基于ATMEGA16的温度测试系统毕业论文.doc

精品毕业论文下载尽在我的主页基于ATMEGA16的温度测试系统毕业论文目 次 摘要目次 1.绪论1 1.1.引言1 1.2.研究内容4 2.硬件开发平台6 2.1.开发板的结构原理6 2.2.开发平台基本配置6 2.3.开发平台的基本功能7 2.4.开发板硬件原理图7 2.5.ATMEGA16单片机介绍 9 2.6.元件清单10 3.DS18B20温度传感器 11 3.1.DS18B20的主要特性 11 3.2.DS18B20的外形和内部结构 11 3.3.DS18B20工作原理 12 3.4.DS18B20主要数据部件 13 3.5.DS18B20温度采集电路 14 4.软件的设计15 4.1.下位机软件设计15 4.2.上位机软件设计17 5.功能调试19 6.结论24参考文献25附录 A 下位机程序26附录 B 上位机程序40学位论文数据集47 III1. 绪论1.1 引言温度是测量科学和工业过程控制中最重要的几个测量参数之一。温度测量的重要性可以在科学研究和日常生活中随处可见，在现代生产生活中起着举足轻重的作用。在工业生产的许多领域中，都需要对温度进行检测。在化工厂中，经常可以看到温度作为正在进行的生产过程运行进程的唯一指示。电力系统中的资料介绍，电力系统设备的故障相当一部分是由于某些部位温度过高引起的，因此，如何对电气设备关键部位施行温度在线监测也成为电力系统高压设备维修策略中探讨的主题之一。在石化产业、人员稠密的商场、高层建筑中，火灾隐患不断增加，严重威胁人民的生命财产安全，而火灾报带系统通常将温度测量作为现场温度连续监测的主要指标。温度测量的重要性也可以从全球对温度传感器和相应装置的投资上看出来，据估计全世界每年的温度传感器的销售额可以达到几亿美元，如果加上相关的控制器、指示器以及其他的测量系统，这个数字可以翻几倍。在温度检测系统开发中主要涉及到的是单片机和温度传感器，目前，随着芯片技术及单片机功能的不断发展和成熟，单片机技术已经在工业测控系统中得到了广泛的应用。市场上出现了很多型号的单片机和相应的外围模块化产品，尤以 8051系列和AVR单片机最为流行。功能强大的各种单片机的确减轻了控制系统设计人员的工作量，但它存在两个问题：其一，在选定单片机过程中没有考虑软硬件的综合设计，即只考虑了硬件的方便性，没有考虑与之相应的软件，所以在系统设计周期中，硬件与软件的设计过程分离且相互独立，在系统集成前没有交互作用；其二，在硬件选择过程中，没有考虑系统开发周期及成本，往往需要购买专用的开发系统及编程器，开发人员还要花费一定的时间熟悉指令和仿真器，延长开发周期。显然，这种依据项目功能选择单片机的设计方法限制了平衡软硬件的能力，不能充分发挥软硬件各自的潜力。当最后软件与硬件组合到一起时，很可能要对硬件或软件进行修改，有时甚至要增加部分特制的硬件，从而导致开发周期延长、系统综合性能下降及潜在开发费用的增加。为此，要在开发周期和费用的限制下设计完整的控制系统，需要采用软硬件综合设计的方法。软硬件平台技术，正是在软硬件综合设计思想的基础上，考虑到单片机测控系统的独特性及其在大多数应用领域中的相似性，以一种通用的硬件平台和软件平台来实现计算机测控系统快速有效的综合设计。用户只需依据项目要求编制相应程序，即可完成整个系统的设计。在生产过程的温度测试中，从信号检测和输出控制两个方向来看，单片机测控系统通常要处理3种类型的信号： 1表示生产过程运行情况的开关量信号，如各种被控设备的启停状态、接触器的开闭状态、操作面板上的开关状态以及各种物理量的上下限报警信号等。反映生产过程工况和驱动现场控制装置的模拟量信号，如模拟量输入的重量、流量、转速、压力、料位、成分等，模拟量输出的连续调节的调节阀，电动执行机构等，它们都是一些随时间连续变化的模拟量。纯数字设备要求的数字信号，如与上位机进行通讯的RS232、RS485串行口、微型打印机等常规外设，某些数字式执行装置（步进电机及数显装置）以及某些数字式检测装置（光电码盘，数字流量计等）。