基于ATMEGA16焊接人机交互系统的设计

基于ATMEGA16焊接人机交互系统的设计
【摘要】以ATMEGA16单片机来设计实现数字化焊接电源的键盘显示电路。

硬件电路主要包括键盘输入电路、LCD液晶显示电路、通信电路等。

本文所设计的键盘显示电路具有简洁、直观的特点，并采用结构化编程的思想对此系统进行了软件实现。

通过仿真测试表明，该系统工作稳定，操作灵活、简单，实现了设计要求。

【关键词】ATMEGA16；焊接；人机交互
焊接系统采用了IGBT逆变技术的脉冲MIG焊，设计了单片机（MCU）+数字信号处理器（DSP）的双机控制系统。

其中DSP为控制系统的核心，主要完成焊接参数的实时采集、模糊控制运算、PI运算和PWM波形的产生；单片机对整个控制系统进行管理，可以实现人机交互系统（包括键盘和显示）。

此外，单片机与DSP之间采用串行通信方式进行信息交换。

本文是在MCU+DSP双处理器数字化焊接系统的框架下，以ATMEGA16单片机为控制芯片，设计了数字化焊接电源的人机交互系统，这也是数字化焊接系统的重要组成部分[1]。

1.硬件电路设计
我们用ATMEGA16来实现键盘与显示电路，其电路如图1所示。

图1键盘显示电路图
1.1键盘电路
在本设计中，采用了4×4的16键标准键盘作为整个系统的输入设备，如图2所示，这个键盘使用8根连接线，依靠连接线间不同的连通组合判断是哪个按键按下。

键盘连接真值表如图2所示。

表2 键值表
采用查询方式的按键工作电路，按键与单片机的I/O口相连，通过读I/O口，判定I/O口线的电平状态，即可识别出按下的按键，各按键开关均采用了上拉电阻，这是为了保证在按键断开时，各I/O口线有确定的高电平。

该接口电路是采用软件消抖的方法。

1.2显示电路
本系统采用SMC 1602A LCM液晶显示器。

该显示器可以显示字母、数字符号，其屏幕共可显示16×2个字符。

LCD1602A的工作电压为5V，VDD、VSS
为供电电源，BLA、BLK为背光电源。

D0-D7为8位数据线，可以双向传输，RS、R/W、E为控制线，只能用作输入。

其中，RS为数据/指令信号线，高电平表示传送的是数据，低电平表示传送的是指令代码；R/W为读/写信号线，高电平表示读，低电平表示写；E为使能信号线，在其高电平时有效[2]。

2.软件设计
2.1键盘子程序
本设计中对键的识别、按键的读数等均靠软件完成，故硬件较简单。

软件读取键盘采用的是循环扫描方法，这也是最常用的方法，键盘程序流程如图3所示。

其工作分为三个步骤：
（1）单片机中断扫描监视键盘的状态，如果无键按下就返回。

（2）如果有键按下，取键值，并进行软件延时及抖动处理。

（3）根据键值转向相应的按键处理服务子程序。

图3 键盘控制流程图
2.2显示子程序
编写显示程序，首先要了解所选择显示芯片的工作时序。

LCD1602A的时序图如图4和5所示。

根据时序图可知当RS=L,R/W=H,E=H时，可通过D0-D7读出状态字；RS=L,R/W=L,E=H时，可以通过D0-D7写入指令；RS=H,R/W=H,E=H时，可读取D0-D7的数据；RS=H,R/W=L,E=H时，可显示D0-D7的数据。

3.键盘显示电路仿真实验
面板显示电路是操作人员和焊机交互对话的窗口，其设计不仅要保证信息输入、输出的实时性、稳定性和可靠性，还应该使操作简单、直观。

在PROTEUS 仿真实验平台，进行实验如图6所示。

4.结论
（1）基于ATMEGA16单片机设计的焊接人机交互系统在硬件方面具有简洁、直观的特点；在软件方面采用结构化编程的思想对人机交互功能进行了软件实现。

（2）通过仿真测试表明, 该人机交互系统工作稳定, 操作灵活、简单, 实现了设计要求。

【参考文献】
［１］李力,胡绳荪等.数字化焊接电源人机交互系统的设计与实现[J].焊接技术，2007.
［２］SMC 1602A LCM使用说明书.
［３］李万红.嵌入式C编程与Atmel A VR[M]．北京：清华大学出版社，2003（8）．
［４］张军.A VR单片机应用系统开发典型实例[M].北京:中国电力出版社，2005.。