錢志宏

摘要：該文介紹的基于AVR單片機與點陣液晶的老化控制器（以下簡稱“本系統(tǒng)”）主要用Atmega 64單片機進行編程控制，用點陣液晶來顯示老化過程中的各個狀態(tài)，具有老化定時設(shè)定、日期時間設(shè)定、老化頻率設(shè)定、工作模式選擇等功能。

關(guān)鍵詞：AVR單片機；點陣液晶；老化控制器

中圖分類號：TP302 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）36-0248-03

1 引言

現(xiàn)代電子企業(yè)對于電子產(chǎn)品的質(zhì)量要求越來越高，不僅要求有較高的性能指標(biāo)，而且還要有較好的可靠性。電子產(chǎn)品的可靠性取決于設(shè)計的合理性、選用的元器件性能及整機制造工藝等因素。隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，電子產(chǎn)品的集成度越來越高，不僅功能越來越強大，而且制造工藝也越來越復(fù)雜，這樣在生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生潛在缺陷，這種缺陷表現(xiàn)在電子產(chǎn)品的早期失效，即在剛投入使用的一段時間內(nèi)故障率較高。

目前國內(nèi)外普遍采用通電老化工藝，使電子產(chǎn)品的早期失效在企業(yè)內(nèi)完成，從而提高合格產(chǎn)品的可靠性。通電老化是在環(huán)境溫度為40-60?C的老化室內(nèi)，讓電子產(chǎn)品連續(xù)通電工作48-72小時的過程。通過長時間通電老化，可以使電子產(chǎn)品設(shè)計中存在的缺陷、元器件的質(zhì)量問題和裝配焊接產(chǎn)生的隱患提前暴露出來，從而挑選出存在這些不足的不良品，保證出廠的產(chǎn)品能經(jīng)得起時間的考驗。

本文介紹的老化控制器，是根據(jù)電子企業(yè)對電子產(chǎn)品的可靠性要求，針對電子產(chǎn)品的早期失效而開發(fā)的一種自動老化裝置。它用128×64點陣液晶模塊作為工作界面，能設(shè)置老化起止時間，觀察老化狀態(tài)，具有數(shù)據(jù)存儲、定時、報警、中斷記憶等功能。

2 硬件系統(tǒng)

硬件系統(tǒng)包括按鍵電路、單片機控制系統(tǒng)、液晶顯示器、輸出控制和報警系統(tǒng)五個部分，它的核心器件是AVR單片機。本系統(tǒng)采用Atmel公司推出的Atmega64單片機，它的輸入部分由6個按鍵組成，用于老化的啟停、設(shè)定老化時間、改變老化狀態(tài)等功能。它的輸出控制三個部分：一是驅(qū)動點陣液晶顯示器，能夠隨時反映老化過程中的工作狀態(tài)；二是控制繼電器輸出，即控制產(chǎn)品的通電和斷電；三是驅(qū)動報警系統(tǒng)，即在某批產(chǎn)品老化結(jié)束時，將會自動發(fā)出告警，通知相關(guān)人員可以進行下一批產(chǎn)品的老化。具體的框圖如圖1所示。

2.1 Atmega64單片機

Atmega64單片機是高性能AVR增強型RISC（精簡指令系統(tǒng)計算機）結(jié)構(gòu)的8位低功耗微處理器。由于130條指令基本上都能在一個時鐘周期內(nèi)完成，使得數(shù)據(jù)吞吐率高達1MIPS/MHz，從而可以減緩系統(tǒng)在處理速度和功耗之間的矛盾。Atmega64只有SMT一種封裝，其內(nèi)核具有豐富的指令集和32個通用工作寄存器。Atmega64 單片機具有如下特性：64K字節(jié)的可編程Flash（具有在寫的過程中還能讀的能力，即RWW）、2K字節(jié)的EEPROM、4K字節(jié)的SRAM、53個通用可編程I/O口線、32個通用工作寄存器、實時計數(shù)器RTC、4個靈活的具有比較模式和PWM功能的定時器/ 計數(shù)器（T/C）、2個USART、面向字節(jié)的兩線串行接口TWI、8路10位ADC、具有片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時器、1個SPI串行端口、與IEEE 1149.1 規(guī)范兼容的JTAG接口、六種可以通過軟件選擇的省電模式。

Atmega64為許多嵌入式控制應(yīng)用提供了靈活而低成本的方案。本系統(tǒng)所涉及的數(shù)據(jù)量大，其對應(yīng)的存儲器空間的需求也相應(yīng)地增大。Atmega64內(nèi)置了64KB的存儲空間，4KB的數(shù)據(jù)存儲空間，選擇Atmega64單片機可使外圍電路更簡潔，提高控制器的運作效率。

