基于AVR单片机的温度采集系统设计毕业设计论文

1、上海工程技术大学毕业设计基于AVR单片机的温度采集系统设计毕业设计论文基于AVR单片机的温度采集系统设计i上海工程技术大学毕业设计基于AVR单片机的温度采集系统设计毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师 的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标 注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成 果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文 中作了明确的说明并表示了谢意。作者签名： 日 期：指导教师签名： 日 期： 使用授

2、权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即:按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本; 学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与 阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文； 在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期：5目 录摘要 1Abstract 20引言 41课题背景及研究意义 61.1温度采集系统设计的意义及其应用目的 61.2 AVR单片机简介 71.2.1 AVR单片机的主要特点 71.2.2 AVR系列单片机简介 81.3 ATmega16单片机系统结构 91.3.

3、1 ATmega16 简介 91.3.2 ATmega16的总体结构 91.4温度传感器 111.4.1 数字式温度传感器 121.5串口概述 121.5.1 串口介绍 121.5.2 串口分类 131.6 protel DXP2004软件基本概念以及使用 151.7系统方案设计 171.7.1 软件设计方案 172数字式温度传感器DS18B2C软硬件设计 18182.1 DS18B20数字式温度传感器基本特性2.2 DS18B20 测温模块 212.2.1 DS18B20 工作方式 212.2.2 DS18B20 温度数据 222.2.3 DS18B20在温度采集系统中的应用 233 ATm

4、ega16单片机软硬件设计 243.1 ATmega16 引脚说明 243.2系统硬件设计 263.2.1 复位线路的设计 273.2.2 晶振电路的设计 283.2.3 AD转换滤波线路的设计 283.2.4 ISP 下载接口设计 293.2.6 电源设计 303.2.7总设计图 313.3软件系统设计 333.3.1 温度采集软件设计 333.3.2 串口软件设计 353.3.3 程序 404.串口 RS232软硬件设计 464.1 USART 464.2串口的组成 464.3串口电平转换电路 MAX232 475研究总结49参考文献 51译文 53原文说明 61上海工程技术大学毕业设计基

5、于AVR单片机的温度采集系统设计摘要在国民经济各部门，如电力、化工、机械、冶金、农业、医学以及 人们的日常生活中，温度采集是十分重要的。在许多模拟量控制和监视 应用中，温度测控通常是基于 -55C125C温度范围内的应用，如环 境监测、蔬菜大棚、粮库、热电偶冷端温度补偿、设备运行的可靠性等 应用。实时采集温度信息，及时发现潜在故障，并采取相应的处理措施， 对确保设备良好运行具有重要意义。本文介绍了一种基于 ATmega16单片机的温度采集控制系统，该系 统能实现温度检测和数值显示，系统主要由温度采集、单片机控制、串 口通讯，输出控制几个单元组成。温度采集采用单总线数字传感器 DS18B20进行

6、采集，温度数据在传感器内部转化为数字信号并传送给单 片机；单片机对传感器采集来的数据进行处理，通过串口把传感器采集 到的温度传输至PC机上。关键字：单片机；温度测试；DS18B20i上海工程技术大学毕业设计基于AVR单片机的温度采集系统设计Temperature Measuring System Based on ATMEGA16AbstractIn national economic sectors, such as power, chemical, machinery, metallurgy, agriculture, medicine and Peoples Daily life, te

7、mperature gathering is very important. In many analogue control and monitoring applicati on, temperature measureme nt and con trol is usually based on-55Z 125 C temperature range of applications, such as the environmental monitoring, vegetables awning, grain depot, thermocouple temperature compensat

8、ion, the cold end of the equipment operation reliability of application. Collect real-time temperature information, timely find fault, and take the corresp onding treatme nt measures, to en sure that equipme nt good operati on to have the importa nt meaning.This dissertation introduces a temperature

9、 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, human-machine interaction, Serial Communi cati on and output con trol. Temperature acquisiti on syst

10、em uses single-bus digital sensor DS18B20 to collect the temperature. The temperature data is conv ersed to digital sig nals in the sen sor and the n is tran smitted to MCU, which processes the data from sen sor acquisiti on and displays the temperature on various points through the LCD. With the ch