此类纯数字信号大都可直接与单片机的数据线或通讯接口相连，其标准性和通用性很强，应用十分方便。而前两类信号则大多与工业现场打交道，情况要复杂得多，这也是在系统设计中最难标准化、最费时的一项工作。平台技术综合应用软硬件技术，力图综合工业现场中的大多数测控系统的主要部分，将数字信号输入、模拟信号输入、 A/D多路转换、开关量输出、模拟量输出、键盘、数码管显示、与上位机通讯、看门狗电路、FLASH存储等硬件部分综合成一个硬件平台；依据该硬件平台开发相应的键盘输入模块、数码管显示模块、 A/D转换模块、数字量输入 /输出模块、数据存储模块、与上位机通讯模块等，并由这些模块综合成一个通用软件平台。两者互为补充，又互为支持。软硬件综合设计的平台技术概括起来有如下特点：开发效率高。平台系统具有应用系统的基本框架，用户只要适当修改软件，即可生成应用系统。实时性好。由于温度测控系统平台基于单片机MCU，同时还具有自带的众多功能模块，通过串行口与微机PC通讯，所以既可以作为独立的智能仪表或控制器使用，又可以与上位机进行实时通讯，构成功能更强大的集散控制系统。彻底根除开发中大量低水平重复工作，平台的可靠性积累，保证基于平台开发的产品具有良好的可靠性，平台的标准化、系列化、规范化设计极大地有利于产品的生产、维修与更新。单片机有很多种，以下介绍了其中几种： 1. MCS-51系列是我国较早引进的 Intel公司的单片机产品。它具有体积小，功能全，价廉，面向控制，应用软件丰富，技术在不断更新，开发应用方便等优点，可以适应各个领域的不同需要，因而具有极强的竞争力。 MCS-51系列单片机无论是片内 RAM容量，I/O口功能，系统扩展能力，还是指令系统和 CPU的处理功能都非常强。尤其是 MCS-51系列单片机适合于实时控制，可构成工业控制器，智能仪表，智能接口，智能武器装置以及通用测控单元等等。 2. PIC系列单片机为近年来国内市场的力推产品。采用 RISC（精简指令集计算机）技术，应用范围广，通用性强。此系列产品均为内置 ROM（OTPROM 2中国计量学院本科毕业设计（论文）及 EPROM）型，不可在芯片外再扩充程序存储器，由于一次性可编程（OTP） ROM型芯片价格便宜，芯片封装精巧（DIP或 SOP型），大大降低了成本，加之指令集易学习，入门较容易，再由多家厂商强力引导市场，使用日渐广泛。最近，甚至有 DIP8封装的低价格产品 PIC12C系列面市，内置 4MHZ时钟，有 6个 I/O口供使用，价格还不到十元，更能降低产品的成本。为照顾初学者，PIC系列单片机开发装置除提供常规的硬件仿真器外，还提供了价廉物美的纯软件仿真器，与 OTP芯片编程器组成低价的开发套件，有多种产品可供选择。 3. Z8系列单片机采用 Z80兼容指令集。它曾被誉为设计得最成功的 8位 MPU（微处理器），被首先以单板机的形式引于国内，国内早期对其开发应用十分广泛，因此，软件资源十分丰富为其极大的优势。Z8系列单片机的价格也非常有竞争力，最便宜的 OTP产品也在十元以内，并且功能强大。 4. AVR单片机是 Atmel公司 1997年推出的 RISC单片机。高可靠性、功能强、高速度、低功耗和低价位，在单片机市场中占据很大地位。 RISC（精简指令系统计算机）是相对于 CISC（复杂指令系统计算机）而言的。 RISC并非只是简单地去减少指令，而是通过使计算机的结构更加简单合理而提高运算速度的。 RISC优先选取使用频率最高的简单指令，避免复杂指令：并固定指令宽度，减少指令格式和寻址方式的种类，从而缩短指令周期，提高运行速度。由于 AVR采用了 RESC的这种结构，使 AVR系列单片机都具备了 1MIPS/MHz（百万条指令每秒/兆赫兹）的高速处理能力。 AVR单片机吸收了 DSP双总线的特点，采用 Harvard总线结构，因此单片机的程序存储器和数据存储器是分离的，并且可对具有相同地址的程序存储器和数据存储器进行独立的寻址。在 AVR单片机中， CPU执行当前指令时取出将要执行的下一条指令放入寄存器中，从而可以避免传统 MCS51系列单片机中多指令周期的出现。