基于AVR单片机的红外遥控电机调速器设计

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摘要

本文主要介绍了基于AVR单片机的红外遥控电机调速器设计。主要内容为硬件电路的设计和软件程序的设计。主要实现的功能是：当分别按下加速、减速和停止按键时，电机相应加速、减速、停止，同时LCD显示屏上显示电机速度。

此模块是基于A VR单片机的，CPU利用率高且执行速度快，支持程序的JTAG在线编程，给设计带来了极大的方便。该模块的硬件开发工具是Protues，开发平台采用的是Atmel公司的ATmega16单片机。本次设计软件方面主要使用的开发工具是WINAVR，所使用的编程语言是C语言。完成本次设计需要掌握ATmega16单片机的相关知识与实际应用，单片机外围电路的设计等。

该驱动程序能够正常运行，运行结果正确，证明设计思路正确。

关键词：红外遥控；Protues；电机调速；ATmega16单片机

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Abstract

This article mainly introduced the infrared remote control motor speed controller design based on A VR single-chip computer.The main content of the article is the design of hardware circuit and software program.Main function is:when press the acceleration,deceleration and stop button,the corresponding motor speed up or slow down or stop,and at the same time,the LCD displays the motor speed.

This module is based on the single chip microcomputer AVR, CPU utilization high and execution speed, supports the program JTAG online programming, brings great convenience to the design. This module hardware development tools is Protues, development platform is the ATmega16 microcontroller which is produced by Atmel company.This design software development tools is the main use WINAVR, the programming language is C language. In order to complete the design, ATmega16 related knowledge and practical application, the design of the single chip microcomputer buffer circuit and so on.

The driver can run normally, the operation results are right, design ideas turned out to be right.

Keywords: Infrared remote control; Protues; Motor speed control; ATmega16 single-chip processor

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目录

1 绪论 (1)

1.1 红外无线通信技术的现状 (1)

1.1.1 红外无线通信基本原理 (1)

1.1.2 红外收发器 (1)

1.1.3 红外控制器 (2)

1.1.4 通信协议 (2)

1.1.5 研究与应用现状 (2)

1.2 A VR单片机的发展过程及现状 (3)

1.2.1 发展过程 (3)

1.2.2 A VR单片机的现状 (3)

1.2.3 A VR单片机的优点 (4)

1.2.4 A VR单片机的型号标识解释 (5)

1.2.5 A VR 8-Bit MCU的最大特点 (5)

1.3 本论文的结构 (6)

2 系统整体设计 (7)

2.1 系统框图 (7)

2.2 硬件开发工具 (7)

2.2.1 Protues简介 (7)

2.2.2 Protues新特点 (8)

2.3 软件开发工具 (9)

2.3.1 WINA VR的安装 (9)

2.3.2 A VR Studio的安装 (10)

2.3.3 A VR Studio的部分菜单功能介绍 (10)

3 仿真硬件电路设计 (12)

3.1 CPU选型 (12)

3.1.1 ATmega16简介 (12)

3.1.2 ATmega16 特点 (12)

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3.1.3 ATmega8 特点 (12)

3.2 单片机外围电路设计 (15)

3.2.1 时钟电路的设计 (175)

3.2.2 电机外围电路的设计 (196)

3.2.3 单片机的引脚设计 (176)

3.2.4 红外接收头IRLINK (17)

3.2.5 LCD显示模块 (19)

3.2.6 按键设计 (21)

3.3 电路的完整设计 (21)

4 软件设计 (22)

4.1 单片机C语言主要特点 (22)

4.2 整体程序设计简要介绍 (23)

4.3 程序设计 (22)

4.3.1 红外遥控器受控端程序 (23)

4.3.2 红外遥控仿真发射器程序 (30)

4.3.3 PG160128ALCD显示驱动程序（T6963C） (35)

5 软件设计 (55)

