【正文】 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于AVR單片機(jī)的溫度采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) 目 錄摘 要 1Abstract 20 引言 41 課題背景及研究意義 6 溫度采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)的意義及其應(yīng)用目的 6 AVR單片機(jī)簡介 7 AVR單片機(jī)的主要特點(diǎn) 7 AVR系列單片機(jī)簡介 8 ATmega16單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 9 ATmega16簡介 9 ATmega16的總體結(jié)構(gòu) 9 溫度傳感器 11 數(shù)字式溫度傳感器 12 串口概述 12 串口介紹 12 串口分類 13 protel DXP2004軟件基本概念以及使用 15 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 17 軟件設(shè)計(jì)方案 172 數(shù)字式溫度傳感器DS18B20軟硬件設(shè)計(jì) 18 DS18B20 數(shù)字式溫度傳感器基本特性 18 DS18B20測溫模塊 21 DS18B20工作方式 21 DS18B20溫度數(shù)據(jù) 22 DS18B20在溫度采集系統(tǒng)中的應(yīng)用 233 ATmega16單片機(jī)軟硬件設(shè)計(jì) 24 ATmega16引腳說明 24 26 復(fù)位線路的設(shè)計(jì) 27 晶振電路的設(shè)計(jì) 28 AD轉(zhuǎn)換濾波線路的設(shè)計(jì) 28 ISP下載接口設(shè)計(jì) 29 電源設(shè)計(jì) 30 31 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 33 溫度采集軟件設(shè)計(jì) 33 串口軟件設(shè)計(jì) 35 程序 40 RS232軟硬件設(shè)計(jì) 46 USART 46 串口的組成 46 串口電平轉(zhuǎn)換電路MAX232 475 研究總結(jié) 49參考文獻(xiàn) 51譯文 53原文說明 6162摘 要在國民經(jīng)濟(jì)各部門，如電力、化工、機(jī)械、冶金、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)以及人們的日常生活中，溫度采集是十分重要的。在許多模擬量控制和監(jiān)視應(yīng)用中，溫度測控通常是基于 55℃～125℃溫度范圍內(nèi)的應(yīng)用，如環(huán)境監(jiān)測、蔬菜大棚、糧庫、熱電偶冷端溫度補(bǔ)償、設(shè)備運(yùn)行的可靠性等應(yīng)用。實(shí)時(shí)采集溫度信息，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在故障，并采取相應(yīng)的處理措施，對確保設(shè)備良好運(yùn)行具有重要意義。本文介紹了一種基于 ATmega16單片機(jī)的溫度采集控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)溫度檢測和數(shù)值顯示，系統(tǒng)主要由溫度采集、單片機(jī)控制、串口通訊，輸出控制幾個(gè)單元組成。溫度采集采用單總線數(shù)字傳感器 DS18B20進(jìn)行采集，溫度數(shù)據(jù)在傳感器內(nèi)部轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)并傳送給單片機(jī)；單片機(jī)對傳感器采集來的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，通過串口把傳感器采集到的溫度傳輸至PC機(jī)上。關(guān)鍵字：單片機(jī)；溫度測試；DS18B20Temperature Measuring System Based on ATMEGA16AbstractIn national economic sectors, such as power, chemical, machinery, metallurgy, agriculture, medicine and People39。s Daily life, temperature gathering is very important. In many analogue control and monitoring application, temperature measurement and control is usually based on55 ℃ ~ 125 ℃ temperature range of applications, such as the environmental monitoring, vegetables awning, grain depot, thermocouple temperature pensation, the cold end of the equipment operation reliability of application. Collect realtime temperature information, timely find fault, and take the corresponding treatment measures, to ensure that equipment good operation to have the important meaning.This dissertation introduces a temperature control system based on ATmega16 MCU. The system can achieve detection of temperature and numerical display. The system is mainly made up of some units that are temperature acquisition, MCU control, humanmachine interaction, Serial Communication