11、ip to sensors to collect the data processing , through a serial port to the temperature sen sors to collect to delivery to the PC.Keywords: Sin gle-chip Microcomputer; temperature measure; DS18B2035基于AVR单片机的温度采集系统设计焦士骏 0111081180引言在国民经济各部门，如电力、化工、机械、冶金、农业、医学以及 人们的日常生活中，温度采集是十分重要的。在许多模拟量控制和监视 应用中，温度测

12、控通常是基于 -55C125C温度范围内的应用，如环 境监测、蔬菜大棚、粮库、热电偶冷端温度补偿、设备运行的可靠性等 应用。实时采集温度信息，及时发现潜在故障，并采取相应的处理措施， 对确保设备良好运行具有重要意义。本文介绍了一个基于AVR单片机的温度控制系统，该系统可以方便 地实现温度采集、温度显示等功能。本系统的温度控制部分采用 ATmega16单片机完成。该单片机有着体积小、功耗低、功能强、性能 价格比高、使用电子元件较少、内部配线少、制造调试方便等显著优点， 将其用于温度检测和控制系统中可大大地提高控制质量和自动化水平， 具有良好的经济效益和推广价值。利用单片机对温度进行测控的技术，

13、日益得到广泛应用。在众多的温度控制系统中，测温元件常常选用热敏电阻、半导体测 温二极管、三极管、集成温度传感器等。相比而言，集成温度传感器具 有线性好、稳定度高、互换性强、易处理等突出优点，故在许多场所得 到了广泛应用。本系统中单片机作为下位机，完成测温任务。另外本系 统还可以连接相应的外围加热电路，当环境温度低于设定下限温度时， 单片机发出的指令，加热器起动对环境进行加热，当温度回升到下限温 度时加热器停止加热。系统软件主要由初始化程序、主程序、监控显示程序等组成。其中 初始化程序是对单片机的接口工作方式， A/D转换方式等进行设置；显 示程序包括对显示模块的初始化、显示方式设定及输出显示；

14、主程序则 完成对采集数据进行处理。该系统应用范围相当广泛，同时采用单片机技术，由于单片机自身功能强大，因而系统设计简单，工作可靠，抗干扰能力强，也可在此 基础上加入通信接口电路，实现与上位机之间的通信。1课题背景及研究意义1.1温度采集系统设计的意义及其应用目的目前，随着现代信息技术的飞速发展，温度测量采集系统在工业、 农业及人们的日常生活中扮演着一个越来越重要的角色，它对人们的生活具有很大的影响，所以温度采集系统的设计与研究有十分重要的意 义。任何一个物体或者环境都有其温度属性，只有对其温度进行采集， 才能更好的了解物体或者环境的特点， 所以这就强调了温度采集的重要 性。在工业发展初期，人们

15、通过各种简单的工具来采集温度，包括温度 计等，但这种采集方式也存在着许多的漏洞，包括数据不精确和不能及 时得反映温度的数据。后来随着工业技术的迅猛发展，传感器和单片机 技术的出现改变了温度采集系统的方式， 温度采集系统也得到了长足的 进步，已经变得数字化和电子化，现今在工业中通过数字化的温度采集 模块，温度可以迅速得通过单片机进行处理， 并传输到PC机中，用来进 行进一步的处理。毕业设计强调综合应用所学知识能力的锻炼与培养，这是毕业设计 有别于课程设计等其他实践环节的重要方面， 对大学生有着很重要的意 义。本次课题的目的在于学习基于 AVR单片机的温度米集系统设计的基 本原理及基本流程。本设计

16、采用单片机作为数据处理与控制单元，为了 进行数据处理，单片机控制数字温度传感器，把温度信号通过单总线从 数字温度传感器传递单片机上。单片机数据处理之后，在通过串口连接至PCM,显示及进一步处理。1.2 AVR单片机简介1.2.1 AVR单片机的主要特点1）AVR系列单片机特点a）多种I/O接口，可直接驱动继电器、LED、数码电路等器件。b）内带模拟比较器。c）独立的时钟分频器。d）具有休眠省电功能及闲置低功耗功能。e）增强形的高速同/异步串口与定时器/计数器及通信接口。f）具有硬件乘法器、独立振荡器的实时计数器 RTC。g）内嵌高质量的Flash程序存储器，程序存储器擦写可达10000次以上，

