电气自动化毕业汇报资料.doc

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1、-/ 题 目：DS18B20 温度测量软件的设计 专 业: 班 级: 学生姓名: 指导教师: 答辩日期: -/ 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

2、、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。 目 录 1 绪论 . . . . 3 -/ 1.1 课题背景 . . 3 1.2 设计目的及系统功能 . 4 2 ATMAGE16 特性 . . . 5 2.1 ATMAGE16 产品特性 . 5 2.2 引脚配置 . 6 3 DS18

3、B20 的设计 . 9 3.1 总体通信流程及通信协议 . . 9 3.2 DS18B20 温度测量软件的设计 .11 3.3 多机通信软件的设计 .11 3.4 DS18B20 工作时序问题 . . 13 4 电路的设计 . . . 14 4.1 温度测量电路的设计 . . 14 4.2 串口通信电路的设计 . . 15 5 分布式温度采集系统设计 . . 18 6 ICCAVR 制作环境及介绍 . . . 19 6.1 ICCAVR 介绍 . . 19 6.2 ICCAVR 向导 . 22 6.3 ICCAVR 的 IDE 环境 . . 22 结 论. . . 24 参考文献. 25 -/

4、 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

5、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

6、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。 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

7、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

8、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 912 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

9、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 099； (c)温度显示：采用

10、 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。 2 ATMAGE16 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 1MIPS MHz，从而可以缓减系统在功耗和处理速度之间的矛 盾。 2.1 ATMAGE16 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 16 MHz 时性能高达 16 MIPS （e）只需

11、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 次 （b） 具有独立锁定位的可选 Boot 代码区通过片上 Boot 程序实现 系统内编程 真正的同时读写操作 （c）512 字节的 EEPROM 擦写寿命: 100,000 次 （d）1K 字节的片内 SRAM （e）可以对锁定位进行编程以实现用户程序的加密 4、 JTAG 接口( 与 IEEE 1149.1 标准兼容 ) （a）符合 JTAG 标准的边界扫描功能 （b）支持扩展的片内调试功能 （c）通过 JTAG 接口实现

12、对 Flash、EEPROM、熔丝位和锁定位的编 程 5、 外设特点 （a）两个具有独立预分频器和比较器功能的 8 位定时器/计数 -/ （b）一个具有预分频器、比较功能和捕捉功能的 16 位定时器/计 数 （c）具有独立振荡器的实时计数器 RTC （d）四通道 PWM （e）8 路 10 位 ADC8 个单端通道 TQFP 封装的 7 个差分通道 2 个 具有可编程增益（1x, 10 x, 或 200 x）的差分通道 （f）面向字节的两线接口 （g） 两个可编程的串行 USART （h） 可工作于主机/从机模式 SPI 串行接口 （i） 具有独立片内振荡器的可编程看门狗定时器 （j） 片内模

13、拟比较器 6、 特殊的处理器特点 （a）上电复位以及可编程的掉电检测 （b）片内经过标定的 RC 振荡器 （c）片内/片外中断 （d）6 种睡眠模式 : 空 ADC 噪声抑制模式、省电模式、掉电模式、 Standby 、 式以扩展的 Standby 模式 7、 I/O 和封装 （a）32 个可编程的 I/O 口 （b）40 引脚 PDIP 封装 , 44 引脚 TQFP 封装,与 44 引脚 MLF 封 装 8、 工作电压: （a）ATmega16L：2.7 - 5.5V （b）ATmega16：4.5 - 5.5V 9、速度等级 （a）0 - 8 MHz ATmega16L （b）0 - 1

14、6 MHz ATmega16 10、 ATmega16L 在 1 MHz, 3V, 25 C 时的功耗 （a）正常模式: 1.1 mA （b）空 : 0.35 mA （c）掉电模式: Options-Compiler)， 你可以在你的源代码中使用 C +的 / 类型的注释。 二进制常数 如果你选择了编译扩充(Project-Options-Compiler)，你可以使 用 0b* 来指定二进制常数，例如 0b10101 等于十进制数 21。 在线汇编 你可以使用 asm(string)函数来指定在线汇编代码。 6.1.4 代码转换 IAR 或其它 ANSI C 编译系统的代码转换 IAR C

15、编译器作为应用于 AVR 的第一个 C 编译器，它有十分丰富的 源代码。当你从 IAR 编译系统转换到 ImageCraft 编译系统时，绝 大多数符合 ANSI C 标准的程序代码不需要转换，IAR C 中 IO 寄存 器的定义与 ICCAVR 也是相同的。 中断操作描述，ICCAVR 使用 pragma 附注描述中断操作函数， 而 IAR 引入了语法扩充（interrupt 关键字） ，下面是一个对照： 在 ICCAVR 中： #pragma interrupt_handler func:4 / 4 是这个 中断的向量号，func 为中断处理函数名称，ICCAVR 可以使多个中 断向量共用

16、一个中断处理函数。 在 IAR 中： interrupt vector_name func() / vector_name 是某一个中断向量的名称， IAR C 的中断向量地址使用中断名称来代替，以增加程序的可读性。 扩充关键字 IAR 引入 flash 关键字将项目分配进入程序存贮空间 （FLASH 存贮器） ，ICCAVR 使用 const 关键字来达到相同的目的。 过程调用转换在两个编译系统之间函数参数传递使用的寄存器是不 同的，这仅影响手工写的汇编函数。 在线汇编、宏等，IAR 不支持 在线汇编符号，而 ICCAVR 支持在线汇编。 6.2 ICCAVR 向导 自 你启动 IDE 后，

17、首先从 Project 菜单系统选择 Open 命令，进入 iccexamples.avr 目录并且选择并打开“led”工程，工程管理器 显示在这个工程中只有一个文件 led.c。 然后从 Project 菜单中选 -/ 择 Options 命令打开工程编译选项，在Target标号下选择目标处 理器。然后从 Project 菜单中选择 Make Project 命令，IDE 将调 用编译器编译这个工程文件，并且在状态窗口中显示所有的信息。 6.3 ICCAVR 的 IDE 环境 6.3.1 编译一个单独的文件 正常建立一个输出文件的次序是，你首先应该建立一个工程文件并 且定义属于这个工程的所有

18、文件。然而，我们有时也需要将一个文 件单独地编译为目标文件或最终的输出文件。这时可以这样操作： 从 IDE 菜单“File” 中选择“Compile File.”命令，来执行 “to Object”和“to Output”中的任意一个。当你调用这个命令 时，文件应该是打开的并且在编辑窗口中可以编辑的。 编译一个文 件为目标文件（to Object） ，对检查语法错误和编译一个新的启动 文件是很有用的。编译一个文件为输出文件（to Output） ，对较小 的并且是一个文件的程序较为有用。 6.3.2 创建一个新的工程 为创建一个新的工程，从菜单“Project”中选择“New”命令，IDE 会

19、弹出一个对话框，在对话框中你可以指定工程的名称，这也是你 的输出文件的名称。如果你使用一些已经建立的源文件，你可在菜 单“Project”中选择“AddFile(s) ”命令。 另外，你可以在菜单 “File”中选择“New”命令来建立一个新的源文件来输入你的代码， 你可以在菜单“File”中选择“Save”或“Save As”命令来保存文 件。然后你可以象上面所述调用“AddFile(s)”命令将文件加入到 工程中，也可在当前编辑窗口中单击鼠标右键选择“Add to Project”将文件加入已打开的工程列表中。通常你输出源文件在工 程同一个目录中，但也可不作这样要求。 工程的编译选项使用菜单 中 “Project”中的“Options”命令。 6.3.3 工程