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文档简介

摘摘 要要 串口通信系统在工业 农业 国防等行业中有着广泛的应用 利用单片机技术的串 口通信系统以其体积小可靠性高等而被广泛采用 本文介绍设计一种基于 AVR 单片机与上位机的通信系统 以 ATmega16 单片机为 控制器 使用 DS18B20 温度传感器采集现场温度 并通过 RS 232 串行通信接口把数据 传输到电脑上显示和接受电脑的监控命令 本设计还实现了由电脑监控通过 ATmega16 控制 LED 灯实现流水灯的功能 首先对系统所使用的 Atmega16 单片机的性能和发展做 了简单介绍 对串口通信过程及协议作了简单说明 同时对串口通信系统进行了可行性 分析 其次对串口通信的硬件 软件进行了一一介绍最终实现了该系统的硬件电路 通 过多次的运行 调试 简化修改程序 最后形成了一个完整的基于 Atmega16 的串口通信 系统 关键词 单片机关键词 单片机 串口通信串口通信 ATmega16 DS18B20 Protel 一一 绪绪 论论 一 选题背景 一 选题背景 计算机与计算机或计算机终端之间的数据传送可以采用串行通讯和并行通讯两种方 式 由于串行通讯方式具有使用线路少 成本低 特别是在远程传输时 避免了多条线 路特性的不一致而被广泛采用 在串行通讯时 要求通讯双方都采用一个标准接口 使 不同的设备可以方便地连接起来进行通讯 RS 232 C 接口 又称 EIA RS 232 C 是目前 最常用的一种串口通讯接口 它是在 1970 年由美国电子工业协会 EIA 联合贝尔系统 调制解调器厂家及计算机终端生产厂家共同制定的用于串行通讯的标准 随着计算机技术尤其是单片微型机技术的发展 人们已经越来越多地采用单片机来 对一些工业控制系统如温度 流量和压力等参数进行检测和控制 PC 机具有强大的监控 和管理功能 而单片机则具有快速及灵活的控制特点 通过 PC 机的 RS 232 串行接口与 外部设备进行通信 是许多测控系统中常用的一种通信解决方案 因此如何实现 PC 机与 单片机之间的通讯具有非常重要的现实意义 二 单片机国内外现状及发展趋势 二 单片机国内外现状及发展趋势 据统计 我国的单片机年容量已达 1 3 亿片 且每年以大约 16 的速度增长 但相 对于世界市场我国的占有率还不到 1 这说明单片机应用在我国才刚刚起步 有着广阔 的前景 培养单片机应用人才 特别是在工程技术人员中普及单片机知识有着重要的现 实意义 单片机是二十世纪七十年代中期发展起来的一种大规模集成电路器件 它在一 块芯片内集成了计算机的各个功能部件 构成一种单片式的微型计算机 为使我国尽快实现经济信息化 赶上发达国家水平 必须加速发展我国的信息技术 和信息产业 当前 在世界范围内 一个以微电子技术 计算机和通信技术为先导的 以信息技 术和信息产业为中心的信息革命方兴未艾 二十世纪八十年代以来 国际上单片机发展 迅速 单片机应用不断深入 新技术层出不穷 而计算机技术怎样与实际应用更有效的 结合并有效的发挥其作用是科学界最热门的话题 也是当今计算机应用中空前的领域 目前 Intel 公司的 MCS 51 及与之兼容的 80C51 系列单片机是被最多电子设计工程 师掌握的单片机 TI 公司的超低耗 Flash 型 MSP430 系列单片机是目前业界所有内部集成 闪速存储器产品中功耗最低的 其消耗为同类产品的 1 5 OKI 公司的高性价比的 MSM64K 系列也不逊色 美国 ST 公司的 ST62 系列可以提供满足各种场合的单片机或微 控制器 三 课题研究的内容 三 课题研究的内容 根据毕业设计任务书的设计要就 概括出与本系统有关的要就如下 1 采集现场的温度数据 2 可以通过上位机发送温度采集命令 并通过上位机显示现场温度 3 由上位机监控命令通过单片机控制 LED 灯实现流水灯功能 4 做出友好的人机交互界面 实该通信系统操作简单易于上手 二二 系统硬件设计系统硬件设计 一 电路设计的总体框图 一 电路设计的总体框图 对于硬件电路的各部分 1 单片机是整个设计的核心 用来控制各部分电路的正常工作 