毕业设计（论文）基于avr单片机的电视标准制式图象发生器.doc

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1、 毕业设计 基于基于 AVRAVR 单片机的电视标准制式图像发生器单片机的电视标准制式图像发生器 Based on AVR monolithic integrated circuit television standard service pattern image generator 摘摘 要要 由于电视技术的快速发展，目前视频信号叠加、图像处理已广泛运用于生活的 各种场合。为了可以获得更好的图像的采集和处理，嵌入式微处理器被越来越广泛 地应用。 AVR 单片机是由 ATMEL 公司研发出的增强型内置 Flash 的精简指令集高速 8 位 单片机。它也是嵌入式微处理器的一种类型，嵌入式微处理

2、器在运算速度、可扩充 能力、系统可靠性、功耗和集成度等方面得到了突飞猛进的发展。AVR 由于其全新 的硬件设计和高效的 C 编译效率,使其具有强大的功能，完全可以满足黑白全电视 信号产生的要求。 本课题利用 AVR 系列的 Mega16 单片机的定时功能产生视频信号、同步信号,并 将同步信号和视频信号合成为模拟全电视信号，实现电视制式逐行扫描图像的生成。 关键词：关键词：AVRAVR 电视制式电视制式 同步信号同步信号 视频信号视频信号 图像发生器图像发生器 ABSTRACT As a result of the television technology fast development,

3、the video signal superimposition, the imagery processing widely have utilized at present in life each kind of situation. In order to may obtain a better image gathering and processing, the embedded microprocessor more and more widely is applied. The AVR monolithic integrated circuit is in the enlarg

4、ement mode which researches and develops by ATMEL Corporation sets at Flash to simplify the set of instructions high speed 8 monolithic integrated circuits. It is also one kind type of embedded microprocessor in the operating speed, expand aspects and so on , system reliability, power loss and integ

5、ration rate obtained the development which progressed by leaps and bounds. AVR as ar its brand-new hardware design and highly effective C translation efficiency, enable it to have the formidable function, definitely may satisfy the request which the black and white entire television signal produces.

6、 The topic using AVR series of Mega16 which produces the video signal, the synchronized signal, it simulates the synchronized signal and the video signal synthesis the entire television signal, realizes the TV service pattern by the line scan image production. Key words: AVR, television service patt

7、ern, synchronized signal, video signal image generator I 目目 录录 第一章第一章 绪绪 论论 1 1 1.1 引言 .1 1.2 论文目的 .1 第二章第二章 电视简介电视简介 2 2 2.1 电视基本原理及制式2 2.2 电视术语3 2.3 视频信号的组成 .3 第三章第三章 AVRAVR MEGA16MEGA16 单片机介绍单片机介绍1111 3.1 AVR 单片机概述 11 3.2 AVR 单片机硬件介绍 12 3.3. AVR 单片机的开发17 第四章第四章 电视标准制式图像发生器电视标准制式图像发生器 2121 4.1 总体设

8、计 21 4.2 硬件设计 21 4.3 软件设计 23 4.4 实验及结果 30 结结 论论 3232 致致 谢谢 3333 参考文参考文献献 3434 1 第一章 绪 论 1.1 引言 由于嵌入式系统应用技术的不断发展，对于核心处理器性能的要求越来越高，一 些传统控制芯片已经难以胜任许多复杂的任务。由于种种原因，国内科研人员比较习 惯于使用传统的 51 系列单片机设计应用系统，而这种选择常带来种种限制，甚至影 响到整个系统的性能水平。随着微控制器技术的快速发展，国外的工程师近几年来已 经较少有人使用 51 系列开发新产品。因此，我们有必要紧跟电子技术发展的前沿， 研究单片机技术的最新进展，

9、熟悉新型高性能芯片的性能，掌握其应用技巧，为设计 出有竞争力的高性价比的高端嵌入式系统创造条件。 1.2 论文目的 近年来单片机技术得到快速发展，出现了一批新型高性能单片机，为高端应用提 供了选择空间，ATMEL 公司的 AVR 系列单片机就是其中的一种。独特结构的 8-bit RISC CPU 与在线自编程 Flash 的结合，单时钟指令，为 C 语言优化的指令系统设 置，以及丰富的片载外围接口电路，使功能强大的 AVR 单片机成为一款高度灵活和 高性价比的芯片，为许多高端嵌入式系统设计提供了优秀的解决方案。本课题利用 Mega16 单片机的定时器中断产生视频信号、同步信号，利用其高速度进行

