微型涡轮喷气发动机控制系统的设计与开发(5)
电路仿真模拟软件： ISIS 7 Professional；原理图及印刷电路图绘制软件： Altium Designer Winter 09。
3 硬件电路设计
硬件的功能由总体设计所规定，硬件设计的任务是根据总体设计要求，在选择的机型的基础上，具体确定系统中所要使用的元器件，设计出系统的电路原理图，必要时做一些部件实验，以确定电路图的正确性，以及工艺结构的设计加工、印制板的制作、样机的组装等。
整个单片机控制系统分为为单片机控制模块、温度传感器模块、转速传感器模块、反馈控制模块、显示模块等，各个模块都承担着各自的任务。
设计单片机模块，考虑到单片机本身的外围电路较多，所以在单片机模块方面需要极为小心。在整个电路设计时要考虑各个模块的整合组装关系，具体每一部分的设计将在以下章节中详细分析。
3.1 单片机模块
根据系统功能要求以及单片机硬件电路设计思路对单片机模块进行设计，要使单片机准确的测量发动机尾喷管温度及转速，并且使测出的数据能显示出来，所以整个单片机电路部分分为传感器电路、时钟复位电路、电源电路、执行元件以及显示电路五个部分[21,22]。
3.1.1 处理执行元件
单片机采用ATMEGA16（其引脚图如图3－1），管脚说明见附录A表1~表4。相较于INTEL公司的8051它本身带有一定的优点。ATMEGA16是一种带16K字节闪烁可编程可擦除只读存贮器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能哈佛结构 8位微处理器。由于将多功能8位CPU和众多外围设备组合在单个芯片中，所以ATMEL的ATMEGA16是一种高效微控制器，该单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。与其它8-Bit MCU相比，AVR 8-Bit MCU的主要特性有：（1） 高性能、低功耗的 8 位 AVR® 微处理器；（2） 先进的RISC结构；（3） 非易失性程序和数据存储器；（4） JTAG 接口（ 与IEEE 1149.1标准兼容 ）；（5） 外设特点；（6） 特殊的处理器特点及其他特性。此外，ATMEGA16睡眠模式可以使应用程序关闭MCU中没有使用的模块，从而降低功耗。AVR具有不同的睡眠模式，允许用户根据自己的应用要求实施剪裁。具体睡眠模式包括：空闲模式、ADC噪声抑制模式、掉电模式、省电模式、保留、Standby（1）模式、扩展Standby（1）模式。
图3.1 ATMEGA16引脚图
3.1.2 单片机最小系统
时钟电路是计算机的心脏，它控制着计算机的工作节奏。ATMEGA16芯片有如下几种通过Flash熔丝位进行选择的时钟源。时钟输入到AVR时钟发生器，再分配到相应的模块，芯片出厂默认为片内晶振，所以有必要对熔丝位进行烧写，以选取自己所需的晶振方式。
表3-1 mega16芯片时钟源选择
器件时钟选项 CKSEL3..0
外部晶体/陶瓷振荡器 1111-1010
外部低频晶振 1001
外部RC振荡器 1000-0101
标定的内部RC振荡器 0100-0001
外部时钟 0000
（1）时钟
XTAL1与XTAL2分别为用作片内振荡器的反向放大器的输入和输出，，这个振荡器可以使用石英晶体，也可以使用陶瓷谐振器。熔丝位CKOPT用来选择这两种放大器模式的其中之一。当CKOPT被编程时，振荡器在输出引脚产生满幅度的振荡。这种模式适合于噪声环境，以及需要通过XTAL2驱动第二个时钟缓冲器的情况。而且这种模式的频率范围比较宽。当保持CKOPT为未编程状态时，振荡器的输出信号幅度比较小。其优点是大大降低了功耗，但是频率范围比较窄，而且不能驱动其他时钟缓冲器。对于谐振器，CKOPT未编程时的最大频率为8 MHz，CKOPT编程时为16 MHz。C1和C2的数值要一样，不管使用的是晶体还是谐振器。最佳的数值与使用的晶体或谐振器有关，还与杂散电容和环境的电磁噪声有关。ATMEGA16单片机使用晶体时电容C1和C2的推荐范围为：12-22pf。允许的时钟频率是可以改变的，典型值为8MHZ。
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