传统的 MCS51系列单片机所有的数据处理都是基于一个累加器的，因此累加器与程序存储器、数据存储器之间的数据转换就成了单睛机的瓶颈；在 AVR单片机中，寄存器由 32个通用工作寄存器组成，并且任何一个寄存器都可以充当累加器，从而有效地避免了累加器的瓶颈效应，提高了系统的性能。 AVR单片机具有良好的集成性能.AVR系列的单片机都具备在线编程接口，其中的 ATMega系列还具备 JTAG仿真和下载功能；都含有片内看门狗电路、片内程序 Flash、同步串行接口 SPI；多数 AVR单片机还内嵌了 AD转换器、EEPROM、摸拟比较器、PWM定时计数器等多种功能； AVR片机的 I/O接口具有很强的驱动能力，灌电流可直接驱动继电器、LED等器件，从而省去驱动电路，节约系统成本。AVR单片机采用低功率、非挥发的 CMOS工艺制造，除具有低功耗、高密度的特点外，还支持低电压的联机 Flash， EEPROM写入功能。AVR单片机还支持 Basic、C等高级语言编程。采用高级语言对单片机系统进行开发是单片机应用的发展趋势。对单片机用高级语言编程可 3中国计量学院本科毕业设计（论文）很容易地实现系统移植，并加快软件的开发过程。AVR单片机具有多个系列，包括 ATtiny、AT90、ATmega。每个系列又包括多个产品，它们在功能和存储器容量等方面有很大的不同，但基本结构和原理都类似，而且编程方也相同。 AVR单片机系列齐全，可适用于各种不同场合的要求。 AVR单片机共分为三个系列：低档：ATtiny中档：AT90高档：ATmega 温度传感器有模拟传感器和数字传感器两种 1. 模拟温度传感器：有多种输出形式（绝对温度、摄氏温度和华氏温度）以及电压偏移值。后者让组件在使用单电源的情形下就能对负温度值进行监测。模拟温度传感器的输出还可以送到比较器来产生超温指示信号，或直接送到模拟数字转换器的输入，用来显示实时温度数据。模拟温度传感器适合需要低成本、小体积和低功耗的应用。 2. 数字温度传感器：对于更紧密控制能力、更高精度和更大分辨率的需求带动了数字温度传感器的发展。被测温度信号从敏感元件接收的非电量到转换为微处理器可处理的数字信号，环节较多，而且模拟信号在长距离传输的过程中，受到的干扰较多，误差较大。因此，从非电量转换到数字信号，一般将其处理过程集成在单片 IC器件体内部，这样就形成了功能强大，精确的数字传感器。1.2 研究内容 采用软硬件综合设计的方法实现温度测试，报警和描绘出温度的变化曲线。单片机的选择： AVR单片机是 Atmel公司 1997年推出的 RISC单片机。与其他单片机相比，它具有高可靠性、功能强、高速度、低功耗和低价位，在单片机市场中占据很大地位。AVR单片机共分为三个系列：低档：ATtiny中档：AT90高档：ATmega。 ATmega16是基于增强的AVR RISC结构的低功耗8位CMOS微控制器。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。温度传感器的选择：数字式传感器与模拟传感器相比，由于采取高集成度设计和数字化处理，在可靠性、抗干扰能力以及器件微小化方面都有明显的优点。DS18B20是美国 DALLAS半导体公司生产的可组网数字式温度传感器，它使用 1-Wire（单线）接口，这种总线只需要一条 I/O线进行数据传输，及尽简化之能事。这种集成化的智能温度传感器与模拟传感器最大的区别是将温度信号直接转化成数字信号，然后通过串行通信的方式输出。DS18B20具有微型化、低功耗、高性能、抗扰能力强、易于与微处理器接口等优点适合用于各种温度测控系统。硬件和软件的总体设计内容：选用 Atmel公司的 AVR型单片机 Atmega16为核心的单片机开发板和 4中国计量学院本科毕业设计（论文）DS18B20数字温度传感器等一些其他元器件进行硬件的焊接，调试电路，对选用的单片机进行软件设计，实现温度检测的功能，下位机使用 RS232通信口，通过串口设计，实现与 PC机的串口通讯，在上位机中实现温度显示、上下限设定和报警功能，并可以对一段时间内采集到的温度值进行图象处理，从而反映出温度变化过程。 