【正文】 四川信息職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設計說明書 (論文 ) 第 M 頁 四川信息職業(yè)技術(shù)學院 基于 ATMAGE16 單片機 的 控制的溫度采集與測量 系 別： 電氣工程系 專 業(yè)： 電氣自動化 班 級： 電氣 131 姓 名 : 學 號： 指導教師： 2021 年 5 月 20 日 四川信息職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設計說明書 (論文 ) 第 M 頁 摘 要 近年來，隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，單片機繼續(xù)朝快速、高性能方向發(fā)展，從 4位、 8 位單片機發(fā)展到 16 位、 32 位單片機。單片機主要用于控制，它的應用領域遍及各行各業(yè)，大到航天飛機，小至日常生活中的冰箱、彩電，單片機都可以大顯其能。 單片機技術(shù)與傳感與測量技術(shù)、信號與系統(tǒng) 分析 技術(shù)、電路設計技術(shù)、可編程邏輯應用技術(shù)、微機接口 技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)以及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、計算機操作系統(tǒng)、匯編語言程序設計、高級語言程序設計、軟件工程、數(shù)據(jù) 網(wǎng)絡 通信、數(shù)字信號處理、自動控制、誤差分析、儀器儀表結(jié)構(gòu)設計和制造工藝等的結(jié)合，使得單片機的應用非常廣泛。同時，單片機具有較強的管理功能。采用單片機對整個測量電路進行管理和控制，使得整個系統(tǒng)智能化、功耗低、 使用 電子元件較少、內(nèi)部配線少、成本低，制造、安裝、調(diào)試及維修方便。 本設計是基于單片機 ATMAGE16 設計的實時溫度采集儀 ，通過本次設計，我成功的實現(xiàn)了利用單片機對溫度的采集和測量。 關鍵詞 單片機 ATMAGE16 DS18B20 ICCAVR 四川信息職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設計說明書 (論文 ) 第 M 頁 目 錄 1 緒論 .......................................................................................................... 4 課題背景 ............................................................................................... 5 設計目的及系統(tǒng)功能 ............................................................................ 6 2 ATMAGE16 特性 ..................................................................................... 7 ATMAGE16 產(chǎn)品特性 .......................................................................... 7 引腳配置 ............................................................................................... 9 3 DS18B20 的設計 .....................................................................................12 總體通信流程及通信協(xié)議 ...................................................................12 DS18B20 溫度測量軟件的設計 ...........................................................15 多機通信軟件的設計 ...........................................................................15 DS18B20 工作時序問題 ......................................................................18 4 電路的設計 .............................................................................................20 溫度測量電路的設計 ...........................................................................20 串口通信電路的設計 ...........................................................................21 5 分布式溫度采集系統(tǒng)設計 ......................................................................24 6 ICCAVR 制作環(huán)境及介紹 .......................................................................26 ICCAVR 介紹 ......................................................................................26 ICCAVR 向?qū)? ......................................................................................30 ICCAVR 的 IDE 環(huán)境 .........................................................................30 結(jié) 論 ...........................................................................................................33 參考文獻 .......................................................................................................34 致 謝 ...........................................................................................................35 附件 1：總系統(tǒng)的原理圖如下： .................................................................36 附件 2：單片機 ATMAGE16 控制 DS18B20 的程序 : ...............................39 四川信息職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設計說明書 (論文 ) 第 M 頁 1 緒論 自從 1976 年 Intel 公司推出第一批單片機以來， 80 年代單片機技術(shù)進入快速 發(fā)展時期，近年來，隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，單片機繼續(xù)朝快速、高性能方向發(fā)展，從 4 位、 8 位單片機發(fā)展到 16 位、 32 位單片機。