0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看技术视频
  • 写文章/发帖/加入社区
会员中心
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

通过采用AVR单片机ATXmega128A1进行便携式仪表的设计

电子设计 作者:电子设计 2018-11-14 08:49 次阅读

1.引言

工业化仪表,因其集信息的获取.转换.存储.传输.分析.处理及显示于一体而成为工业控制领域的基础和核心之一.随着计算机技术.微电子技术的发展,工业化仪表已逐渐发展成为具有微处理器系统的智能化仪表.便携式智能仪表因其携带方便.操作方便.界面友好.人机接口丰富.功耗低等特性,使得其在当今生活中越来越普及.

AVR XMEGA是8/16位AVR微处理器的升级版本.其采用Atmel picoPower技术,所有器件均可使用1.6V工作电压.MCU具有5霺唤醒时间和100nA的业界极低耗电量,其内部增加集成了全速USB?高速高精度模拟系统.DMA控制器和创新的事件系统,最大限度的提升了数据吞吐量和实时性能,并有效减轻了处理器负载.其集成度更高,更有效的降低了系统总功耗和成本.特别适宜计量.工业.医疗和消费领域的仪器仪表设备应用.

2.仪表设计总体框图

系统总体框图如图1所示,电源供电和复位电路构成了仪表的最小系统,本着仪表多用途,本设计加入了基于Zigbee技术的无线收发.USB数据通信.Flash存储扩展.字库芯片数据读取.数据采集.彩屏显示等功能.本文就将对此六个功能的外围电路及其实现进行详述.

3.仪表硬件设计

3.1 无线通信电路设计

在仪表使用过程中,当两台仪表需要相互通信或者不便于与PC机进行有线连接的情况下,需要将数据进行无线传输.而能够进行无线传输也成为诸多仪器仪表适应多条件.多功能的体现.Zigbee是近年新兴的无线网络通信技术标准,功耗小.成本低,在应用中有着突出优势.其连接时间短,大大降低了通信数据的碰撞概率;最大可达到65535个网络节点,使得其具有优越的组网能力;其数据传输进行加密处理,因而具有较高的网络安全性能.综上可知,Zigbee无线传输技术具有较广泛的应用前景.

设计使用了AT86RF212芯片,它是一款低功耗.低电压700/800/900 MHz频段无线收发器,提供了天线和MCU之间的完整无线电接口,支持ZigBee技术IEEE 802.15.4标准,支持6LoW PAN技术与高数据传输速率的ISM的应用,其外围电路连接如图2所示.

3.2 信号采集电路设计

本模块使用TLV2543作为电压幅值的采集,在采集数据之前需进行必要的电压变换.芯片接口连接如图3所示.多路数据采集通道扩展了MCU的不足,在进行控制中可使用单路或多路通道信号采集,其具有11路转换通道,12bits的电压转换精度,最高可达10靤的转换速率.AD芯片使用单片机SPI1接口进行数据传输,其基准电压由REF3030芯片提供.

3.3 扩展字库电路设计

为了使仪表的应用范围更加广泛,设计加入了集通数码科技公司生产的GT23L16M2Y字符芯片,以满足显示时界面中的较多字符需要.其内部包含11×12点阵与15×16点阵,有对于多种制式汉字及字符的支持.单片机利用汉字源码的函数计算,得到汉字点阵在芯片中的地址,读取到点阵数据后,通过口线传输给单片机以供显示.芯片可选PLII与SPI接口,为了节约口线,本仪表使用SPI接口模式,与CPU的连接如图4所示.

3.4 数据存储电路设计

仪表在野外操作时,当需要采集数据较多而又无法将数据及时传输至上位机时,就需要大容量.掉电非易失的存储设备.在长期数据对比分析时,也需要保存较大批量的数据记录,单片机本身自带128K字节的flash存储和8K字节的SRAM存储以及2K字节的EEPROM存储单元.但在掉电之后,FLASH存储无法保存数据,需要一个大容量的存储空间开保留已经记录的批量数据.