5 中国计量学院本科毕业设计（论文）2. 硬件开发平台 2.1开发板的结构原理为掌握常见非电量的检测方法，同时巩固和加强学生已经掌握的相关单片机知识和电子技术，该课程设计选用了一种基于 Atmel公司的 AVR型单片机 Atmega16为核心的单片机开发板。开发板的结构原理如图 2.1所示。元件标号解释： 1、Atmega16单片机 8、单片机扩展口 2、RS232转换芯片 9、LCD调节电位器 3、9芯 RS232通信口（孔） 10、16X2液晶屏 4、ISP下载口 11、电机驱动口 5、单片机复位键 12、电机驱动电路 6、功能键（4个） 13、电源接口（交流 612V） 7、模拟量输入口（4通道） 14、系统电源部分 7 89 10 6 5 4 11 12 3 21 1413 图 2.1 开发板系统结构图2.2 开发平台基本配置： 本课程设计开发板基本组件包括： 1、AVR单片机开发板一块； 2、9针串口通信线一条； 3、12V小变压器一个，带电源线； 4、RT1602C液晶屏一块； 6中国计量学院本科毕业设计（论文）5、ISP下载线一条； 6、PC并口线一条； 7、资料光盘一张； 8、DS1820温度传感器； 9、通用电路板；2.3 开发平台的基本功能： 由于采用了 AVR高性能单片机 Atmega16为开发板核心，再配合其他外围电路，使得该板具有丰富的外设和测量与控制功能。其中主要功能包括： 1) 1、3路 PWM输出，816位可编程分辨率，适用于电机调速控制等 2) 2、3个定时/计数器，2个 8位，1个 16位； 3) 3、8路 10位 ADC，可实现 05V单极性信号测量；采样速率达 15Ksps，可实现大多数模拟式传感器的信号测量； 4) 板载一个功率 NMOS管和一个光电耦合器，分别连接到单片机的一路 PWM输出和一路计数器，可直接实现小功率直流电机的调速和转速测量； 5) 具有标准 RS-232的通讯接口，方便和 PC机进行通讯控制； 6) 具备液晶显示器和键盘操作接口； 7) 具备 ISP在线编程调试功能，编程软件可选汇编或 C语言开发软件；2.4 开发板硬件原理图： ISP下载线如图 2.2示，开发板的电路原理图见图 2.3示，ISP下载线的 PCB板中标“ *”号的电阻均为 2.2K ，其余电阻为 100欧。根据该原理图和元件制作出实物电路板，并调试成功。图 2.2 ISP下载线原理图 7 中国计量学院本科毕业设计（论文）图 2.3 开发板电路原理图 8中国计量学院本科毕业设计（论文）2.5 ATMEGA16单片机介绍： Atmega16单片机是ATMEL公司的基于增强的AVRRISC结构的低功耗8位微控制器，具有先进指令集及单周期指令执行时间，使ATmega16的数据吞吐率高达1MIPS/MHz。Atmega16单片机的主要特性如下： .先进的RISC结构 16K字节的系统内可编程Flash，擦写寿命：10，000次 512字节的EEPROM，擦写寿命：100，000次 1K字节的片内SRAM . JTAG接口（与IEEE1149.1标准兼容） .外设：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 . I/O和封装 32个可编程的I/O口 40引脚PDIP封装，44引脚TQFP封装，与44引脚MLF封装图 2.4 ATMEGA16单片机管脚图 9中国计量学院本科毕业设计（论文）.工作电压：ATmega16L：2.7-5.5V .速度等级：0-8MHz ATmega16L PDIP40封装的 ATMEGA16单片机管脚图如图 2.4示。