一、背景概述

单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统，在工业控制领域的广泛应用。从上世纪80年代，由当时的4位、8位单片机，发展到现在的32位300M的高速单片机。

1997年，由ATMEL公司挪威设计中心的A先生与V先生利用ATMEL公司的Flash新技术， 共同研发出RISC精简指令集的高速8位单片机，简称AVR。相对于出现较早也较为成熟的51系列单片机，AVR系列单片机片内资源更为丰富，接口也更为强大，同时由于其价格低等优势，在很多场合可以替代51系列单片机。因此，学习、研究AVR单片机存在广阔的应用空间。

本文着重介绍AVR产品系列中的ATmega16。

ATmega16是基于增强的AVR RISC结构的低功耗8位CMOS微控制器。其具有丰富的指令集和32个通用工作寄存器。16K字节的系统内可编程Flash(具有同时读写的能力，即RWW)，512字节EEPROM，1K字节SRAM，32个通用I/O 口线，32个通用工作寄存器，用于边界扫描的JTAG接口，支持片内调试与编程，三个具有比较模式的灵活的定时器/ 计数器(T/C),片内/外中断，可编程串行USART，有起始条件检测器的通用串行接口，8路10位具有可选差分输入级可编程增益(TQFP 封装) 的ADC，具有片内振荡器的可编程看门狗定时器，一个SPI串行端口，以及六个可以通过软件进行选择的省电模式。

本芯片是以Atmel 高密度非易失性存储器技术生产的。片内ISP Flash 允许程序存储器通过ISP串行接口，或者通用编程器进行编程，也可以通过运行于AVR 内核之中的引导程序进行编程。

二、芯片功能

本设计基于ATmega16单片机，着重开发以下相关功能：

(1)LED发光二极管闪烁

LED是一种能发光的半导体电子元件

。它的核心部分是由P型半导体和N型半导体组成的晶片，在P型半导体和N型半导体之间有一个过渡层，称为PN结。在某些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。通过AVR单片机的程序控制，从而实现LED灯的某种规律闪烁。

(2)动态数码管显示

LED数码管是由多个发光二极管封装在一起的器件，是由七个发光管组成8字形构成的，加上小数点就是8个，这些段分别由字母a，b，c，d，e，f，g，dp来表示。数码管动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划"a，b，c，d，e，f，g，dp "的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位元选通控制电路，位元选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位元选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位元就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。

（3）按键与中断输入

按键直接连接到IO口，另外一端连接VCC或者GND，一般情况连接到地，也就是按键按下的时候，IO口的电平被强制拉低，即0，而通过IO输入检测该端口电平就可以判断按键是否按下。

中断属于一种对事件的实时处理过程。中断源可能随时停止单片机当前正在处理的工作，转而去处理中断事件，待中断时间处理完毕之后，再返回原来工作的断点处，继续原来的工作。

（4）时钟设置

    利用具有涓细电流充电能力的低功耗实时时钟电路DS1302。它采用三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。DS1302内部有一个31#215;8的用于临时性存放数据的RAM寄存器。另外，还可以在上面的电路中加入DS18B20，同时显示实时温度。

（5）蜂鸣器鸣响

    蜂鸣器在加载5V电压时会发出固定频率的声音，大部分使用蜂鸣器来做提示或报警，比如按键按下、开始工作、工作结束或是故障等等。

（6）A/D输入可调电位器

    电位器提供模拟量输入，编制程序，将模拟量转换成二进制数字量，输入到发光二极管上显示。    

（7）IIC总线连接

IIC总线是由数据线SDA和时钟SCL构成的串行总线，可发送和接收数据。

IIC总线在传送数据过程中共有三种类型信号， 它们分别是：开始信号、结束信号和应答信号。

开始信号：SCL为高电平时，SDA由高电平向低电平跳变，开始传送数据。

结束信号：SCL为高电平时，SDA由低电平向高电平跳变，结束传送数据。 

应答信号：接收数据的IC在接收到8bit数据后，向发送数据的IC发出特定的低电平脉冲，表示已收到数据。CPU向受控单元发出一个信号后，等待受控单元发出一个应答信号，CPU接收到应答信号后，根据实际情况作出是否继续传递信号的判断。若未收到应答信号，由判断为受控单元出现故障。 

（8）串行外围设备接口SPI总线74HC595设置

74HC595是硅结构的CMOS器件，兼容低电压TTL电路，遵守JEDEC标准。 74HC595是具有8位移位寄存器和一个存储器，三态输出功能。三、软件仿真及PCB制版介绍