基于AVR MENGE16的学生评教系统开发与研制毕业设计论文.doc
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1、 编号 淮安信息职业技术学院毕业论文题 目基于AVR MENGE16的学生评教系统开发与研制学生姓名耿家奇学 号71095037系 部电子工程学院专 业电子信息工程技术班 级710950指导教师 杨永顾问教师二一二年六月摘 要近年来,随着科学技术的迅猛发展,人们的生活水平以及物质水平的逐步提高,对服务的要求也越来越高,各行各业特别是窗口评价器服务行业的竞争也逐渐的激烈。高校内部教学质量保障体系的逐步建立,对促进高校教育教学改革、保证和提高教学质量发挥着积极的作用。学生评教制度是学生拥有了表达教学意愿的常规渠道,有利于保障学生在教学过程的主体地位,同时有助于高校调整办学导向,强化以生为本的服务意
2、识。如何规范和完善学生评教工作,运用科学的办法有效地实施评教;如何科学利用反馈信息,发挥学生评教促学促教的作用。由于传统教学评价模式的科学性、准确性、时效性,不能满足当今教学评价的要求,因此,研制了基于AVR MENGE16的学生评教系统。本文主要针对学生评教系统的功能要求,从硬、软件两个方面对其阐述,重点对下位机的硬、软件进行开发设计,简要介绍上位机的设计要点。关键词:USART、T6963C、评教系统 、开发设计目 录摘 要I第一章 系统概述11.1研究背景11.2设计要求1第二章 硬件设计32.1信息交换模块(ATmega16内部USART)32.1.1 USART概述32.1.2时钟产
3、生器42.1.3帧格式52.1.4 USART初始化62.1.5数据发送USART发送器62.1.6数据接收USART接收器72.1.7 USART寄存器说明82.2 T6963C控制12864图形点阵液晶模块142.3串口172.3.1概述172.3.2 RS-232-C串口通信接线方法(三线制)182.4硬件图18第三章 软件设计213.1系统工作流程图213.2 T6963C指令写入流程图223.3自动读写方式操作流程图23第四章 系统仿真254.1仿真图25第五章 总结27致谢29参考文献31第一章 系统概述1.1 研究背景由于客户通常很难准确描述自己对服务的各种属性的详细感受,而决定
4、其选服务时往往也取决于该用户对服务的一个综合评价,所以用“非常满意”、“满意”、“不满意”、“不满意”又细分为“态度不好”、“业务不熟”、“效率不高”、“其它”等指标已基本反映顾客的态度,这种方法不会过多地增加顾客的负担。各行各业特别是窗口评价器服务行业的竞争也逐渐的激烈。高校内部教学质量保障体系的逐步建立,对促进高校教育教学改革、保证和提高教学质量发挥着积极的作用。学生评教制度是学生拥有了表达教学意愿的常规渠道,有利于保障学生在教学过程的主体地位,同时有助于高校调整办学导向,强化以生为本的服务意识。如何规范和完善学生评教工作,运用科学的办法有效地实施评教;如何科学利用反馈信息,发挥学生评教促
5、学促教的作用。对此,学生评教系统便应用而生。该系统采用岗位牌子加置电子按键的方法在学生课后时对老师的教育质量进行直接评价,从而实现学生满意程度的统计。目的是通过与星级教师牌的硬件的配合使用,是星级教师评比工作规范、统一,减轻管理人员的负担,提高数据的使用率,从而保障星级教师评比工作的顺利进行。采用“教师教学评价系统”可以实现以下目标:(1)实现教师持牌上岗,透明教育,接受监督。(2)体现学生权利,倡导以学生为中心的教学理念。(3)电子按键统计方便快捷,不增加学生负担。(4)作为考核期业绩的一个辅助指标。(5)统计每位教师的学生满意度,对其进行考核。学生评价器属于教师教学质量评价管理系统中的硬件