5.1 系统运行的硬件结果 ....................................................... 错误！未定义书签。

5.2 系统运行的软件结果 ....................................................... 错误！未定义书签。结论 ................................................................................................ 错误！未定义书签。致谢 ................................................................................................ 错误！未定义书签。参考文献 .......................................................................................... 错误！未定义书签。附录A 英文原文 ............................................................................ 错误！未定义书签。附录B 中文翻译 ............................................................................ 错误！未定义书签。

IV

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1绪论

1.1 红外无线通信技术的现状

作为一种无线通信[1]的传输媒质，红外线具有胜过无线电的几个明显优点：具有巨大的带宽而且不需要许可证，可进行高速的数据传输；不穿透墙壁，消除了在不同房间进行通信时可能带来的干扰，并且通信不易被侦听保密性好；红外探测器的尺寸比红外线的波长大得多，避免了多径衰落；成本低、体积小、功耗低、使用简单。

正是基于上述的诸多优点，随着标准化工作的进行，红外无线通信技术已经成为一种具有广泛应用前景的无线通信技术。下面将对无线通信基本原理以及应用中比较关键的方面进行详细阐述，并对目前研究现况进行概括。

1.1.1红外无线通信基本原理

红外无线通信系统由发射器、信道和接受器三部分组成，发射器包括红外发射器和编码控制器，接收器包括红外探测器和解码控制器。由于红外无线通信系统一般采用双向通信方式，所以在红外无线通信系统中把红外发射器与红外探测器合为一个红外收发器。与之相对应，编码控制器和解码控制器合为红外编解码控制器，亦简称为红外控制器。因此，红外无线通信系统即由红外收发器、红外控制器和信道组成。信号首先由红外控制器按一定的方式进行解码，然后由控制器控制红外收发器产生编码红外脉冲，接收时，红外收发器检测红外信号并传输给控制器进行解码转换，最后输出信号。

1.1.2 红外收发器

红外收发器实现红外脉冲信号的产生和探测，需要满足规范要求和合适的通信波长。红外发射管由不同比率的混合物制造而成，采用这些混合物制造的红外发射管的发射波长的800nm到1000nm，具体波长与混合物的关系见参考文献。红外探测器一般带有GaAs 或InP的带通滤波器，能够一定程度消除其他波长光线的影响。

目前，许多国际知名的半导体公司都在研究和生产红外收发器，如Vishay 公司的TFD系列红外收发器，通信速率为9.6K—16Mb/s;Aglient 公司的HSDL系列红外收发器，通信速率为115.2K—4Mb/s;Zilog 公司的ZHX系列红外收发器[2]，通信速率为

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2.4K—4Mb/s;Sharp公司的GP2W系列红外收发器，通信速率为9.6K—4Mb/s。另外，还有Toshiba、HP、IBM、Motorola等公司也相继在研究和生产红外收发器。

1.1.3红外控制器

红外控制器完成对信号的编码和解码，编码方式依据红外无线通信协议标准。根据红外信号传输速率的不同，依照红外通信协议规定进行不同的编码。目前，红外控制器的研究走在前沿的是TI公司，其生产的红外控制器TIR2000最高速率可达IrDA1.1 规定的4Mb/s.目前，现成的红外控制器大多数只能达到高速模式，能够满足超高速模式的现成产品几乎没有。实验中使用的超高速红外控制器一般采用可编程逻辑器件来实现，如CPLD 和FPGA。

1.1.4 通信协议

红外无线通信作为一种成熟的通信技术，目前已经形成了标准的通信协议。红外数据委员会（IrDA: Infrared Data Association）作为一个工业机构间协作组织于1993年由HP、COMPAQ和INTEL等公司发起成立，旨在建立开放的红外通信标准。目前，IrDA 规定了红外物理层协议（IrPHY: Infrared Physical Layer）、红外链路访问层协议（IrLAP: Infrared Link Access Protocol）、红外链路管理层协议（IrLMP:Infrared Link Managemeng Protocol），并且还规定了一些专门的应用层协议。

