶颈现象。片内含有128B4KB SRAM可灵活使用指令运算，适合使用功能很强的C语言编程，易学、易写、易移植。2. 片内集成了非易失性程序、数据寄存器、以及工作寄存器。3. 丰富的外设:SPI、EEPROM、RTC、A/D转换器、PWM、看门狗定时器和片内震荡器。AVR器件引脚从8脚到64脚，再到100脚，还有各种不同封装供选择。在工业级产品中，支持大电流设置，通常为10到40mA，从而可以直接驱动晶闸管SSR或者是继电器，节省了外围驱动器件。看门狗定时器具有安全保护功能，可以防止
22、程序跑飞，提高产品抗干扰能力。4. 宽工作电压：2.7到6V。具有系统电源低压检测功能，电源抗干扰性能强。5.低功耗，具有六种休眠模式，能够从休眠模式立即唤醒。编译好的目标文件可以通过在线编程ISP直接写入程序寄存器，实现芯片在系统编程调试，无需购买昂贵的仿真器和编程器，从而节省了系统开发成本。6. 输入输出口资源丰富、设计灵活、驱动力强。7. 具有多复位源、多中断源方式。8. 串口通信不占用定时器，采用独特的波特率发生器。9. 保密性强：可多次烧写的Flash且具有多重密码保护锁定LOCK功能。因此可低价快速完成产品商品化，且可多次更改程序（产品升级），方便了系统调试，而且不浪费IC或电路板
23、，大大提高了产品质量及竞争力。 由于AVR单片机具有以上特点，给用户带来了前所未有的好处。越来越多的设计人员把目光转向了AVR单片机。ATMEGA系列单片机属于AVR中的高档产品，它具有AVR单片机所具有的特点，并在此基础上，增加了更多的接口功能，提供更充足的程序和数据存储器，而且在省电性能、稳定性、抗干扰性以及灵活性方面考虑的更加周全和完善。ATMEL是世界上串行和并行FLASH存储器的领导者，其产品可以满足计算、汽车、电信、消费产品以及军事应用市场的程序和数据存储的需要。 本次设计所用到的Atmega16L芯片便是ATmega系列中的一种，在这里作为充电器的核心部件。它是一种具有40引脚的
24、高性能、低功耗的8位微处理器。其功能特性如下： (1) 8位CPU。(2) 先进的RISC 结构：131 条指令 大多数指令执行时间为单个时钟周期32个8 位通用工作寄存器全静态工作(3) 非易失性数据和程序存储器：16K 字节的系统内可编程Flash，擦写寿命可达到10,000 次以上。具有独立锁定位的可选Boot代码区，通过片上Boot程序实现系统内编程。512 字节的EEPROM，可连续擦写100,000 次。1K字节的片内SRAM，可以对锁定位进行编程以实现用户程序的加密。(4) 可通过JTAG接口实现对FLASH、EEPROM的编程。(5) 32个可编程的I/O引线，40引脚PDIP
25、封装。(6) 两个具有独立预分频器和比较器功能的8位定时器/ 计数器，一个具有预分频器、比较功能和捕捉功能的16位定时器/ 计数器。(7) 片内/ 片外中断源。(8) 具有一个10位的AD转换器，能对来自端口A的8位单端输入电压进行采样。(9) 工作电压：2.75.5V。速度等级：08MHz。1.5液晶模块的选择 LCD 的构造是在两片平行的玻璃当中放置液态的晶体，两片玻璃中间有许多垂直和水平的细小电线，透过通电与否来控制杆状水晶分子改变方向，将光线折射出来产生画面。比CRT要好的多，但是价钱较其贵。现在LCD已经替代CRT成为主流，价格也已经下降了很多，并已充分的普及。在单片机系统中使用液晶