17、可支持ISP和IAP。h）硬件结构采用局部寄存器存储，简化结构、降低成本。i）采用Harvard总线结构，吸收了 DSP双总线的特点。j）具有DIP、TQFP、PLCC多种封装形式。2）AVR与51、PIC单片机相比的特点a）在相同的系统时种下，AVR运行速度最快。b）AVR单片机的FLASH、EEPROM存储器可以反复烧写、支持在ISP在线编程。c）片内集成多种频率的 RC振荡器、上电自动复位、看门狗、启动延时等功能，电路设计相对比较简单。d）I/O 口作输出时，可以输出很强的高、低电平；I/O 口作输入 时，可以带有高阻抗或者带上拉电阻。e）片内采用了先进的数据加密技术，大大提高了破解的难

18、度。f）空间大、品种多的片内FLASH。、g）部分芯片的引脚与 51系列的兼容性。如 ATting2313兼容AT89C2051, ATmega8515/162兼容 AT89S51 等。3）AVR单片机优点a）高可靠性、高保密性、功能强、高速度、低功率。b）低功耗的CMOS技术。c）丰富的片上资源。d）增强型的驱动能力。e）型号种类多选择性。f）性价比高。g）开发语言丰富。1.2.2 AVR系列单片机简介ATMEL公司研发的AVR单片机，为满足不同的需求和应用，分为 Tiny系列、AT90系列和ATmega系列。这三个系列的所有型号的 AVR 单片机，指令系统兼容，内核相同，只是存储器容量、片

19、内集成的外围 接口的数量和功能存在一些差异。用户可以根据AVR单片机不同的引脚数目和价格各异进行选择，来满足不同的应用水平。ATmega是AVR单片机的系列之一，ATmega系列单片机属于AVR 中的高档产品。ATmega系列 AVR 单片机主要有ATmega8/16/32/64/128以及ATmega8515/8535等。该系列单片机兼容了 AT90所具有的特点，并在AT90的基础上进 行了较大的改善，新增许多接口功能，在系统的省电特性、稳定性、抗 干扰性、灵活性等方面有所提高。1.3 ATmega16单片机系统结构1.3.1 ATmega16 简介ATmega16是一种基于增强型的AVR

20、RISC结构的低功耗、CMOS 技术的8位微控制器。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IMIPS/MHz，从而可以缓减系统在功 耗和处理速度之间的矛盾。是具有高可靠性、高速度、低功耗等特点， 是一种高性价比的单片机。ATmega16采用精简指令集（RISC），一条指令可以在一个时钟周 期内同时对两个独立的寄存器进行访问，是以字作为指令长度单位，同 时具有取值周期短、可预取指令等特点，运行处理能力可达到 IMIPS/MHz。ATmega16单片机具有Flash程序存储器、看门狗、EEPROM、同/ 异步串行口、TWI、SPI、A/D模拟转换器、定时器

21、/计数器等多种器件 和增强可靠性的复位系统。同时有降低功耗抗干扰的休眠模式、中断系 统、输入捕获、比较匹配输出、多样化功能的定时器/计数器以及具有替 换功能的I/O端口。1.3.2 ATmega16的总体结构ATmega128单片机性能十分强大，内部结构相对比较复杂，其总体结构 包括以下几个部分，分别介绍如下。（1）快速存取RISC寄存器快速存取RISC寄存器是由AVR的内核中的32个通用工作寄存器构 成的，在一个时钟周期内可执行一个完整的 ALU操作。（2）32个通用工作寄存器在32个通用工作寄存器中，有6个可以用作3个16位的间接地址 寄存器指针，以寻址数据空间，实现高效的地址运算。他们分

22、别为X 寄存器、Y寄存器、Z寄存器。（3）Harvard 结构AVR单片机采用CMOS技术，具有高速度、低功耗的特点，同时还 具有休眠功能。为了最大限度的提高并行处理的运行效率，它采用 了 Harvard结构，即程序存储器和数据存储器使用不同的存储空间和 总结，可直接访问全部的数据存储器和程序存储器，寄存器文件被 双向映射并能被访问。算术逻辑单元（ALU ）在执行某一指令时， 下一个指令被预先从程序存储器中被提取处理，提高了 MCU的运行 效率。（4）算术逻辑单元（ALU）算术逻辑单元（ALU ）支持寄存器之间以及寄存器和常数之间的算 术和逻辑运算，以及单一寄存器操作，每一次的运算结果都通过状