1.1.5 研究与应用现状

自七十年代中期IBM公司发表了颇具影响的关于室内红外无线通信设计与实验的论文以来，已经有许多学者在致力于红外无线通信的研究。主要研究领域包括：红外无线通信的数学模型的建立、强背景干扰下的红外无线通信链路特性的实验研究、红外无线通信调制方式的分析、红外无线通信的均衡技术、红外无线LAN的原理及多址方式研究、红外无线接收发射的空间分集研究等。

目前，主要研究工作集中在国外。美国加州大学Berkeley 分校，在IBM和HP 公司的资助下进行了室内红外无线通信的研究，已实现了50Mb/s速率采用判决反馈均衡（DFE:Decision Feedback Equalization）技术的室内红外散射无线通信[3]，他们的目标是要把速率提高到100Mb/s以上；AT&Bell实验室的Condon 等人研制出采用红外链路的

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ATM局域网Rednet，可实现便携PC的无缝端到端的通信，工作速率为2~5Mbps，工作距离为4m；Elmirghani 等人提出了集成脉冲位置调制及码分多址（CDMA:Code Division Multiple Access）接入的室内红外通信网络模式。

国内对红外无线通信研究很少，电子科技大学研究了室内红外无线通信的性能，采用DFE 和LMS（Least Mean Square：最小均方差）算法调节系数，对速率达到100Mb/s 的室内通信进行了仿真。桂林电子科技大学已实现了4Mb/s和16Mb/s的红外无线通信，分别实现了基于ISA总线的4Mb/s红外无线计算机通信卡和基于PCI总线的16Mb/s红外控制器的设计。

目前，红外无线通信已经广泛应用于各种设备，一些商业化的移动终端如掌上型电脑、个人数字助理、移动电话等都已经安装了红外无线通信器件。

1.2 A VR单片机的发展过程及现状

1.2.1 发展过程

早期单片机主要由于工艺及设计水平不高、功耗高和抗干扰性能差等原因，所以采取稳妥的方案：即采用较高的分频系数对时钟分频，使得指令周期长，执行速度减慢。以后的CMOS单片机虽然采用提高时钟频率和缩小分频系数等措施，但这种状态并未被彻底改观；此间虽有某些精简指令集单片机（RISC）问世，但依然沿袭对时钟分频的做法[3]。

ATMEL公司是世界上著名的高性能、低功耗、非易失性存储器和数字集成电路的一流半导体制造公司。20世纪90年代初，ATMEL率先把MCS-51内核与其擅长的Flash 技术相结合，推出轰动世界的AT89系列单片机。1997年，ATMEL挪威设计中心出于市场需求考虑，充分发挥其Flash技术优势，推出全新配置的精简指令集（RISC）单片机，简称A VR。几年来，A VR单片机已形成系列产品，其Attiny，AT90，Atmega分别对应为低、中、高档产品[4]。

1.2.2 A VR单片机的现状

电子技术如今迅猛发展,尤其是单片机已广泛地应用于军事、工业、家用电器、智能玩具、便携式智能仪表、机器人制作等领域,使产品功能、精度和质量大幅度提高,且电路简单，故障率低，可靠性高，成本低廉。A VR单片机价格低廉、可擦除1000次以上，

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不再有报废品产生，且对掉电后数据的保存带来方便，来电时能记住掉电时的工作状态，给用户带来极高的可靠性，受到一致好评[5]。

1.2.3 A VR单片机的优点

单片机已广泛地应用于军事、工业、家用电器、智能玩具、便携式智能仪表和机器人制作等领域，使产品功能、精度和质量大幅度提升，且电路简单，故障率低，可靠性高，成本低廉。单片机种类很多，在简易机器人制作和创新中。

