【正文】 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) 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 基于 ATMAGE16 單片機(jī) 的 控制的溫度采集與測(cè)量 系 別： 電氣工程系 專 業(yè)： 電氣自動(dòng)化 班 級(jí)： 電氣 131 姓 名 : 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 2022 年 5 月 20 日 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) 摘 要 近年來(lái)，隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，單片機(jī)繼續(xù)朝快速、高性能方向發(fā)展，從 4位、 8 位單片機(jī)發(fā)展到 16 位、 32 位單片機(jī)。單片機(jī)主要用于控制，它的應(yīng)用領(lǐng)域遍及各行各業(yè)，大到航天飛機(jī)，小至日常生活中的冰箱、彩電，單片機(jī)都可以大顯其能。 單片機(jī)技術(shù)與傳感與測(cè)量技術(shù)、信號(hào)與系統(tǒng) 分析 技術(shù)、電路設(shè)計(jì)技術(shù)、可編程邏輯應(yīng)用技術(shù)、微機(jī)接口 技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)以及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)、匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)、高級(jí)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)、軟件工程、數(shù)據(jù) 網(wǎng)絡(luò) 通信、數(shù)字信號(hào)處理、自動(dòng)控制、誤差分析、儀器儀表結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造工藝等的結(jié)合，使得單片機(jī)的應(yīng)用非常廣泛。同時(shí)，單片機(jī)具有較強(qiáng)的管理功能。采用單片機(jī)對(duì)整個(gè)測(cè)量電路進(jìn)行管理和控制，使得整個(gè)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(shè)計(jì)是基于單片機(jī) ATMAGE16 設(shè)計(jì)的實(shí)時(shí)溫度采集儀 ，通過(guò)本次設(shè)計(jì)，我成功的實(shí)現(xiàn)了利用單片機(jī)對(duì)溫度的采集和測(cè)量。 關(guān)鍵詞 單片機(jī) ATMAGE16 DS18B20 ICCAVR 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) 目 錄 1 緒論 .............................................................................................................. 4 課題背景 ................................................................................................... 5 設(shè)計(jì)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(shè)計(jì) ....................................................................................... 12 總體通信流程及通信協(xié)議 .................................................................... 12 DS18B20 溫度測(cè)量軟件的設(shè)計(jì) ............................................................ 15 多機(jī)通信軟件的設(shè)計(jì) ............................................................................ 15 DS18B20 工作時(shí)序問(wèn)題 ........................................................................ 18 4 電路的設(shè)計(jì) ................................................................................................ 20 溫度測(cè)量電路的設(shè)計(jì) ............................................................................ 20 串口通信電路的設(shè)計(jì) ............................................................................ 21 5 分布式溫度采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) ....................................................................... 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(xiàn) .......................................................................................................... 34 致 謝 .............................................................................................................. 35 附件 1：總系統(tǒng)的原理圖如下： .................................................................. 36 附件 2：?jiǎn)纹瑱C(jī) ATMAGE16 控制 DS18B20 的程序 : ............................... 39 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) 1 緒論 自從 1976 年 Intel 公司推出第一批單片機(jī)以來(lái)， 80 年代單片機(jī)技術(shù)進(jìn)入快速 發(fā)展時(shí)期，近年來(lái)，隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，單片機(jī)繼續(xù)朝快速、高性能方向發(fā)展，從 4 位、 8 位單片機(jī)發(fā)展到 16 位、 32 位單片機(jī)。單片機(jī)主要用于控制，它的應(yīng)用領(lǐng)域遍及各行各業(yè)，大到航天飛機(jī)，小至日常生活中的冰箱、彩電，單片機(jī)都可以大顯其能。單片機(jī)在國(guó)內(nèi)的三大領(lǐng)域中應(yīng)用得十分廣泛：第一是家用電器業(yè)，例如全自動(dòng)洗衣機(jī)、智能玩具；第二是通訊業(yè)，包括電話、手機(jī)和 BP 機(jī)等等；第三是儀器儀表和計(jì)算機(jī)外設(shè)制造，例如軟盤、硬盤、收銀機(jī)、電表。除了上述傳統(tǒng)領(lǐng)域外，汽車、電子工業(yè)在國(guó)外也是單片機(jī)應(yīng)用十分廣泛的一個(gè)領(lǐng)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(zhǎng)期以來(lái)測(cè)量?jī)x器中的誤差的修正、線性處理等問(wèn)題。