10、像素填充， 实现图像信号的生成。将视频信号和同步信号通过视频 DAC 系统合成为全电视信号， 通过示波器查看信号的正确与否。本设计的主要工作量在于单片机编程，这里采用了 ICCAVR 编译器，并用 C 语言作为编程语言，来实现电视制式图像的生成。本论文涉及 到的系统设计方案，充分发挥了这种芯片的优良性能。比照使用 51 系列单片机，简 化了硬件设计，提高了系统性能，并预留出充足的扩展空间。 第二章 电视简介 2.1 电视基本原理及制式 2.1.12.1.1 电视基本原理电视基本原理 电视的基本工作原理可以简单概括为：在发送端，用电视摄像机拍摄外界景物， 经摄像器件的光电转换作用将景物内容的亮度

11、和色度信息按一定规律变换成相应的电 信号，作适当处理后通过无线电波或有线信道传输出去；在接收端，用电视接收机接 2 收电视信号，经显示装置的电光转换作用后，将电视信号按对应的空间关系转换成相 应的景物画面，即在屏幕上重现原始景物的彩色画面。 2.1.22.1.2 电视制式电视制式 电视的制式就是对电视信号进行加工、处理和传输的约定方式。目前，有三种彩 色和黑白兼容的电视制式：NTSC 制、PAL 制和 SECAM 制。NTSC 制式主要应用在中南美 洲和亚洲的部分国家，PAL 制式在亚洲和欧洲应用广泛，SECAM 制式主要用于法国及 非洲。 为了克服 NTSC 制的相位敏感性,1962 年德国

12、研究出了一种 PAL 制，又叫“逐行导 相正交平衡调幅制” 。它是在 NTSC 基础上，又对一个色差信号（R-Y）进行逐行导相 的处理。西欧、英国和我国等采用此种制式。 PAL 扫描方式以 2:1 隔行扫描,每帧图像由两场组成，每场为 312.5 行主要参数 如下:场频为 50Hz,每帧 625 行，行频为 15625Hz，行周期为 64s,场周期为 20ms, 场逆程时间 25H(1.6ms),H 为行周期，行逆程时间为 11.8us。 2.2 电视术语 1.1. 图像帧图像帧 电视系统中把构成一幅图像的各像素传送一遍称为进行了一个帧处理，或称为传 送了一帧，每帧图像是由许多像素组成的 2.

13、2. 扫描扫描 将组成一帧图像的像素，按顺序转换成电信号的过程（或逆过程）称为扫描。扫 描的过程和我们读书时视线从左到右、自上而下依次进行的过程类似。从左至右的扫 描称为行扫描；自上而下的扫描称为帧(或场)扫描。电视系统中，扫描多是由电子枪 进行的，通常称其为电子扫描。 3.3. 隔行扫描隔行扫描 所谓隔行扫描，就是在每帧扫描行数不变的情况下，将每帧图像分为两场来传送， 这两场分别称为奇场和偶场。奇数场传送 1、3、5、奇数行；偶数场传送 2、4、6、偶数行。世界各国大多采用隔行扫描的 PAL 的隔行扫描。 4.4.扫描行数扫描行数 图像的清晰度，图像信号的带宽都与扫描行数有关。通常，扫描行数

14、越多，分解 成的图像像素数越多，原图像的细节就呈现得越清晰， 但带宽也会急剧增加，于是在一定波段中可安排的电视频道数目减少。 所以,扫描行数是一个很重要的指标。 5.5.顺序制传送顺序制传送 按一定顺序将一个个像素的光学信息轮流转换成电信号，用一条传输通道依次传 3 送出去，在接收端的屏幕上再按同样的顺序将电信号在相应的位置上转换成光学信息。 2.3 视频信号的组成 电视为了重现图像，必须传送图像信号:为了消去行、场扫描的回扫线，使其少干 扰正常的图像，必须传送行、场消隐信号:为了保证扫描的同时，必须传送复合同步 信号。为了让这三种信号能用一个通道传送，在接收端可以方便地将它们分开，必须 在发

15、送端按一定规律将这三种信号组合起来，这个合成信号称为黑白全电视信号。黑 白全电视信号由图像信号、复合同步信号和复合消隐信号组合而成。 为了使三者相互少干扰,并且在接收端能够方便可靠地进行分离，黑白全电视信号 按下列形式组成: (1)图按排在行、场扫描的正程，复合消隐和复合同步信号安排在行、场扫描的逆 程。 (2)图像信号位于白色和黑色电平之间，复合消隐信号的电平规定比黑色电平稍黑。 消隐电平和图像黑色电平之差 称为黑色电平提升。图 2-1 为一行全电视信号。 图 2-1.一行全电视信号 从中可见，图像信号、行消隐信号、行同步信号三者在时间与幅度上的差别:黑色电 平提升量 D 等于消隐电平与白色

