【正文】 程真正的同時(shí)讀寫(xiě)操作 （ c） 512 字節(jié)的 EEPROM擦寫(xiě)壽命 : 100,000 次 （ d） 1K 字節(jié)的片內(nèi) SRAM （ e）可以對(duì)鎖定位進(jìn)行編程以實(shí)現(xiàn)用戶程序的加密 JTAG 接口 ( 與 IEEE ) （ a）符合 JTAG標(biāo)準(zhǔn)的邊界掃描功能 （ b）支持?jǐn)U展的片內(nèi)調(diào)試功能 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) (論文 ) 第 M 頁(yè) （ c）通過(guò) JTAG接口實(shí)現(xiàn)對(duì) Flash、 EEPROM、熔絲位和鎖定位的編程 外設(shè)特點(diǎn) （ a）兩個(gè)具有獨(dú)立預(yù)分頻器和比較器功能的 8 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù) （ b）一個(gè)具有預(yù)分頻器、比較功能和捕捉功能的 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù) （ c）具有獨(dú)立振蕩器的實(shí)時(shí)計(jì)數(shù)器 RTC （ d）四通道 PWM （ e） 8路 10 位 ADC8 個(gè)單端通道 TQFP 封裝的 7 個(gè)差分通道 2個(gè)具有可編程增 益（ 1x, 10x, 或 200x）的差分通道 （ f）面向字節(jié)的兩線接口 （ g） 兩個(gè)可編程的串行 USART （ h） 可工作于主機(jī) /從機(jī)模式 SPI串行接口 （ i） 具有獨(dú)立片內(nèi)振蕩器的可編程看門(mén)狗定時(shí)器 （ j） 片內(nèi)模擬比較器 特殊的處理器特點(diǎn) （ a）上電復(fù)位以及可編程的掉電檢測(cè) （ b）片內(nèi)經(jīng)過(guò)標(biāo)定的 RC 振蕩器 （ c）片內(nèi) /片外中斷 （ d） 6種睡 眠模式 : 空 ADC噪聲抑制模式、省電模式、掉電模式、Standby 、式以擴(kuò)展的 Standby 模式 I/O和封裝 （ a） 32 個(gè)可編程的 I/O口 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) (論文 ) 第 M 頁(yè) （ b） 40 引腳 PDIP封裝 , 44 引腳 TQFP 封裝 ,與 44 引腳 MLF封裝 工作電壓 : （ a） ATmega16L： （ b） ATmega16： 速度等級(jí) （ a） 0 8 MHz ATmega16L （ b） 0 16 MHz ATmega16 ATmega16L在 1 MHz, 3V, 25 C時(shí)的功耗 （ a）正常模式 : mA （ b）空 : mA （ c）掉電模式 : 1 μA 引腳配置 ATmega16是基于增強(qiáng)的 AVRRISC結(jié)構(gòu)的低功耗 8位 CMOS微控制器。由于其先進(jìn)的指令集以及單時(shí)鐘周期指令執(zhí)行時(shí)間， ATmega16 的數(shù)據(jù)吞吐率高達(dá) 1MIPS MHz，從而可以緩減系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。 ATMAGE16引腳分布如圖 。 AVR 內(nèi)核具有豐富的指令集和 32 個(gè)通用工作寄存器。所有的寄存器都直接與算邏單元 (ALU) 相連接，使得一 條指令可以在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)同時(shí)訪問(wèn)兩個(gè)獨(dú)立的寄存器。這種結(jié)構(gòu)大大提高了代碼效率，并且具有比普通的 CISC微控制器最高至 10倍的數(shù)據(jù)吞吐率。 ATmega16 有如下特點(diǎn) 16K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程 Flash(具有同時(shí)讀寫(xiě)的能力，即 RWW)， 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) (論文 ) 第 M 頁(yè) 圖 ATMAGE16 引腳分布 AVR 內(nèi)核具有豐富的指令集和 32 個(gè)通用工作寄存器。