觸摸屏無線遙控三基色彩燈設(shè)計(jì) 電氣畢業(yè)設(shè)計(jì)

天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)Tianjin University of Technology and Education畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)專 業(yè)： 電氣技術(shù)教育 班級學(xué)號(hào)： 電氣0813-11 學(xué)生姓名： 李寧寧 指導(dǎo)教師： 李宏偉 教授 二一三年五月天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)觸摸屏無線遙控三基色彩燈設(shè)計(jì)專業(yè)班級：電氣0813學(xué)生姓名：李寧寧指導(dǎo)教師：李宏偉 教授學(xué) 院：自動(dòng)化與電氣工程學(xué)院2013 年 5 月摘 要單片機(jī)滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個(gè)領(lǐng)域沒有單片機(jī)的蹤跡，無線控制已是千家萬戶的生活依托，當(dāng)你使用手機(jī)打電話時(shí)，使用遙控器控制家中的電視時(shí)，應(yīng)用到都是無線控制，人的生活豐富多彩，但你打開家中的燈光依然是白色的燈光的時(shí)候，卻不能改變室內(nèi)的顏色，室內(nèi)生活顏色變得單一，為實(shí)現(xiàn)室內(nèi)的彩色生活，設(shè)計(jì)一款可無線觸摸屏控制三基色彩燈。本文設(shè)計(jì)制作了這樣一個(gè)彩燈，主要是用單片機(jī)采集控制要求、通過無線模塊發(fā)射接收信號(hào)，來控制三基色彩燈的顏色和亮度。其原理是以單片機(jī)為觸摸屏提供供電電壓，采集觸摸屏被觸摸后屏上的電壓，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成單片機(jī)可識(shí)別的數(shù)字量，單片機(jī)通過無線發(fā)射信號(hào)控制被控制電路，被控電路的無線模塊接收的無線信號(hào)后傳送給單片機(jī)，通過單片機(jī)的處理然后對三基色彩燈發(fā)出不同占空比的信號(hào)，三基色彩燈接到不同的占空比的信號(hào)發(fā)出不同亮度的三基色，通過三基色配置出不同顏色的燈光。本文首先介紹結(jié)合了單片機(jī)的采集和控制，觸摸屏和無線模塊的設(shè)計(jì)和使用，三基色彩燈的控制原理和光譜光強(qiáng)的介紹。最后進(jìn)行觸摸屏無線控制的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：單片機(jī)；無線；觸摸屏；三基色ABSTRACTMicrocontroller penetrated into every aspect of our lives, which is almost difficult to find traces of the field without MCU, wireless control is the thousands of households living on, when you use the mobile phone, the use of remote control of home television, applied to all wireless control, peoples life rich and colorful, but open your home the lights are still when the white light, but can not change the indoor color, interior color becomes a single life, for life to achieve indoor color, design a wireless touch screen control three color lights.We designed a lantern, is mainly used collection control requirements, through the wireless module for transmitting and receiving signal, color and brightness to control three color lamp. Its principle is based on the single-chip microcomputer as the touch screen provides a supply voltage, voltage acquisition touch screen is touched after screen, through the analog-to-digital conversion, converted into digital chip identification, MCU control circuit is controlled by a wireless transmission signal, the controlled circuit of wireless module receives wireless signals transmitted to the microcontroller, SCM through the processing and the three color lamp signal ratio of air to different accounts for three color lights, received three colors representing different signal ratio of air to produce different brightness, color configuration through three different colors of light.This paper firstly introduces the combination of acquisition and control chip, design and use the touch screen and a wireless module, control principle and spectrum intensity of three color lamp introduction. Finally, the hardware design and software design of wireless touch-screen control.Key Words：Atmega16 Microcomputer; wireless Touchscreen; three primary colors目 錄1 引言11.1研究背景11.2課題的發(fā)展現(xiàn)狀21.2.1單片機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀21.2.2燈飾的發(fā)展現(xiàn)狀31.3研究內(nèi)容42 模塊的選擇及功能介紹52.1觸摸屏52.1.1觸摸屏的定義52.1.2觸摸屏的分類52.2無線nRF24L01模塊72.2.1概述82.2.2 nRF24L01無線模塊工作原理92.2.3 nRF24L01無線模塊的優(yōu)缺點(diǎn)92.2.4 nRF24L01無線模塊的抗干擾性能92.2.5 nRF24L01無線模塊的應(yīng)用前景92.3三基色LED102.3.1 LED102.3.2 