23、 态寄存器（SREG）反映出来。（5）程序存储器AVR的程序存储器空间由引导程序区和应用程序区组成。他们的读和读/写保护由对应的锁定位来实现。（6）I/O存储器I/O存储器空间包含64个I/O寄存器空间，它们用来控制MCU的各 个外围功能。（7）多种独立的时钟分频器多种独立的时钟分频器为串行异步通信 （URAT）、SPI提供传输。8/16 位定时器/计数器可用作比较器、计数器外部中断和PWM的控制输出。AVR单片机定时器/计数器（单）双向技术形成三角波和输出比 较匹配寄存器配合，可以生成占空比、频率、相位可变的方波信号。（8）其他电路AVR单片机有自动上电复位电路（POR）,独立的看门狗电路（

24、WDT）、 低电压检测电路，多个复位源，只需在复位源接一个上拉电阻即可 实现复位，不需要另加外部复位器件。1.4温度传感器人们为了从外界获取信息，必须借助于感觉器官。而单靠人们自身 的感觉器官，在研究自然现象和规律以及生产活动中它们的功能就远远 不够了。为适应这种情况，就需要传感器。因此可以说，传感器是人类 五官的延长，又称之为电五官。新技术革命的到来，世界开始进入信息时代。在利用信息的过程中， 首先要解决的就是要获取准确可靠的信息， 而传感器是获取自然和生产 领域中信息的主要途径与手段。在现代工业生产尤其是自动化生产过程中， 要用各种传感器来监视 和控制生产过程中的各个参数，使设备工作在正常

25、状态或最佳状态，并 使产品达到最好的质量。因此可以说，没有众多的优良的传感器，现代 化生产也就失去了基础。在基础学科研究中，传感器更具有突出的地位。传感器早已渗透到 诸如工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、 生物工程、甚至文物保护等等极其之泛的领域。可以毫不夸张地说，从 茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各种复杂的工程系统，几乎每一个现 代化项目，都离不开各种各样的传感器。由此可见，传感器技术在发展经济、推动社会进步方面的重要作用， 是十分明显的。世界各国都十分重视这一领域的发展。相信不久的将来， 传感器技术将会出现一个飞跃，达到与其重要地位相称的新水平。1.4.1数字式温

26、度传感器数字式温度传感器：就是能把温度物理量，通过温度敏感元件和相 应电路转换成方便计算机、pic、智能仪表等数据采集设备直接读取得数 字量的传感器。1.5串口概述1.5.1串口介绍串行接口简称串口，也称串行通信接口 （通常指COM接口），是采 用串行通信方式的扩展接口。串行接口 Serial Interface是指数据一位一位地顺序传送，其特点是 通信线路简单，只要一对传输线就可以实现双向通信，并可以利用电话 线，从而大大降低了成本，特别适用于远距离通信，但传送速度较慢。一条信息的各位数据被逐位按顺序传送的通讯方式称为串行通讯。串行通讯的特点是：数据位传送，传按位顺序进行，最少只需一根传输线

27、即 可完成；成本低但传送速度慢。串行通讯的距离可以从几米到几千米； 根据信息的传送方向，串行通讯可以进一步分为单工、半双工和全双工 三种。串口的出现是在1980年前后，数据传输率是115kbps230kbps。 串口出现的初期是为了实现连接计算机外设的目的，初期串口一般用来连接鼠标和外置Modem以及老式摄像头和写字板等设备。串口也可以 应用于由于两台计算机（或设备）之间的互联及数据传输。由于串口（COM）不支持热插拔及传输速率较低目前部分新主板和大部分便携电 脑已开始取消该接口，目前串口多用于工控和测量设备以及部分通信设 备中。1.5.2串口分类串口通信的两种最基本的方式：同步串行通信方式和

28、异步串行通信 方式。串行接口按电气标准及协议来分，包括RS-232-C、RS-422、RS485 等。RS-232-C、RS-422与 RS-485标准只对接口的电气特性做出规定， 不涉及接插件、电缆或协议。RS-232也称标准串口，最常用的一种串行通讯接口。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。它的全名是攻据终端设备（DTE）和数据通讯设备（DCE）之间串行二进制数据交换接口技术标 准l|o传统的RS-232-C接口标准有22根线，采用标准25芯D型插头座（DB25）,后来使用简化为9芯D型插座（DB9）