26、显示模块作为输出器件有以下优点:1.显示质量高液晶显示器每一个点在收到信号后就一直保持那种色彩和亮度，恒定发光，因此液晶显示器画质高而且不会闪烁。2.数字式接口液晶显示器都是数字式的，和单片机系统的接口更加简单。3.体积小，重量轻4.功率消耗小液晶显示器的功耗主要消耗在其内部的电极和驱动IC上，因此耗电量比其它显示器要小得多。 单片机与液晶显示模块之间的连接方式分为直接访问方式和为间接控制方式两种。1.直接访问 直接访问方式就是将液晶显示模块的接口作为存储器或I/O设备直接挂在单片机总线上，单片机以访问存储器或I/O设备的方式操作液晶显示模块的工作。直接访问方式的接口电路如图1-2所示，在图中
27、，单片机通过高位地址A11控制CSA，A10控制CSB，以选通液晶显示屏上各区的控制器；同时用地址A9作为R/W信号控制数据总线的数据流向；用地址A8作为D/I信号控制寄存器的选择，E(使能)信号由RD和WE共同产生，这样就实现了单片机对液晶显示模块的电路边接。电位器用于显示对比度的调节。 图1-2 直接访问方式电路图2.间接访问 间接控制方式是单片机通过自身的或系统中的并行接口与液晶显示模块连接。单片机通过对这些接口的操作，以达到对液晶显示模块的控制。这种方式的特点就是电路简单，控制时序由软件实现，可以实现高速单片机与液晶显示模块的接口。电路图如图1-3所示。在图中以 P1口作为数据口，P3
28、.4为CSA，P3.3为CSB，P3.2为使能端，P3.1为R/W和P3.0为D/I信号。电位器用于显示对比度的调节。 图1-3 间接访问方式电路图通过比较结合本次实际条件由于Atmega16L芯片没有WR、RD管脚，而且为了使电路简单且方便软件实现，所以最终决定采用间接控制的方式来设计LCD显示电路。 第二章 硬件电路设计2.1 硬件电路主要芯片2.2.1 Atmega16L主要引脚说明引脚说明：VCC 数字电路的电源GND 地端口A(PA7PA0) 端口A 作为A/D 转换器的模拟输入端。端口A 为8 位双向I/O 口，具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸
29、收大电流。作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口A 处于高阻状态。端口B(PB7PB0) 端口B 为8 位双向I/O 口，具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口B 处于高阻状态。端口C(PC7PC0) 端口C 为8 位双向I/O 口，具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，端口被外部电路拉低时将输出电流
30、。在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口C 处于高阻状态。如果JTAG接口使能，即使复位出现引脚PC5(TDI)、PC3(TMS)与PC2(TCK)的上拉电阻被激活。端口D(PD7PD0) 端口D 为8 位双向I/O 口，具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，则端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口D处于高阻状态。RESET 复位输入引脚。持续时间超过最小门限时间的低电平将引起系统复位。XTAL1 反向振荡放大器与片内时钟操作电路的输入端。XTAL2 反向振荡放大器的输出端。AVC
31、CAVCC是端口A与A/D转换器的电源。不使用ADC时，该引脚应直接与VCC连接。使用ADC时应通过一个低通滤波器与VCC相连。AREFA/D 的模拟基准输入引脚。以下是ATmega16L的引脚配置：图2-1 ATmega16L2.2.2 Atmega16L的存储器AVR单片机在片内集成了Flash程序存储器、SRAM数据存储器和EEPROM数据存储器。三个存储器空间相互独立，物理结构也不同。程序存储器为闪存存储器Flash ROM，以16位为一个存储单元，作为数据读入时，以字节为单位，而擦写、写入则是以页为单位的。SRAM数据存储器是以8位为一个存储单元，编址方式采用与工作寄存器、IO寄存器