1）简便易学，费用低廉

首先，对于非专业人员来说，选择A VR单片机的最主要原因，是进入A VR单片机开发的门槛非常低，只要会操作电脑就可以学习A VR单片机的开发。单片机初学者只需一条ISP下载线，把编辑、调试通过的软件程序直接在线写入A VR单片机，即可以开发A VR单片机[5]系列中的各种封装的器件。A VR单片机因此在业界号称―一线打天下‖。其次，A VR单片机便于升级。A VR程序写入是直接在电路板上进行程序修改、烧录等操作，这样便于产品升级。再次，A VR单片机费用低廉。学习A VR单片机可使用ISP在线下载编程方式(即把PC机上编译好的程序写到单片机的程序存储器中)，不需购买仿真器、编程器、擦抹器和芯片适配器等，即可进行所有A VR单片机的开发应用，这可节省很多开发费用。程序存储器擦写可达10000次以上，不会产生报废品。

2）高速、低耗、保密

首先，A VR单片机是高速嵌入式单片机，A VR单片机具有预取指令功能，即在执行一条指令时，预先把下一条指令取进来，使得指令可以在一个时钟周期内执行。多累加器型，数据处理速度快。A VR单片机具有32个通用工作寄存器，相当于有32条立交桥，可以快速通行。中断响应速度快。A VR单片机有多个固定中断向量入口地址，可快速响应中断。其次，A VR单片机耗能低。对于典型功耗情况，WDT关闭时为100nA，更适用于电池供电的应用设备。有的器件最低1.8 V即可工作。再次，A VR单片机保密性能好。它具有不可破解的位加密锁Lock Bit技术，保密位单元深藏于芯片内部，无法用电子显微镜看到。

3）I/O口功能强,具有A/D转换等电路

A VR单片机的I/O口是真正的I/O口，能正确反映I/O口输入/输出的真实情况。工业级产品，具有大电流(灌电流)10～40 mA,可直接驱动可控硅SCR或继电器，节省了外围驱动器件。A VR单片机内带模拟比较器，I/O口可用作A/D转换，可组成廉价的A/D

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转换器。ATmega48/8/16等器件具有8路10位A/D。部分A VR单片机可组成零外设元件单片机系统，使该类单片机无外加元器件即可工作，简单方便，成本又低。A VR单片机可重设启动复位,以提高单片机工作的可靠性。有看门狗定时器实行安全保护,可防止程序走乱飞,提高了产品的抗干扰能力。

4）有功能强大的定时器/计数器及通讯接口

定时/计数器T/C有8位和16位,可用作比较器。计数器外部中断和PWM(也可用作D/A)用于控制输出，某些型号的A VR单片机有3～4个PWM，是作电机无级调速的理想器件。A VR单片机有串行异步通讯UART接口,不占用定时器和SPI同步传输功能,因其具有高速特性，故可以工作在一般标准整数频率下,而波特率可达576K。

5）片内EEPROM

EEPROM 数据存储器。它是作为一个独立的数据空间而存在的，可以按字节读写。EEPROM 的寿命至少为100,000 次擦除周期。EEPROM 的访问由地址寄存器、数据寄存器和控制寄存器决定。通过SPI和JTAG及并行电缆下载EEPROM数据的操作[6]。

1.2.4 A VR单片机的型号标识解释

1）型号紧跟的字母，表示电压工作范围。带―V‖：1.8-5.5V；若缺省，不带―V‖：

2.7-5.5V。例：ATmega48-20AU，不带―V‖表示工作电压为2.7-5.5V。

2）后缀的数字部分，表示支持的最高系统时钟。例：ATmega48-20AU，―20‖表示可支持最高为20MHZ的系统时钟。

3）后缀第一（第二）个字母，表示封装。―P‖：DIP封装，―A‖：TQFP封装，―M‖：MLF封装。例：ATmega48-20AU，―A‖表示TQFP封装。

4）后缀最后一个字母，表示应用级别。―C‖：商业级，―I‖：工业级（有铅）、―U‖工业级（无铅）。例：ATmega48-20AU，―U‖表示无铅工业级。ATmega48-20AI，―I‖表示有铅工业级[7]。