29、,现在应用中25芯插头 座已很少米用。RS-232采取不平衡传输方式，即所谓单端通讯。由于其发送电平与 接收电平的差仅为2V至3V左右，所以其共模抑制能力差，再加上双绞 线上的分布电容，其传送距离最大为约15米,最高速率为20kb/s。RS-232 是为点对点（即只用一对收、发设备）通讯而设计的，其驱动器负载为 37kQ。所以RS-232适合本地设备之间的通信。RS-422标准全称是 普衡电压数字接口电路的电气特性I,它定义了接口电 路的特性。典型的RS-422是四线接口。实际上还有一根信号地线，共 5 根线。其DB9连接器引脚定义。由于接收器采用高输入阻抗和发送驱动 器比RS232更强的驱动

30、能力，故允许在相同传输线上连接多个接收节 点，最多可接10个节点。即一个主设备（Master）,其余为从设备（Slave）, 从设备之间不能通信，所以RS-422支持点对多的双向通信。接收器输入阻抗为4k，故发端最大负载能力是10X4k+100Q（终接电阻）。RS-422 四线接口由于采用单独的发送和接收通道，因此不必控制数据方向，各 装置之间任何必须的信号交换均可以按软件方式（XON/XOFF握手）或硬件方式（一对单独的双绞线）实现。RS-422的最大传输距离为1219米,最大传输速率为10Mb/s。其平衡 双绞线的长度与传输速率成反比，在100kb/s速率以下，才可能达到最大传输距离。只有

31、在很短的距离下才能获得最咼速率传输。一般100米长的双绞线上所能获得的最大传输速率仅为1Mb/s。RS-485是从RS-422基础上发展而来的，所以RS-485许多电气规定与RS-422相仿。如都采用平衡传输方式、都需要在传输线上接终接电阻等。RS-485可以采用二线与四线方式，二线制可实现真正的多点双向通信， 而采用四线连接时，与 RS-422一样只能实现点对多的通信，即只能有 一个主（Master）设备，其余为从设备，但它比 RS-422有改进，无论四 线还是二线连接方式总线上可多接到32个设备。RS-485与 RS-422的不同还在于其共模输出电压是不同的，RS-485是-7V至+12V

32、之间，而 RS-422在-7V至+7V之间，RS-485接收器最小 输入阻抗为12kQ、RS-422是4kQ;由于RS-485满足所有RS-422的规范， 所以RS-485的驱动器可以用在RS-422网络中应用。RS-485与 RS-422一样，其最大传输距离约为1219米，最大传输速 率为10Mb/s。平衡双绞线的长度与传输速率成反比，在100kb/s速率以下，才可能使用规定最长的电缆长度。只有在很短的距离下才能获得最 高速率传输。一般100米长双绞线最大传输速率仅为1Mb/s1.6 protel DXP2004软件基本概念以及使用Altium公司作为EDA领域里的一个领先公司，在原来 Pr

33、otel 99SE 的基础上，应用最先进的软件设计方法，率先推出了一款基于 Windows2000和 Windows XP 操作系统的 EDA 设计软件 Protel DXP。Protel DXP2004是Altium公司于2004年推出的最新版本的电路设计 软件，该软件能实现从概念设计，顶层设计直到输出生产数据以及这之 间的所有分析验证和设计数据的管理。 当前比较流行的Protel 98、Prote 99 SE,就是它的前期版本。Protel DXP 2004已不是单纯的PCB（印制电路板）设计工具，而是 由多个模块组成的系统工具，分别是 SCH （原理图）设计、SCH （原理 图）仿真、P

34、CB （印制电路板）设计、Auto Router （自动布线器）和FPGA 设计等，覆盖了以PCB为核心的整个物理设计。该软件将项目管理方 式、原理图和PCB图的双向同步技术、多通道设计、拓朴自动布线以 及电路仿真等技术结合在一起，为电路设计提供了强大的支持。如图 1-1,图1-2所示为该软件的工作界面及电路图。图 1-1 protel dxp2004 工作窗口-.IKE ilrKacrLwr. rftPoc - Fe haitMcrH x. LacHiuad 1 一卫f LLfa &it ) H Et0筋5 EJ.HMla fa J bipwl |l&Fiteen MUVKTt7 L-kTH

