基于avr的水溫控制系統(tǒng)畢業(yè)論文(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 MEL公司 的 8位系列單片機的最高配置的一款單片機，穩(wěn)定性極高，應(yīng)用極其廣泛。本系統(tǒng)原定用 51 單片機作為控制芯片，但是由于考慮到拓展性，與穩(wěn)定性采用當今流行的 ATMEL 公司的 mega系列單片機。綜合考慮采用 ATmega128 單片機作為控制器。 ATmega128 的特點 高性能、低功耗的 AVR 8 位微處理器。 Ds18b20 溫度傳感器 LDC1602顯示器 ATmega128 鍵盤 繼電器 加熱器 設(shè)計（論文）專用紙 4 先進的 RISC 結(jié)構(gòu) 133 條指令且大多數(shù)可以再一個時鐘周期內(nèi)完成； 32 8 通用工作寄存器與外設(shè)控制寄存器； 全靜態(tài)工作； 工作于 16MHz 時性能高大 16 MIPS； 只需兩個時鐘周期的硬件乘法器。 非易失性的程序和數(shù)據(jù)存儲器 128K 字節(jié)系統(tǒng)可編程 FLASH，壽命可到 10,000 次擦寫周期； 具有獨立的鎖定位、可選擇的啟動代碼區(qū)，通過片內(nèi)的啟動程序?qū)崿F(xiàn) 系統(tǒng)內(nèi)編程，真正達到讀 — 修改 —— 寫操作； 4K 字節(jié)的內(nèi)部 EEPROM，壽命達 100,000 次寫 /擦出周期； 4K 字節(jié)的內(nèi)部 SRAM； 高達 64K 字節(jié)的優(yōu)化外部存儲器空間； 可以對鎖定位進行編程實現(xiàn)軟件加密； 可以通過 SPI 實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)編程； JTAGA 借口（與 標準兼容） 符合 JTAGA 標準邊界掃描功能； 支持擴展的片內(nèi)調(diào)試； 通過 JTAG 接口實現(xiàn)對 FLASH,EEPROM，熔絲位和鎖定位的編程。 外設(shè)特點 兩個具有獨立的預分頻器和比較器功能的 8 位定時 /計數(shù)器； 兩個具有預分頻器、比較功能和捕捉功能的 16 位定時 /計數(shù)器； 具有獨立 分頻器的實時時鐘計數(shù)器； 具有兩路 8 位 PWM 6 路分辨率可編程（ 216 位）的 PWM 輸出比較調(diào)節(jié)器； 8 路 10 位 ADC 8 個單端通道； 7 個差分通道； 2 個具有可編程增益的差分通道； 面向字節(jié)的兩線接口； 設(shè)計（論文）專用紙 5 兩個可編程的串口 USART； 可工作與主機 /從機對的 SPI 串口； 具有獨立的片內(nèi)振蕩器的看門狗定時器； 片內(nèi)模擬比較器。 特殊的處理特點 上電復位以及可編程的掉電檢測系統(tǒng)； 片內(nèi)經(jīng)過標定的 RC 振蕩器； 6 種睡眠模式：空閑模式、 ADC 噪聲抑制模式、掉電模式、省電模 式、 Standby 模式、拓展的 Standby 模式； 可以通過軟件記性選擇的時鐘頻率； 通過熔絲位可選擇 ATmega103 的兼容模式； 全局上拉禁止功能。 I/O 和封裝 53 個可編程 I/O 借口； 64 引腳的 TQFP 與 64 引腳的 MLF 封裝。 工作電壓 ATmega128L。 ATmega128。 速度等級 08MHz ATmega128L。 設(shè)計（論文）專用紙 6 ATmega128 單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu) AVR 內(nèi)核具有豐富的指令集和 32 個通用工作寄存器。所有 的寄存器都直接與邏輯計算器（ ALU）相連 ,使得每一條指令都可以同時在一個時鐘周期訪問兩個獨立寄存器，這種結(jié)構(gòu)可以大大提高代碼的效率。并且比普通的復雜指令集高達 10 倍的吞吐量。 設(shè)計（論文）專用紙 7 ATmega128 的引腳說明 ATmega128 各引腳功能如下： Vcc:數(shù)字電路的電源。 GND:地。 端口 A(PA7~PAO):端口 A 為雙向 I/O 口并具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性 ,可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時 ,若內(nèi)部上拉電阻使能 ,則端口被外部電路拉低時將輸出電流。復位發(fā) 生時端口 A 為三態(tài)。端口 A 也可以用作其他不同的特殊功能。 設(shè)計（論文）專用紙 8 端口 B(PB7~PB0):端口 B為 8位雙向 I/O口 ,復位發(fā)生時端口 B為三態(tài)。端口 B 也可以用作其他不同的特殊功能。 端口 C(PC7~PC0):端口 C 為 8位雙向 I/0口 ,復位發(fā)生時端口 C為三態(tài)。端口 C 也可以用作其他不同的特殊功能。在 ATmegal 03 兼容模式下 ,端口C 只能作為輸出 ,而且在復位發(fā)生時不是三態(tài)。 端口 D(PD7~PD0):端口 D為 8位雙向 I/0口 ,復位發(fā)生時端口 D為三態(tài)。端口 D 也可以用作其他不同的特殊功能。 端口 E(PE7~PE0):端口 E 為 8 位雙向 I/0 口 ,復位發(fā)生時端口 E 為三態(tài)。端口 E 也可以用作其他不同的特殊功能。 端口 F(PFT~PF0):端口 F 為 ADC 的模擬輸人引腳。如果不作為 ADC的模擬輸入 .