2.2 按鍵電路

本系統(tǒng)共需6個按鍵，為了減少I/O口的占用，將按鍵排列成矩陣形式，如圖2和圖3所示。

Atmeg64單片機的PB口用作鍵盤I/O口，鍵盤的列線接到PB口的PB 4（PB 7）、PB 5（PG 3）、PB 6（PG 4），鍵盤的行線接到PB口的PB2（PB4）和PB3（PB5）。將PB 4（PB 7）、PB 5（PG 3）、PB 6（PG 4）設(shè)置為輸入、上拉，并把行線PB2（PB4）和PB3（PB5）設(shè)置為輸出，2根行線和3根列線形成6個相交點。

需要檢測當(dāng)前是否有鍵被按下時，只要讓行線中某一個輸出為低電平，讀取列線對應(yīng)端口的狀態(tài)。若為全“1”，則無鍵閉合；若不全為“1”，則有鍵閉合。當(dāng)檢測到有鍵按下，延時后做下一步的檢測判斷。若有鍵閉合，用對鍵盤的列線進行掃描的方法可以識別出是哪一個鍵閉合。

2.3 液晶顯示模塊

本系統(tǒng)顯示器采用的是恒芳公司的128×64點陣液晶，它能顯示點陣圖形，主要由行、列驅(qū)動器及128×64 全點陣液晶顯示器組成?？赏瓿?×8 個漢字和各種圖形的顯示，有很強的靈活性，其結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示。

圖中，IC3為行驅(qū)動器，IC1、IC2為列驅(qū)動器，它們含有如下功能器件：

1）用來寄存指令碼的指令寄存器IR，它與數(shù)據(jù)寄存器DR相對應(yīng)。當(dāng)D/I為1時，指令碼寫入IR。

2）用來寄存數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)寄存器DR，它與指令寄存器IR相對應(yīng)。當(dāng)D/I為1時，在E信號為下降沿時，數(shù)據(jù)寫入DR；在E信號為高電平1時，由DR讀到B7～DB0數(shù)據(jù)總線。DR和DDRAM之間的數(shù)據(jù)傳輸是模塊內(nèi)部自動執(zhí)行的。

3）提供內(nèi)部工作情況的忙標(biāo)志BF，當(dāng)BF為1時，模塊進行內(nèi)部操作，不接受外部指令和數(shù)據(jù)。當(dāng)BF為0時，模塊隨時可接受外部指令和數(shù)據(jù)。

4）用于控制屏幕顯示開和關(guān)的顯示控制觸發(fā)器DFF，DFF為1，為開顯示，在屏幕上就會顯示DDRAM中的內(nèi)容。DFF為0，為關(guān)顯示（DISPLAY OFF）。DFF的狀態(tài)由指令DISPLAY ON/OFF和RST信號控制。

5）作為DDRAM的地址指針的9位地址計數(shù)器XY，它的高三位是X地址計數(shù)器，低6位為Y地址計數(shù)器。X地址計數(shù)器是DDRAM的頁指針，是沒有記數(shù)功能的，只能通過指令進行設(shè)置；Y地址計數(shù)器是DDRAM的Y地址指針，具有循環(huán)計數(shù)功能，各顯示數(shù)據(jù)寫入后，Y地址計數(shù)器自動加1。

6）用于存貯圖形顯示數(shù)據(jù)的顯示數(shù)據(jù)存儲器RAM（DDRAM），它的數(shù)據(jù)為1表示顯示選擇，數(shù)據(jù)為0表示顯示沒有被選擇。

7）用于顯示行掃描同步的地址計數(shù)器Z，它是一個6位計數(shù)器，具備循環(huán)記數(shù)功能。當(dāng)一行掃描完成，Z地址計數(shù)器自動加1，并指向下一行掃描數(shù)據(jù)，當(dāng)RST復(fù)位時，Z地址計數(shù)器為0。

3 工具使用

3.1 ICCAVR編譯器

ICCAVR是一種使用符合ANSI標(biāo)準(zhǔn)的C語言來編寫微控制器32位程序的一個編譯器。它的主要特點是：運用了編輯器和工程管理器的工作環(huán)境，可在WINDOWS9X/NT/XP等操作系統(tǒng)下工作；狀態(tài)窗口能顯示編譯錯誤，并且用鼠標(biāo)單擊編譯錯誤時，光標(biāo)會自動跳轉(zhuǎn)到編輯窗口引起錯誤的那一行；輸出COFF/HEX格式的文件， HEX格式文件可支持大多數(shù)編程器，用于下載程序；COFF文件主要是用于仿真，方便檢查邏輯錯誤。

3.2 AVR Studio仿真器

AVR Studio是一個嵌入式開發(fā)環(huán)境，它可以在Windows 9x/Me/NT/2000/XP 操作系統(tǒng)下編寫和調(diào)試AVR應(yīng)用程序。AVR Studio為AVR單片機提供工程管理工具、源文件編輯器、芯片模擬器和在線仿真調(diào)試接口。另外，AVR Studio還支持STK500開發(fā)板，這個開發(fā)板可以對所有的AVR器件進行編程。它還支持JTAG在片仿真調(diào)試器。AVR Studio 4擁有的模塊結(jié)構(gòu)允許第三方軟件投資商共同合作開發(fā)。