and output control. Temperature acquisition system uses singlebus digital sensor DS18B20 to collect the temperature. The temperature data is conversed to digital signals in the sensor and then is transmitted to MCU, which processes the data from sensor acquisition and displays the temperature on various points through the LCD. With the chip to sensors to collect the data processing , through a serial port to the temperature sensors to collect to delivery to the PC.Keywords: Singlechip Microputer。 temperature measure。 DS18B20基于AVR單片機(jī)的溫度采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)焦士駿 0111081180 引言在國民經(jīng)濟(jì)各部門，如電力、化工、機(jī)械、冶金、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)以及人們的日常生活中，溫度采集是十分重要的。在許多模擬量控制和監(jiān)視應(yīng)用中，溫度測控通常是基于 55℃～125℃溫度范圍內(nèi)的應(yīng)用，如環(huán)境監(jiān)測、蔬菜大棚、糧庫、熱電偶冷端溫度補(bǔ)償、設(shè)備運(yùn)行的可靠性等應(yīng)用。實(shí)時(shí)采集溫度信息，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在故障，并采取相應(yīng)的處理措施，對確保設(shè)備良好運(yùn)行具有重要意義。本文介紹了一個(gè)基于AVR單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以方便地實(shí)現(xiàn)溫度采集、溫度顯示等功能。本系統(tǒng)的溫度控制部分采用ATmega16單片機(jī)完成。該單片機(jī)有著體積小、功耗低、功能強(qiáng)、性能價(jià)格比高、使用電子元件較少、內(nèi)部配線少、制造調(diào)試方便等顯著優(yōu)點(diǎn)，將其用于溫度檢測和控制系統(tǒng)中可大大地提高控制質(zhì)量和自動(dòng)化水平，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和推廣價(jià)值。利用單片機(jī)對溫度進(jìn)行測控的技術(shù)，日益得到廣泛應(yīng)用。在眾多的溫度控制系統(tǒng)中，測溫元件常常選用熱敏電阻、半導(dǎo)體測溫二極管、三極管、集成溫度傳感器等。相比而言，集成溫度傳感器具有線性好、穩(wěn)定度高、互換性強(qiáng)、易處理等突出優(yōu)點(diǎn)，故在許多場所得到了廣泛應(yīng)用。本系統(tǒng)中單片機(jī)作為下位機(jī)，完成測溫任務(wù)。另外本系統(tǒng)還可以連接相應(yīng)的外圍加熱電路，當(dāng)環(huán)境溫度低于設(shè)定下限溫度時(shí)，單片機(jī)發(fā)出的指令，加熱器起動(dòng)對環(huán)境進(jìn)行加熱，當(dāng)溫度回升到下限溫度時(shí)加熱器停止加熱。系統(tǒng)軟件主要由初始化程序、主程序、監(jiān)控顯示程序等組成。其中初始化程序是對單片機(jī)的接口工作方式，A/D轉(zhuǎn)換方式等進(jìn)行設(shè)置；顯示程序包括對顯示模塊的初始化、顯示方式設(shè)定及輸出顯示；主程序則完成對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。該系統(tǒng)應(yīng)用范圍相當(dāng)廣泛，同時(shí)采用單片機(jī)技術(shù)， 由于單片機(jī)自身功能強(qiáng)大，因而系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡單，工作可靠，抗干擾能力強(qiáng)，也可在此基礎(chǔ)上加入通信接口電路，實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)之間的通信。1 課題背景及研究意義 溫度采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)的意義及其應(yīng)用目的目前，隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的飛速發(fā)展，溫度測量采集系統(tǒng)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)及人們的日常生活中扮演著一個(gè)越來越重要的角色，它對人們的生活具有很大的影響，所以溫度采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究有十分重要的意義。任何一個(gè)物體或者環(huán)境都有其溫度屬性，只有對其溫度進(jìn)行采集，才能更好的了解物體或者環(huán)境的特點(diǎn)，所以這就強(qiáng)調(diào)了溫度采集的重要性。在工業(yè)發(fā)展初期，人們通過各種簡單的工具來采集溫度，包括溫度計(jì)等，但這種采集方式也存在著許多的漏洞，包括數(shù)據(jù)不精確和不能及時(shí)得反映溫度的數(shù)據(jù)。后來隨著工業(yè)技術(shù)的迅猛發(fā)展，傳感器和單片機(jī)技術(shù)的出現(xiàn)改變了溫度采集系統(tǒng)的方式，溫度采集系統(tǒng)也得到了長足的進(jìn)步，已經(jīng)變得數(shù)字化和電子化，現(xiàn)今在工業(yè)中通過數(shù)字化的溫度采集模塊，溫度可以迅速得通過單片機(jī)進(jìn)行處理，并傳輸?shù)絇C機(jī)中，用來進(jìn)行進(jìn)一步的處理。