16、电平差值 70%的 0.5% (3)复合同步电平比复合消隐电平具有更黑的电平，即“比黑还黑” 。这样复合同 步信号与图像信号、消隐信号在幅度上有较大的差别，便于在接收端用简单的限幅器 (即同步分离级)，从全电视信号中分离出复合同步信号。图像信号和复合消隐信号小 必要再分开，可以直接送给显像管作为图像信号使用。如图 2-2，全电视信号山图像 信号、消隐信号和同步信号组成。顺序的规定为:第一个齿脉冲的前沿即同步的前沿 4 又兼为行同步的前沿规定为第一场(奇数场)起始点，扫描行序号从此计起。计到第 312.5 行第一场结束，第一场开始，直到第 625 行，完成一帧。25H 的场消隐期间(H 为一行扫

17、描所需的时间)，有 17 行空闲，可传送特定的测试行信号、台标信号、标准 时间、标准频率、业务数据和图文电视等。 图 2-2.全电视信号示意图 综上所述，黑白全电视信号具有三大特征：周期性、单极性和脉冲性。由于电视 采用周期性的扫描，所以电视信号具有明显的行、场周期性或准周期性。由于图像亮 度只有正值而无负值；所以电视信号是单极性的。电视信号的脉冲性表面为两点：其 一，图像信号本身是一系列象素所产生的电脉冲信号组合而成的。其二，复合消隐和 复合同步信号都是周期性的脉冲信号。 2.3.12.3.1 图像信号图像信号 图像信号是携带着一行行、一场场景物信息的电信号，通常它是由摄像管产生的。 怎样画

18、出某些特殊图像的信号波形呢？依据有两点：(1)摄像管经电子束扫描将一幅 图像的亮度分布进行象素分解，使之转变成按逐行逐场时间顺序排列的电信号。(2) 摄像管某时刻输出的电流信号正比于该时刻电子束所扫描象素的亮度大小。例如电视 台每天播发的一幅八条从白到黑宽度相等的垂直条图像，如图 2-3（a）所示，其特 点是：只有水平方向变化，而无垂直方向变化，所以它是按行周期变化的。按照信号 幅度正比于亮度大小的原则画出一行的信号波形如图 2-3（b）所示。由于图 2- 4（a）所示的只有垂直方向变化，而无水平方向变化，显然它是按场周期变化的。采 用类似方法画出一场的信号波形如 2.4(b)。 5 图 2-

19、3 垂直条图像信号 图 2-4 水平条图像信号 由上两例可见，因为图像亮度只有正值而无负值，所以图像信号也是单极性的。 黑色的信号电平对应为零，灰色和白色的信号电平都是正值而无负值。图像信号的极 性在电路传送与处理过程中是经常变化的，如电路某处为正极性，经过一次放大倒相 后，就变成负极性的了。为了方便起见，有如下规定：若图像越亮，信号电平越高， 则称为正极性图像信号。反之若信号电平随着图像亮度的增加而降低，则称为负极性 图像信号。上述两例所对应的负极性图像信号分别如图 2-3（c）和图 2-4（c）所示。 2.3.22.3.2 消隐信号消隐信号 消隐信号在摄像设备中是防止扫描束在逆程检取光电信

20、号，在显像设备中是防止 扫描的逆程在屏路上显出光迹、混淆图像。 一般摄像设备的消隐时间小于显像设备 的消隐时间。例如广播电视摄像机就利用行脉冲、场脉冲作消隐信号。行脉冲宽 7.7 微秒，场脉冲宽 9 行至 15 行周期，见图 2-5，其中 H 表示一行的周期。 6 图 2-5 推动脉冲信号 广播电视送给接收机的消隐信号比较长，这是为了保护同步信号，和允许接收机有稍 长的逆程时间。行消隐与场消隐组合成一个复合消隐信号，其中行消隐宽 12 微秒， 场消隐宽约 25 行周期；它们具有一样的电平，见图 2-6。 上下两列波形的差别在 于行场消隐的相对时间（位置） 图 2-6 复合消隐信 号 错开半行周

