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2019年12月19日 | 揭秘AVR单片机高性能便携式仪表电路 —电路图天天读（75）
2019-12-19 来源：elecfans
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。本文以ATMEL 公司生产的高性能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，并对其硬件进行了分析。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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