1.2.5 A VR 8-Bit MCU的最大特点

与其它8-Bit MCU相比，A VR 8-Bit MCU最大的特点是：

1）哈佛结构，具备1MIPS / MHz的高速运行处理能力。

2）超功能精简指令集（RISC），具有32个通用工作寄存器，克服了如8051 MCU 采用单一ACC进行处理造成的瓶颈现象。·

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3）快速的存取寄存器组、单周期指令系统，大大优化了目标代码的大小、执行效率，部分型号FLASH非常大，特别适用于使用高级语言进行开发。

4）作输出时与PIC的HI/LOW相同，可输出40mA（单一输出），作输入时可设置为三态高阻抗输入或带上拉电阻输入，具备10mA-20mA灌电流的能力。

5）片内集成多种频率的RC振荡器、上电自动复位、看门狗、启动延时等功能，外围电路更加简单，系统更加稳定可靠。

6）大部分A VR片上资源丰富：带E2PROM，PWM，RTC，SPI，UART，TWI，ISP，AD，Analog Comparator，WDT等。

7）大部分A VR除了有ISP功能外，还有IAP功能，方便升级或销毁应用程序。1.3 本论文的结构

本论文包括五大部分，第一部分是绪论，其中描述了红外无线通信技术的现状，论文的结构和AVR单片机的发展过程和现状；第二部分是系统的整体设计，其中包括系统的整体框图，硬件开发工具和软件开发工具，讲述了系统的设计的每个小框架，软件和硬件的功能菜单的介绍；第三部分是硬件设计，包括CPU的选型，所选CPU的功能介绍，外围电路的设计以及各模块的功能介绍；第四部分是软件设计，包括每个模块的软件设计流程图，及主要代码介绍；第五部分是系统的实现，即系统的运行，介绍了软硬件的运行结果。

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2 系统整体设计

2.1 系统框图

图2.1 系统框图

2.2 硬件开发工具

2.2.1 Protues简介

Proteus软件是来自英国Labcenter electronics公司的EDA工具软件，Proteus软件有十多年的历史，在全球广泛使用，除了其具有和其它EDA工具一样的原理布图、PCB 自动或人工布线及电路仿真的功能外，其革命性的功能是，他的电路仿真是互动的，针对微处理器的应用，还可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程，并实现软件源码级的实时调试，如有显示及输出，还能看到运行后输入输出的效果，配合系统配置的虚拟仪器如示波器、逻辑分析仪等，您不需要别的，Proteus为您建立了完备的电子设计开发环境！尤其重要的是Proteus Lite可以完全免费，也可以花微不足道的费用注册达到更好的效果;功能最强的Proteus专业版也非常便宜，人人用得起，对高校还有更多优惠。

Proteus组合了高级原理布图、混合模式SPICE仿真,PCB设计以及自动布线来实现一个完整的电子设计系统。此系统受益于15年来的持续开发,被《电子世界》在其对PCB 设计系统的比较文章中评为最好产品—“The Route to PCB CAD”。Proteus 产品系列也

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包含了我们革命性的VSM技术,用户可以对基于微控制器的设计连同所有的周围电子器件一起仿真。用户甚至可以实时采用诸如LED/LCD、键盘、RS232终端等动态外设模型来对设计进行交互仿真。

其功能模块:—个易用而又功能强大的ISIS原理布图工具；PROSPICE混合模型SPICE仿真; ARES PCB设计.

PROSPICE 仿真器的一个扩展PROTEUS VSM:便于包括所有相关的器件的基于微处理器设计的协同仿真。此外，还可以结合微控制器软件使用动态的键盘，开关，按钮，LEDs甚至LCD显示CPU模型.