21、期，这 是隔行扫描所决定 的。由于给显像设备的消隐信号时间宽度比摄像的消隐时间长，所以接收机屏幕显示 的场面比摄像的场面小。这里场面的意思是对原景范围来说，而不是指屏幕尺寸。在 摄像机的寻象器上显示出摄取到的场面，寻象器屏幕上还刻有一个矩形框指示播出的 幅面（场面）大小。接收机显像屏幕能显示的最大场面，是由复合消隐信号的时间参 数决定的。 从工作时间效率的角度上看，消隐是个消极因素，然而消隐信号能提供固定的基 准电平，这对于正确重显亮度层次又是极为重要的，是积极的作用。消隐基准电平是 应用钳位技术的前提。 为了避免失真，在调制显像器件的，必须恢复信号的平均电平，消隐电平可以作 为一个参考基准。

22、因此，消隐信号对图像的幅面、亮度特性都是有作用的。 2.3.32.3.3 同步信号同步信号 当同步信号与图像信号分别传送时，同步信号就可以用图 所示的脉冲信 号，行脉冲、场脉冲各自专线馈送，各不相干。实际上经常把行同步、场同步与复合 图像信号混合成为全电视信号，一起传送给接收显像设备。广播电视就必须采用这种 方式。同步信号的设计必须考虑它对图像的影响，在显像设备中分离同步信号的方便， 使用的可靠。把同步信号挤在消隐期内传送，可以不再降低电视系统的时间利用效率。 为了使显像设备能直接利用全电视信号来调制显像，同步信号不应在屏幕上显示出任 何光迹。同步信号以脉冲形式加在消隐电平上，它的极性与图像信

23、号极性相反，这意 味着同步电平比黑电平“更黑” 。同步信号幅度与图像信号幅度之比为三比七，在全 电视信号中成为三七开。 复合同步脉冲信号包括行同步信号和场同步信号。行同步信号用来控制行扫描， 在发送端每行结束时，发出一个行同步脉冲，接收机收到这个脉冲后，立刻结束一行 的扫描而开始回扫。同样，场同步信号用来控制接收机场扫描的回扫。 行、场扫描的逆程期间传送同步信号，这样，同步脉冲就不会在屏幕上显示出来。 7 为了便于在接收端将行同步脉冲与场同步脉冲分离，这两种脉冲的宽度不同。行同步 脉冲的宽度是 4.7，场同步脉冲的宽度 2.5h（h 为行周期,h64）即 为 160。复合同步信号的波形如图 2

24、-7 所示 图 2-7 复合同步信号波形 行同步脉冲叠加在行消隐脉冲上，宽度为 4.7 us，脉冲前沿比行消隐脉冲前沿 迟后 1.5us，形成行消隐前肩；并在行同步之后有一个 5.8us 的行消隐后肩，消隐 后肩可以提供基准的消隐电平。如图 28 所示。一行的起始时刻从行同步的前沿为 基准开始计时的，是以行同步前沿时刻开始行扫描电流逆程的。 图 2-8 行同步脉冲 场同步脉冲叠加在场消隐脉冲上，宽度为 2.5H160us，其前沿比场消隐前沿迟 后 2.5H=160us。场同步规定为一场图像信号的起始时刻，控制场扫描逆程开始。如 图 29 所示。 图 2-9 场同 8 步脉冲 由于奇偶场同步脉冲

25、与其紧密相邻的前面的行同步脉冲有间隔为 H 和 H/2 之分， 会导致奇偶场积分起始电平有差异，使奇偶场时间间隔不同，为保证隔行扫描良好， 将宽 160us 的场消隐前肩上的行同步改为每半行一个宽度为 2.35us 的 5 个前均衡 脉冲，它们在场同步脉冲前起到缓冲作用，保证隔行扫描光栅精确镶嵌。同时，均衡 脉冲的前沿仍可给出行同步信息。在场同步脉冲后加入 5 个后均衡脉冲。 第三章 ATmega16 单片机介绍 3.1 AVR 单片机概述 AVR 单片机是 1997 年由 ATMEL 公司研发出的增强型内置 Flash 的 RISC(Reduced Instruction Set CPU)精

