基于AVR單片機的煤礦傳感器設計
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3.1 89系列單片機的弊端
89系列單片機采用CISC(復雜指令系統)結構。復雜指令計算機系統設計目的是要用最少的機器語言指令來完成所需的計算任務。但這種架構造成CPU結構的復雜性和對CPU工藝的要求。
由于89系列單片機的結構的復雜性；使其集成度相對較低，如片內集成FLASH ROM較少、無E2PROM、無看門狗電路等，導致開發產品可能存在以下問題：
(1)運行速度降低
89系列單片機采用復雜指令系統，使其程序的運行效率降低，同時程序的復雜也導致存儲程序的FLASHRAM加大，甚至可能采用擴充存儲器。
(2)故障率加大
89系列單片機需增加的外圍電路，使電路的復雜性增加，故障率加大。
(3)升級不方便
通常89系列單片機程序的寫入需要專用的編程器，升級程序不方便。
3.2 AVR單片機的優點
由于89系列單片機的固有缺點，所以采用RISC(精簡指令系統)的單片機越來越受到青睞，并大有取代89系列單片機的趨勢。目前采用精簡指令系統的單片機主要有Atmel公司的AVR系列單片機與MICRO-CHIP公司的PIC系列單片機。Atmel公司的AVR單片機是1997年由Atmel公司研發的基于RISC技術的高速8位單片機，其主要優點如下：
(1)高性能
AVR單片機采用HARVARD結構，指令為16位，執行指令與取指令同時進行，每1個時鐘周期可執行1條指令，其運行速度是復雜指令計算機系統的15～20倍。
(2)內置FLASH存儲器
AVR單片機內置的FALSH存儲器從1～128 kB都有，可根據需要選擇不同的芯片并可以擴充。FALSH可寫次數達10 000次以上。
(3)內置多種外圍電路
AVR單片機內置獨立的看門狗、A／D轉換、E2PROM、PWM輸出、上電自動復位等電路，應用AVR單片機大大簡化了外圍電路，提高了電路的可靠性。
(4)具有SPI編程功能
SPI編程功能使更新AVR程序僅僅需要幾根線即可，省去了撥下芯片的麻煩，避免了更新程序時損壞單片機的可能性。
由以上對比可以看出，使用AVR單片機設計煤礦傳感器，將大大降低其外圍電路的復雜性，并提高電路可靠性，使其成為煤礦傳感器升級換代的首選。
4 使用AVR單片機設計的礦用傳感器
AVR單片機共分為Tiny，At90s，Atmega三個檔次。根據需求，此處決定采用Atmega8L作為主芯片。AtmegaSL最高8 MHz工作頻率，工作電壓2.7～5.5 V，有8 kB的Flashrom，1 kB的RAM，512 kB的E2PROM，8路10位A／D轉換，能滿足應用需要，其電路原理框圖如圖2所示。
傳感器核心控制單元采用Atmega8L-8AU單片機，PB口的PB3，PB4配置為SPI下載線接口，并與外殼上的接口相連，用于程序更改與升級。PB口PB1配置為聲光報警輸出，以用于檢測值超過設定值后報警。PC口的PC0配置為A／D轉換輸入口。由于輸入信號幅度較小，故在電路中加入1級由LM358構成的放大電路。PC口的PC2配置為紅外線接收口，用于接收遙控板送來的信息。PD口用于4位數碼顯示。
特別注意的是，在硬件設計上，為降低A／D轉換噪聲，需要在AVCC引腳連接A／D轉換專用電源。并且由于AVR芯片內部的A／D轉換參考電壓不夠穩定，故在其Aref引腳配置由精密穩壓集成電路TL431構成的參考電壓，以保證A／D轉換的準確性。目前正在應用的煤礦傳感器的軟件系統經過幾年的使用與改進，軟件系統已漸趨成熟，加之AVR單片機支持C語言，所以不需要重新開發新的軟件系統，僅對原有的煤礦傳感器的軟件系統作簡單的改變即可移植到以AVR為核心的傳感器上，改進成本低，轉變容易。
使用AVR設計煤礦傳感器外圍元件少、結構簡單、工作效率高、成本低(每片Atmega8單片機售價不足10元)。同時AVR芯片在設計時即考慮了其安全性，只需簡單配置即可達到保密的作用，無需在軟加密上多下功夫，有效地保護了自己的知識產權。所以AVR單片機是設計礦用傳感器部件的首選。
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