6、部分,配合其专用件系统构成学生评价教师教学质量评价管理系统。1.2 设计要求设计一个以单片机为核心的学生评教系统,应具备:(1)显示部分使用T6963C控制的12864图形点阵液晶模块(2)一般情况下显示部门、姓名与工号(3)但接收到上位机(PC)发过来的指令后,进入评价窗口,显示四种评价状态(4)可以使用不同的按键进行评价选择(5)评价信息要及时的反馈给上位机(PC)(6)上位机程序不作要求第二章 硬件设计2.1 信息交换模块(ATmega16内部USART)2.1.1 USART概述通用同步和异步串行接收器和转发器(USART)是一个高度灵活的串行通讯设备,它的主要功能如下:(1)全双工操
7、作(独立的串行接收和发送寄存器)(2)异步或同步操作(3)主机或从机提供时钟的同步操作(4)高精度的波特率发生器(5)支持5、6、7、8或9个数据位和1个或2个停止位(6)硬件支持的奇偶校验操作(7)数据过速检测(8)帧错误检测(9)噪声滤波,包括错误的起始位检测,以及数字低通滤波器(10)三个独立的中断:发送结束中断, 发送数据寄存器空中断,以及接收结束中断(11)多处理器通讯模式(12)倍速异步通讯模式图2-1为USART的简化框图。CPU可以访问的I/O寄存器和I/O引脚以粗体表示。从图2-1可以看出:(1)虚线框将USART分为了三个主要部分:时钟发生器,发送器和接收器。(2)控制寄存
8、器由三个单元共享。(3)时钟发生器包含同步逻辑,通过它将波特率发生器及为从机同步操作所使用的外部输入时钟同步起来。XCK(发送器时钟)引脚只用于同步传输模式。(4)发送器包括一个写缓冲器,串行移位寄存器,奇偶发生器以及处理不同的帧格式所需的控制逻辑。写缓冲器可以保持连续发送数据而不会在数据帧之间引入延迟。(5)接收器具有时钟和数据恢复单元,所以它是USART模块中最复杂的。恢复单元用于异步数据的接收。除了恢复单元,接收器还包括奇偶校验,控制逻辑,移位寄存器和一个两级接收缓冲器UDR。接收器支持与发送器相同的帧格式,而且可以检测帧错误,数据过速和奇偶校验错误。图2-1 USART简化框图2.1.
9、2时钟产生器时钟产生逻辑为发送器和接收器产生基础时钟。USART支持4种模式的时钟:正常的异步模式、倍速的异步模式、主机同步模式以及从机同步模式。(1)USART控制位UMSEL和状态寄存器C(UCSRC)用于选择异步模式和同步模式。(2)倍速模式(只适用于异步模式)受控于UCSRA寄存器的U2X。(3)使用同步模式(UMSEL=1)时,XCK的数据方向寄存器(DDR_XCK)决定时钟源是由内部产生(主机模式)还是由外部生产(从机模式)。仅在同步模式下XCK有效。波特率发生器内部时钟用于异步模式与同步主机模式。USART的波特率寄存器UBRR和降序计数器相连接,一起构成可编程的预分频器或波特率
10、发生器。降序计数器对系统时钟计数,当其计数到零或UBRRL寄存器被写时,会自动装入UBRR寄存器的值。当计数到零时产生一个时钟,该时钟作为波特率发生器的输出时钟,输出时钟的频率。发生器对波特率发生器的输出时钟进行2、8或16的分频,具体情况取决于工作模式。波特率发生器的输出被直接用于接收器与数据恢复单元。数据恢复单元使用了一个有2、8或16个状态的状态机,具体状态数由UMSEL、U2X与DDR_XCK位设定的工作模式决定。表2.1给出了计算波特率以及计算每一种使用内部时钟源工作模式的UBRR值的公式。表2.1 波特率计算公式使用模式波特率的计算公式UBRR值的计算公式异步正常模式(U2X=0)
11、异步倍速模式(U2X=1)同步主机模式2.1.3帧格式串行数据帧由数据字加上同步位(开始位与停止位)以及用于纠错的奇偶校验位构成。USART接受以下30种组合的数据帧格式:(1)1个起始位(2)5、6、7、8或9个数据位(3)无校验位、奇校验或偶校验位(4)1或2个停止位数据帧以起始位开始;紧接着是数据字的最低位,数据字最多可以有9个数据位,以数据的最高位结束;如果使能了校验位,校验位将紧接着数据位;最后是结束位。当一个完整的数据帧传输后,可以立即传输下一个新的数据帧,或使传输线处于空闲状态。图2-2所示为可能的数据帧结构组合。括号中的位是可选的。图2-2 帧格式St起始位,总是为低电平(n)