所有的寄存器都直接與算邏單元 (ALU) 相連接，使得一條指令可以在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)同時(shí)訪問(wèn)兩個(gè)獨(dú)立的寄存器。這種結(jié)構(gòu)大大提高了代碼效率，并且具有比普通的 CISC微控制器最高至 10倍的數(shù)據(jù)吞吐率。 ATmega16 有如下特點(diǎn) 16K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程 Flash(具有同時(shí)讀寫(xiě)的能力，即 RWW)，512 字節(jié) EEPROM， 1K字節(jié) SRAM， 32 個(gè)通用 I/O 口線， 32 個(gè)通用工作寄存器，用于邊界掃描的 JTAG 接口，支持片內(nèi)調(diào)試與編程，三個(gè)具有比較模式的靈活的定時(shí)器 /計(jì)數(shù) (T/C),片內(nèi) /外中斷，可編程 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) (論文 ) 第 M 頁(yè) USART，有起始條件檢測(cè) 器的通用串行接口， 8路 10位具有可選差分輸入級(jí)可編程增益 (TQFP 封裝 ) 的 ADC ，具有片內(nèi)振蕩器的可編程看門(mén)狗定時(shí)器，一個(gè) SPI串行端口，以及六個(gè)可以通過(guò)軟件進(jìn)行選擇的省電模式。 工作于空閑模式時(shí) CPU 停止工作，而 USART、兩線接口、 A/D 轉(zhuǎn)換器、 SRAM、 T/C、 SPI 端口以及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作；掉電模式時(shí)晶體振蕩器停止振蕩，所有功能除了中斷和硬件復(fù)位之外都停止工作；在省電模式下，異步定時(shí)器繼續(xù)運(yùn)行，允許用戶保持一個(gè)時(shí)間基準(zhǔn)，而其余功能模塊處于休眠狀態(tài)； ADC噪聲抑制模式時(shí)終止 CPU 和除了異步定時(shí)器與 ADC以外所有 I/O 模塊的工作，以降低 ADC 轉(zhuǎn)換時(shí)的開(kāi)關(guān)噪聲； Standby 模式下只有晶體或諧振振蕩 器運(yùn)行，其余功能模塊處于休眠狀態(tài)，使得器件只消耗極少的電流，同時(shí)具有快速啟動(dòng)能力；擴(kuò)展 Standby 模式下則允許振蕩器和異步定時(shí)器繼續(xù)工作。本芯片是以 Atmel 高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)生產(chǎn)的。片內(nèi) ISP Flash 允許程序存儲(chǔ)器通過(guò) ISP 串行接口，或者通用編程器進(jìn)行編程，也可以通過(guò)運(yùn)行于 AVR 內(nèi)核之中的引導(dǎo)程序進(jìn)行編程。引導(dǎo)程序可以使用任意接口將應(yīng)用程序下載到應(yīng)用Flash存儲(chǔ)區(qū) (ApplicationFlash Memory)。在更新應(yīng)用 Flash存儲(chǔ)區(qū)時(shí)引導(dǎo)Flash區(qū) (Boot Flash Memory)的程序繼續(xù)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了 RWW 操作。 通過(guò) 8 位 RISC CPU 與系統(tǒng)內(nèi)可編程的 Flash 集成在一個(gè)芯片內(nèi)， ATmega16 成為一個(gè)功能強(qiáng)大的單片機(jī)，為許多嵌入式控制應(yīng)用提供了靈活而低成本的解決方案。 