35、r- JrpCB出 uhww Ji fF图 1-2 protel dxp2004 电路图与较早的版本 Protel99相比，Protel DXP 2004不仅在外观上显得更加豪华、人性化，而且极大地强化了电路设计的同步化，同时整合了 VHDL和FPGA设计系统，其功能大大加强了。17系统方案设计系统方案设计由硬件设计方案和软件设计方案组成，如图1-3所示。本系统的硬件包括温度传感器、AVR单片机以及PC机。其中AVR 单片机和PC机通过串口连接。温度传感器AVR单片PC机图1-3系统设计示意图1.7.1软件设计方案系统以DS18B20为传感器用以将温度模拟量转化为电压数字量以总线传入单片机，以

36、ATmega16为主芯片，在主芯片对DS18B20 传入的温度值进行处理，由单片机程序控制，将经处理后的温度由 LCD数码管显示出来。本系统具有电路简洁，性能可靠等特点，易于实现。2数字式温度传感器DS18B20软硬件设计根据系统设定环境，我选择 DS18B20作为温度采集系统的数字式 温度传感器。DS18B20是美国Dallas半导体公司的新一代数字式温度传感器， 它具有独特的单总线接口方式，即允许在一条信号线上挂接数十甚至上 百个数字式传感器，从而使测温装置与各传感器的接口变得十分简单， 克服了模拟式传感器与微机接口时需要的A/D转换器及其它复杂外围电路的缺点，由它组成的温度测控系统非常方

37、便，而且成本低、体积小、 可靠性高等优点。2.1 DS18B20数字式温度传感器基本特性DS18B20数字式温度传感器的外部形状、内部芯片如图 2-1所示。 它使用一根总线接口实现和外部微处理器的通信。温度的测量范围为 -55+ 125 C,测量精度为0. 5 C。传感器的供电寄生在通信的总线上 可以从一根总线通信中的高电平中取得， 这样可以不需要外部的供电电 源。作为替代也可直接用供电端(VDD)供电。当使用总线寄生供电时 供电端必须接地，同时总线口在空闲的时候必须保持高电平，以便对传 感器充电。每一个DS18B20温度传感器都有一个自己特有的芯片序列 号，我们可以将多个这样的温度传感器挂接

38、在一根总线上，实现多点温度的检测)52 63 74 83I 二 JI图2-1DS18B20外部形状、管脚图及接入图DS18B20采用3脚PR 35封装或8脚SOIC封装，其内部结构框图如图2-2所示t 机冷TE图2-2 DS18B20内部结构DS18B20的特性：(1) 适应电压范围更宽，电压范围：3.05.5V，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

39、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) 温范围55C+ 125C，在-10+85C时精度为)5C。(6) 可编程的分辨率为912位，对应的可分辨温度分别为 0.5C、0.25C、0.125C禾口 0.0625C，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I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。

40、DS18B20温度传感器的内部存储器还包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的 EERAM。高速暂存RAM的结构为8字节的 存储器，结构如图3所示。头2个字节包含测得的温度信息，第3和第 4字节TH和TL的拷贝，是易失的，每次上电复位时被刷新。第5个 字节，为配置寄存器，它的内容用于确定温度值的数字转换分辨率。DS18B20工作时寄存器中的分辨率转换为相应精度的温度数值。该字节各位的定义如图3所示。低5位一直为1 ,TM是工作模式位，用于设 置DS18B20在工作模式还是在测试模式，DS18B20出厂时该位被设置 为0,用户要去改动，R1和R0决定温度转换的精度位数，来设置分辨率。DS

41、18B20的测温原理是这样的，器件中低温度系数晶振的振荡频率 受温度的影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器1 ；高温度系数晶振随温度变化其振荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入。器件中还有一个计数门，当计数门打开时， DS18B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲进行计数进而完成温 度测量。计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定，每次测量前， 首先将-55C所对应的一个基数分别置入减法计数器1、温度寄存器 中，计数器1和温度寄存器被预置在-55C所对应的一个基数值。减法 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，当减法计数器1的预置值减到0时，温度