12、数据位(08)P校验位,可以为奇校验或偶校验Sp停止位,总是为高电平IDLE通讯线上没有数据传输(RxD或TxD),线路空闲时必须为高电平数据帧的结构由UCSRB和UCSRC寄存器中的UCSZ2:0、UPM1:0、USBS设定。接收与发送使用相同的设置。设置的任何改变都可能破坏正在进行的数据传送与接收。(1)USART的字长位UCSZ2:0确定了数据帧的数据位数(2)校验模式位UPM1:0用于使能与决定校验的类型(3)USBS位设置帧有一位或两位结束位2.1.4 USART初始化进行通信之前首先要对USART进行初始化。初始化过程通常包括波特率的设定,帧结构的设定,以及根据需要使能接收器或发送
13、器。对于中断驱动的USART操作,在初始化时首先要清零全局中断标志位(全局中断被屏蔽)。重新改变USART的设置应该在没有数据传输的情况下进行。TXC标志位可以用来检验一个数据帧的发送是否已经完成,RXC标志位可以用来检验接收缓冲器中是否还有数据未读出。在每次发送数据之前(在写发送数据寄存器UDR前)TXC标志位必须清零。2.1.5 数据发送USART发送器置位UCSRB寄存器的发送允许位TXEN将使能USART的数据发送。使能后TXD引脚的通用I/O功能即被USART功能所取代,成为发送器的串行输出引脚。发送数据之前要设置好波特率、工作模式与帧结构。如果使用同步发送模式,施加于XCK引脚上的
14、时钟信号即为数据发送的时钟。(1)发送5到8位的数据将需要发送的数据加载到发送缓存器将启动数据发送。加载过程即为CPU对UDR寄存器的写操作。当移位寄存器可以发送新一帧数据时,缓冲的数据将转移到移位寄存器。当移位寄存器处于空闲状态(没有正在进行的数据传输),或前一帧数据的最后一个停止位传送结束,它将加载新的数据。一旦移位寄存器加载了新的数据,就会按照设定的波特率完成数据的发送。写入UDR相应置的高几位将被忽略。(2)发送9位的数据位如果发送9位数据的数据帧(UCSZ=7),应先将数据的第9位写入寄存器UCSRB的TXB8,然后再将低8位数据写入发送数据寄存器UDR。(3)传送标志位与中断USA
15、RT发送器有两个标志位:USART数据寄存器空标志UDRE及传输结束标志TXC,两个标志位都可以产生中断。数据寄存器空UDRE标志位表示发送缓冲器是否可以接受一个新的数据。该位在发送缓冲器空时被置“1”;当发送缓冲器包含需要发送的数据时清零。为与将来的器件兼容,写UCSRA寄存器时该位要写“0”。当UCSRB寄存器中的数据寄存器空中断使能位UDRIE为“1” 时,只要UDRE被置位(且全局中断使能),就将产生USART数据寄存器空中断请求。对寄存器UDR执行写操作将清零UDRE。当采用中断方式的传输数据时,在数据寄存器空中断服务程序中必须写一个新的数据到UDR以清零UDRE;或者是禁止数据寄存
16、器空中断。否则一旦该中断程序结束,一个新的中断将再次产生。当整个数据帧移出发送移位寄存器,同时发送缓冲器中又没有新的数据时,发送结束标志TXC置位。TXC在传送结束中断执行时自动清零,也可在该位写“1”来清零。当UCSRB上的发送结束中断使能位TXCIE与全局中断使能位均被置为“1”时,随着TXC标志位的置位,USART发送结束中断将被执行。一旦进入中断服务程序,TXC标志位即被自动清零,中断处理程序不必执行TXC清零操作。(4)禁止发送器TXEN清零后,只有等到所有的数据发送完成后发送器才能够真正禁止,即发送移位寄存器与发送缓冲寄存器中没有要传送的数据。发送器禁止后,TXD引脚恢复其通用I/
17、O功能。2.1.6 数据接收USART接收器置位UCSRB寄存器的接收允许位(RXEN)即可启动USART接收器。接收器使能后RXD的普通引脚功能被USART功能所取代,成为接收器的串行输入口。进行数据接收之前首先要设置好波特率、操作模式及帧格式。如果使用同步操作,XCK引脚上的时钟被用为传输时钟。(1)接收5到8个数据位的数据一旦接收器检测到一个有效的起始位,便开始接收数据。起始位后的每一位数据都将以所设定的波特率或XCK时钟进行接收,直到收到一帧数据的第一个停止位。接收到的数据被送入接收移位寄存器。第二个停止位会被接收器忽略。接收到第一个停止位后,接收移位寄存器就包含了一个完整的数据帧。这