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) (論文 ) 第 M 頁(yè) 3 DS18B20 的設(shè)計(jì) 本 章介紹了系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，并具體介紹了實(shí)現(xiàn)和調(diào)試的方法，以及分布式溫度采集系統(tǒng)的通信流程和 DS18B20溫度測(cè)量軟件的設(shè)計(jì)思路、DS18B20工作的時(shí)序問(wèn)題 。 總體通信流程及通信協(xié)議 總體通信流程體現(xiàn)在 PC機(jī)，單片機(jī)主機(jī)及各從機(jī)的通 信，信號(hào)接受及發(fā)送，這個(gè)設(shè)計(jì)中，通信協(xié)議是一個(gè)非常重要也很復(fù)雜的部分， 在由 PC 機(jī)與單片機(jī)組成的系統(tǒng)中，常要涉及通信問(wèn)題 ，如果沒(méi)有統(tǒng)一的通信協(xié)議，PC機(jī)與單片機(jī)之間的 信息 傳遞就無(wú)法識(shí)別。 通信協(xié)議是指通信各方事前約定規(guī)則 ,我們可以簡(jiǎn)單地理解為各計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行相互會(huì)話所使用的共同語(yǔ)言 .PC機(jī)與單片機(jī)在進(jìn)行通信時(shí) ,必須使用的通信協(xié)議。 首先，在設(shè)計(jì)中自定義幾個(gè)數(shù)據(jù)通信協(xié)議，如下問(wèn)提到 的 “a”、 “b”、 “c”、“d”、 “g”、 “h”。這些協(xié)議一旦定義，在后面的執(zhí)行過(guò)程中就代表了固定的含義，不再改變， PC機(jī)、單片機(jī)、從機(jī)都靠識(shí)別這個(gè)協(xié)議來(lái)執(zhí)行程序，發(fā)送一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，接受幾個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，所有的數(shù)據(jù)協(xié)議全都建立在這 2個(gè)操作方法上。 本設(shè)計(jì)中自定義 “a”為 PC機(jī)與單片機(jī)主機(jī)間的數(shù)據(jù)協(xié)議，意思為要求主機(jī)發(fā)送一號(hào)從機(jī)的溫度給 PC機(jī)； 自定義 “b”為 PC機(jī)與單片機(jī)主機(jī)間的數(shù)據(jù)協(xié)議，意思為要求主機(jī)發(fā)送二號(hào)從機(jī)的溫度給 PC機(jī)； 自定義 “c”為從機(jī)與主機(jī)間的數(shù)據(jù)協(xié)議，它代表從機(jī)向主機(jī)發(fā)送完四位當(dāng) 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) (論文 ) 第 M 頁(yè) 前采集的溫 度，這里一號(hào)從機(jī)和二號(hào)從機(jī)采集的溫度，都定義為 “c”； 自定義 “d”為 PC機(jī)與單片機(jī)主機(jī)之間的數(shù)據(jù)協(xié)議，意思為開(kāi)始和完成命令的信號(hào)； 自定義 “g”為一號(hào)從機(jī)和單片機(jī)主機(jī)之間的數(shù)據(jù)協(xié)議，意思為主機(jī)表示要采集一號(hào)從機(jī)的溫度數(shù)據(jù)，一號(hào)從機(jī)要求單片機(jī)主機(jī)準(zhǔn)備接收； 自定義 “h”為二號(hào)從機(jī)和單片機(jī)主機(jī)之間的數(shù)據(jù)協(xié)議，意思為主機(jī)表示要采集二號(hào)從機(jī)的溫度數(shù)據(jù)，二號(hào)從機(jī)要求單片機(jī)主機(jī)準(zhǔn)備接收。 