太陽光譜結(jié)構(gòu)112.4本章小結(jié)113 AVR單片機(jī)的特點(diǎn)及功能簡介123.1系統(tǒng)構(gòu)成框圖123.2AVR單片機(jī)的特點(diǎn)123.3單片機(jī)的串口功能143.4 ATmega16單片機(jī)PWM功能154 硬件電路設(shè)計(jì)及原理174.1觸摸屏電路174.1.1電阻式觸摸屏結(jié)構(gòu)174.1.2電阻式四線觸摸屏工作原理184.2 nRF24L01無線發(fā)射電路184.3電源電路194.4 nRF24L01無線接收電路204.5三基色LED驅(qū)動(dòng)電路204.6本章小結(jié)215軟件程序設(shè)計(jì)225.1總體程序框圖225.2單片機(jī)程序23結(jié) 論27參考文獻(xiàn)28致 謝2929天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)2013屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)1 引言1.1研究背景社會(huì)在不斷進(jìn)步，人類在不斷追求，市場在不斷變化，高科技應(yīng)用含量決定著產(chǎn)品發(fā)展的新趨勢和前景，高新技術(shù)在電子產(chǎn)品領(lǐng)域的應(yīng)用意義深遠(yuǎn)。隨著高新技術(shù)電子產(chǎn)品的快速發(fā)展，更多的無線觸摸屏控制越來越多的展現(xiàn)出來，已經(jīng)應(yīng)用于實(shí)際中的有工業(yè)生產(chǎn)中的電氣控制柜觸摸屏控制面板，觸摸屏手機(jī)，無線觸摸屏加油器等，而所用的無線觸摸屏控制器都用一個(gè)共同的特點(diǎn)，都是利用單片機(jī)作為中央控制單元。結(jié)合了單片機(jī)的無線觸摸屏遙控和普通遙控相比，功能上更強(qiáng)，使用更方便，安全可靠性也更高，最重要的是更加直觀的環(huán)保的控制各種被控設(shè)備，提高了遙控的品質(zhì)。無線控制器因?yàn)閱纹瑱C(jī)和觸摸屏的加入而走向更加直觀更加環(huán)保，并且隨著人們生活水平的提高日益走向平民化，我們的生活也隨著高新技術(shù)的發(fā)展越來越方便、舒適。隨著高新技術(shù)的發(fā)展，作為家用電器當(dāng)中的燈飾也要順應(yīng)科技的發(fā)展步伐走向環(huán)保和多功能化。雖然開關(guān)控制式的燈飾還是燈飾市場的主體。但是，隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展和人們的需求變化，傳統(tǒng)的燈飾已經(jīng)感受到產(chǎn)品更新?lián)Q代的威脅。與其他的智能化家用電器一樣，無線觸摸屏控制三基色彩燈有許多普通開關(guān)式燈飾所無法比及的優(yōu)勢，無線觸摸屏控制三基色彩燈一方面可以調(diào)節(jié)色彩，另一方面有利于環(huán)保。無線觸摸屏控制三基色彩燈不僅在功能上日趨向高新技術(shù)化，同時(shí)在外觀上已逐步向組合化、裝飾化、情趣化方向發(fā)展。組合化是隨著人們生活節(jié)奏的加快，一些方便實(shí)用、新穎、美觀的組合彩燈正在市場上興起，有鬧鐘與彩燈組合的，有小型取暖器與彩燈組合的，有微型電訊與彩燈組合的，還有把筆架、文具盒、像片框與彩燈組合的等等，使彩燈更具有實(shí)用性。裝飾化，裝飾化彩燈注重裝飾效果，體現(xiàn)鮮明的藝術(shù)特色，使彩燈成為一件具有實(shí)用性的藝術(shù)品。由于彩燈不但具有現(xiàn)代工藝性，而且式樣多變，工藝精湛，造型也別具匠心。質(zhì)料上不再是單一塑料制品，還采用不銹鋼、銅、玻璃等材料制成，風(fēng)格各異。有乳白、橘黃、草綠、玫瑰紅、湖綠等顏色，消費(fèi)者可按房間裝飾風(fēng)格及家具風(fēng)格來選購不同款式、質(zhì)料的彩燈，使彩燈與室內(nèi)布置形成一個(gè)完善的藝術(shù)整體。情趣化，情趣化彩燈往往以小巧玲瓏、想象豐富等特點(diǎn)而頗受青少年青睞。1.2課題的發(fā)展現(xiàn)狀單片機(jī)在本次無線觸摸屏遙控三基色彩燈設(shè)計(jì)中是主要控制單元，主要控制電路燈光控制電路是在單片機(jī)的控制下工作。下面就介紹一下無線觸摸屏遙控三基色彩燈設(shè)計(jì)的大腦，單片機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r以及在各個(gè)領(lǐng)域中的實(shí)際應(yīng)用。在對其熟悉的基礎(chǔ)上對它進(jìn)行合理的利用。1.2.1單片機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀微型計(jì)算機(jī)即單片機(jī)，1976年Intel公司推出了8位的MCS-48系列單片機(jī)，它以等特點(diǎn)，贏得了廣泛的應(yīng)用和好評，為單片機(jī)的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，成為單片機(jī)發(fā)展史上一個(gè)重要階段。其后，在MCS-48成功的刺激下，許多半導(dǎo)體芯片在生產(chǎn)廠商競相研制和發(fā)展自己的單片機(jī)系列。到80年代末，世界各地已相繼研制出大約50個(gè)系列300多個(gè)品種的單片機(jī)產(chǎn)品，其中包括Motorola公司的6801，6802，Zilog公司的Z-8系列，Rockwell公司的6501，6502等，此外，日本的NEC公司，日立公司等也不甘落后，相繼推出了各自的單片機(jī)品種。盡管目前單片機(jī)的品種很多，但是我國使用最多的是Intel公司的MCS-51單片機(jī)系列。MCS-51系列是在MCS-48的基礎(chǔ)上在上世紀(jì)八十年代初發(fā)展起來的，雖然它是8位的單片機(jī)，但其功能較MCS-48有很大的增強(qiáng)。此外，它還具有品種全、兼容性強(qiáng)、軟硬件資料豐富等特點(diǎn)，因此應(yīng)用愈加廣泛，直到現(xiàn)在，MCS-51仍不失為單片機(jī)的主流系列。繼8位單片機(jī)之后，又出現(xiàn)了16位單片機(jī)，1983年Intel公司推出的MCS-96系列處理器。單片機(jī)就是其中的典型代表。與MCS-51相比，MCS-96不但字長增加一倍，而且在其它性能方面也有很大的提高，特別是芯片內(nèi)還增加了一個(gè)4路或8路的10位A/D轉(zhuǎn)換器，使其具有A/D轉(zhuǎn)換的功能?？v觀單片機(jī)近30年的發(fā)展歷程，單片機(jī)今后將向多功能、高性能、高速度、低電壓、低功耗、低價(jià)格、外圍電路簡單化以及片內(nèi)存儲(chǔ)器容量增加的方向發(fā)展。但其位數(shù)不一定會(huì)繼續(xù)增加，盡管現(xiàn)在已經(jīng)有了32位單片機(jī)，但使用的并不多?？梢灶A(yù)言，今后的單片機(jī)將是功能更強(qiáng)、集成度和可靠性更高而功耗更低、以及使用更方便等特點(diǎn)。此外，專用化也是單片機(jī)的一個(gè)發(fā)展方向，針對單一用途的專用單片機(jī)將會(huì)越來越多。隨著微電子技術(shù)和超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)真正意義上的嵌入式系統(tǒng)的出現(xiàn)。單片機(jī)能最好地滿足嵌入式應(yīng)用的環(huán)境要求，例如，芯片級的物理空間、大規(guī)模集成電路的低價(jià)位、良好的外圍接口總線和突出控制功能的指令系統(tǒng)。