畢業(yè)設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)能力的鍛煉與培養(yǎng),這是畢業(yè)設(shè)計(jì)有別于課程設(shè)計(jì)等其他實(shí)踐環(huán)節(jié)的重要方面，對大學(xué)生有著很重要的意義。本次課題的目的在于學(xué)習(xí)基于AVR單片機(jī)的溫度采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原理及基本流程。本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)作為數(shù)據(jù)處理與控制單元，為了進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，單片機(jī)控制數(shù)字溫度傳感器，把溫度信號(hào)通過單總線從數(shù)字溫度傳感器傳遞單片機(jī)上。單片機(jī)數(shù)據(jù)處理之后，在通過串口連接至PC機(jī)，顯示及進(jìn)一步處理。 AVR單片機(jī)簡介 AVR單片機(jī)的主要特點(diǎn) 1) AVR系列單片機(jī)特點(diǎn)a) 多種I/O接口，可直接驅(qū)動(dòng)繼電器、LED、數(shù)碼電路等器件。b) 內(nèi)帶模擬比較器。c) 獨(dú)立的時(shí)鐘分頻器。d) 具有休眠省電功能及閑置低功耗功能。e) 增強(qiáng)形的高速同/異步串口與定時(shí)器/計(jì)數(shù)器及通信接口。f) 具有硬件乘法器、獨(dú)立振蕩器的實(shí)時(shí)計(jì)數(shù)器RTC。g) 內(nèi)嵌高質(zhì)量的Flash程序存儲(chǔ)器，程序存儲(chǔ)器擦寫可達(dá)10000次以上，可支持ISP和IAP。h) 硬件結(jié)構(gòu)采用局部寄存器存儲(chǔ)，簡化結(jié)構(gòu)、降低成本。i) 采用Harvard總線結(jié)構(gòu)，吸收了DSP雙總線的特點(diǎn)。j) 具有DIP、TQFP、PLCC多種封裝形式。2) AVR與5PIC單片機(jī)相比的特點(diǎn)a) 在相同的系統(tǒng)時(shí)種下，AVR運(yùn)行速度最快。b) AVR單片機(jī)的FLASH、EEPROM存儲(chǔ)器可以反復(fù)燒寫、支持在ISP在線編程。c) 片內(nèi)集成多種頻率的RC振蕩器、上電自動(dòng)復(fù)位、看門狗、啟動(dòng)延時(shí)等功能，電路設(shè)計(jì)相對比較簡單。d) I/O口作輸出時(shí)，可以輸出很強(qiáng)的高、低電平；I/O口作輸入時(shí)，可以帶有高阻抗或者帶上拉電阻。e) 片內(nèi)采用了先進(jìn)的數(shù)據(jù)加密技術(shù)，大大提高了破解的難度。f) 空間大、品種多的片內(nèi)FLASH。、g) 部分芯片的引腳與51系列的兼容性。如ATting2313兼容AT89C2051，ATmega8515/162兼容AT89S51等。3) AVR單片機(jī)優(yōu)點(diǎn)a) 高可靠性、高保密性、功能強(qiáng)、高速度、低功率。b) 低功耗的CMOS技術(shù)。c) 豐富的片上資源。d) 增強(qiáng)型的驅(qū)動(dòng)能力。e) 型號(hào)種類多選擇性。f) 性價(jià)比高。g) 開發(fā)語言豐富。 AVR系列單片機(jī)簡介 ATMEL公司研發(fā)的AVR單片機(jī)，為滿足不同的需求和應(yīng)用，分為Tiny系列、AT90系列和ATmega系列。這三個(gè)系列的所有型號(hào)的AVR單片機(jī)，指令系統(tǒng)兼容，內(nèi)核相同，只是存儲(chǔ)器容量、片內(nèi)集成的外圍接口的數(shù)量和功能存在一些差異。用戶可以根據(jù)AVR單片機(jī)不同的引腳數(shù)目和價(jià)格各異進(jìn)行選擇，來滿足不同的應(yīng)用水平。ATmega是AVR單片機(jī)的系列之一，ATmega系列單片機(jī)屬于AVR中的高檔產(chǎn)品。ATmega系列AVR單片機(jī)主要有ATmega8/16/32/64/128以及ATmega8515/8535等。該系列單片機(jī)兼容了AT90所具有的特點(diǎn)，并在AT90的基礎(chǔ)上進(jìn)行了較大的改善，新增許多接口功能，在系統(tǒng)的省電特性、穩(wěn)定性、抗干擾性、靈活性等方面有所提高。 ATmega16單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) ATmega16簡介ATmega16是一種基于增強(qiáng)型的AVR RISC結(jié)構(gòu)的低功耗、CMOS技術(shù)的8位微控制器。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。是具有高可靠性、高速度、低功耗等特點(diǎn)，是一種高性價(jià)比的單片機(jī)。ATmega16采用精簡指令集（RISC），一條指令可以在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)同時(shí)對兩個(gè)獨(dú)立的寄存器進(jìn)行訪問，是以字作為指令長度單位，同時(shí)具有取值周期短、可預(yù)取指令等特點(diǎn)，運(yùn)行處理能力可達(dá)到1MIPS/MHz。ATmega16單片機(jī)具有Flash程序存儲(chǔ)器、看門狗、EEPROM、同/異步串行口、TWI、SPI、A/D模擬轉(zhuǎn)換器、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等多種器件和增強(qiáng)可靠性的復(fù)位系統(tǒng)。同時(shí)有降低功耗抗干擾的休眠模式、中斷系統(tǒng)、輸入捕獲、比較匹配輸出、多樣化功能的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器以及具有替換功能的I/O端口。 ATmega16的總體結(jié)構(gòu)ATmega128單片機(jī)性能十分強(qiáng)大，內(nèi)部結(jié)構(gòu)相對比較復(fù)雜，其總體結(jié)構(gòu)包括以下幾個(gè)部分，分別介紹如下。（1） 快速存取RISC寄存器快速存取RISC寄