2.6 元器件清单 硬件系统中所用元件如下表所示：表 1 元器件清单元件名称封装形式规格数量 电容0805 1uf 5 0805 0.1uf 9 0805 15pf 2 直插 16V/470uf 2 电阻 0805 2.2千欧 12 0805 100欧姆 13 集成芯片直插 DIP40 ATMEGA16L-8PU 1 DIP MAX232CPE 1 SOP20 HC244（中体） 1 DIP8 LM358或 HA17358 2 SOT-223 AMS1117-5.0 1 TO252 IRLR014 1 贴片光偶 P181 1 其他元件整流桥 2W08或 2W10 1 无源晶振 8M 1 接插件 9芯串口 1 3296 10K三端电位器 2 66 小按键 5 IC插座 DIP40 1 IC插座 DIP16 1 IC插座 DIP8 2接插件双排插针 1 接插件单排插针 1 接插件 508两芯（绿色） 1 接插件 508四芯（绿色） 1 接插件 10芯插座（双排） 1 接插件 25针并口头（焊线式） 1 并口壳 1 9芯串口线 1 25芯并口线 1 液晶屏 RT1602 1 10 中国计量学院本科毕业设计（论文）3. DS18B20温度传感器 3.1 DS18B20的主要特性 1.适应电压范围更宽，电压范围：3.05.5V，在寄生电源方式下可由数据线供电。 2.独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与 DS18B20的双向通讯。 3. DS18B20支持多点组网功能，多个 DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温。 4. DS18B20在使用中不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。 5.测温范围55125，在-10+85时精度为0.5。 6.可编程的分辨率为 912位，对应的可分辨温度分别为 0.5、0.25、 0.125和 0.0625，可实现高精度测温。 7.在 9位分辨率时最多在 93.75ms内把温度转换为数字，12位分辨率时最多在 750ms内把温度值转换为数字，速度更快。 8.测量结果直接输出数字温度信号，以一线总线 串行传送给 CPU，同时可传送 CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力。 9.负压特性：电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁，但不能正常工作。3.2 DS18B20的外形和内部结构 DS18B20内部结构主要由四部分组成：64位光刻 ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器 TH和 TL、配置寄存器。图 3.1 DS18B20内部结构图 11中国计量学院本科毕业设计（论文）DS18B20的外形及管脚排列如下图 3.2图 3.2 DS18B20的外形及管脚3.3 DS18B20工作原理 DS18B20的读写时序和测温原理与 DS1820相同，只是得到的温度值的位数因分辨率不同而不同，且温度转换时的延时时间由 2s减为 750ms。DS18B20测温原理如图 3.3所示。图 3.3 DS18B20测温原理框图 12 中国计量学院本科毕业设计（论文）图 3.3中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器 1。高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器 2的脉冲输入。计数器 1和温度寄存器被预置在55所对应的一个基数值。计数器 1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器 1的预置值减到 0时，温度寄存器的值将加 1，计数器 1的预置将重新被装入，计数器 1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器 2计数到 0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。图 3.3中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器 1的预置值。