26、简指令集高速 8 位单片机，广泛应用于计算机外部设备、工 业实时控制、仪器仪表、通讯设备、家用电器等各个领域。AVR 单片机的片内资源很 丰富，其包括:128K 字节可下载的 FLASH 存储器、4K 字节的 EEPROM, 4K 字节的 RAM, 32 条通用的 I/0 线、32 个通用工作寄存器、模拟比较器、定时/计数器、可编程异步 串行口、内部及外部中断、带内部晶振的可编程看门狗定时器、SPI 串行口、10 位 A/D 转换器以及闲置模式和掉电模式 2 个可选择的省电模式等。其在指令执行速度、 保密性等方面都明显优于其他类型的单片机，AVR 单片机内置的 FLASH 存储器支持在 线下载

27、和在系统编程工作，操作很方便。 AVR 单片机系列齐全，可适用于各种不同场合的要求。分为 3 个档次:低档 Tiny 系列 AVR 单片机:主要有 Tinyll/12/13/15/26/28 等;中档 AT90S 系列 AVR 单片机:主 要有 AT90S1200/2313/8515/8535 等;(此系列正在淘汰或转型到 Mega 系列中)高档 9 ATmega 系列 AVR 单片机:主要有 ATmega8/16/32/64/128(存储容量为 8/16/32/64/128 KB)以及 ATmega8515/8535 等。 本设计采用的 Atmega16 单片机是 AVR 单片机中的高档机型

28、，是基于增强的 AVR RISC 结构的低功耗 8 位 CMOS 微控制器，其具有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 1 MIPS/MHz，缓解了系统在功耗和处理速度之 间的矛盾。相对于中低档的 AVR 单片机，Atmega16 对定时/计数器及预分频器、外部 存储器接口、电源管理、SPI 和 IJART 等方面都做了一定的改进，克服了中、低档机 存在的不足，从而更加适用于工业控制、家电等方面的应用，本设计采用此类机型的 目的就是为了跟上 AVR 单片机机型的更新速度。 3.2 AVR 单片机硬件介绍 3.2.13.2.1 Atmega16Atmega

29、16 引脚引脚 图 3-1 芯片引脚 引脚说明引脚说明： VCCVCC 数字电路的电源 GNDGND 地 端口端口A(PA7PA0)A(PA7PA0) 端口A 做为A/D 转换器的模拟输入端。端口A 为8 位双向I/O 口， 具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大 电流。 端口端口B(PB7PB0)B(PB7PB0) 端口B 为8 位双向I/O 口，具有可编程的内部上拉电阻。其输出 缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，若内部上拉 10 电阻使能，端口被外部电路低时将输出电流。在复位过程中，即使系统时钟还未起振， 端口B 处于高阻状

30、态。端口B 也可以用做其他不同的特殊能。 端口端口C(PC7PC0)C(PC7PC0) 端口C 为8 位双向I/O 口，具有可编程的内部上拉电阻。作为输 入使用时，若内部上拉电阻使能，端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中， 即使系统时钟还未起振，端口C 处于高阻状态。 端口端口D(PD7PD0)D(PD7PD0) 端口D 为8 位双向I/O 口，具有可编程的内部上拉电阻。其输出 缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流作为输入使用时，若内部上拉电 阻使能，则端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中,即使系统时钟还未起 振,端口D 处于高阻状态。 RESETRESET 复位输入

31、引脚。持续时间超过最小门限时间的低电平将引起系统复位。持 续时间小于门限间的脉冲不能保证可靠复位。 XTAL1XTAL1 反向振荡放大器与片内时钟操作电路的输入端。 XTAL2XTAL2 反向振荡放大器的输出端。 AVCCAVCC AVCC是端口A与A/D转换器的电源。不使用ADC时，该引脚直接与VCC连接。 使用ADC时应通过一个低通滤波器与VCC连接。 AREFAREF A/D 的模拟基准输入引脚。 3.2.23.2.2 ATmega16ATmega16 功能简介功能简介 1.1.作为通用数字作为通用数字I/OI/O 的端口的端口 Mega16 的通用数字 I/O 端口是具有可选上拉电阻的

32、双向 I/O 端口。每个端口引脚 都有三个寄存器位：DDRxn、PORTxn 和 PINxn。DDRxn 位于 DDRx 寄存器，PORTxn 位于 PORTx 寄存器，PINxn 位于 PINx 寄存器。DDxn 用来选择引脚的方向。当 DDRxn 设置为 “0”时，对应的 I/O 口设为输入。当引脚配置为输入时，若 PORTxn 为“1”，上拉 电阻将使能。如果需要关闭这个上拉电阻，可以将 PORTxn 清零，或者将这个引脚配 置为输出。若 DDRxn 设置为“1”时，对应的 I/O 口设为输出。当引脚配置为输出时， 若 PORTxn 为“1”，引脚输出高电平（“1”），否则输出低电平（“