42、寄存器的值将加1，减法计数器1的预置将重新被装入，减法计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信 号进行计数，如此循环直到减法计数器计数到0时，停止温度寄存器的 累加，此时温度寄存器中的数值就是所测温度值。其输出用于修正减法 计数器的预置值，只要计数器门仍未关闭就重复上述过程，直到温度寄 存器值大致被测温度值。2.2 DS18B20测温模块2.2.1 DS18B20工作方式根据DS18B20的协议规定，单片机控制DS18B20完成温度转换必 须经过以下4个步骤：1. 每次读写前对DS18B20进行复位初始化。复位要求CPU将数据 线下拉480us,然后释放，DS18B20收到信号后等待60u

43、s左右，然后发出60us240us的低脉冲，主CPU收到此信号表示复位成功如图2-3所示。2. 发送一条ROM指令。3. 发送存储器指令4. 进行数据通信。TilOT徴处理器的复碰脉冲 H*6数据.LOWTusnTrsthTpdlow图2-3总线读写时序图I =召0 f 辿，&* T fctl （run = 1S TYw = 1 fhs il =闕no = 4KOus Ttli nuti = 15f （X）Us , Tru = 60244）Us222 DS18B20温度数据DS18B20传感器的内部数据存储器由9个字节组成。第一、二个 字节是温度数据字节（MSB、LSB），可以在系统配置寄存器

44、中自行设置 数据位数（912位）,数据位越多温度分辨率越高，9位数据温度分辨率 为0.5 , 12位数据温度分辨率0. 0625 C,多余的高位是温度数据的符 号扩展位，温度数据格式如表2-1所列。第三、四字节是温度上下限报 警值（TH、TL）。第五字节是系统置寄存器，寄存器各位定义如下：第八 位是设置用来表示传感器的工作状态，是测试状态（设置为一1还是操作功能状态（设置为一0心出厂设置为操作功能状态，用户不能修改；第七、六两位是温度转换数据位的设置（00、01、10、11分别对应9、10、 11、12位温度数据），出厂设置为12位温度数据位，用户可根据需要 进行修改；其余位无效。第六、七、八

45、字节保留未用。第9个字节是CRC校验码，是前面8个字节的循环校验码，用在通信中，检验数据传 送的正确性。表2-1 DS18B20温度数据温度数字最输出（二诳制）数字量输出（卜六进制）+ 125 C0000 0111 1101 000007D0H+ 25.0625 C0000 0001 1001 00010191H+ 10. 125 C0000 0000 1010 001000A2H+ 0.5 C0000 0000 0000 10000008 H0000 0000 0000 0000OOOOH-0.5 Ctill 1111 111 1 1000FFF8H-10. 125 *CHU till ()

46、101 1110FF5EH 25.0625 Ctill 1110 0110 1111FF6FH-55 CMil 11(X) 1001 ()000FC90H2.2.3 DS18B20在温度采集系统中的应用我们采用ATmega16单片机作为微处理器，DS18B20数字式温度传 感器提供的9位温度数，指示器件的温度信息经过单接口由 DS18B20 送出，从DS18B20到单片机只需一条线，因此称为单线。我所设计的温度采集系统主要有两部分组成，一部分是温度采集部 分，一部分是温度显示部分。DS18B20数据线接AVR单片机PA7数据 线和Vcc间接一 4.7k上拉电阻。其测温程序流程如图2-31畑帆伺

47、林冲r 1马ii RAM命令I5ROM按帶命夕攻 SfciK丨qjn功凰度理換侖歩iatreRCRtt1 FU.时 5M)mnT图2-3测温程序流程图3 ATmega16单片机软硬件设计3.1 ATmega16引脚说明ATmega16 作为根据AVR单片机特点及课题所设定环境，故选用单片机图3-1所示ATmega16单片机引脚图。H191啊)XC K I UAO.PAO =pul rriAI/PAt I1! 2 AK V1M2A2/PA2 -PH3 AII/OOOA3/PA3 卩B4益A4 PA4 =VU5 MOS1A5/PA5 IlkiMLSOA6?PA6 HP SX A JRiSErrAH