3.4 DS18B20主要数据部件 DS18B20主要有四个数据部件： (1)光刻 ROM中的 64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该 DS18B20的地址序列码。64位光刻 ROM的排列是：开始 8位(28H)是产品类型标号，接着的 48位是该 DS18B20自身的序列号，最后 8位是前面 56位的循环冗余校验码(CRC=X8+X5+X4+1)。光刻 ROM的作用是使每一个 DS18B20都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个 DS18B20的目的。 (2)DS18B20中的温度传感器可完成对温度的测量，以 12位转化为例：用 16位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以 0.0625/LSB形式表达，其中 S为符号位。表 2 DS18B20温度值格式表 23 22 21 20 2-1 2-2 2-3 2-4 MSB LSB S S S S S 26 25 24这是12位转化后得到的12位数据，存储在18B20的两个8比特的RAM中，二进制中的前面 5位是符号位，如果测得的温度大于 0，这 5位为 0，只要将测到的数值乘于 0.0625即可得到实际温度；如果温度小于 0，这 5位为 1，测到的数值需要取反加 1再乘于 0.0625即可得到实际温度。例如+125的数字输出为 07D0H，+25.0625的数字输出为 0191H，-25.0625的数字输出为 FF6FH，-55的数字输出为 FC90H。温度数据表如表 3。 13中国计量学院本科毕业设计（论文）表 3 DS18B20温度数据表温度数据输出（二进制）数据输出（十六进制）125 0000 0111 1101 0000 07D0H85 0000 0101 0101 0000 0550H25.0625 0000 0001 1001 0001 0191H 10.125 0000 0000 1010 0010 00A2H 0.5 0000 0000 0000 1000 0008H 0 0000 0000 0000 0000 0000H -0.5 1111 1111 1111 1000 FFF8H -10.125 1111 1111 0101 1110 FF5EH -25.0625 1111 1110 0110 1111 FE6FH -55 1111 1100 1001 0000 FC90H3.5 DS18B20温度采集电路 3.4 DS18B20温度采集电路 14中国计量学院本科毕业设计（论文）4. 软件的设计 软件设计分成两部分，一部分直接置于硬件平台上，称为下位机软件，主要完成现场温度数据采集、运行控制算法、输出控制量、现场参数设定、现场参数数码管显示等底层功能，所有工作通过建立在硬件平台的软件模块由单片机主程序组织在一起构成系统软件平台，所以是软硬件综合设计的结合点；另一部分用于与上位管理机进行通讯，称为通讯软件，它主要完成与上位管理机的通讯，传递现场数据、状态和接受上位机指令等工作。下位机软件一方面要充分发挥硬件平台的潜力，在现有硬件资源的条件下，让系统根据实际温度测试系统的工艺要求完成更多的工作，从而节省硬件成本费用；另一方面，系统软件平台是用户二次开发的主要依据，为了缩短开发周期，其软件实现的主要功能都可以做成标准模块，方便二次开发使用。下位机软件遵循一定的协议通过通讯程序和上位机进行通讯，就可以互传数据。这样不但可以实现远程控制，而且可以有更好的人机对话界面。4.1 下位机软件设计 温度检测系统以 ATmega16单片机为核心，它控制 RT1602CLCD液晶屏的显示、DS18B20数字温度传感器的数据传送、按键的响应、串口通讯等。