1)支持许多通用的微控制器,如PIC,A VR,HC11以及8051. 最新支持ARM

2)互的装置模型包括: LED和LCD显示,RS232终端,通用键盘,I2C，SPI器件

3)强大的调试工具,包括寄存器和存储器,断点和单步模式

4)IAR C-SPY 和Keil uVision2等开发工具的源层调试

5)应用特殊模型的DLL界面-提供有关元件库的全部文件

6)最新版支持非常丰富仿真元件共7000多种，还有很多第三方模型。如MMC卡，以太网卡，ATA硬盘，麦克风，等等。

2.2.2 Protues[6]新特点

1)全部满足我们提出的单片机软件仿真系统的标准，并在同类产品中具有明显的优势。

2)具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、RS232 动态仿真、I2C 调试器、SPI 调试器、键盘和LCD 系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。

3)目前支持的单片机类型有：68000系列、8051系列、A VR 系列、PIC12 系列、PIC16 系列、PIC18 系列、Z80 系列、HC11系列以及各种外围芯片。

4)支持大量的存储器和外围芯片。总之，该软件是一款集单片机和SPICE 分析于一身的仿真软件，功能极其强大，是其他任何一款软件不能相比的。

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图2.2 硬件开发工具界面

2.3 软件开发工具

此系统设计过程中使用的软件工具是WINAVR 。下面将介绍此软件的安装过程以及部分菜单项功能。

2.3.1 WINA VR [7]的安装

1）运行光盘上的Avr Studio4.18Setup.exe 程序进行安装。

方法一：a 打开―我的电脑‖

b 打开光盘驱动器所对应的盘符

c 双击光盘中 图标

d 按照屏幕提示选定一个安装路径后进行安装

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10 方法二： a 在―开始‖菜单中选择运行项目

b 在―运行‖对话框中填入―drive:\setup.exe‖

c 按“确定”键开始安装

d 其余同方法一

注意：按上述方法进行安装后得到的是一个只可以使用30 天的未注册版对正式版，用户还要进行第二步的注册才可得到一个无时间限制的正式版，WIN A VR 正式版分标准版和专业版，在标准版中有一些功能限制，如代码的压缩工程和文件的配置检查，在标准版中不可以使用[13]。

2.3.2 A VR Studio 的安装

点击 图标进行安装，其他步骤与WINA VR 相似。

图2.3 软件开发工具界面

2.3.3 A VR Studio 的部分菜单功能介绍

1）弹出菜单

在 A VR Studio 环境中单击右键，那么A VR Studio 会根据实际情况弹出相应的工具菜单。

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2）File Menu 文件菜单

New：新建一个文件，你可在编辑窗口是输入文字或代码。

Open：打开一个已以经存在的文件用于编辑文件用浏览窗口选择。

Save：保存当前文件，如果环境设置中设置了保存备份文件，则将原文件以

.~形式保存。

Save as：将当前文件用另外一个名称来保存。

Close：关闭当前文件，如果文件有过修改系统会进行提示。

Save All：保存所有打开的文件。

Print ：打印当前文件。

Exit ：退出A VR Studio的IDE 环境。

3）Edit Menu ：编辑菜单。

Undo：撤消最后一次的修改。

Redo：撤消最后一次的Undo。

Cut：剪切选择的内容到剪帖板。

Copy ：拷贝选择的内容到剪帖板。

Paste ：将剪帖板内容粘帖在当前光标的位置。

Delete：删除选择的内容。

Find … ：在编辑窗口中寻找一个文本。

Find in Files...：在所有文件中寻找一个文本。

4）Project Menu：工程菜单。

New Project：创建一个新的工程文件。

Open Project：打开一个已经存在的工程文件。

Close Project ：关闭当前的工程文件。

Configeration Option：打开工程编译选项对话框。

Save Project ：保存当前工程。

5）Build Menu:构筑菜单。

Build:构筑当前文件。

Rebuild All ：重新构筑全部文件，注意在版本升级后对原有工程最好全部重新构筑。

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3 仿真硬件电路设计

3.1 CPU选型

3.1.1 ATmega16简介

ATmega16[8]是基于增强的AVR RISC 结构的低功耗8位CMOS微控制器。由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，ATmega16 的数据吞吐率高达1MIPS/MHz，从而可以减缓系统在功耗和处理速度之间的矛盾。