單片機(jī)將微處理器、存儲(chǔ)器、定時(shí) /計(jì)數(shù)器、 I/O接口電路等集成在一個(gè)芯片上的大規(guī)模集成電路，本身即是一個(gè)小型化的微機(jī)系統(tǒng)。單片機(jī)技術(shù)與傳感與測(cè)量技術(shù)、信號(hào)與系統(tǒng) 分析 技術(shù)、電路設(shè)計(jì)技術(shù)、可編程邏輯應(yīng)用技術(shù) 、微機(jī)接口技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)以及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)、匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)、高級(jí)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)、軟件工程、數(shù)據(jù) 網(wǎng)絡(luò) 通信、數(shù)字信號(hào)處理、自動(dòng)控制、誤差分析、儀器儀表結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造工藝等的結(jié)合，使得單片機(jī)的應(yīng)用非常廣泛。同時(shí)，單片機(jī)具有較強(qiáng)的管理功能。采用單片機(jī)對(duì)整個(gè)測(cè)量電路進(jìn)行管理和控制，使得整個(gè)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(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) (論文 ) 第 M 頁(yè) 目前單片機(jī)滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個(gè)領(lǐng)域沒(méi)有單片機(jī)的蹤跡。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機(jī)上各種儀表的控制，計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動(dòng)化過(guò)程的實(shí)時(shí)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(jī)、攝象機(jī)、全自動(dòng)洗衣 機(jī)的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開(kāi)單片機(jī)。更不用說(shuō)自動(dòng)控制領(lǐng)域的機(jī)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(yīng)用在使用了中央空調(diào)的大型商場(chǎng)、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(duì)環(huán)境溫度實(shí)施實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，各結(jié)點(diǎn)控制單元可將有關(guān) 信息 上傳給計(jì)算機(jī)，本課題研究主要解決的問(wèn)題為分布式控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、多單 片機(jī)串行通信、溫度的采集與處理。 本設(shè)計(jì)是基于單片機(jī) ATMAGE16設(shè)計(jì)的實(shí)時(shí)溫度采集儀 ,采用 DS18B20可以采集多路溫度數(shù)據(jù) (本設(shè)計(jì)只用了 2 路 ),同時(shí)實(shí)時(shí)顯示所采集到的溫度值。在傳統(tǒng)的溫度測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，往往采用模擬技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，這樣就不可避免地遇到諸如引線誤差補(bǔ)償、多點(diǎn)測(cè)量中的切換誤差和信號(hào)調(diào)理電路的誤差等問(wèn)題 。而其中某一環(huán)節(jié)處理不當(dāng)，就可能造成整個(gè)系統(tǒng)性能的下降。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，特別是大規(guī)模集成電 路設(shè)計(jì)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(gè)重要方向。美國(guó) Dallas 半導(dǎo)體公司推出的數(shù)字溫度傳感器 DSl8B20，具有獨(dú)特的單總線接口，僅需要占用一個(gè)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(shè)定 9～ 12 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) 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(diǎn)溫度測(cè)量系統(tǒng)。 設(shè)計(jì)目的及系統(tǒng)功能 本設(shè)計(jì)的目的是以單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)出一個(gè)分布式溫度采集系統(tǒng)。 在傳統(tǒng) 測(cè)量系統(tǒng)中，傳感器與計(jì)算機(jī)接口的連接是通過(guò)若干 條導(dǎo)線連接。當(dāng)傳感器數(shù)量較多時(shí)，尤其是信號(hào)線的長(zhǎng)距離傳輸時(shí)，相互容易產(chǎn)生干擾。一個(gè)室內(nèi)多點(diǎn)溫度測(cè)量中，系統(tǒng)的接線會(huì)非常多，導(dǎo)線往往不易鋪設(shè)，使得測(cè)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(jī)及 PC 機(jī)串口進(jìn)行長(zhǎng)距離數(shù)據(jù)通信，則可以很容易解決這個(gè)問(wèn)題，該系統(tǒng)最多可以檢測(cè) 256 路溫度信號(hào)，在室內(nèi)多點(diǎn)溫度測(cè)量控制中能達(dá)到很好的效果。通過(guò)本課題設(shè)計(jì)，綜合運(yùn)用單片機(jī)及接口技術(shù)、微機(jī)原理、通信協(xié)議， 鍛煉動(dòng)手操作 能力 ，綜合運(yùn)用能力，學(xué)習(xí)論文的寫作方法 和步驟。 設(shè)計(jì)的溫度控制系統(tǒng)有以下功能及特點(diǎn)： (a)實(shí)現(xiàn)在一條數(shù)據(jù)總線上接多個(gè) DS18B20器件； (b)測(cè)溫范圍 0℃ ～ 99℃ ； (c)溫度顯示：采用 2個(gè) 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(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) (論文 ) 第 M 頁(yè) 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(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 產(chǎn)品特性 高性能、低功耗的 8 位 AVR 微處理器 先進(jìn)的 RISC結(jié)構(gòu) （ a） 131 條指令 （ b） 32 個(gè) 8 位通用工作寄存器 （ c）全靜態(tài)工作 （ d）工作于 16 MHz 時(shí)性能高達(dá) 16 MIPS （ e）只需兩個(gè)時(shí)鐘周期的硬件乘法器 （ f）大多數(shù)指令執(zhí)行時(shí)間為單個(gè)時(shí)鐘周期 非易失性程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 （ a） 16K 字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程 F