具體流程如下： PC 機(jī)向單片機(jī)主機(jī)發(fā)送 “d”： 這步是流程的開(kāi)始， PC 機(jī)向單片機(jī)主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)協(xié)議，要求主機(jī)把接收的溫度發(fā)送給 PC 機(jī)顯示； 單片機(jī)主機(jī)向一號(hào)從機(jī)發(fā)送 “g”： 單片機(jī)主機(jī)在接收到 PC 機(jī)發(fā)送的 “d”信號(hào)后，會(huì)立即向一號(hào)從機(jī)發(fā)送“g”，要求一號(hào)從機(jī)采集溫度并且將溫度發(fā)回單片機(jī)主機(jī)； 一號(hào)從機(jī)回發(fā) “g”： 一號(hào)從機(jī)接收到單片機(jī)主機(jī)的命令后，會(huì)立即向單片機(jī)主機(jī)回發(fā)信號(hào)，要求單片機(jī)主機(jī)做好接收準(zhǔn)備； 向主機(jī)發(fā)送四位當(dāng)前采集的溫度，并回發(fā)發(fā)送完成標(biāo)記 “c”； 一號(hào)從機(jī)回發(fā)信號(hào)后，向主機(jī)發(fā)送四位采集的溫度，這個(gè)溫度在前文已提到標(biāo)記為 “c”； 主機(jī)發(fā)送 “h”給 2 號(hào)從機(jī)： 主機(jī)在接收到一號(hào)從機(jī)發(fā)來(lái)的 “c”命令后，會(huì)立刻 發(fā)送 “h”信號(hào)給二號(hào)從 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) (論文 ) 第 M 頁(yè) 機(jī)，表示要采集二號(hào)從機(jī)的數(shù)據(jù)； 2 號(hào)從機(jī)回發(fā) “h”： 二號(hào)從機(jī)接收到單片機(jī)主機(jī)的命令后，會(huì)立即向單片機(jī)主機(jī)回發(fā)信號(hào)，要求單片機(jī)主機(jī)做好接收準(zhǔn)備； 向主機(jī)發(fā)送四位當(dāng)前采集的溫度，并回發(fā)發(fā)送完成標(biāo)記 “c”： 二號(hào)從機(jī)向單片機(jī)主機(jī)回發(fā)完信號(hào)后，向主機(jī)發(fā)送四位當(dāng)前采集的溫度，這個(gè)溫度標(biāo)記為 “c”； 主機(jī)發(fā)送 “d”給 PC 機(jī)： 單片機(jī)主機(jī)在接收到二號(hào)從機(jī)發(fā)送來(lái)的信號(hào)后，立刻發(fā)送信號(hào)給 PC 機(jī)，表示完成 PC 機(jī)的前一指令； PC 發(fā)送 “a”給主機(jī)： PC 機(jī)在接收到單片機(jī)主機(jī)發(fā)送的信號(hào)后， 發(fā)送新一個(gè)指令給單片機(jī)主機(jī)，要求單片機(jī)主機(jī)發(fā)送一號(hào)從機(jī)采集的溫度數(shù)據(jù)； 主機(jī)將一號(hào)從機(jī)溫度數(shù)據(jù)發(fā)送給 PC 機(jī)： 單片機(jī)主機(jī)接收到 PC 機(jī)的命令后將一號(hào)從機(jī)發(fā)送過(guò)來(lái)的四位當(dāng)前溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成 ASCII 碼后，發(fā)送給 PC 機(jī)，因?yàn)?PC 機(jī)只能讀取 ASCII 碼； 1 PC 機(jī)發(fā)送 “b”給主機(jī)： PC 機(jī)接收到單片機(jī)主機(jī)發(fā)送的即時(shí)溫度后會(huì)立即發(fā)送另一指令給單片機(jī)主機(jī)，要求單片機(jī)主機(jī)發(fā)送二號(hào)從機(jī)采集的溫度數(shù)據(jù)； 1主機(jī)將二號(hào)從機(jī)溫度數(shù)據(jù)發(fā)送給 PC機(jī)，發(fā)送完成后，返回（ 1）： 單片機(jī)主機(jī)接收到 PC機(jī)的命令后將二號(hào)從機(jī)發(fā)送 過(guò)來(lái)的四位當(dāng)前溫度數(shù)據(jù)同樣也轉(zhuǎn)換成 ASCII碼后，發(fā)送給 PC機(jī)。此時(shí)一個(gè)完整過(guò)程結(jié)束， 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) (論文 ) 第 M 頁(yè) 將返回（ 1）開(kāi)始另一輪采集。 DS18B20 溫度測(cè)量軟件的設(shè)計(jì) 由于 DS18B20 單線通信功能是分時(shí)完成的，它有嚴(yán)格的時(shí)隙概念，因此讀寫(xiě)時(shí)序很重要。