四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文)设计(论文)

四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文)第M页四川信息职业技术学院基于单片机控制的温度采集与测量系别：电气工程系专业：电气自动化班级：电气13-1姓名:宋一血学号：594250指导教师：王刚2016年5月20日四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文)第M页摘要近年来，随着大规模集成电路的发展，单片机继续朝快速、高性能方向发展，从4位、8位单片机发展到16位、32位单片机。单片机主要用于控制，它的应用领域遍及各行各业，大到航天飞机，小至日常生活中的冰箱、彩电，单片机都可以大显其能。单片机技术与传感与测量技术、信号与系统分析技术、电路设计技术、可编程逻辑应用技术、微机接口技术、数据库技术以及数据结构、计算机操作系统、汇编语言程序设计、高级语言程序设计、软件工程、数据网络通信、数字信号处理、自动控制、误差分析、仪器仪表结构设计和制造工艺等的结合，使得单片机的应用非常广泛。同时，单片机具有较强的管理功能。采用单片机对整个测量电路进行管理和控制，使得整个系统智能化、功耗低、使用电子元件较少、内部配线少、成本低，制造、安装、调试及维修方便。本设计是基于单片机ATMAGE16设计的实时温度采集仪，通过本次设计，我成功的实现了利用单片机对温度的采集和测量。关键词单片机ATMAGE16DS18B20ICCAVR四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文)第M页目录1绪论..............................................................................................................41.1课题背景...................................................................................................51.2设计目的及系统功能..............................................................................62ATMAGE16特性........................................................................................72.1ATMAGE16产品特性.............................................................................72.2引脚配置...................................................................................................93DS18B20的设计.......................................................................................123.1总体通信流程及通信协议....................................................................123.2DS18B20温度测量软件的设计............................................................153.3多机通信软件的设计............................................................................153.4DS18B20工作时序问题........................................................................184电路的设计................................................................................................204.1温度测量电路的设计............................................................................204.2串口通信电路的设计............................................................................215分布式温度采集系统设计.......................................................................246ICCAVR制作环境及介绍.........................................................................266.1ICCAVR介绍........................................................................................266.2ICCAVR向导........................................................................................306.3ICCAVR的IDE环境..........................................................................30结论..............................................................................................................33参考文献..........................................................................................................34致谢..............................................................................................................35附件1：总系统的原理图如下：..................................................................36附件2：单片机ATMAGE16控制DS18B20的程序:...............................39四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文)第M页1绪论自从1976年Intel公司推出第一批单片机以来，80年代单片机技术进入快速发展时期，近年来，随着大规模集成电路的发展，单片机继续朝快速、高性能方向发展，从4位、8位单片机发展到16位、32位单片机。单片机主要用于控制，它的应用领域遍及各行各业，大到航天飞机，小至日常生活中的冰箱、彩电，单片机都可以大显其能。单片机在国内的三大领域中应用得十分广泛：第一是家用电器业，例如全自动洗衣机、智能玩具；第二是通讯业，包括电话、手机和BP机等等；第三是仪器仪表和计算机外设制造，例如软盘、硬盘、收银机、电表。除了上述传统领域外，汽车、电子工业在国外也是单片机应用十分广泛的一个领域。它成本低、集成度高、功耗低、控制功能多能灵活的组装成各种智能控制装置，由它构成的智能仪表解决了长期以来测量仪器中的误差的修正、线性处理等问题。单片机将微处理器、存储器、定时/计数器、I/O接口电路等集成在一个芯片上的大规模集成电路，本身即是一个小型化的微机系统。单片机技术与传感与测量技术、信号与系统分析技术、电路设计技术、可编程逻辑应用技术、微机接口技术、数据库技术以及数据结构、计算机操作系统、汇编语言程序设计、高级语言程序设计、软件工程、数据网络通信、数字信号处理、自动控制、误差分析、仪器仪表结构设计和制造工艺等的结合，使得单片机的应用非常广泛。同时，单片机具有较强的管理功能。采用单片机对整个测量电路进行管理和控制，使得整个系统智能化、功耗低、使用电子元件较少、内部配线少、成本低，制造、安装、调试及维修方便。四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文)第M页目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录象机、摄象机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。1.1课题背景分布式温度采集系统广泛应用在使用了中央空调的大型商场、厂房、办公大楼等大型建筑内。本课题主要用温度传感器对环境温度实施实时监测，各结点控制单元可将有关信息上传给计算机，本课题研究主要解决的问题为分布式控制结构设计、多单片机串行通信、温度的采集与处理。本设计是基于单片机ATMAGE16设计的实时温度采集仪,采用DS18B20可以采集多路温度数据(本设计只用了2路),同时实时显示所采集到的温度值。在传统的温度测量系统设计中，往往采用模拟技术进行设计，这样就不可避免地遇到诸如引线误差补偿、多点测量中的切换误差和信号调理电路的误差等问题;而其中某一环节处理不当，就可能造成整个系统性能的下降。随着现代科学技术的飞速发展，特别是大规模集成电路设计技术的发展，微型化、集成化、数字化正成为传感器发展的一个重要方向。美国Dallas半导体公司推出的数字温度传感器DSl8B20，具有独特的单总线接口，仅需要占用一个通用I/O端口即可完成与微处理器的通信;在-10～+85℃温度范围内具有±O.01℃精度;用户可编程设定9～12四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文)第M页位的分辨率。以上特性使得DSl8B20非常适用于构建高精度、多点温度测量系统。1.2设计目的及系统功能本设计的目的是以单片机为核心设计出一个分布式温度采集系统。在传统测量系统中，传感器与计算机接口的连接是通过若干条导线连接。当传感器数量较多时，尤其是信号线的长距离传输时，相互容易产生干扰。一个室内多点温度测量中，系统的接线会非常多，导线往往不易铺设，使得测量工作非常困难。采用总线结构数字式传感器，配合单片机及PC机串口进行长距离数据通信，则可以很容易解决这个问题，该系统最多可以检测256路温度信号，在室内多点温度测量控制中能达到很好的效果。通过本课题设计，综合运用单片机及接口技术、微机原理、通信协议，锻炼动手操作能力，综合运用能力，学习论文的写作方法和步骤。设计的温度控制系统有以下功能及特点：(a)实现在一条数据总线上接多个DS18B20器件；(b)测温范围0℃～99℃；(c)温度显示：采用2个4位数码管,显示采样温度值；并在电脑上一同显示；(d)精度±0.01℃。四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文)第M页2ATMAGE16特性本章介绍了ATMAGE16的产品特性和ATmega16的结构。由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，ATmega16的数据吞吐率高达1MIPSMHz，从而可以缓减系统在功耗和处理速度之间的矛盾。2.1ATMAGE16产品特性1、高性能、低功耗的8位AVR微处理器2、先进的RISC结构（a）131条指令（b）32个8位通用工作寄存器（c）全静态工作（d）工作于16MHz时性能高达16MIPS（e）只需两个时钟周期的硬件乘法器（f）大多数指令执行时间为单个时钟周期3、非易失性程序和数据存储器（a）16K字节的系统内可编程Flash擦写寿命:10,000