32、和SRAM统一寻址的方式。EEPROM数据存储器也是以8位为一个存储单元，对其的读写操作都以字节为单位。（1）Flash程序存储器Atmega16单片机具有16KB的在线编程Flash，以用于存放程序指令代码。Flash 存储器至少可以擦写10000次。ATmega16的程序计数器（PC）为13位，因此可以寻址8K字的程序存储器空间。常数可以保存于整个程序存储器地址空间。（2）SRAM数据存储器数据存储器的寻址方式分为5种：直接寻址、带偏移量的间接寻址、间接寻址、带预减量的间接寻址以及带后增量的间接寻址。直接寻址范围可达整个数据区。ATmega16L的全部32个通用寄存器、64个I/O寄存器及
33、1024个字节的内部数据SRAM可以通过所有上述的寻址模式进行访问。（3）EEPROM数据存储器ATmega16 包含512B的EEPROM数据存储器。ATmega16的EEPROM使用寿命至少为10万次的擦写循环，执行EEPROM读操作时，CPU会停止工作4个周期，然后执行后续指令；之星EEPROM写操作时，CPU会停止工作两个周期，然后再执行后续指令。EEPROM数据存储器与Flash程序存储器和数据存储器SRAM相互独立。2.2.3 Atmega16L的时钟电路 单片机的时钟用于产生工作所需要的时序，其连接电路如下图： 图2-2 晶体振荡器连接图XTAL1 与XTAL2 分别为用作片内振
34、荡器的反向放大器的输入和输出，考虑到其最大频率不超过8MHz，这里选用的晶振为7.3728MHz。2.2.4 Atmega16L的系统复位Atmega16L有五个复位源：(1) 上电复位。电源电压低于上电复位门限Vpot时，MCU复位。如果在单片机加Vcc电压的同时，保持RESET引脚为低电平，则可延长复位周期。图2-3 RESET引脚与VCC相连以及由外部控制时单片机的复位电平 (2) 外电复位。引脚RESET上的低电平持续时间大于最小脉冲宽度时MCU复位。图2-4 外部复位时序图(3) 看门狗复位。看门狗使能并且看门狗定时器溢出时复位发生。看门狗计数器溢出时，将产生一个晶振的复位脉冲。 图
35、2-5 看门狗复位时序图掉电检测复位。掉电检测复位功能使能，且电源电压低于掉电检测复位门限Vpot时MCU即复位。JTAG AVR复位。复位寄存器为1时MCU复位。2.2 LCD液晶显示2.2.1 LCD的显示原理 LCD由两块玻璃板构成，厚约1mm，其间由包含有液晶材料的5m均匀间隔隔开。因为液晶材料本身并不发光，所以在显示两边都设有作为光源的灯管，而在液晶显示屏背面有一块背光板（或称匀光板）和反光膜，背光板是由荧光物质组成的可以发射光线，其作用主要是提供均匀的背景光源。背光板发出的光线在穿过第一层偏振过滤层之后进入包含成千上万液晶液滴的液晶层。液晶层中的液滴都被包含在细小的单元格结构中，一
36、个或多个单元格构成屏幕上的一个像素。在玻璃板与液晶材料之间是透明的电极，电极分为行和列，在行与列的交叉点上，通过改变电压而改变液晶的旋光状态，液晶材料的作用类似于一个个小的光阀。在液晶材料周边是控制电路部分和驱动电路部分。当LCD中的电极产生电场时，液晶分子就会产生扭曲，从而将穿越其中的光线进行有规则的折射，然后经过第二层过滤层的过滤在屏幕上显示出来。根据LCD显示原理的不同，常见和常用的LCD可以分为字符型LCD和点阵型LCD两种。不同的显示原理使得这两种LCD的指令系统、接口和功能等是不相同的，各有优缺点，但结合到本次设计的实际要求，经过比较还是选用点阵型LCD。现就点阵型LCD的显示原理