18、时移位寄存器中的内容将被转移到接收缓冲器中。通过读取UDR就可以获得接收缓冲器的内容的。(2)接收9个数据位的数据如果设定了9位数据的数据帧(UCSZ=7),在从UDR读取低8位之前必须首先读取寄存器UCSRB的RXB8以获得第9位数据。这个规则同样适用于状态标志位FE、DOR及UPE。状态通过读取UCSRA获得,数据通过UDR获得。读取UDR存储单元会改变接收缓冲器FIFO的状态,进而改变同样存储在FIFO中的TXB8、FE、DOR及UPE位。(3)接收结束标志及中断USART接收器有一个标志用来指明接收器的状态。接收结束标志(RXC)用来说明接收缓冲器中是否有未读出的数据。当接收缓冲器中有
19、未读出的数据时,此位为1,当接收缓冲器空时为0(即不包含未读出的数据)。如果接收器被禁止(RXEN=0),接收缓冲器会被刷新,从而使RXC清零。置位UCSRB的接收结束中断使能位(RXCIE)后,只要RXC标志置位(且全局中断只能)就会产生USART接收结束中断。使用中断方式进行数据接收时,数据接收结束中断服务程序程序必须从UDR读取数据以清RXC标志,否则只要中断处理程序一结束,一个新的中断就会产生(4)接收器错误标志USART接收器有三个错误标志:帧错误(FE)、数据溢出(DOR)及奇偶校验错(UPE)。它们都位于寄存器UCSRA。错误标志与数据帧一起保存在接收缓冲器中。由于读取UDR会改
20、变缓冲器,UCSRA的内容必须在读接收缓冲器(UDR)之前读入。错误标志的另一个同一性是它们都不能通过软件写操作来修改。但是为了保证与将来产品的兼容性,对执行写操作是必须对这些错误标志所在的位置写“0”。所有的错误标志都不能产生中断。2.1.7 USART寄存器说明(1)USARTI/O数据寄存器UDR在5、6、7比特字长模式下,未使用的高位被发送器忽略,而接收器则将它们设置为0。接收缓冲器包括一个两级FIFO,一旦接收缓冲器被寻址FIFO就会改变它的状态。USART发送数据缓冲寄存器和USART接收数据缓冲寄存器共享相同的I/O地址,称为USART数据寄存器或UDR。将数据写入UDR时实际操
21、作的是发送数据缓冲器存器(TXB),读UDR时实际返回的是接收数据缓冲寄存器(RXB)的内容。只有当UCSRA寄存器的UDRE标志置位后才可以对发送缓冲器进行写操作。如果UDRE没有置位,那么写入UDR的数据会被USART发送器忽略。当数据写入发送缓冲器后,若移位寄存器为空,发送器将把数据加载到发送移位寄存器。然后数据串行地从TxD引脚输出。(2)USART控制和状态寄存器AUCSRABit7RXC:USART接收结束接收缓冲器中有未读出的数据时RXC置位,否则清零。接收器禁止时,接收缓冲器被刷新,导致RXC清零。RXC标志可用来产生接收结束中断(见对RXCIE位的描述)。Bit6TXC:US
22、ART发送结束发送移位缓冲器中的数据被送出,且当发送缓冲器(UDR)为空时TXC置位。执行发送结束中断时TXC标志自动清零,也可以通过写1进行清除操作。TXC标志可用来产生发送结束中断(见对TXCIE位的描述)。Bit5UDRE:USART数据寄存器空UDRE标志指出发送缓冲器(UDR)是否准备好接收新数据。UDRE为1说明缓冲器为空,已准备好进行数据接收。UDRE标志可用来产生数据寄存器空中断(见对UDRIE位的描述)。复位后UDRE置位,表明发送器已经就绪。Bit4FE:帧错误如果接收缓冲器接收到的下一个字符有帧错误,即接收缓冲器中的下一个字符的第一个停止位为0,那么FE置位。这一位一直有
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