系統(tǒng)對(duì) DS18B20的各種操作必須按協(xié)議進(jìn)行。操作協(xié)議為：初始化 DS18B20（發(fā)復(fù)位脈沖） → 發(fā) ROM 功能命令 → 發(fā)存儲(chǔ)器操作命令 → 處理數(shù)據(jù)。主機(jī)控制 DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換的程序必須經(jīng)過(guò) 3個(gè)步驟：初始化、 ROM操作指令、存儲(chǔ)器操作指令。假設(shè)單片機(jī)系統(tǒng)所用的晶振頻 率為 12MHz，根據(jù) DS18B20的初始化時(shí)序、寫(xiě)時(shí)序和讀時(shí)序，分別編寫(xiě) 3個(gè)子程序： INIT為初始化子程序， WRITE 為寫(xiě)（命令或數(shù)據(jù)）子程序， READ為讀數(shù)據(jù)子程序，所有的數(shù)據(jù)讀寫(xiě)均由最低位開(kāi)始。主程序的主要功能是負(fù)責(zé)溫度的實(shí)時(shí)顯示、讀出并處理 DS18B20的測(cè)量溫度值，溫度測(cè)量每 1s 進(jìn)行一次，流程圖如圖 。 讀出溫度子程序的主要功能是讀出 RAM中的 9個(gè)字節(jié)，在讀出時(shí)需進(jìn)行CRC 校驗(yàn)，校驗(yàn)有錯(cuò)時(shí)不進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的改寫(xiě)，其程序流程圖如圖 所示。 從 DS18B20讀取出的二進(jìn)制值必須先轉(zhuǎn)換成 十進(jìn)制值，才能用于字符的顯示。因?yàn)?DS18B20的轉(zhuǎn)換精度為 9～ 12 位可選，為了提高精度采用 12位。在采用 12位轉(zhuǎn)換精度時(shí)，溫度寄存器里的值是以 ，即溫度值為溫度寄存器里的二進(jìn)制值乘以 ，就是實(shí)際的十進(jìn)制溫度值。 多機(jī)通信軟件的設(shè)計(jì) ATMAGE16單片機(jī)有串行發(fā)送緩沖器／接收緩沖器 (SBUF)、串行口控制寄存器 (SCON)、特殊功能寄存器 (PCON)。通過(guò)設(shè)置 SCON可以有四種 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) (論文 ) 第 M 頁(yè) 工作方式，其中工作方式 3 適用于多機(jī)通信。在串行通信前，通過(guò)程序預(yù)先將各從機(jī)串行口設(shè)置 為方式 2或方式 3，并使 SM2和 REN(允許串行接收控制位 )為 1，允許串行口中斷。主機(jī)與從機(jī)通信時(shí)，將 SM2置 0，準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)，否則維持 SM2為 1，這樣在主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí) (此時(shí)主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)中第 9 位為 0)，只有地址相符的從機(jī)可接收數(shù)據(jù)， 圖 DS18B20溫度主程序流程圖 圖 讀出溫度子 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) (論文 ) 第 M 頁(yè) 程序流程圖 其余從機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)信息不予理睬，從而可以實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信集散型控制系統(tǒng)將各控制單元分散到現(xiàn)場(chǎng)各控制點(diǎn)。從機(jī)主程序和串行口中斷服務(wù)程序如圖 。 PC 機(jī)與單片機(jī)的串口 通信中， ATMAGE16單片機(jī)的 模擬串行通信的發(fā)送和接收端，其接口程序主要由發(fā)送子程序和接收子程序組成。通信速率 9600bps，幀格式為 。發(fā)送時(shí)，