37、、模块特点等做一简要介绍。要想在液晶模块上显示一个汉字或字符，需要3个最基本的控制操作：分别向3个控制器写指令代码、写显示数据和读显示数据。这里要特别引起注意的是完成这3项操作的前提条件是KS0108B控制器处于准备好的状态，即BUSY=0，由模块的软件特性知道，当BUSY=1时，系统的接口电路处于被封锁的状态，是不能接受除读状态指令外的任何操作的。因此在访问控制器之前，一定要判断控制器的当前状态。具体到软件设计时，则需设计一判忙程序，在判断BUSY=0后，再往下进行操作。在本模块中，每个汉字的大小是1616点阵，而每个字符的大小是816点阵，即字符的宽度为汉字的1/2。它们都是以二维数组的格
38、式存放在ROM中。向液晶模块显示一个汉字的过程就是：由液晶屏显示区的指定字符行的指定列开始，连续输出该字符对应的字符库中的16个列数据，如果是显示字符，则输出8个列数据即可。上面已经介绍到，MGLS-19264液晶模块中液晶屏显示区为19264点阵，其中，它们的每8个像素行组成一页，整个显示区共分为8页，每64列为一个区，这样，它就有左、中、右3个区，它的显示区示意图如下：图2-6 液晶屏显示区示意图液晶模块显示字符是从上到下，从左到右进行显示的。假设定义从最左上角开始显示，则先从上到下显示第0页的第一列，依次从左向右开始显示。MGLS-19264LCM的显示部分为左、中、右3个区，可以由CS
39、片选的取值分别进行控制，其接口的片选定义如下：表2-1 MGLS的片选定义表 有了上面的知识，就可以编写显示界面这一块程序。由于每个汉字或字符在图中位置是固定的，只要定义了相应的选区及X、Y地址，就可以显示出具体的位置。用lr来表示汉字的区域，当lr=0，表示左区；lr=1，表示中区；lr=2，表示右区。X表示页面，Y表示列地址。则(lr.X.Y)就可以定义出这个字在屏上的实际位置。以第一行的“智”字为例，这个字位于模块的左区，则lr=0；它位于第一页和第二页，则X=0；它位于列地址的48-63字节，Y=48，那么“智”就可以通过(0.0.48)精确地表示出它的位置。这里要注意的是每个汉字占用
40、的行地址是两页，如“智”字占的就是X0和X1，即第二行的汉字其X=2而不是1。因此，第二行的“电”就应该表示为(0.2.0)，其它字符依此设计即可。2.2.2 液晶显示控制驱动器HD61202及其兼容液晶显示控制器是一种带有驱动输出的图形液晶显示控制器，而在小规模点阵液晶显示模块上使用液晶显示驱动器组成液晶显示驱动控制系统是非常有益的，这将使液晶显示模块的硬件电路简单化，从而降低模块的成本，同时也提高了对软件功能的要求。许多显示功能如光标、字符库、闪烁都需要由软件编制而成。HD61203和HD61202就是这类液晶显示驱动控制器套件。之所以称它们为套件是因为HD61203和HD61202必须配
41、套使用，通常有12864和19264两种规格。1内藏64*64=4096位显示RAM，RAM中每位数据对应LCD屏上的一个点的亮、暗状态。2HD61202及其兼容控制器是列驱动器，具有64路列驱动输出。3HD61202及其兼容控制驱动器读、写时序与68系列微处理器相符，因此它可直接与68系列微处理器借口相联。4HD61202及其兼容控制器的占空比为1/321/64。2.2.3 液晶显示模块的特点MGLS-12864图形液晶显示模块的驱动和控制系统是由一片KS0107B或兼容驱动器( HD61203 )作为行驱动器和两片KS0108B或兼容驱动器(HD61203) 作为列驱动器组成的。它的主要技