單片機(jī)有計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)核，嵌入到電子系統(tǒng)中，為電子系統(tǒng)智能化奠定了基礎(chǔ)。因此，當(dāng)前單片機(jī)在電子系統(tǒng)中的廣泛使用，使經(jīng)典電子系統(tǒng)迅速過渡到智能化的現(xiàn)代電子系統(tǒng)。又單片微型計(jì)算機(jī)以其體積小、性價(jià)比高、功能強(qiáng)、可靠性高等獨(dú)有特點(diǎn)，在各個(gè)領(lǐng)域（如工業(yè)控制、家電產(chǎn)品、汽車電子、通信、智能儀器儀表）得到廣泛應(yīng)用。1.2.2燈飾的發(fā)展現(xiàn)狀燈飾本來是一個(gè)非常簡單的照明工具，就是一個(gè)電源加一個(gè)燈泡，但是隨著科技的進(jìn)步，人們開始對燈飾的功能要求也開始日漸提高。所以它的功能也由簡單的照明開始向其他的節(jié)能和護(hù)眼等方面發(fā)展，有些燈飾還添加了鬧鐘和定時(shí)等功能,但還沒有一種燈飾是可以自己調(diào)節(jié)顏色和亮度的。1、燈光對室內(nèi)環(huán)境的影響燈光可以說是一個(gè)較靈活及富有趣味的設(shè)計(jì)元素，可以成為氣氛的催化劑，是一室的焦點(diǎn)及主題所在，也能加強(qiáng)現(xiàn)有裝潢的層次感。一般而言，燈光編排可以分為直接和間接兩種。直接燈光泛指那些直射式的光線，如吊燈及射燈等，光線直接散落在指定的位置上， 投射出一圈圈的光影，作照明或突出主題之用，直接、簡單。音接燈光在氣氛營造上剛能發(fā)揮獨(dú)特的功能性，營造出不同的意境。它的光線不會(huì)直射到地面，而是被置于壁凹、天花背后，或是壁面鋪飾的背后，光線被抽射到墻上再反射到地面，柔和蘊(yùn)藉，透過當(dāng)中的對比表現(xiàn)出燈光的的獨(dú)有個(gè)性，散發(fā)出獨(dú)特的藝術(shù)神韻。在家居燈光顏色的運(yùn)用上臥室要溫馨，書房和廚房的照明顏色要明亮實(shí)用，客廳要豐富、有層次、有意境，餐廳要浪漫，衛(wèi)生間要溫暖、柔和。這樣的燈光顏色的編排我想已達(dá)到它的最高效能了。光色最基礎(chǔ)的便是冷暖，室內(nèi)環(huán)境中只用一種色調(diào)的光源可達(dá)到極為協(xié)調(diào)的效果，如同單色的渲染，但若想有多層次的變化，則可考慮有冷暖光的同時(shí)使用，現(xiàn)代居室中考慮動(dòng)用五顏六色的光營造溫馨氣氛的佳作很多，例如淡黃色墻面和地面的房間，采用暖光源與地面石材相映，突出溫暖氣氛，而白色吊頂采用非直接照明用途的冷光源，達(dá)到了襯托暖彩色光源的作用，是一種對比也是一種豐富。2、裝飾照明對室內(nèi)環(huán)境的影響照明可以影響人對于空間的認(rèn)識(shí)。舉個(gè)例子如果想要突出房間的高度用落地彩燈就可以辦到?？梢允褂脙?nèi)置式落地上照明彩燈向墻壁投射光束房間看上去顯得高大，相反如果想讓房間在視覺上顯得低一些可以使用固定在房間低處的落地?zé)敉瑫r(shí)配合向下投灑光線的吊頂彩燈，這樣可以使天花板看的低一些。想讓房屋高度增加還有另一個(gè)辦法，將吊頂彩燈取下在天花板安裝嵌入式燈具,將落地彩燈高度降低,房屋高度就會(huì)在視覺效果中縮小。可以改變對空間氛圍的印象在酒店客房、居家臥室的設(shè)計(jì)中,往往是需要許多環(huán)境照明的,譬如雙人床的臺(tái)燈,一般會(huì)安裝在正對床中間的墻壁上,這樣可以方便地調(diào)整臺(tái)燈位置,不影響人的休息。另外在晚上的時(shí)候,臺(tái)燈或壁燈可以使整個(gè)房間具有柔和隨意的效果,使人感到溫暖；在酒吧包間、KTV等場所,經(jīng)?？梢砸姷竭\(yùn)用到藍(lán)、紫色等冷色光的突出照明,重點(diǎn)突出渲染墻壁色彩,配合室內(nèi)不同裝飾材料,營造出或光怪陸離、或時(shí)尚激情的空間效果；而在一些服裝店、珠寶飾品店,則會(huì)經(jīng)常用到裝飾性照明。嵌入式或軌道式燈具發(fā)散出的光束不僅僅有重點(diǎn)照明的聚光性,可以使目標(biāo)體醒目、突出,具有空間層次感,還可以使目標(biāo)體更具有華麗、色彩鮮艷的視覺感受。1.3研究內(nèi)容隨著高新技術(shù)的飛速發(fā)展，智能化家用電器的日益普及，作為千家萬戶日常使用的家用小電器無線觸摸屏遙控三基色彩燈也應(yīng)運(yùn)而生。無線觸摸屏遙控三基色彩燈是利用單片機(jī)的本文設(shè)計(jì)是選擇了Atmega16作為控制芯片。將硬件設(shè)計(jì)分為無線模塊及電阻式觸摸屏、以Atmega16組成的中央處理單元、控制電路及LED驅(qū)動(dòng)電路。對各部分功能作用予以詳細(xì)說明。軟件設(shè)計(jì)采用模塊化結(jié)構(gòu)，將各模塊設(shè)計(jì)完成后進(jìn)行總調(diào)。本文第一章為引言，闡述了結(jié)合了單片機(jī)的智能化技術(shù)在燈飾領(lǐng)域中的應(yīng)用，詳細(xì)介紹了無線觸摸屏遙控三基色彩燈設(shè)計(jì)研究的意義及未來燈飾的發(fā)展趨勢。第二章對各模塊的使用及其特性進(jìn)行簡單的介紹，對本文設(shè)計(jì)用到的電阻式觸摸屏和無線24L01模塊的工作原理及其特性進(jìn)行詳細(xì)的說明第三章對。中央控制單元做了詳細(xì)的介紹，選擇了Atmega16作為控制器，對其功能、特性做了詳細(xì)說明。第四章對無線出觸摸屏遙控三基色彩燈的硬件進(jìn)行設(shè)計(jì)，劃分成為控制電路，被控電路兩部分，分別設(shè)計(jì)出電路結(jié)構(gòu)，并說明其功能作用。第五章介紹了無線出觸摸屏遙控三基色彩燈的軟件設(shè)計(jì)，根據(jù)硬件結(jié)構(gòu)，先畫出總的程序框圖，結(jié)合設(shè)計(jì)需要的效果，用C語言編出程序。第六章是本論文的總結(jié)和進(jìn)一步工作展望。2 模塊的選擇及功能介紹2.1觸摸屏2.1.1觸摸屏的定義所謂觸摸屏就是一種簡易鼠標(biāo)，它能讓你方便的直接點(diǎn)擊屏幕就能查詢詳細(xì)。觸摸屏分電阻觸摸屏、表明聲波觸摸屏、電容觸摸屏和紅外觸摸屏，目前比較常用的是電阻觸摸屏、表明聲波觸摸屏，電容觸摸屏很少用，紅外觸摸屏雖然質(zhì)量好，但是價(jià)格太高，性價(jià)比不好！。2.1.2觸摸屏的分類一、.從觸摸屏屏體本身區(qū)別： 1.電阻壓力觸摸屏： 電阻觸摸屏的屏體部分是一塊與顯示器表面非常配合的多層復(fù)合薄膜，由一層玻璃或有機(jī)玻璃作為基層，表面涂有一層透明的導(dǎo)電層（OTI，氧化銦），上面再蓋有一層外表面硬化處理、光滑防刮的塑料層，它的內(nèi)表面也涂有一層OTI，在兩層導(dǎo)電層之間有許多細(xì)小(小于千分之一英寸)的透明隔離點(diǎn)把它們隔開絕緣。當(dāng)手指接觸屏幕，兩層OTI導(dǎo)電層出現(xiàn)一個(gè)接觸點(diǎn)，因其中一面導(dǎo)電層接通Y軸方向的5V均勻電壓場，使得偵測層的電壓由零變?yōu)榉橇?，控制器偵測到這個(gè)接通后，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，并將得到的電壓值與5V相比，即可得觸摸點(diǎn)的Y軸坐標(biāo)，同理得出X軸的坐標(biāo)，這就是電阻技術(shù)觸摸屏共同的最基本原理。電阻屏根據(jù)引出線數(shù)多少，分為四線、五線等多線電阻觸摸屏。五線電阻觸摸屏的A面是導(dǎo)電玻璃而不是導(dǎo)電涂覆層，導(dǎo)電玻璃的工藝使其的壽命得到極大的提高，并且可以提高透光率。