ATmega16 AVR 内核具有丰富的指令集和32 个通用工作寄存器。所有的寄存器都直接与运算逻单元(ALU) 相连接，使得一条指令可以在一个时钟周期内同时访问两个独立的寄存器。这种结构大大提高了代码效率，并且具有比普通的CISC 微控制器最高至10 倍的数据吞吐率。

3.1.2 ATmega16 特点

1)高性能、低功耗的8位A VR微处理器

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

-工作于16MHz时性能高达16MIPS

-只需两个时钟周期的硬件乘法器

3)非易失性程序和数据存储器

-16K 字节的系统内可编程Flash，擦写寿命: 10,000次

-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，真正的同时读写操作

-512 字节的EEPROM，擦写寿命: 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)JTAG 接口( 与IEEE 1149.1 标准兼容)

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-符合JTAG 标准的边界扫描功能

-支持扩展的片内调试功能

-通过JTAG 接口实现对Flash、EEPROM、熔丝位和锁定位的编程

5)外设特点

-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

-具有独立振荡器的实时计数器RTC

-四通道PWM

-8路10位ADC，8个单端通道，2个具有可编程增益（1x, 10x, 或200x）的差分通道

-面向字节的两线接口

-两个可编程的串行USART

-可工作于主机/ 从机模式的SPI 串行接口

-具有独立片内振荡器的可编程看门狗定时器

-片内模拟比较器

6)特殊的处理器特点

-上电复位以及可编程的掉电检测

-片内经过标定的RC振荡器

-片内/片外中断源

-l 6种睡眠模式: 空闲模式、ADC 噪声抑制模式、省电模式、掉电模式、Standby 模式以及扩展的Standby模式

7)I/O和封装

-32个可编程的I/O口

-40引脚PDIP封装, 44引脚TQFP封装, 与44引脚MLF封装

-工作电压:

-ATmega16L：2.7 - 5.5V

-ATmega16：4.5 - 5.5V

8)速度等级

-8MHz ATmega16L

-0-16MHz ATmega16

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9)ATmega16L在1MHz, 3V, 25°C时的功耗