42、术参数及其供电特点如下：(1) 电源：DC+5V，模块内自带用于LCD驱动的负压电路。(2) 显示内容：12864全屏幕点阵。(3) 指令形式：七种指令。(4) 接口形式：与控制器采用8位数据总线和8位控制线相连。(5) 工作环境：10+50。(6) 模块应用有三种电源：逻辑电源、液晶驱动电压、背光电压。(7) 本次选用的模块是双电源供电（VDD/V0），需要提供一个液晶驱动电压，用以调节对比度，接在液晶模块的V0引脚上，由于液晶的对比度会随着温度的变化而相应变化，所以其液晶显示驱动电压值应随着温度作相应的调整，这里采用了一个电位器，调整电压值。(8) 背光供电为3.8-4.1V的支流电源，选
43、用电源太大不仅增加功耗，更有可能损坏背光灯和缩短模块的使用寿命。 MGLS-12864液晶显示模块一共有20个引脚。图2-7 MGLS-12864的逻辑电路图 表2-2 MGLS-12864的接口2.3硬件电路设计经过对以上对ATmega16L芯片的端口、存储器、时钟电路、以及复位电路和LCD液晶显示等原理的介绍后，现在就可以完成对这部分硬件电路的设计了。再结合前面的分析采用间接访问的方式实现单片机与液晶显示模块之间的连接。LCD模块的8位数据线接在了Atmega16L芯片B口的8位数据线上，这里用了一个74LS24作为锁存器使它们间接连接在一起。LCD的EN、D/I、CS1、CS2、R/W分
44、别连接到PA3PA7上，其详细的接法见下图图2-8 硬件接线图2.4电源电路的设计 在本次的设计中，要供电给ATmega16和LCD显示模块两部分，而一个LM7805的输出电流不足，所以打算将mega16和显示模块分别供电，所以实际电路中用到了两片7805。5V电源电路设计图2-9 电源原理图 上图是LM78作为输出电压固定的典型电路图，正常工作时，输入、输出电压差为3-8V。输入电压PS为9V。电路中接入电容C5用来实现频率补偿，防止稳压器产生高频自激振荡和抑止电路引入的干扰，C11是有极性的电解电容，以减小稳压电压输出端由输入电源引入的电平干扰。D1是保护二极管，当输入端短路时，给输出电容
45、器C11一个放电电路，防止C11两端电压作用于调压管的be结，造成调压管be结击穿而损坏。其中C5、C11两个电容只是起滤波作用选用的大小没有特别的要求。2.5 PROTELL99的应用简介 经过前面的努力，智能充电器硬件电路的设计已经完成，接下来便是根据前面的设计用软件画出其原理图并生成板。PROTEL99SE是一个全32位的电路板设计软件，使用该软件可以容易地设计电路原理图、画元件图、设计电路板图、画元件封装图和电路仿真。 在这里主要用它来绘制电路原理图和生成印制电路板。原理图的设计步骤如下：(1) 设置原理图设计环境。其中，工作环境设置是使用Design/Options和Tool和Pre
46、ferences菜单进行的，画原理图环境的设置主要包括图纸大小、捕捉栅格、电气栅格、模板设置等。(2) 放置元件，将电气和电子元件放置在图纸上。(3) 原理图布线。元件一旦放置在原理图上，不需要用导线将元件连接起来，连接时一定要符合电气规则。(4) 编辑和调整。编辑元件的属性。包括元件名、参数、封装图等。调整元件和导线的位置等操作。(5) 检查原理图。使用电气规则功能(ERC)检查原理图的连接是否合理和正确。给出检查报告，若有错误则要根据错误进行改正。(6) 生成网络表。所谓网络表就是元件名、封装、参数及元件之间的连接表，通过该表可以确认各个元件和它们之间的关系。(7) 打印原理图。 图2-10 主要元件属性图 对电路板的设计主要分为以下几个步骤；(1) 使用原理图编辑器设计原理图，进行电气检查(ERC)并生成原理图的网络表。(2) 进入电路板(PCB)环境，使用电路向导确定电路板的层数、尺寸等电路板参数。(3) 使用Design/Netlist菜单，调入网络表。