電阻式觸摸屏的OTI涂層比較薄且容易脆斷，涂得太厚又會(huì)降低透光且形成內(nèi)反射降低清晰度，OTI外雖多加了一層薄塑料保護(hù)層，但依然容易被銳利物件所破壞；且由于經(jīng)常被觸動(dòng)，表層OTI使用一定時(shí)間后會(huì)出現(xiàn)細(xì)小裂紋，甚至變型，如其中一點(diǎn)的外層OTI受破壞而斷裂，便失去作為導(dǎo)電體的作用，觸摸屏的壽命并不長久。但電阻式觸摸屏不受塵埃、水、污物影響。電阻壓力觸摸屏一般為硬塑料平板（或有機(jī)玻璃）底材多層復(fù)合膜，硬塑料平板（或有機(jī)玻璃）作為基層，表面涂有一層透明的導(dǎo)電層，上面再蓋有一層外表面經(jīng)過硬化處理、光滑防刮的塑料層，它的表面也涂有一層透明的導(dǎo)電層，在兩層導(dǎo)電層之間有許多細(xì)小的透明隔離點(diǎn)。電阻屏的外表如果用手觸摸用心感觸它是軟的，在較好的光線下可以看出屏體上的細(xì)小的規(guī)則的透明隔離點(diǎn)。到控制器的線一般為扁平的氧化銀信號(hào)線。一般（并非絕對）從該信號(hào)線中信號(hào)線的根數(shù)多少，屏體的透光度沒有玻璃好。 2.電容觸摸屏： 電容式觸摸屏的構(gòu)造主要是在玻璃屏幕上鍍一層透明的薄膜體層，再在導(dǎo)體層外加上一塊保護(hù)玻璃，雙玻璃設(shè)計(jì)能徹底保護(hù)導(dǎo)體層及感應(yīng)器。電容式觸摸屏在觸摸屏四邊均鍍上狹長的電極，在導(dǎo)電體內(nèi)形成一個(gè)低電壓交流電場。用戶觸摸屏幕時(shí)，由于人體電場，手指與導(dǎo)體 層間會(huì)形成一個(gè)耦合電容，四邊電極發(fā)出的電流會(huì)流向觸點(diǎn)，而電流強(qiáng)弱與手指到電極的距離成正比，位于觸摸屏幕后的控制器便會(huì)計(jì)算電流的比例及強(qiáng)弱，準(zhǔn)確算出觸摸點(diǎn)的位置。電容觸摸屏的雙玻璃不但能保護(hù)導(dǎo)體及感應(yīng)器，更有效地防止外在環(huán)境因素對觸摸屏造成影響，就算屏幕沾有污穢、塵?；蛴蜐n，電容式觸摸屏依然能準(zhǔn)確算出觸摸位置。 電容觸摸屏使用多層復(fù)合膜玻璃底層，玻璃屏的內(nèi)表面和夾層各涂有ITO導(dǎo)電層，最外層是只有0.0015毫米厚的硅土玻璃保護(hù)層，屏體的四周有不規(guī)則分布的氧化銀線段，在屏體的四個(gè)角或四條邊上引出四個(gè)電極，到控制器的線一般為圓形的信號(hào)電纜。屏體的透光度沒有玻璃好。屏體看不出規(guī)則的麻點(diǎn)。 3.紅外感應(yīng)觸摸屏： 紅外線觸摸屏原理很簡單，只是在顯示器上加上光點(diǎn)距架框，無需在屏幕表面加上涂層或接駁控制器。光點(diǎn)距架框的四邊排列了紅外線發(fā)射管及接收管，在屏幕表面形成一個(gè)紅外線網(wǎng)。用戶以手指觸摸屏幕某一點(diǎn)，便會(huì)擋住經(jīng)過該位置的橫豎兩條紅外線，計(jì)算機(jī)便可即時(shí)算出觸摸點(diǎn)位置。紅外觸摸屏不受電流、電壓和靜電干擾，適宜某些惡劣的環(huán)境條件。其主要優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格低廉、安裝方便、不需要卡或其它任何控制器，可以用在各檔次的計(jì)算機(jī)上。不過，由于只是在普通屏幕增加了框架，在使用過程中架框四周的紅外線發(fā)射管及接收管很容易損壞，且分辨率較低。紅外感應(yīng)觸摸屏用戶很好識(shí)別，紅外感應(yīng)觸摸屏一般都有一個(gè)外框，框里有電路板，在X、Y方向排布紅外發(fā)射管和紅外接收管，一一對應(yīng)形成橫豎交叉的紅外線矩陣。紅外屏有外掛式和內(nèi)置式區(qū)分，外掛式較厚，一般在10毫米左右；外掛式有純邊框結(jié)構(gòu)的，也有帶玻璃托板的，內(nèi)置式一般都帶玻璃托板。 4.表面聲波觸摸屏： 表面聲波觸摸屏的觸摸屏部分可以是一塊平面、球面或是柱面的玻璃平板，安裝在CRT、LED、LCD或是等離子顯示器屏幕的前面。這塊玻璃平板只是一塊純粹的強(qiáng)化玻璃，區(qū)別于其它觸摸屏技術(shù)是沒有任何貼膜和覆蓋層。玻璃屏的左上角和右下角各固定了豎直和水平方向的超聲波發(fā)射換能器，右上角則固定了兩個(gè)相應(yīng)的超聲波接收換能器。玻璃屏的四個(gè)周邊則刻有45角由疏到密間隔非常精密的反射條紋。發(fā)射換能器把控制器通過觸摸屏電纜送來的電信號(hào)轉(zhuǎn)化為聲波能量向左方表面?zhèn)鬟f，然后由玻璃板下邊的一組精密反射條紋把聲波能量反射成向上的均勻面?zhèn)鬟f，聲波能量經(jīng)過屏體表面，再由上邊的反射條紋聚成向右的線傳播給X-軸的接收換能器，接收換能器將返回的表面聲波能量變?yōu)殡娦盘?hào)。發(fā)射信號(hào)與接收信號(hào)波形在沒有觸摸的時(shí)候，接收信號(hào)的波形與參照波形完全一樣。當(dāng)手指或其它能夠吸收或阻擋聲波能量的物體觸摸屏幕時(shí)，X軸途經(jīng)手指部位向上走的聲波能量被部分吸收，反應(yīng)在接收波形上即某一時(shí)刻位置上波形有一個(gè)衰減缺口。接收波形對應(yīng)手指擋住部位信號(hào)衰減了一個(gè)缺口，計(jì)算缺口位置即得觸摸坐標(biāo)，控制器分析到接收信號(hào)的衰減并由缺口的位置判定X坐標(biāo)。之后Y軸同樣的過程判定出觸摸點(diǎn)的Y坐標(biāo)。除了一般觸摸屏都能響應(yīng)的X、Y坐標(biāo)外，表面聲波觸摸屏還響應(yīng)第三軸Z軸坐標(biāo)，也就是能感知用戶觸摸壓力大小值。三軸一旦確定，控制器就把它們傳給主機(jī)。 表面聲波觸摸屏不受溫度、濕度等環(huán)境因素影響，分辨率極高，有極好的防刮性，壽命長（5000萬次無故障）；透光率高（92%），能保持清晰透亮的圖像質(zhì)量；沒有漂移，最適合公共場所使用。但表面感應(yīng)系統(tǒng)的感應(yīng)轉(zhuǎn)換器在長時(shí)間運(yùn)作下，會(huì)因聲能所產(chǎn)生的壓力而受到損壞。一般羊毛或皮革手套都會(huì)接收部分聲波，對感應(yīng)的準(zhǔn)確度也受一定的影響。屏幕表面或接觸屏幕的手指如沾有水漬、油漬、污物或塵埃，也會(huì)影響其性能，甚至令系統(tǒng)停止運(yùn)作。 表面聲波觸摸屏使用純玻璃材質(zhì)，屏體的左上角和右下角各固定了豎直和水平方向的楔形超聲波發(fā)射換能器，右上角則固定了兩個(gè)相應(yīng)的楔形超聲波接收換能器。屏體的四個(gè)周邊則刻有45度角的精密的反射條紋。到控制器的線一般為圓形的信號(hào)電纜。二、從屏體出線區(qū)分四線電阻屏和五線、六線電阻屏： 四線電阻觸摸屏的屏體出線均是兩層線粘貼在一起的（有的屏體出線可能是5條），而五、六線電阻觸摸屏的屏體出線均是單層并列的。 三、從觸摸屏控制盒（器）與計(jì)算機(jī)的連接方式上區(qū)分： 各種觸摸屏與計(jì)算機(jī)的連接，一般都與計(jì)算機(jī)的串口相連（也有USB接口的），是信號(hào)部分；同時(shí)觸摸屏還需要電源輸入部分，由計(jì)算機(jī)供給。ELO 產(chǎn)品均從計(jì)算機(jī)的主板鍵盤接口取電，屬5V工作電壓；Generaltouch表面聲波觸摸屏的控制盒需要12V的電源輸入，則需要與計(jì)算機(jī)的電源直接連接。其它觸摸屏控制盒多從計(jì)算機(jī)主板的鍵盤接口取電。 四、用手指操作區(qū)分： 可用指甲（而不是皮膚）輕壓屏幕，假如屏幕有反應(yīng)，就可能是電阻式或紅外線式屏幕。再同時(shí)用兩根手指分別輕壓屏幕上兩點(diǎn)。