本设计采用了Atmel公司生产的ATDB011D存储器,内部集成了1M字节的Flash存储,有最高达66MHz的数据存取速度,其使用SPI接口与单片机进行数据传输.与单片机的连接电路如图5所示.

3.5 USB通信接口设计

USB接口在仪器仪表的使用中以相当普遍,在与计算机进行直接数据传输过程中,其端口小巧.支持热插拔操作等特性,使得其成为众多便携仪表的首选.本设计使用CP2102芯片,将单片机串行端口转换为USB端口,作为一个虚拟端口使用,简化了通讯连接方式和单片机的程序设计.其与CP2101完全引脚兼容,其符合USB 2.0规范:最高全速(12Mbps);支持USB的挂起状态,可以和支持COM口的PC机连接通讯使用.集成的USB收发器无需外部电阻,外围电路简单,连接电路如图6所示.

3.6 显示接口电路

仪表的显示质量直接关乎用户的使用体验,传统仪表的屏幕多为单色或者尺寸较小,彩色屏幕可以在界面中对重要内容进行突出显示,增强用户的人机交互视觉效果.

仪表使用了型号HY32B彩色显示器,兼顾了显示速率.电量消耗和用户视觉效果.其搭载了3.2英寸TFT LCD彩色显示屏和驱动电路,显示分辨率为320×240,其接口有多种选择,包括3-线.4-线SPI和6/9/16-bits6800/8080并行接口以及6/16/18-bit RGB接口.为了提高数据传输速度,数据信号使用16位并行传输.接口如图7所示.

4.系统软件设计

系统的编译和仿真全部在Atmel公司提供的AVR Studio 6.0软件环境下,所有模块实现均使用C语言编写,利于系统的开发与移植.软件使用模块化和层次化结构设计,开发周期短.维护方便.系统的总体框图如图8所示.底层模块设计为各个基础器件的驱动与接口程序,包括无线连接协议.USB接口联通.AD采集驱动.数据存储.时钟存取接口.显示接口数据传输以及键盘按键判别等.第二层主要用于执行指定功能,包括电压.频率测量.记录查询.无线连接.数据存取及按键操作等的组合选项.顶层即对界面的显示中需要用到的相应功能,实现人机交互.

5.总结

Xmega作为一款较新型的高性能单片机,其应用和开发还有待进一步的挖掘.本文以实际项目应用为基础,给出了具体的外围电路设计及软件流程,为其在工业中的应用提供了一种参考.

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • 电源
    +关注

    关注

    184

    文章

    17466

    浏览量

    249044
  • 单片机
    +关注

    关注

    6030

    文章

    44482

    浏览量

    631707
  • AVR
    AVR
    +关注

    关注

    11

    文章

    1122

    浏览量

    78535
  • 微处理器
    +关注

    关注

    11

    文章

    2242

    浏览量

    82245
收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    揭秘AVR单片机高性能便携式仪表电路 —电路图天天读(75)

    本文以AVR单片机ATXmega128A1为核心,设计了一种高可靠、低功耗、多用途的便携式仪表电路,并对其硬件
    发表于 12-25 10:41 3906次阅读

    国内单片机开发方案公司提供喷雾按摩二合一便携式美容仪方案

    嫩肤、美白、收紧皮肤等功效。喷雾按摩二合一便携式美容仪方案由深圳英锐恩科技有限公司自主研发,使用8位单片机 EN8F2711类芯片为主控IC进行开发的一款电子产品。喷雾按摩二合一便携式
    发表于 10-13 11:17

    便携式封口单片机芯片方案—深圳单片机开发方案公司

    `深圳单片机开发方案公司英锐恩推出应用在便携式封口机上的单片机芯片。作为家居生活的小工具,给家居生活带来更多的便利。相信大家肯定是遇到过在家里开了打包的零食但是吃不完的,那么吃不完的食物包装袋
    发表于 11-21 17:21

