西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文）
到性价比和整体设计的可靠性，因而选择AVR的高端单片机ATmega16[7]。
ATmega16是基于增强的AVR RISC结构的低功耗8位CMOS微控制器。由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，ATmega16的数据吞吐率高达1MIPS/MHz，从而可以减缓系统在功耗和处理速度之间的矛盾。
ATmega16内核具有丰富的指令集和32个通用工作寄存器。所有的寄存器都直接与运算逻单元(ALU)相连接，使得一条指令可以在一个时钟周期内同时访问两个独立的寄存器。这种结构大大提高了代码效率，并且具有比普通的CISC微控制器最高至10倍的数据吞吐率。
ATmega16有如下特点: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。
工作于空闲模式时CPU停止工作，而USART、两线接口、A/D转换器、SRAM、T/C、SPI端口以及中断系统继续工作；停电模式时晶体振荡器停止振荡，所有功能除了中断和硬件复位之外都停止工作；在省电模式下，异步定时器继续运行，允许用户保持一个时间基准，而其余功能模块处于休眠状态； ADC 噪声抑制模式时终止CPU和除了异步定时器与ADC以外所有I/O模块的工作，以降低ADC转换时的开关噪声；Standby模式下只有晶体或谐振振荡器运行，其余功能模块处于休眠状态，使得器件只消耗极少的电流，同时具有快速启动能力；扩展Standby模式下则允许振荡器和异步定时器继续工作。
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。引导程序可以使用任意接口将应用程序下载到应用Flash存储区(ApplicationFlash Memory)。在更新应用Flash存储区时引导Flash区(Boot Flash Memory)的程序继续运行，实现了RWW 操作。 通过将8位RISC CPU 与系统内可编程的Flash 集成在一个芯片内，ATmega16成为一个功能强大的单片机，为许多嵌入式控制应用提供了灵活而低成本的解决方案。ATmega16引脚图如图2.1所示。
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图2.1 Tmega16引脚图
2.2.3系统设置
路灯控制器主要是由ATmega16单片机控制，利用电源装置把220V的交流电转换成5V的直流电，提供给电路板，结合电路板上的光敏电阻及时控装置，再有232通讯串口，液晶显示，指示当前的电路状态[8]。
整个数据采集系统框图如图2.2所示。
图2.2 具有光控与时控的电路控制器结构框图
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3 原理设计分析
3 原理设计分析
3.1路灯控制器的原理
主控制器ATmega16单片机控制整个电路板，电源模块使220V交流电转换成5V的直流电，光敏电阻感应光强大小，数模转换器把模拟量转换成数字量，比较之后，再转换成模拟量输出。通过下载接口与232通讯使之与软件[9]，网络相连接，实现远程控制。进行按键操作，使之确定初始状态及要达到的状态，液晶显示器使在本课题研究中们更好的观察，工作，整个系统的大体原理图如图3.1所示。
图3.1 系统原理图
3.2单元电路设计
把电路板分成几个模块，分别介绍每个模块的原理和作用。
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3.2.1电源电路设计
电源电路[10]的主要作用是为路灯控制器的负载提供电源，同时为其中的控制电路提供电源，在本课题研究中所研究的是要利用在乡村道路两旁的路灯，所以提供的必须是在本课题研究中们常用的电压，即220V的交流电，但是，这么大的电压如果直接使用在电路板上，肯定是会烧坏电路板的，所以就需要把220V的交流电转换成5V的直流电给电路板使用。在本课题研究中所用的是光继电器，并利用7809固定输出稳压器，输入220V交流电，使之一部分转换成9V的直流电用来显示安装在电源装置上的LED灯，如果LED灯亮则说明电源良好，如果灯不亮则说明，线路出现状况，这样可以在一开始就排除电源的问题；另一部分转换成5V的直流电，供应电路板正常运行的需求。7809固定输出稳压器原理图如图3.2所示，电源原理图如图3.3所示。
图3.2 7809固定输出稳压器原理图
图3.3 电源原理图
继电器是一种电控制器件，是当输入量的变化达到规定要求时，在电器输
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出电路中使被控量发生预定的阶跃变化的一种电器。它具有输入回路和输出回路的互动关系。通常应用于自动化的控制电路中，它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。
光继电器，它是为A/D并用的半导体继电器，指发光器件和受光器件一体化的器件。输入侧和输出侧电气性绝缘，但信号可以通过光信号传输。电源驱动原理图如图3.4所示。
图3.4 电源驱动原理图
3.2.2光控模块
光控模块需要光感器件来接收光强，光敏电阻器[11]是光感器件的一种。它是利用半导体的光电导效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器，又称为光电导探测器。
光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换。常用的硫化镉光敏电阻器，它是由半导体材料制成的。光敏电阻器对光的敏感性与人眼对可见光（0.4～0.76）μm的响应很接近，只要人眼可感受的光，都会引起它的阻值变化。光控原理图如图3.5所示。
图3.5 光控原理图
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