假如光標(biāo)移到其中一根手指下方，這裝置使用的就是紅外線（軟件只記錄第一個(gè)接觸點(diǎn)）；假如光標(biāo)移到兩根手指之間，屏幕就是電阻式（兩個(gè)接觸點(diǎn)皆有影響力）。假如這個(gè)裝置對指甲毫無反應(yīng)，你的下一步還是用兩根手指分別輕壓屏幕上兩點(diǎn)。這時(shí)候，如果光標(biāo)移到其中一根手指下方，那么這屏幕使用的原理是聲波；假如光標(biāo)移到兩根手指中間，它就是電容式觸控屏幕。2.2無線nRF24L01模塊nRF24.L01是一款新型單片射頻收發(fā)器件，工作于2.4 GHz2.5 GHz ISM頻段。內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制器等功能模塊，并融合了增強(qiáng)型ShockBurst技術(shù)，其中輸出功率和通信頻道可通過程序進(jìn)行配置。nRF24L01功耗低，在以-6 dBm的功率發(fā)射時(shí)，工作電流也只有9 mA;接收時(shí)，工作電流只有12.3 mA，多種低功率工作模式（掉電模式和空閑模式）使節(jié)能設(shè)計(jì)更方便。2.2.1概述圖2-1 Nrf24L01無線模塊實(shí)物圖圖2-2 nRF24L01無線模塊原理圖GFSK調(diào)制：硬件集成OSI鏈路層;具有自動(dòng)應(yīng)答和自動(dòng)再發(fā)射功能;片內(nèi)自動(dòng)生成報(bào)頭和CRC校驗(yàn)碼;數(shù)據(jù)傳輸率為l Mb/s或2Mb/s;SPI速率為0 Mb/s10 Mb/s;125個(gè)頻道：與其他nRF24系列射頻器件相兼容;QFN20引腳4 mm4 mm封裝;供電電壓為1.9 V3.6 V。2.2.2 nRF24L01無線模塊工作原理發(fā)射數(shù)據(jù)時(shí)，首先將nRF24L01配置為發(fā)射模式：接著把接收節(jié)點(diǎn)地址TX_ADDR和有效數(shù)據(jù)TX_PLD按照時(shí)序由SPI口寫入nRF24L01緩存區(qū)，TX_PLD必須在CSN為低時(shí)連續(xù)寫入，而TX_ADDR在發(fā)射時(shí)寫入一次即可，然后CE置為高電平并保持至少10s，延遲130s后發(fā)射數(shù)據(jù);若自動(dòng)應(yīng)答開啟，那么nRF24L01在發(fā)射數(shù)據(jù)后立即進(jìn)入接收模式，接收應(yīng)答信號(hào)（自動(dòng)應(yīng)答接收地址應(yīng)該與接收節(jié)點(diǎn)地址TX_ADDR一致）。如果收到應(yīng)答，則認(rèn)為此次通信成功，TX_DS置高，同時(shí)TX_PLD從TX FIFO中清除;若未收到應(yīng)答，則自動(dòng)重新發(fā)射該數(shù)據(jù)(自動(dòng)重發(fā)已開啟)，若重發(fā)次數(shù)(ARC)達(dá)到上限，MAX_RT置高，TX FIFO中數(shù)據(jù)保留以便再次重發(fā);MAX_RT或TX_DS置高時(shí)，使IRQ變低，產(chǎn)生中斷，通知MCU。最后發(fā)射成功時(shí),若CE為低則nRF24L01進(jìn)入空閑模式1;若發(fā)送堆棧中有數(shù)據(jù)且CE為高，則進(jìn)入下一次發(fā)射;若發(fā)送堆棧中無數(shù)據(jù)且CE為高，則進(jìn)入空閑模式2。接收數(shù)據(jù)時(shí),首先將nRF24L01配置為接收模式，接著延遲130s進(jìn)入接收狀態(tài)等待數(shù)據(jù)的到來。當(dāng)接收方檢測到有效的地址和CRC時(shí)，就將數(shù)據(jù)包存儲(chǔ)在RX FIFO中，同時(shí)中斷標(biāo)志位RX_DR置高，IRQ變低，產(chǎn)生中斷，通知MCU去取數(shù)據(jù)。若此時(shí)自動(dòng)應(yīng)答開啟，接收方則同時(shí)進(jìn)入發(fā)射狀態(tài)回傳應(yīng)答信號(hào)。最后接收成功時(shí)，若CE變低，則nRF24L01進(jìn)入空閑模式1。2.2.3 nRF24L01無線模塊的優(yōu)缺點(diǎn)NRF24L01價(jià)格便宜，合適短距離數(shù)據(jù)傳輸，編程簡單，功耗低最大只60mw，在空中傳輸?shù)乃俾蔬_(dá)到1Mbps。因?yàn)樗看巫畲笾荒軅鬏?2有效字節(jié)寬度，所以不適合數(shù)據(jù)量較大的場合。2.2.4 nRF24L01無線模塊的抗干擾性能PTR2000采用抗干擾能力較強(qiáng)的FSK調(diào)制/解調(diào)方式，其工作頻率穩(wěn)定可靠、外圍元件少、功耗極低且便于設(shè)計(jì)生產(chǎn)，這些優(yōu)異特性使得PTR200非常適合于便攜及手持產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。另外，由于它采用了低發(fā)射功率、高靈敏度設(shè)計(jì)，因而可滿足無線管制的要求且無需使用許可證，是目前低功率無線數(shù)傳的理想選擇。2.2.5 nRF24L01無線模塊的應(yīng)用前景在2.4GHz非授權(quán)頻段上,目前已經(jīng)云集了藍(lán)牙、Wi-Fi、Zigbee等多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)無線協(xié)議,本來各協(xié)議可以相安無事開發(fā)自己的專有應(yīng)用,但現(xiàn)在,非標(biāo)準(zhǔn)無線射頻協(xié)議的涌入打破了這一平衡,該協(xié)議意圖蠶食藍(lán)牙、Zigbee已有的市場，非標(biāo)準(zhǔn)無線射頻協(xié)議的優(yōu)勢是低功耗、低成本、易開發(fā)，不單是支持高速數(shù)據(jù)傳輸,nRF24L01還支持無線組網(wǎng)。2.3三基色LED2.3.1 LEDLED是英文light emitting diode（發(fā)光二極管）的縮寫，它的基本結(jié)構(gòu)是一塊電致發(fā)光的半導(dǎo)體材料，置于一個(gè)有引線的架子上，然后四周用環(huán)氧樹脂密封，起到保護(hù)內(nèi)部芯線的作用，所以LED的抗震性能好。一、LED的結(jié)構(gòu)及發(fā)光原理50年前人們已經(jīng)了解半導(dǎo)體材料可產(chǎn)生光線的基本知識(shí)，第一個(gè)商用二極管產(chǎn)生于1960年。LED是英文light emitting diode（發(fā)光二極管）的縮寫，它的基本結(jié)構(gòu)是一塊電致發(fā)光的半導(dǎo)體材料，置于一個(gè)有引線的架子上，然后四周用環(huán)氧樹脂密封，起到保護(hù)內(nèi)部芯線的作用，所以LED的抗震性能好。發(fā)光二極管的核心部分是由p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體組成的晶片，在p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體之間有一個(gè)過渡層，稱為p-n結(jié)。在某些半導(dǎo)體材料的PN結(jié)中，注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合時(shí)會(huì)把多余的能量以光的形式釋放出來，從而把電能直接轉(zhuǎn)換為光能。PN結(jié)加反向電壓，少數(shù)載流子難以注入，故不發(fā)光。這種利用注入式電致發(fā)光原理制作的二極管叫發(fā)光二極管，通稱LED。