    AVR高速嵌入单片机原理与应用

    AVR高速嵌入单片机原理与应用详细介绍ATMEL公司开发的AVR高速嵌入单片机的结构;讲述
    发表于 10-28 16:14 63次下载
    <b class='flag-5'>AVR</b>高速嵌入<b class='flag-5'>式</b><b class='flag-5'>单片机</b>原理与应用

    AVR高速嵌入单片机原理与应用

    AVR高速嵌入单片机原理与应用书详细介绍ATMEL公司开发的AVR高速嵌入单片机的结构;讲述
    发表于 04-22 09:45 0次下载
    <b class='flag-5'>AVR</b>高速嵌入<b class='flag-5'>式</b><b class='flag-5'>单片机</b>原理与应用

    便携式智能仪器仪表的低功耗技术

    结合单片机技术及其它相关技术的新进展,研究了便携式智能仪器仪表的实用低功耗技术。对便携式智能仪器仪表的低功耗设计具有指导作用。功耗问题一直是
    发表于 08-07 08:25 30次下载

    便携式仪表电源的设计

    便携式仪表电源的设计 摘要:微电子技术的发展和工业测量的需求,使便携式仪表有着很好的发展前景。便携式
    发表于 07-16 09:14 852次阅读
    <b class='flag-5'>便携式</b><b class='flag-5'>仪表</b>电源的设计

    采用MSP430单片机及USB总线ch375设计便携式血压计

    采用MSP430单片机及USB总线ch375设计便携式血压计方案       本文使用低功耗MSP430单片机对人体血压信号
    发表于 03-06 09:37 1440次阅读
    <b class='flag-5'>采用</b>MSP430<b class='flag-5'>单片机</b>及USB总线ch375设计<b class='flag-5'>便携式</b>血压计

    基于单片机便携式心率计的设计与实现

    基于单片机便携式心率计的设计与实现:通过数模混合电路结合单片机控制的设计实现了对心率信号的实时测定,并能发出警告。整个电路尽量考虑到各方面的因素,做到线路简单,
    发表于 01-09 10:23 7735次阅读
    基于<b class='flag-5'>单片机</b>的<b class='flag-5'>便携式</b>心率计的设计与实现

    便携式红外测温仪资料以及简单介绍单片机程序

    便携式红外测温仪资料以及简单介绍单片机程序。
    发表于 05-13 15:51 41次下载

    AVR单片机-mega128-例程大全

    AVR单片机-mega128-例程大全
    发表于 12-29 20:37 24次下载

    如何使用AVR单片机进行楼宇供暖无线监控系统的设计

    介绍一种基于AVR单片机无线互联技术的楼宇供暖数据采集系统,该系统的监控终端PC与各楼层AVR单片机通过无线信道
    发表于 01-08 16:21 1次下载
    如何使用<b class='flag-5'>AVR</b><b class='flag-5'>单片机</b><b class='flag-5'>进行</b>楼宇供暖无线监控系统的设计

    AVR单片机教程--AVR单片机的ADC

    AVR单片机教程--AVR单片机的ADC(实用电源技术答案)-该文档为AVR单片机教程--
    发表于 09-24 15:49 66次下载
    <b class='flag-5'>AVR</b><b class='flag-5'>单片机</b>教程--<b class='flag-5'>AVR</b><b class='flag-5'>单片机</b>的ADC

    基于AVR128单片机抢答器仿真设计

    基于AVR128单片机抢答器仿真设计
    的头像 发表于 08-29 15:58 665次阅读
    基于<b class='flag-5'>AVR128</b><b class='flag-5'>单片机</b>抢答器仿真设计

    基于PIC单片机便携式气体测漏仪

    电子发烧友网站提供《基于PIC单片机便携式气体测漏仪.pdf》资料免费下载
    发表于 10-30 09:45 0次下载
    基于PIC<b class='flag-5'>单片机</b>的<b class='flag-5'>便携式</b>气体测漏仪