單片機主要用于控制，它的應用領域遍及各行各業(yè)，大到航天飛機，小至日常生活中的冰箱、彩電，單片 機都可以大顯其能。單片機在國內(nèi)的三大領域中應用得十分廣泛：第一是家用電器業(yè)，例如全自動洗衣機、智能玩具；第二是通訊業(yè)，包括電話、手機和 BP 機等等；第三是儀器儀表和計算機外設制造，例如軟盤、硬盤、收銀機、電表。除了上述傳統(tǒng)領域外，汽車、電子工業(yè)在國外也是單片機應用十分廣泛的一個領域。它成本低、集成度高、功耗低、控制功能多能靈活的組裝成各種智能控制裝置，由它構(gòu)成的智能儀表解決了長期以來測量儀器中的誤差的修正、線性處理等問題。單片機將微處理器、存儲器、定時 /計數(shù)器、 I/O接口電路等集成在一個芯片上的大規(guī)模集成電路 ，本身即是一個小型化的微機系統(tǒng)。單片機技術(shù)與傳感與測量技術(shù)、信號與系統(tǒng) 分析 技術(shù)、電路設計技術(shù)、可編程邏輯應用技術(shù)、微機接口技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)以及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、計算機操作系統(tǒng)、匯編語言程序設計、高級語言程序設計、軟件工程、數(shù)據(jù) 網(wǎng)絡 通信、數(shù)字信號處理、自動控制、誤差分析、儀器儀表結(jié)構(gòu)設計和制造工藝等的結(jié)合，使得單片機的應用非常廣泛。同時，單片機具有較強的管理功能。采用單片機對整個測量電路進行管理和控制，使得整個系統(tǒng)智能化、功耗低、 使用 電子元件較少、內(nèi)部配線少、成本低，制造、安裝、調(diào)試及維修方便。 四川信息職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設計說明書 (論文 ) 第 M 頁 目前單片機滲透到我們生活的各個領域，幾乎很 難找到哪個領域沒有單片機的蹤跡。導彈的導航裝置，飛機上各種儀表的控制，計算機的網(wǎng)絡通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動化過程的實時控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能 IC 卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，錄象機、攝象機、全自動洗衣機的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機。更不用說自動控制領域的機器人、智能儀表、醫(yī)療器械了。 課題背景 分布式溫度采集系統(tǒng)廣泛應用在使用了中央空調(diào)的大型商場、廠房、辦公大樓等大型建筑內(nèi)。本課題主要用溫度傳感器對環(huán)境溫度實施實時監(jiān)測，各結(jié)點控制單元可將有關 信息 上傳給計算機，本課題研究主要解決的問題為分布式控制結(jié)構(gòu)設計、多單 片機串行通信、溫度的采集與處理。 本設計是基于單片機 ATMAGE16設計的實時溫度采集儀 ,采用 DS18B20可以采集多路溫度數(shù)據(jù) (本設計只用了 2 路 ),同時實時顯示所采集到的溫度值。在傳統(tǒng)的溫度測量系統(tǒng)設計中，往往采用模擬技術(shù)進行設計，這樣就不可避免地遇到諸如引線誤差補償、多點測量中的切換誤差和信號調(diào)理電路的誤差等問題 。而其中某一環(huán)節(jié)處理不當，就可能造成整個系統(tǒng)性能的下降。隨著現(xiàn)代科學技術(shù)的飛速發(fā)展，特別是大規(guī)模集成電路設計技術(shù)的發(fā)展， 微型化、集成化、數(shù)字化正成為傳感器發(fā)展的一個重要方向。美國 Dallas 半導體公司推出的數(shù)字溫度傳感器 DSl8B20，具有獨特的單總線接口，僅需要占用一個通用 I/O 端口即可完成與微 處理器的通信 。在 10～ +85℃ 溫度范圍內(nèi)具有 177?！?精度 。用戶可編程設定 9～ 12 四川信息職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設計說明書 (論文 ) 第 M 頁 位的分辨率。以上特性使得 DSl8B20 非常適用于構(gòu)建高精度、多點溫度測量系統(tǒng)。 設計目的及系統(tǒng)功能 本設計的目的是以單片機為核心設計出一個分布式溫度采集系統(tǒng)。 在傳統(tǒng) 測量系統(tǒng)中，傳感器與計算機接口的連接是通過若干條導線連接。當傳感 器數(shù)量較多時，尤其是信號線的長距離傳輸時，相互容易產(chǎn)生干擾。一個室內(nèi)多點溫度測量中，系統(tǒng)的接線會非常多，導線往往不易鋪設，使得測量工作非常困難。采用總線結(jié)構(gòu)數(shù)字式傳感器，配合單片機及 PC 機串口進行長距離數(shù)據(jù)通信，則可以很容易解決這個問題，該系統(tǒng)最多可以檢測 256 路溫度信號，在室內(nèi)多點溫度測量控制中能達到很好的效果。通過本課題設計，綜合運用單片機及接口技術(shù)、微機原理、通信協(xié)議， 鍛煉動手操作 能力 ，綜合運用能力，學習論文的寫作方法 和步驟。 設計的溫度控制系統(tǒng)有以下功能及特點： (a)實現(xiàn)在一條數(shù)據(jù)總線上接多個 DS18B20器件； (b)測溫范圍 0℃ ～ 99℃ ； (c)溫度顯示：采用 2個 4位數(shù)碼管 ,顯示采樣溫度值； 并在電腦上一同顯示； (d)精度 177?！?。 四川信息職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設計說明書 (論文 ) 第 M 頁 2 ATMAGE16 特性 本 章 介紹了 ATMAGE16 的產(chǎn)品 特性 和 ATmega16 的 結(jié)構(gòu)。由于其先進的指令集以及單時鐘周期指令執(zhí)行時間， ATmega16 的數(shù)據(jù)吞吐率高達 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 產(chǎn)品特性 高性能、低功耗的 8 位 AVR 微處理器 先進的 RISC結(jié)構(gòu) （ a） 131 條指令 （ b） 32 個 8 位通用工作寄存器 （ c）全靜態(tài)工作 （ d）工作于 16 MHz 時性能高達 16 MIPS （ e）只需兩個時鐘周期的硬件乘法器 （ f）大多數(shù)指令執(zhí)行時間為單個時鐘周期 非易失性程序和數(shù)據(jù)存儲器 （ a） 16K 字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程 Flash擦寫壽命 : 10,000 次 （ b） 具有獨立鎖定位的可選 Boot 代碼區(qū)通過片上 Boot 程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)內(nèi) 編