當(dāng)它處于正向工作狀態(tài)時(shí)（即兩端加上正向電壓），電流從LED陽極流向陰極時(shí)，半導(dǎo)體晶體就發(fā)出從紫外到紅外不同顏色的光線，光的強(qiáng)弱與電流有關(guān)。二、LED光源的特點(diǎn)1. 電壓：LED使用低壓電源，供電電壓在6-24V之間，根據(jù)產(chǎn)品不同而異，所以它是一個(gè)比使用高壓電源更安全的電源，特別適用于公共場所。2. 效能：消耗能量較同光效的白熾燈減少80% 3. 適用性：很小，每個(gè)單元LED小片是3-5mm的正方形，所以可以制備成各種形狀的器件，并且適合于易變的環(huán)境4. 穩(wěn)定性：10萬小時(shí)，光衰為初始的50% 5. 響應(yīng)時(shí)間：其白熾燈的響應(yīng)時(shí)間為毫秒級，LED燈的響應(yīng)時(shí)間為納秒級6. 對環(huán)境污染：無有害金屬汞7. 顏色：改變電流可以變色，發(fā)光二極管方便地通過化學(xué)修飾方法，調(diào)整材料的能帶結(jié)構(gòu)和帶隙，實(shí)現(xiàn)紅黃綠蘭橙多色發(fā)光。如小電流時(shí)為紅色的LED，隨著電流的增加，可以依次變?yōu)槌壬?，黃色，最后為綠色8. 價(jià)格：LED的價(jià)格比較昂貴，較之于白熾燈，幾只LED的價(jià)格就可以與一只白熾燈的價(jià)格相當(dāng)，而通常每組信號(hào)燈需由上300500只二極管構(gòu)成。三、單色光LED的種類及其發(fā)展歷史最早應(yīng)用半導(dǎo)體P-N結(jié)發(fā)光原理制成的LED光源問世于20世紀(jì)60年代初。當(dāng)時(shí)所用的材料是GaAsP，發(fā)紅光（p=650nm），在驅(qū)動(dòng)電流為20毫安時(shí)，光通量只有千分之幾個(gè)流明，相應(yīng)的發(fā)光效率約0.1流明/瓦。70年代中期，引入元素In和N，使LED產(chǎn)生綠光（p=555nm），黃光（p=590nm）和橙光（p=610nm），光效也提高到1流明/瓦。到了80年代初，出現(xiàn)了GaAlAs的LED光源，使得紅色LED的光效達(dá)到10流明/瓦。90年代初，發(fā)紅光、黃光的GaAlInP和發(fā)綠、藍(lán)光的GaInN兩種新材料的開發(fā)成功，使LED的光效得到大幅度的提高。在2000年，前者做成的LED在紅、橙區(qū)（p=615nm）的光效達(dá)到100流明/瓦，而后者制成的LED在綠色區(qū)域（p=530nm）的光效可以達(dá)到50流明/瓦。2.3.2 太陽光譜結(jié)構(gòu)太陽光譜包括無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、射線等幾個(gè)波譜范圍，紫外線譜帶：波長280-400nm之間，其特點(diǎn)是穿透性強(qiáng)，可使人體皮膚黑色素沉積，顏色加深，過度的紫外線曝曬會(huì)導(dǎo)致皮膚癌，可導(dǎo)致地毯、窗簾、織物及家具油漆褪色可見光譜帶：波長380780nm之間，其特點(diǎn)是肉眼可以看見的唯一光譜，可見光波段進(jìn)一步可以分為不同的顏色（赤橙黃綠藍(lán)靛紫七色），對人體沒有直接傷害。紅外光譜帶：波長7002400nm（納米）之間，其特點(diǎn)是我們可以直接感受到陽光“不可見”的熱量，所含能量最大，所以熱量也高。各波段的遠(yuǎn)近紅外線構(gòu)成了太陽能的53%，紫外線占3%，可見光占44%。陽平日所放出來的光譜主要來自太陽表面絕對溫度約六千度的黑體輻射(Black Body Radiation)光譜可見光的波長范圍在770390納米之間。波5 長不同的電磁波，引起人眼的顏色感覺不同。770622nm，感覺為紅色；622597nm，橙色；597577nm，黃色；577492nm，綠色；492455nm，藍(lán)靛色；455390nm，紫色。2.4本章小結(jié)在所有的電子設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，器件的選擇是非常重要的。本章首先介紹了論文中所選器件的概念、分類以及它們的工作特性。其次對本文設(shè)計(jì)需要用到的無線模塊nRF24L01工作原理極其工作特性等方面進(jìn)行詳細(xì)的介紹。3 AVR單片機(jī)的特點(diǎn)及功能簡介3.1系統(tǒng)構(gòu)成框圖圖3-1無線遙控發(fā)射系統(tǒng)構(gòu)成框圖圖3-2無線接收控制系統(tǒng)框圖3.2AVR單片機(jī)的特點(diǎn)AVR單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)采取8位機(jī)與16位機(jī)的折中策略，即采用局部寄存器(32個(gè)寄存器文件)和單體高速輸入/輸出的方案(即輸入捕獲寄存器、輸出比較匹配寄存器及相應(yīng)控制邏輯)。提高了指令執(zhí)行速度(1Mips/MHz)，克服了瓶頸現(xiàn)象，增強(qiáng)了功能；同時(shí)又減少了對外設(shè)管理的開銷，相對簡化了硬件結(jié)構(gòu)，降低了成本。故AVR單片機(jī)在軟/硬件開銷、速度、性能和成本諸多方面取得了優(yōu)化平衡，是高性價(jià)比的單片機(jī)。 AVR單片機(jī)的I/O線全部帶可設(shè)置的上拉電阻、可單獨(dú)設(shè)定為輸入/輸出、可設(shè)定（初始）高阻輸入、驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)（可省去功率驅(qū)動(dòng)器件）等特性，使I/O口的資源靈活、功能強(qiáng)大、可充分利用。 AVR單片機(jī)有自動(dòng)上電復(fù)位電路、獨(dú)立的看門狗電路、低電壓檢測電路BOD，多個(gè)復(fù)位源(自動(dòng)上電或下電復(fù)位、外部復(fù)位、看門狗復(fù)位、BOD復(fù)位)，可設(shè)置的啟動(dòng)后延時(shí)運(yùn)行程序，增強(qiáng)了嵌入式系統(tǒng)的可靠性。 AVR單片機(jī)技術(shù)體現(xiàn)了單片機(jī)集多種器件(包括FLASH程序存儲(chǔ)器、看門狗、EEPROM、同/異步串行口、TWI、SPI、A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等)和多種功能于一身，充分體現(xiàn)了單片機(jī)技術(shù)的從“片自為戰(zhàn)”向“片上系統(tǒng)SOC”過渡的發(fā)展方向。 綜上所述，AVR單片機(jī)博采眾長，又具獨(dú)特技術(shù)，是8位機(jī)中的佼佼者。它具備了高可靠性、功能強(qiáng)、高速度、低功耗和低價(jià)位的特點(diǎn)。也正因?yàn)榇?，本系統(tǒng)使用了AVR單片機(jī)中的一款高端單片機(jī)Atmage16作為控制核心。下圖為ATmega16管腳圖。圖3-3 ATmega16管腳圖3.3單片機(jī)的串口功能單片機(jī)作為控制核心其首要職能是接收上位機(jī)送來的數(shù)據(jù)并作相應(yīng)處理。而通信的可靠性和有效性直接影響到了系統(tǒng)的功能。由于本設(shè)計(jì)采用的是有線通信，有較好的可靠性，而AVR單片機(jī)本身有著強(qiáng)大的串行通信能力，只要對Atmage16內(nèi)部進(jìn)行設(shè)置就可實(shí)現(xiàn)簡單通信。AVR單片機(jī)的通用同步和異步串行接收器和轉(zhuǎn)發(fā)器(USART) 是一個(gè)高度靈活的串行通訊設(shè)備。