33、0”）。 不论如何配置 DDRxn，都可以通过读取 PINxn 寄存器来获得引脚电平。PINxn 寄 存器的各个位与其前面的锁存器组成了一个同步器，这样就可以避免在内部时钟状态 发生改变的短时间范围内，由于引脚电平变化而造成的信号不稳定。其缺点是引入了 延迟。需要注意的是，如果设置某一个端口为输出，需要延时一个机器周期才能读取 到正确的输出值。系统复位后，所有的 I/O 端口设置为输入，且内部上拉使能。 端口引脚配置：端口引脚配置： DDxnPORTxnPUB(IN SFOIR)I/O 上拉电阻说明 0 0 XINPUTNO 高阻态(HI-Z) 0 1 0INTPUTYES 被外部电路拉底时将

34、输出电流 11 0 1 1INPUTNO 高阻态(HI-Z) 1 1 XOUTPUTNO 输出底电平(吸收电流) 1 1 XOUTPUTNO 输出高电平(输出电流) 图 3-2 端口引脚配置 2.2.外部中断外部中断 外部中断通过引脚INT0、INT1 与INT2 触发。只要使能了中断，即使引脚 INT02 配置为输出，只要电平发生了合适的变化，中断也会触发。这个特点可以用 来产生软件中断。通过设置MCU 控制寄存器MCUCR 与MCU 控制与状态寄存器MCUCSR， 中断可以由下降沿、上升沿，或者是低电平触发(INT2 为边沿触发中断)。当外部中 断使能并且配置为电平触发( INT0/INT

35、1)，只要引脚电平为低，中断就会产生。若要 求INT0 与INT1 在信号下降沿或上升沿触发， I/O 时钟必须工作，如P22“ 时钟系 统及其分布” 说明的那样。INT0/INT1的中断条件检测INT2 则是异步的。也就是说， 这些中断可以用来将器件从睡眠模式唤醒。在睡眠过程( 除了空闲模式) 中I/O 时钟 是停止的。 通过电平方式触发中断，从而将MCU 从掉电模式唤醒时，要保证电平保持一定的 时间，以降低MCU 对噪声的敏感程度。电平以看门狗的频率检测两次。在5.0V、25 C 的条件下，看门狗的标称时钟周期为1 s。看门狗时钟受电压的影响，具有“ 电 气特性” 。只要在采样过程中出现了

36、合适的电平，或是信号持续到启动过程的末尾， MCU就会唤醒。启动过程由熔丝位SUT 决定，如P22“ 系统时钟及时钟选项” 所示。 若信号出现于两次采样过程，但在启动过程结束之前就消失了， MCU 仍将唤醒，但 不再会引发中断了。要求的电平必须保持足够长的时间以使MCU 结束唤醒过程，然后 触发电平中断。 3.3.位定时器位定时器/ / 计数器计数器 16位的T/C 可以实现精确的程序定时( 事件管理)、波形产生和信号测量。其主 要特点如下 真正的16 位设计( ( 即允许16 位的PWM) 2 个独立的输出比较单元 双缓冲的输出比较寄存器 一个输入捕捉单元 输入捕捉噪声抑制器 比较匹配发生时

37、清除寄存器( ( 自动重载) ) 无干扰脉冲，相位正确的PWM 可变的PWM 周期 频率发生器 外部事件计数器 综述大多数的寄存器和位定义以通用的方式表示。小写“n” 表示T/C 序号，小 12 写“x” 表示输出比较通道号。但是在写程序时要用完整的、精确的名称。如用 TCNT1 表示访问 T/C1计数器值等。 下面对用到的寄存器进行介绍。 (1). T/C1 控制寄存器 ATCCR1A 说明如下： 位 7:6(COM1A1:0)用于设置通道 A 的比较输出模式，位 5:4 (COM1B1:0) 用于设置通 道 B 的比较输出模式。FOC1A,FOC1B 为强制输出比较匹配，WGM11,WGM

38、10 与 TCCR1B 的 WGM13,WGM12 配合，用来设置 PWM 输出的模式。 (2). T/C1 控制寄存器 BTCCR1B 说明如下： ICNC1用来设置输入噪声抑制允许，ICES1用来选择输入触发方式，可以选择下降沿和 上升沿。CS12,CS11,CS10用来选择时钟源，可以选择预分频比例或外部时钟。 (3). 定时/计数器中断屏蔽寄存器TIMSK 说明如下：OCIE2 允许 T/C2 比较匹配中断，TOIE2 允许 T/C2 溢出中断。TICIE1 为 T/C1 输入捕获中断允许标志位，当 TICIE1 被设为“1” ，将使能 T/C1 的输入捕获中断。 OCIE1 为 T/