2 复位电路是用来单片机在通电的情况下进行重启动 3 晶体振荡器用来产生脉冲 4 DS18B20 是用来采集现场温度的 5 PC 机是用于监控整个系统设备的 二 主要器件的介绍 二 主要器件的介绍 1ATmega16 单片机性能特点介绍单片机性能特点介绍 1 高性能 低功耗的 8 位 AVR 微处理器 2 先进的 RISC 结构 131 条指令 大多数指令执行时间为单个时钟周期 32 个 8 位通用工作寄存器 全静态工作 工作于 16MHz 时性能高达 16MIPS 只需两个时钟周期的硬件乘法器 3 非易失性程序和数据存储器 16K 字节的系统内可编程 Flash 擦写寿命 10000 次 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 512 字节的 EEPROM 擦写寿命 100000 次 1K 字节的片内 SRAM 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 符合 JTAG 标准的边界扫描功能 支持扩展的片内调试功能 通过 JTAG 接口实现对 Flash EEPROM 熔丝位和锁定位的编程 5 外设特点 两个具有独立预分频器和比较器功能的8 位定时器 计数器 一个具有预分频器 比较功能和捕捉功能的16 位定时器 计数器 具有独立振荡器的实时计数器 RTC 四通道 PWM 8 路 10 位 ADC 8 个单端通道 2 个具有可编程增益 1x 10 x 或 200 x 的 差分通道 面向字节的两线接口 两个可编程的串行 USART 可工作于主机 从机模式的 SPI 串行接口 具有独立片内振荡器的可编程看门狗定时器 片内模拟比较器 6 特殊的处理器特点 上电复位以及可编程的掉电检测 片内经过标定的 RC 振荡器 片内 片外中断源 6 种睡眠模式 空闲模式 ADC 噪声抑制模式 省电模式 掉电模式 Standby 模式以及扩展的 Standby 模式 7 I O 和封装 32 个可编程的 I O 口 40 引脚 PDIP 封装 44 引脚 TQFR 封装 与 44 引脚 MLF 封装 8 工作电压 ATmega16L 2 7 5 5V ATmega16 4 5 5 5V 9 速度等级 8MHz ATmega16L 0 16MHz ATmega16 10 ATmega16L 在 1MHz 3V 25 C 时的功耗 正常模式 1 1 mA 空闲模式 0 35 mA 掉电模式 1 A 2DS18B20 温度传感器温度传感器 本设计温度采集部分使用的是 DS18B20 数字温度传感器 该传感器具有耐磨 耐碰 体积小 使用方便 封装形式多样 适用于各种狭小空间设备数字测温和控 制领域 DS18B20 仅需要一条数据线进行数据传输 易于与单片机连接 能够直 接读出被测温度 不需要 A D 转换模块 降低硬件成本 简化系统电路 另外 数字式温度传感器还具有测量精度高 测量范围广等优点 DS18B20 测量范围是 10 85 可以根据实际要就通过简单的编程实现9 12 位的数字值读数方式 并且分别在 93 75ms 和 750ms 完成 9 位 12 位的数字量 电源电压的范围是 3 3V 5 5V 从 DS18B20 读出的信息或写入 DS18B20 的信息需要一根接口读写 温度变换 功率来源于数据总线 总线本身也可以像所挂接的DS18B20 供电 而无需额外电 源 因而使用 DS18B20 可使系统结构更趋简单 可靠性更高 下面给出温度采集 电路原理图 3外围电路设计外围电路设计 单片机模块电路原理图 1 复复位位电电路路 复位电路由外加于 RESET 引脚的低电平产生 当复位低电平持续时间大于最 小脉冲宽度时 即触发复位过程 即使此时并没有时钟信号在运行 低于此时间的 脉冲不能保证可靠复位 2 时时钟钟振振荡荡器器 Atmega16 单片机 XTAL1 和 XTAL2 引脚上接入 8MHz 的晶振 再有两个 22PF 电容分别接到晶振的两端 每个电

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