图 4.1 单片机控制示意图键盘的按键可以通过 ATMEGA16来控制温度上下限的增减，ATEMEGA16控制液晶屏的显示，DS18B20采集到的温度通过 ATEMEGA16中的程序显示到液晶屏，并可将数据通过 PC通讯将数值传给上位机软件，同时温度上下限值也通过 PC通讯传可给上位机软件，上位机软件设定的上下限值同样可通过串口通讯传给液晶屏显示。利用四个按键来对温度上下限值进行调整，第一个键设定下限温度值的降低，第二个键设定下限温度值的升高，第三个键设定上限温度的降低，第四个键设定上限温度值的升高。温度传感器 DS18B20的读写流程图如图 4.2 15中国计量学院本科毕业设计（论文）图 4.2 温度传感器 DS18B20的读写流程图下位机软件设计采用模块化的方法，主要有主程序、键盘扫描以及按键处理程序、温度测试采集程序、数码管显示程序，串口通讯程序等。键盘扫描电路及按键处理程序：实现按键的识别及相关处理。温度测试采集程序：对温度芯片送过来的数据进行采集和处理。数码管显示程序：向数码的显示传送数据，控制系统的显示部分。串口通讯程序：实现下位机通过串口和 PC机进行通讯，互传数据。下位机的软件编程可以由很多种语言编写，而 C语言作为一种高级语言，在单片机程序编写中占据很大地位。按键及显示流程图如图 4.3。 16中国计量学院本科毕业设计（论文）图 4.3 按键和显示流程图4.2 上位机软件设计 利用 Microsoft Visual Basic软件制作上位机温度监控预警的应用程序，该应用程序可以通过串口和单片机互传数据。该应用程序可以利用下位机的串口程序而改变单片机液晶屏上显示的一些数据，如果温度超限，上位机软件和下位机的显示屏都可以报警。上位机温度监控软件包括当前温度显示、当前下限温度显示、当前上限温度显示和状态显示温度（正常、太高、太低）。上位机软件界面上有报警图标，正常则为蓝色，如果超限则图标由原来的蓝色变为红色。该软件还可以由用户输入温度的上限和下限值，点击下载按钮后，用户所设定的温度下限和上限值可以由计算机直接传给单片机，单片机显示屏上的下限和上限温度值就会随用户设定的值而改变。上位机软件利用 Microsoft Visual Basic软件的 Mscomm控件通过串口和单片机互传数据，上位机应用程序启动时首先通过程序自动将 Mscomm控件安装到指定目录，从而做好准备工作。然后利用程序设置好 Mscomm控件的以下参 17中国计量学院本科毕业设计（论文）数，为传输数据做好准备。 MSComm1.CommPort=1 其作用是对 com1口进行操作 MSComm1.Settings=9600,n,8,1 设置波特率为 9600不作奇偶校验 8位数据位，1个停止位 MSComm1.RThreshold=1 设置事件发生传输数据时的传输字符数为 1 MSComm1.PortOpen=True 将串口打开设置好参数后如果事件发生则可以传输数据，点击上位机应用程序的下载按钮则可以将用户输入的数据下载到缓存区，单片机可以接受数据并改变显示屏上限和下限温度值，考虑到温度传感器的测量范围和以免用户错误输入非数字的字符等要求，用户输入的数据已经由上位机应用程序作了一些限制（只能输入-55到 125之间的整数），以免数据传输到单片时出错，该应用程序由当前温度值和温度的上限和下限的数据比较来判断显示状态是正常、太高还是太低，判断之后利用程序来改变报警图标的颜色，并且是否调用响铃程序。如果温度超限，则调用响铃程序，从而有响铃报警。上位机响铃可执行程序是用 C编写的，当温度超过所设定值时，上位机软件就会调用响铃可执行程序，从而实现声音报警。 18中国计量学院本科毕业设计（论文）5. 功能调试 上位机软件可以显示当前温度值、当前所设定的温度下限值和上限值、显示报警的状态，可以设定温度上下限值，可以描绘未来 24小时（或者 24秒）内的温度曲线，从而反映出一段时间内的温度变化。此上位机软件可以显示开始测量温度时的日期和时间，它具有记忆功能，可以描绘出最近一次测量过的温度曲线，并且可以显示上一次测量的时间。当温度超过所设定的上限值时，状态显示太高，当温度低于所设定的下限值时，状态显示太低，并且当温度显示太高或太低的同时，状态的颜色由正常状态的蓝色变为报警时的红色，并且有声音报警发出。