39、C1 输出比较 A 匹配中断允许标志位，当 OCIE1A 被设为“1” ，将使能 T/C1 的输出比较 A 匹配中断。OCIE1B 为 T/C1 输出比较 B 匹配中断允许标志位，当 OCIE1B 被设为“1” ，将使能 T/C1 的输出比较 B 匹配中断。TOIE1 为 T/C1 溢出中断允许标志 位，当 TOIE1 被设为“1” ，将使能 T/C1 溢出中断。 (4). 定时/计数器中断标志寄存器TIFR 说明如下： ICF1 为 T/C1 输入捕获中断允许标志位。OCF1A 为 T/C1 输出比较 A 匹配中断允许标志 位。OCF1B 为 T/C1 输出比较 B 匹配中断允许标志位。TO

40、V1 为 T/C1 溢出中断允许标志 位，当 T/C 产生溢出时 TOV1 位被设为“1” 。 (5)T/C1 计数寄存器 TCNT1H,TCNT1L 组成 T/C1 的计数器寄存器 TCNT1,该寄存器可以直接被 CPU 读写访问。 13 下面着重要介绍 CTC 模式（比较匹配清零模式） ，用于产生行定时。在 CTC 模式 (WGM13:0 = 4 或 12) 里 OCR1A 或 ICR1 寄存器用于调节计数器的分辨率。当计数器 的数值 TCNT1 等于 OCR1A(WGM13:0 = 4) 或等于 ICR1 (WGM13:0 = 12) 时，计数器清 零。OCR1A 或 ICR1 定义了计

41、数器的 TOP 值，亦即计数器的分辨率。这个模式使得用 户可以很容易地控制比较匹配输出的频率，也简化了外部事件计数的操作。计数器数 值 TCNT1 一直累加到 TCNT1 与 OCR1A 或 ICR1 匹配，然后 TCNT1 清零。利用 OCF1A 或 ICF1 标志可以在计数器数值达到 TOP 时产生中断。在中断服务程序里可以更新 TOP 的数值。CTC 模式工作原理如图 3.3 所示。 图 3.3 CTC 模式的时序图 3.3. AVR 单片机的开发 1.1.概述概述 用 C 语言代替汇编语言，进行单片机和嵌入式系统开发，已成为一种趋势。各 MCU 制造商都委托软件公司开发了相应的 C 编

42、辑器。如支持 AVR 系列的 ICC 和 GCC， 支持 MCS51 系列的 C51，支持 MCS196 系列的 C196 等 。在国内主要由广州双龙电子 公司代理的 ICCAVR 编译器，并提供相关的技术支持。 2.2. ICCAVRICCAVR 编译器编译器 AVR可以选用以下任何一款高级C语言开发工具：IARAVR编译器 CodeVisionAVR编译器,GCCAVR编译器.ICCAVR编译器. 本论文使用ICCAVR编译器。ICCAVR 是一个综合了编辑器和工程管理器的集成工 作环境IDE,其可在WINDOWS9X/NT等下工作。 源文件全部被组织到工程之中文件的编辑和工程的构筑也在这

43、个环境中完成编译 错误显示在状态窗口中并且当你用鼠标单击编译错误时光标会自动跳转到编辑窗口中 引起错误的那一行这个工程管理器还能直接产生您希望得到的可以直接使用的INTEL HEX 格式文件INTEL HEX 格式文件可被大多数的编程器所支持用于下载程序到芯片中 去。 14 ICCAVR 是一个32 位的程序支持长文件名。 图 3-4 程序调试窗口 3 3. .仿真和调试仿真和调试 首先简单介绍汇编编译器:AVR Studio。它是ATMEL公司提供的AVR单片机的集成 环境汇编级开发调试软件,并且是免费软件.ATMEL AVR Studio集成开发环境(IDE),包 括了AVR Assemb

44、ler编译器、AVR Studio调试功能、AVR Prog串行、并行下载功能和 JTAG ICE仿真等功能。 下图3-5是AVR Studio 4的界面： 当程序编写 完之后，需要进 行仿真及调试. ICCAVR 编译器输 出的 COFF 文件 可以被 AVR Studio4 打开， 进行软件仿真。 调试时可以在程 序的适当位置设 置断点，也可以 添加变量观察窗口，查看变量的值。程序运行方式可以单步进入、单步跳出或运行到 断点处，方便进行程序调试。 4.4. 下载下载 AVR 单片机的程序可以用万用编程器并行写入，也可采用 ISP 在线下载编程方式 用串行 ISP（通过 PC 机 RS232