主要特點(diǎn)為：（1）全雙工操作( 獨(dú)立的串行接收和發(fā)送寄存器)；（2）異步或同步操作；（3）主機(jī)或從機(jī)提供時(shí)鐘的同步操作；（4）高精度的波特率發(fā)生器；（5）支持5, 6, 7, 8, 或9 個(gè)數(shù)據(jù)位和1 個(gè)或2 個(gè)停止位；（6）硬件支持的奇偶校驗(yàn)操作；（7）數(shù)據(jù)過速檢測；（8）幀錯(cuò)誤檢測；（9）噪聲濾波，包括錯(cuò)誤的起始位檢測，以及數(shù)字低通濾波器；（10）三個(gè)獨(dú)立的中斷：發(fā)送結(jié)束中斷, 發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器空中斷，以及接收結(jié)束中斷；（11）多處理器通訊模式；（12）倍速異步通訊模式；（13）增強(qiáng)性的高速同/異步串口，具有硬件產(chǎn)生校驗(yàn)碼、硬件檢測和校驗(yàn)幀錯(cuò)、兩級接收緩沖、波特率自動(dòng)調(diào)整定位（接收時(shí)）、屏蔽數(shù)據(jù)幀等功能，提高了通信的可靠性，方便程序編寫，更便于組成分布式網(wǎng)絡(luò)和實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信系統(tǒng)的復(fù)雜應(yīng)用，串口功能大大超過MCS-51/96單片機(jī)的串口，加之AVR單片機(jī)高速，中斷服務(wù)時(shí)間短，故可實(shí)現(xiàn)高波特率通訊8。ATMega16單片機(jī)控制串口寄存器有UDR,UCSRA,UCSRB,UCSRC,UBRRH。主要功能如下：UDR：USART 發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖寄存器和USART 接收數(shù)據(jù)緩沖寄存器共享相同的I/O 地址，稱為USART 數(shù)據(jù)寄存器或UDR。將數(shù)據(jù)寫入U(xiǎn)DR 時(shí)實(shí)際操作的是發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖器存器(TXB)，讀UDR 時(shí)實(shí)際返回的是接收數(shù)據(jù)緩沖寄存器(RXB) 的內(nèi)容。UCSRA：控制狀態(tài)寄存器A，用于顯示發(fā)送、接收結(jié)束，幀錯(cuò)誤，數(shù)據(jù)溢出等串口站工作過程中出現(xiàn)的狀態(tài)。UCSRB：控制狀態(tài)寄存器B，用于發(fā)送、接收結(jié)束中斷使能，串口使能等串口功能的設(shè)置。UCSRC：控制狀態(tài)寄存器 C，用于設(shè)定奇偶校驗(yàn)位，停止位，同步、異步等串口每幀發(fā)送的格式。UBRRH：波特率寄存器,用于存放串口波特率。3.4 ATmega16單片機(jī)PWM功能脈沖寬度調(diào)制（PWM）是英文“Pulse Width Modulation”的縮寫，簡稱脈寬調(diào)制。它是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用于測量，通信，功率控制與變換等許多領(lǐng)域。一種模擬控制方式，根據(jù)相應(yīng)載荷的變化來調(diào)制晶體管柵極或基極的偏置，來實(shí)現(xiàn)開關(guān)穩(wěn)壓電源輸出晶體管或晶體管導(dǎo)通時(shí)間的改變，這種方式能使電源的輸出電壓在工作條件變化時(shí)保持恒定。脈沖寬度調(diào)制（PWM）是一種對模擬信號(hào)電平進(jìn)行數(shù)字編碼的方法。通過高分辨率計(jì)數(shù)器的使用，方波的占空比被調(diào)制用來對一個(gè)具體模擬信號(hào)的電平進(jìn)行編碼。PWM信號(hào)仍然是數(shù)字的，因?yàn)樵诮o定的任何時(shí)刻，滿幅值的直流供電要么完全有(ON)，要么完全無(OFF)。電壓或電流源是以一種通(ON)或斷(OFF)的重復(fù)脈沖序列被加到模擬負(fù)載上去的。通的時(shí)候即是直流供電被加到負(fù)載上的時(shí)候，斷的時(shí)候即是供電被斷開的時(shí)候。只要帶寬足夠，任何模擬值都可以使用PWM進(jìn)行編碼。多數(shù)負(fù)載(無論是電感性負(fù)載還是電容性負(fù)載)需要的調(diào)制頻率高于10Hz，通常調(diào)制頻率為1kHz到200kHz之間。許多微控制器內(nèi)部都包含有PWM控制器。ATmega16就是其中一種，ATmega16自帶有四路PWM輸出，每一個(gè)都可以選擇接通時(shí)間和周期。占空比是接通時(shí)間與周期之比；調(diào)制頻率為周期的倒數(shù)。執(zhí)行PWM操作之前，這種微處理器要求在軟件中完成以下工作：1.設(shè)置提供調(diào)制方波的片上定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的周期2.在PWM控制寄存器中設(shè)置接通時(shí)間3.設(shè)置PWM輸出的方向，這個(gè)輸出是一個(gè)通用I/O管腳4.啟動(dòng)定時(shí)器5.使能PWM控制器?？焖貾WM模式(WGM21:0 =3)可用來產(chǎn)生高頻的PWM波形?？焖貾WM模式與其他PWM模式的不同之處是其單邊斜坡工作方式。計(jì)數(shù)器從BOTTOM計(jì)到MAX，然后立即回到BOTTOM重新開始。對于普通的比較輸出模式，輸出比較引腳OC2在TCNT2與OCR2匹配時(shí)清零，在BOTTOM時(shí)置位；對于反向比較輸出模式，OC2的動(dòng)作正好相反。由于使用了單邊斜坡模式，快速PWM模式的工作頻率比使用雙斜坡的相位修正PWM模式高一倍。此高頻操作特性使得快速 PWM 模式十分適合于功率調(diào)節(jié)，整流和DAC應(yīng)用。高頻可以減小外部元器件(電感，電容)的物理尺寸，從而降低系統(tǒng)成本9。工作于快速 PWM 模式時(shí)，計(jì)數(shù)器的數(shù)值一直增加到MAX，然后在后面的一個(gè)時(shí)鐘周期清零?？焖?PWM 模式時(shí)序圖如下圖。圖中柱狀的 TCNT0 表示這是單邊斜坡操作。方框圖同時(shí)包含了普通的PWM輸出以及方向PWM輸出。TCNT2斜坡上的短水平線表示OCR2和TCNT2的比較匹配。計(jì)時(shí)器數(shù)值達(dá)到MAX時(shí)T/C溢出標(biāo)志TOV2置位。如果中斷使能，在中斷服務(wù)程序，中斷服務(wù)程序可以更新比較值。工作于快速PWM模式時(shí)，比較單元可以在OC2引腳上輸出PWM波形。設(shè)置COM21:0為2可以產(chǎn)生普通的PWM信號(hào)；為3則可以產(chǎn)生反向PWM波形。要想在引腳上得到輸出信號(hào)還必須將OC2的數(shù)據(jù)方向設(shè)置為輸出。產(chǎn)生PWM波形的機(jī)理是OC2寄存器在OCR2與TCNT2匹配時(shí)置位(或清零)，以及在計(jì)數(shù)器清零(從MAX變BOTTOM)的那一個(gè)定時(shí)器時(shí)鐘周期清零(或置位)。輸出的PWM頻率可以通過如下公式(3-1)計(jì)算得到： (2-1)變量N代表分頻因子(1、8、32、64、128、256或1024)。OCR2寄存器為極限值時(shí)表示快速PWM模式的一些特殊情況。若OCR2A等于BOTTOM，輸出為出現(xiàn)在第MAX+1個(gè)定時(shí)器時(shí)鐘周期的窄脈沖；OCR2為MAX時(shí)，根據(jù)COM21:0的設(shè)定，輸出為高電平或低電平。通過設(shè)定OC2在比較匹配時(shí)進(jìn)行邏輯電平取反(COM21:0 = 1)，可以得到占空比為50%的周期信號(hào)。