图 5.1 上位机软件的温度显示界面图 5.1的界面显示了当前由下位机通过串口通讯传过来的当前温度值，温度下限值和温度上限值，状态显示“正常”，则表示前温度值在所设定的温度下限和温度上限之间。在温度下限设定输入框内和温度上限设定输入框内输入数据后点击下载按钮，则所设的温度上限和下限值就会下载到下位机的单片机内，下位机的显示屏和上位机软件都可以显示新的温度上下限值。在温度曲线的绘图过程中，横坐标选用 24小时时，系统每分钟采集一次温度值，并在坐标内描绘出温度曲线图；横坐标选用 24秒时，系统每秒采集一次温度值，并在坐标内描绘出温度曲线图。温度曲线可以描绘的温度范围为 (-20 -50)。点击温度曲线描绘按钮，则开始在温度曲线坐标系内描绘温度变化，点击添加辅助线按钮，可以添加红色的辅助线，点击上次测量曲线图，则可以显示上一次所描绘的温度曲线。图 5.2为横坐标选用 24秒，所测的温度变化。 19中国计量学院本科毕业设计（论文）图 5.2 上位机曲线描绘 20中国计量学院本科毕业设计（论文）图 5.3为横坐标选用 24小时，所测的温度变化，此次曲线图也表示了上位机软件具有记忆功能，它可以记录上一次的温度变化，并且记录了上一次温度测量的开始描绘时间。图 5.3 24小时的温度曲线图 21中国计量学院本科毕业设计（论文）图 5.4显示当当前温度高于所设定的温度上限值时，所显示的软件界面，此时状态显示“太高”，并且图标由原来的正常蓝色变为不正常的红色，同时有声音发出报警。图 5.4 温度超过所设定的上限值 22中国计量学院本科毕业设计（论文）图 5.5显示当当前温度低于所设定的温度下限值时，所显示的软件界面，此时状态显示“太低”，并且图标由原来的正常蓝色变为不正常的红色，同时有声音发出报警。图 5.5 温度低于所设定的温度值 23中国计量学院本科毕业设计（论文）6. 结论 通过这次比较完整的基于 ATMEGA16温度测试系统设计，锻炼了我理论和实践相结合的综合能力，巩固了我所学的专业基础知识，提高了我解决实际工程问题的能力，同时也提高我查阅文献资料、设计手册、设计规范的动手能力，通过对整体的掌控，对局部的取舍，以及对细节的斟酌处理，都使我的能力得到了锻炼，经验得到了丰富，并且意志力，抗压能力也都得到了不同程度的提升。这正是我们进行毕业设计的目的所在。虽然毕业设计内容繁多，过程繁琐但我的收获却更加丰富。各种系统的适用条件，各种电子元件的选用，程序的编写，我都是随着设计的不断深入而不断熟悉并学会应用的。和老师的沟通交流更使我对设计有了新的认识也对自己提出了新的要求。正是这一次设计让我积累了很多经验，也必然会让我在未来的工作学习中表现出更高的应变能力，更强的沟通力和理解力。顺利的完成本次毕业设计给了我很大的信心，让我了解专业知识的同时也对本专业的发展前景充满信心，在设计中我感到自己有不足之处，这些不足正是我们去更好的研究，更好的创造的最大动力，只有发现问题，才有可能解决问题，不足不会给我打击只会更好的鞭策我前行，今后我更会关注新技术，并争取尽快的掌握这些先进的知识，更好的为祖国的四化服务。 24中国计量学院本科毕业设计（论文）参考文献 1黄智伟数字温度传感器的设计J传感器技术，2002，21(9)：31-33 2严天峰AD7416数字温度传感器及其应用 J电子世界，2001(6)：34-35 3刘鸣，车立新，陈兴梧温度传感器 DS18B20的特性及程序设计方法 J电测与仪表， 2001，(10)：47-51 4吴坚，虞中伟，陈辉堂基于 LonWorks现场总线技术的分布式温度检测系统设计J电子与自动化，2000，(6)：17-19 5金伟正单线数字温度传感器的原理与应用J电子技术应用，2000(6)：66-68 6王俊省微计算机检测技术及应用M北京：电子工业出版社，1999：147-151 7沙占友DS1820组成的单线数字温度计原理与应用 J电测与仪表，1999，(2)：25-27 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