45、 口或打印机口）在线编程擦写，不必将 IC 芯片拆下拿 到万用编程器上擦写，而直接在电路板上进行程修改、烧写等操作，对于程序的调试 15 和升级多很方便。 5.5.熔丝位熔丝位 在应用时，要注意 Mega 系列必须写熔丝位。烧熔丝时应注意：熔丝位 SPINE 不 能通过串行方式编程；熔丝位 CKOPT 的作用与 CKSEL 有关。熔丝位 BOOTSZ10 的默 认值定义的引导加载区为最大值 1024 字（熔丝位的设置如图 3.6 所示） 。下面是 ATmega16 的熔丝位的设置的介绍： ATmega16 有两个字节的熔丝位：熔丝位高字节(FHB)和熔丝位低字节(FLB)。熔丝 位未编程的状态

46、为“1” ，被编程后的状态为“0” 。 功能如表 3-8 所示： 表 3-7 熔丝位的功能表 熔丝位名称位用 途默认值 OCDEN7 编程时允许片上调试 1 JTAGEN6 编程时允许 JTAG 下载0(允许 JTAG 下载) SPINE5 允许串行编程和数据下载0 (允许 SPI 编程) CKOPT4 晶振选项 1 EESAVE3 芯片擦除时保护 E2PROM1(E2PROM 无保护) BOOTSZ12 设置引导加载区大小（512） 0 BOOTSZ01 设置引导加载区大小 0 BOOTRST0 设置复位向量 1 BODLEVEL7 BOD 触发电平 1 BODEN6 BOD 允许1(禁止

47、BOD) SUT15 设置复位启动延长时间 1 SUT04 设置复位启动延长时间 0 16 CKSEL33 选择时钟源 0 CKSEL22 选择时钟源 0 CKSEL11 选择时钟源 0 CKSEL00 选择时钟源 1 第四章 电视标准制式图像发生器 4.1 总体设计 本设计利用 AVR 系列的 Mega16 单片机的定时功能产生行、场同步信号，PORTD.1 作为同步输出端口，PORTD.0 作为视频信号输出端口，通过视频 DAC 系统，将同步信 号和视频信号合成为模拟全电视信号，然后通过示波器查看同步信号，并接到黑白电 视机显示。如图 4.1 系统示意图所示。 图 4.1 系统示意图 这个

48、系统分为硬件设计和软件编程两部分。其中单片机软件编程工作是主要的。 软件设计具体实现可以分为同步产生、图像内容生成和图像显示三部分。下面分别予 以阐述。 17 4.2 硬件设计 根据 PAL 制式的电平要求，同步负脉冲要求电平是-0.3V,黑色电平为 0V,白色电 平是 0.7V, 而单片机输出的是 TTL 电平，0-5V 的电平范围，这里有一个将 TTL 电平 转化为电视电平的问题。硬件部分应用的是 DAC 数模转换系统。该系统由三个电阻和 两个二极管构成，完成同步信号和视频信号的合成，来形成黑白全电视信号。二极管 采用 1N4148，其作用是输出和输入隔离，并和电阻配合，并产生同步负脉冲信

49、号。而 三个电阻中 75 欧的电阻有阻抗匹配的作用，工作原理分析如下。设视频输出端口电 压为 v1，同步信号输出电压为 v2,合成的电视信号电压为 v0。分析如下： 图 4.2 DAC 数摸转换电路 0 75 0 1000 7 . 0 300 7 . 0 00201 vvvvv （4.1） 推得 530 51 53 3 53 10 210 v （4.2） 若v1=v2=0V，此时应处于行、场同步阶段，计算得v0=-0.1V，基本符合同步负脉 冲的要求。 若v1=0V，v2=5V，此时处于黑色显示阶段。计算得v0 = 0.2V，符合黑色电平的 要求。 若v1=5V，v2=0V，这种情况并不存在，属于无效情况，程序中已进行避免。显示 完一行后，通过将视频端口置 0，避免了此种情况。 若v1=5V，v2=5V，此时处于白色显示阶段。计算得v0=1.1V，基本符合白色电平 的要求。 注意到与电视电平有 0.3V