-正常模式: 1.1 mA

-空闲模式: 0.35 mA

-掉电模式: < 1 μA

3.1.3 ATmega8[9]的特点

1）高性能、低功耗的8位AVR微控制器，先进的RISC精简指令集结构130条功能强大的指令，大多数为单时钟周期指令

32个8位通用工作寄存器

工作在16MHz时，具有16MIPS的性能

片内集成硬件乘法器（执行速度为2个时钟周期）

2）片内集成了较大容量的非易失性程序和数据存储器以及工作存储器 8K字节的Flash程序存储器，擦写次数：＞10000次

支持可在线编程（ISP）、可在应用自编程（IAP）

带有独立加密位的可选BOOT区，可通过BOOT区内的引导程序区（用户自己写入）来实现IAP编程。

512个字节的E2PROM，擦写次数：100000次

1K字节内部SRAM

可编程的程序加密位

3）丰富强大的外部接口（Peripheral）性能

2个具有比较模式的带预分频器（Separate Prescale）的8位定时/计数器

1个带预分频器（SeParat Prescale），具有比较和捕获模式的16位定时／

计数器

1个具有独立振荡器的异步实时时钟（RTC）

3个PWM通道，可实现任意＜16位、相位和频率可调的PWM脉宽调制输出

8通道A/D转换（TQFP、MLF封装），6路10位A/D+2路8位A/D

6通道A/D转换（PDIP封装），4路10位A/D+2路8位A/D

1个I2C的串行接口，支持主/从、收/发四种工作方式，支持自动总线仲裁

1个可编程的串行USART接口，支持同步、异步以及多机通信自动地址识别

1个支持主/从（Master/Slave）、收/发的SPI同步串行接口

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带片内RC振荡器的可编程看门狗定时器

片内模拟比较器

4）特殊的微控制器性能

可控制的上电复位延时电路和可编程的欠电压检测电路

内部集成了可选择频率（l/2/4/8MHZ）、可校准的RC振荡器

外部和内部的中断源18个

五种睡眠模式：空闲模式（Idle）、ADC噪声抑制模式（ADC Noise Reduction）。

省电模式（Power－save）、掉电模式（Power－down）、待命模式（Standby）。

5）I/O口和封装

最多23个可编程I/O口，可任意定义I/O的输入/输出方向；输出时为推挽输

出，驱动能力强，可直接驱动LED等大电流负载：输入口可定义为三态输入，

可以设定带内部上拉电阻，省去外接上拉电阻。

28脚PDIP封装，32脚TQFP封装和32脚MLF封装。

6）宽工作电压

2.7V-5.5V（ATmega8L）

4.5V-

5.5V（ATmega8）

7）高运行速度

0-8MHz（ATmega8L）

0-16MHz（ATmega8）

8）低功耗

正常模式（Active）：3.6mA

空闲模式（Idle Mode）：1.0 mA

掉电模式（Power－down Mode）：0.5uA

3.2 单片机外围电路设计

外围电路主要包括时钟电路的设计、单片机所需引脚的链接、红外接收头电路的设计以及按键的设计。

3.2.1 时钟电路的设计

单片机的时钟信号用两种方式得到：内部振荡方式和外部振荡方式。本次设计应用

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沈阳理工大学学士学位论文

的是的内部振荡方式电路。

ATmega16芯片有如下几种通过Flash熔丝位进行选择的时钟源。时钟输入到A VR 时钟发生器，再分配到相应的模块。

表3.1

本系统中使用的是标定的内部RC振荡器[10]。

3.2.2 电机外围电路的设计

图3.1 电机外围电路

本系统中对电机应用的是PWM调速方式。场效应管在这里起到开关的作用。当栅极和源极之间的电压大于开启电压时，场效应管导通，电机转动；当栅极和源极的电压小于开启电压时，场效应管截止，电机停止转动。电机的转速通过脉冲方式进行调节，即通过改变高电平的占空比来调节电机转速。当提高高电平的占空比时，电机转速增加；当降低高电平的占空比时，电机转速减少。而高电平的占空比或者说时钟脉冲的形状通过单片机mega16来控制。

3.2.3 单片机的引脚连接设计

单片机的引脚连接如图3.2所示。

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沈阳理工大学学士学位论文

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图3.2 单片机的引脚连接

3.2.4 红外接收头 IRLINK

图3.3 红外接收头 到目前为止，红外遥控协议[11]已多达十种， 如： RC5、 SIRCS 、 Sony 、 RECS80、Denon 、NEC 、Motorola 、Japanese 、SAMSWNG 和 Daewoo 等。我国家用电器的红外遥控器的生产厂家，其编码方式多数是按上述的各种协议进行编码的，而用得较多的有 NEC 协议。这里，兼容的协议是SonySRIC 。

Protues ISIS 提供了兼容Sony SIRC 协议的红外信号接收组件IRLink,具备一体化红外接收头的全部功能，使得在虚拟环境设计红外遥控仿真系统成为可能。本文使用PIC 微控制器模拟红外遥控发射端，接收端IRLink 组件将解调信号送入另一片负责解码的微控制器，通过编写C 程序，实现了虚拟平台红外遥控信号的收发设计仿真，并在实物应用电路通过验证测试。

对于大量消费类电子产品中普遍使用的基于红外线的遥控设备，由于它能有效的隔离电气干扰，且不易影响其他电器正常运行等诸多优点而得到广泛应用。红外遥控系统设备一般由遥控发射器、红外接收头、微控制器及接口电路组成。其中遥控发射器用来

发射由一组串行二进制脉冲码构成的遥控信号。为避免传输过程中受其他信号干扰，通

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