48、IF =VCCGND CiNDAVCC XTAL2TOSC2I5C7 KTAIJTOSC l l3C 6 IIMlRXajTl PC5 、!nDI.TXDKiPC4 IWINTOTMSPC3 WKPC2 HMCXJHsawpci -PIJ5OC1ASCL/K JD6 lt. F 1OC2FL7 ATMEGAI6L SPITo27IE2720二2422图3-1 ATmega16引脚图(1) VCC数字电路的电源端(2) GND接地端(3) 端口 A(PA7PA0)端口 A作为A/D转换器的模拟输入端。端口 A为8位双向I/O 口，具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓 冲器具有对称的驱动特性，可以输

49、出和吸收大电流。作为输入使用 时，若内部上拉电阻使能，端口被外部电路拉低时将输出电流。在 复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口A处于高阻状态。(4) 端口 B(PB7PB0)端口 B为8位双向I/O 口，具有可编程的内部上拉电阻。其输出 缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。作为输入使 用时，若内部上拉电阻使能，端口被外部电路拉低时将输出电流。 在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口B处于高阻状态。(5) 端口 C(PC7PC0)端口 C为8位双向I/O 口，具有可编程的内部上拉电阻。其输出 缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。作为输入使 用时，若内部上拉电阻使能，端

50、口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口 C处于高阻状态。如果JTAG接口使能， 即使复位出现引脚 PC5(TDI)、PC3(TMS)与PC2(TCK)的上拉电阻被激活。(6) 端口 D(PD7PD0)端口 D为8位双向I/O 口，具有可编程的内部上拉电阻。 其输出 缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。作为输入使 用时，若内部上拉电阻使能，则端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口D处于高阻状态。（7）RESET复位输入引脚。持续时间超过最小门限时间的低电平将引起系统复位。（8）XTAL1反向振荡放大器与片内时钟操作电路

51、的输入端。（9）XTAL2反向振荡放大器的输出端。（10）AVCCAVCC是端口 A与A/D转换器的电源。不使用ADC时，该引脚应直 接与VCC连接。使用ADC时应通过一个低通滤波器与 VCC连接（11）AREFA/D的模拟基准输入引脚。3.2系统硬件设计针对这次的课题设计内容，我所设计的基本 ATmega16硬件线路，包括以下几部分：1。复位线路2。晶振线路3。AD转换滤波线路4。ISP下载接口5。JTAG仿真接口6。电源3.2.1复位线路的设计PD2 (1NTTJ)PD3 (INTI)PD4 (OCID；PD5 (OCIA PDiSOCP)PD7(OC2)笃 RESETSTAL2XTAL1

52、ND0. luFGNDGNDATmegal6L-SAl图3-2复位线路设计图ATmega16已经内置了上电复位设计。并且在熔丝位里，可以控制 复位时的额外时间，故 AVR外部的复位线路在上电时，可以设计得很 简单：直接拉一只10K的电阻到VCC即可(R0)，如图3-2所示。为了可靠，再加上一只0.1uF的电容(C0)以消除干扰、杂波。D3(1N4148)的作用有两个：作用一是将复位输入的最高电压钳在 VCC+0.5V左右，另一作用是系统断电时，将 R0(10K)电阻短路，让C0 快速放电，让下一次来电时，能产生有效的复位。当AVR在工作时，按下S0开关时，复位脚变成低电平，触发AVR 芯片复位

53、。重要说明：实际应用时，如果不需要复位按钮，复位脚可以不接任 何的零件，AVR芯片也能稳定工作。即这部分不需要任何的外围零件。322晶振电路的设计RE3ET 图3-3晶振电路设计图ATmega16已经内置RC振荡线路，可以产生1M、2M、4M、8M 的振荡频率。不过，内置的毕竟是 RC振荡，在一些要求较高的场合， 比如要与RS232通信需要比较精确的波特率时，建议使用外部的晶振线 路，如图3-3所示。早期的90S系列，晶振两端均需要接22pF左右的电容。ATmega 系列实际使用时，这两只小电容不接也能正常工作。不过为了线路的规 范化，仍建议接上。重要说明：实际应用时，如果不需要太高精度的频率，可以使用内 部RC振荡。即这部分不需要任何的外围零件。3.2.3 AD转换滤波线路的设计为减小AD转换的电源干扰，ATmega16芯片有独立的AD电源供 电。官方文档推荐在VCC串上一只10uH的电感（L1），然后接一只 0.1uF的电容到地（C3），如图3