AVR Studio的工作界面由工程管理、編輯器輸出欄、工作區(qū)、工作窗口、I/O窗口、信息窗口、查看窗口、存儲器窗口等組成。在本系統(tǒng)中，AVR Studio主要是充當(dāng)仿真編譯器使用，在仿真過程中方便檢查程序上的邏輯錯誤，如：程序進入某個未知的死循環(huán)中、或是跳過某個需要執(zhí)行的程序段等等。

程序的執(zhí)行狀態(tài)由調(diào)試工具欄控制，快捷鍵、菜單和調(diào)試工具欄可以實現(xiàn)所有的調(diào)試控制。如果在目標(biāo)文件中包含有效的源碼級信息，所有的調(diào)試操作將一直執(zhí)行下去，直到到達第一條用戶源代碼語句。要停止運行程序，必須在發(fā)出停止命令前轉(zhuǎn)換到反匯編模式。調(diào)試控制欄主要由開始調(diào)試（Start Debugging）、停止調(diào)試（Stop Debugging）、復(fù)位（Reset）（SHIFT+F5） 、運行（Run）（F5） 、暫停（Break）（CTRL-F5） 、單步執(zhí)行（Single step， Trace Into）（F11）、運行到光標(biāo)處（Run To Cursor）（F7） 、顯示下條語句（Show next statement）等命令組成。

3.3 PCtoLCD2002.exe液晶防真排版軟件

PCtoLCD2002有兩種界面模式：字符模式和圖形模式，圖形模式的工作界面如圖5所示。它可輸出多種形式的代碼（比如在匯編環(huán)境下的代碼、在C語言環(huán)境下的代碼等），圖形和字體的大小可根據(jù)需要可自由的調(diào)動。在圖形模式下，將設(shè)計好的顯示圖片直接導(dǎo)入到PCtoLCD2002下，然后設(shè)置代碼的輸出形式，生成并保存子模，這樣就可以直接將生成的代碼拷貝到程序中去。

本系統(tǒng)使用的是Atmega 64單片機，借助progisp.exe程序下載軟件將編好的程序燒進芯片里。

4 程序設(shè)計和調(diào)試

4.1 程序設(shè)計

本系統(tǒng)的程序分為主程序、顯示子程序和按鍵掃描子程序三大部分，主程序框圖如圖6所示（其它略）。它們都是在ICCAVR中編寫的，在編寫過程中經(jīng)過不斷的修改、編譯，然后生成COFF仿真文件。

4.2 軟件調(diào)試

把生成的仿真文件導(dǎo)入到AVR Studio仿真器中。先打開AVR Studio軟件，將會跳出新建項目窗口，點取消，點擊打開文件，找到COFF所在的文件，打開COFF文件，將跳出選擇設(shè)備和調(diào)試平臺（select device and debug platform）發(fā)窗口，在調(diào)試平臺（debug platform）中選擇AVR仿真器（AVR simulator），在器件（Device）中選擇Atmega64這個器件，點擊finish。

在工作窗口中的I/O View可以觀察寄存器、I/O端口、定時計數(shù)器等狀態(tài)變化，在主窗口的右面是相對應(yīng)的程序代碼，這樣在調(diào)試中能將每個語句與運行該語句所對應(yīng)的相關(guān)寄存器一一對應(yīng)起來，更直觀的看出語句中所存在的邏輯錯誤。

文件導(dǎo)入到仿真器后，點擊開始仿真（start debugging），仿真器開始運行，在第一次仿真時，應(yīng)該用單步仿真（step over），開始對程序進行逐句運行，直到?jīng)]有邏輯錯誤為止。

4.3 整機調(diào)試

軟件調(diào)試成功后，就可將程序代碼直接燒錄到單片機芯片中去，進行整機調(diào)試。

先將控制器通電，在剛開始的三秒鐘內(nèi)顯示歡迎屏幕。三秒后，則進入工作屏幕，顯示工作狀態(tài)、老化時間、計次次數(shù)、時間日期等數(shù)據(jù)，并等待操作人員的操作。在菜單界面下，對老化參數(shù)進行更改（工作模式的選擇、老化信號頻率設(shè)定、老化時間設(shè)定、日期、時間設(shè)定等）。

然后打開老化架電源，則對應(yīng)得電源指示燈亮，再打開信號開關(guān)，開始進行計次，看到計次燈在閃爍，則計次正常，對應(yīng)得信號開關(guān)指示燈也會常亮。等到老化時間為零時，即老化結(jié)束，老化架電源和計次信號都會被關(guān)閉，并發(fā)出報警信號，通知相關(guān)人員可以進行下一批產(chǎn)品的老化。

5 結(jié)束語

經(jīng)過整體調(diào)試，歡迎界面的顯示、老化時間的設(shè)置、計次頻率的調(diào)整、工作模式的選擇等功能都能很好地實現(xiàn)。它可以取代目前多數(shù)電子企業(yè)使用的機械式或半自動的老化控制器。

參考文獻：

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