OCR2為0時(shí)信號(hào)有最高頻率 。這個(gè)特性類似于CTC模式下的OC2取反操作，不同之處在于快速PWM模式具有雙緩沖。圖3-4快速 PWM 模式時(shí)序圖4 硬件電路設(shè)計(jì)及原理4.1觸摸屏電路電阻觸摸屏的主要部分是一塊電阻薄膜屏?；窘Y(jié)構(gòu)為由一層玻璃或有機(jī)玻璃作為基層，表面涂有一層叫ITO的透明導(dǎo)電層,上面再蓋有一層外表面硬化處理、光滑防刮的塑料層，它的內(nèi)表面也涂有一層導(dǎo)電層（ITO或鎳金）,在兩層導(dǎo)電層之間有許多細(xì)小的透明隔離點(diǎn)把它們隔開絕緣。4.1.1電阻式觸摸屏結(jié)構(gòu)四線電阻屏在表面保護(hù)涂層和基層之間覆著兩層透明電導(dǎo)層ITO（ITO：氧化銦，弱導(dǎo)電體，特性是當(dāng)厚度降到1800個(gè)埃（埃10-10米）以下時(shí)會(huì)突然變得透明，再薄下去透光率反而下降，到300埃厚度時(shí)透光率又上升。是所有電阻屏及電容屏的主要材料。）圖4-1電阻式四線觸摸屏層次圖4.1.2電阻式四線觸摸屏工作原理電阻屏工作原理兩層分別對應(yīng)X，Y軸，它門之間用細(xì)微透明絕緣顆粒絕緣，當(dāng)觸摸時(shí)產(chǎn)生的壓力使兩導(dǎo)電層接通，由于電阻值的變化而得到觸摸的X，Y坐標(biāo)。 四線電阻屏兩層ITO工作面工作時(shí)都加上5V到0V的均勻電壓分布場：一個(gè)工作面加豎直方向的,一個(gè)工作面加水平方向的。L1-L4引線至Atmega16單片機(jī)總共需要四根電纜。因?yàn)樗木€電阻觸摸屏靠外的那層塑膠及ITO涂層被經(jīng)常觸動(dòng)，一段時(shí)間后外層薄薄的ITO涂層就會(huì)有了細(xì)小的裂紋，顯然，導(dǎo)電工作面一旦有了裂紋，電流就會(huì)繞之而過，工作面上的電壓場分布也就不可能再均勻，這樣，在裂紋附近觸摸屏漂移嚴(yán)重，裂紋增多后，觸摸屏有些區(qū)域可能就再也觸摸不到了。Atmega16單片機(jī)為觸摸屏提供5V供電點(diǎn)啊，當(dāng)按下觸摸屏?xí)rAtmega16單片機(jī)的ADC0和ADC1一次采集觸摸屏X、Y軸的分壓值，通過對Atmega16單片機(jī)采集的分壓值進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析比較后，判斷出相應(yīng)按下的位置。 圖4-2 Atmega16單片機(jī)AD采集觸摸屏4.2 nRF24L01無線發(fā)射電路發(fā)射數(shù)據(jù)時(shí)，首先將nRF24L01配置為發(fā)射模式：接著把接收節(jié)點(diǎn)地址TX_ADDR和有效數(shù)據(jù)TX_PLD按照時(shí)序由SPI口寫入nRF24L01緩存區(qū)，TX_PLD必須在CSN為低時(shí)連續(xù)寫入，而TX_ADDR在發(fā)射時(shí)寫入一次即可，然后CE置為高電平并保持至少10s，延遲130s后發(fā)射數(shù)據(jù);若自動(dòng)應(yīng)答開啟，那么nRF24L01在發(fā)射數(shù)據(jù)后立即進(jìn)入接收模式，接收應(yīng)答信號(hào)（自動(dòng)應(yīng)答接收地址應(yīng)該與接收節(jié)點(diǎn)地址TX_ADDR一致）。如果收到應(yīng)答，則認(rèn)為此次通信成功，TX_DS置高，同時(shí)TX_PLD從TX FIFO中清除;若未收到應(yīng)答，則自動(dòng)重新發(fā)射該數(shù)據(jù)(自動(dòng)重發(fā)已開啟)，若重發(fā)次數(shù)(ARC)達(dá)到上限，MAX_RT置高，TX FIFO中數(shù)據(jù)保留以便再次重發(fā);MAX_RT或TX_DS置高時(shí)，使IRQ變低，產(chǎn)生中斷，通知MCU。最后發(fā)射成功時(shí),若CE為低則nRF24L01進(jìn)入空閑模式1;若發(fā)送堆棧中有數(shù)據(jù)且CE為高，則進(jìn)入下一次發(fā)射;若發(fā)送堆棧中無數(shù)據(jù)且CE為高，則進(jìn)入空閑模式2。圖4-3 Atmega16單片機(jī)控制無線發(fā)射圖4.3電源電路電源電路是通過一個(gè)15V的直流電源通過穩(wěn)壓器穩(wěn)壓得到一個(gè)12V和5V的直流電壓，由于現(xiàn)在市場上銷售的直流電源輸出的電壓都不穩(wěn)定，所以不能滿足單片機(jī)的工作需求所以在電源電路上還要通過三端集成穩(wěn)壓器78L12和78L05來輸出相應(yīng)的電壓。圖4-4 電源電路4.4 nRF24L01無線接收電路接收數(shù)據(jù)時(shí),首先將nRF24L01配置為接收模式，接著延遲130s進(jìn)入接收狀態(tài)等待數(shù)據(jù)的到來。當(dāng)接收方檢測到有效的地址和CRC時(shí)，就將數(shù)據(jù)包存儲(chǔ)在RX FIFO中，同時(shí)中斷標(biāo)志位RX_DR置高，IRQ變低，產(chǎn)生中斷，通知MCU去取數(shù)據(jù)。若此時(shí)自動(dòng)應(yīng)答開啟，接收方則同時(shí)進(jìn)入發(fā)射狀態(tài)回傳應(yīng)答信號(hào)。最后接收成功時(shí)，若CE變低，則nRF24L01進(jìn)入空閑模式1。圖4-5 無線接收電路4.5三基色LED驅(qū)動(dòng)電路本文驅(qū)動(dòng)電路采用三極管8050做三基色LED的驅(qū)動(dòng)，通過Atmega16的定時(shí)器發(fā)出三個(gè)PWM信號(hào)來控制三極管8050的通斷，從而控制三基色LED的亮度。三基色LED的圖4-6 LED驅(qū)動(dòng)電路4.6本章小結(jié)本章詳細(xì)介紹了以Atmega16單片機(jī)為核心芯片的硬件電路圖及其涉及到的一系列硬件。首先詳細(xì)介紹Atmega16單片機(jī)功能特點(diǎn)、電阻式四線觸摸屏的結(jié)構(gòu)和原理、L298驅(qū)動(dòng)芯片的資料，包括引腳圖極其引腳的作用。了解這些芯片的功能之后利用它們設(shè)計(jì)和在單片機(jī)控制下的燈光驅(qū)動(dòng)電路并分析他們具體如何工作。然后利用PROTEL DXP2004畫出電路原理圖。本系統(tǒng)以Atmega16為控制芯片，通過傳感器把控制信息傳達(dá)到臺(tái)燈，控制臺(tái)燈的工作。硬件設(shè)計(jì)的好壞是本系統(tǒng)是否穩(wěn)定、可靠工作的關(guān)鍵。5軟件程序設(shè)計(jì)5.1總體程序框圖圖5-1 遙控發(fā)送程序框圖圖5-2 無線接收控制三基色彩燈程序流程圖5.2單片機(jī)程序#include <iom16v.h>#include <macros.h>#define uint unsigned int#define uchar unsigned char#define ulong unsigned long#define vref 5005 /adc算法程序uint ad_con,temp,mi,ni;/存放PA0的AD轉(zhuǎn)換結(jié)果uchar CNT=0; /初始計(jì)數(shù)值：0uchar Timer2=0x00,0x00; /初始時(shí)間00：00 uint led=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f;/延時(shí)/void delay_us( uint t) /us do