端口 F 可以作為 8 位雙向 I/0 口并具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性 ,可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時 ,若內(nèi)部上拉電阻使能 .則端口被外部電路拉低時將輸出電流。復位發(fā)生時端口 F 為三態(tài)。如果使能 JTAG 接口 .則復位發(fā)生時引腳 PF 7(TDI)、 PF5(TMS)和 PF4(TCK)的上拉電阻使能。端口 F 也可以作為 J TAG接口。在 ATmegal03 兼容模式下 ,端口 F 只能作為輸入引腳。 端口 G(PG4~PG0):端口 G 為 5 位雙向 I/O 口 ,并具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性 ,可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時 .若內(nèi)部上拉電阻使能 .則端口被外部電路拉低時將輸出電流。復位發(fā)生時端口 G 為三態(tài)。端口 G 也可以用作其他不同的特殊功能。在 ATmegal 03 兼容模式下，端口 G 只能作為外部存儲器的鎖存信號以及32kHz 振蕩器的輸入 ,并且在復位時這些引腳初始化為 PG0= PG1=1 以及 PG2=0。 PG3 和 PG4 是 振蕩器引腳。 RESET:復位輸入引腳。超過最小門限時間的低電平將引起系統(tǒng)復位。低于此時間的脈沖不能保證可靠復位。 XTALl:反向振蕩器放大器及片內(nèi)時鐘操作電路的輸入。 XTAL2:反向振蕩器放大器的輸出。 設(shè)計（論文）專用紙 9 AVCC:AVCC 為端口 F 以及 ADC 轉(zhuǎn)換器的電源 .需要與 Vcc 相連接 .即使沒有使用 ADC 也應(yīng)該如此。使用 ADC 時應(yīng)該通過一個低通濾波器與 Vcc 連接。 AREF:AREF 為 ADC 的模擬基準輸入引腳。 PEN 是 SPl 串行下載的使能引腳。在上電復位時保持為低電平將使器件進入。 SPl 串行下載模式 ,在 正常工作過程中 PEN 引腳沒有其他功能。 水溫傳感器方案 本系統(tǒng)采用的溫度傳感器為封裝探頭的 DS18b20 溫度傳感器。 DS18B2 溫度傳感器具有體積小、無需 AD 轉(zhuǎn)化、抗干擾能力強、硬件開銷低、精度高的特點。封裝后可以在多個場合使用，例如高爐水循環(huán)，農(nóng)業(yè)大棚，潔凈室測溫等各種各種非極限場合。可靠性高，體積小用方便，封裝形式多樣，適用于 冷凍庫，糧倉，儲罐，電訊機房，電力機房，電纜線槽等測溫和控制領(lǐng)域。軸瓦，缸體，紡機，空調(diào)，等狹小空間工業(yè)設(shè)備測溫和控制。汽車空調(diào)、冰箱、冷柜、以及中低溫干燥箱等。供熱 /制冷管道熱量計量，中央空調(diào)分戶熱能計量和工業(yè)領(lǐng)域測溫和控制。 DS18B20 的特點 獨特的單線接口方式， DS18B20 在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與 DS18B20 的雙向通訊。 2 、測溫范圍 － 55℃～ +125℃，固有測溫誤差（注意，不是分辨率，這里之前是錯誤的） 1℃。 支持多點組網(wǎng)功能，多個 DS18B20 可以并聯(lián)在唯一的三線上，最多只能并聯(lián) 8 個，實現(xiàn)多點測溫，如果數(shù)量過多，會使供電電源電壓過低，從而造成信號傳輸?shù)牟环€(wěn)定。 工作電源 : ~（可以數(shù)據(jù)線 寄生電源） 5 、在使用中不需要任何外圍元件 設(shè)計（論文）專用紙 10 測量結(jié)果以 9~12 位數(shù)字量方式串行傳送 7 、不銹鋼保護管直徑 Φ 6 8 、適用于 DN15~25, DN40~DN250 各種介質(zhì)工業(yè)管道和狹小空間設(shè)備測溫 標準安裝螺紋 M10X1, , G1/2”任選 10 、 PVC 電纜直接出線或德式球型接線盒出線 ,便于與其它電器設(shè)備連接。 工作方式 1） 初始化 主機（單片機）首先發(fā)出 480－ 960 微秒的低電平 ，然后釋放總線提到高電平，隨后的 480 微秒的時間內(nèi)對總線進行檢測，若有低電平的出現(xiàn)說明總線上有傳感器做出了應(yīng)答。若無低電平出現(xiàn)一直都是高電平說明總線上無傳感器的應(yīng)答。做為從傳感器的 DS18B20 在一上電后就一直DS18B20 原理圖 設(shè)計（論文）專用紙 11 在檢測總線上是否有 480－ 960 微秒低電平的出現(xiàn)，如果有，在總線轉(zhuǎn)為高電平后等待 15－ 60 微秒后將總線電平拉低 60－ 240 微秒做出響應(yīng)存在脈沖，告訴單片機本器件已做好準備。若沒有檢測到則一直在檢測等待。 2） 讀操作 主機發(fā)出各種操作命令都是向 DS18B20 寫 0 和寫 1 組成的命令字節(jié)，接收數(shù) 據(jù)時也是從 DS18B20 讀取 0 或 1 的過程。因此首先要搞清主機是如何進行寫 0、寫 讀 0 和讀 1 的。 寫周期最少為 60 微秒，最長不超過 120 微秒。寫周期一開始做為主機先把總線拉低 1 微秒表示寫周期開始。隨后若主機想寫 0，則將總線置為低電平，若主機想寫 1，則將總線置為高電平，持續(xù)時間最少 60 微秒直至寫周期結(jié)束，然后釋放總線為高電平至少 1 微秒給總線恢復 。而DS18B20 則在檢測到總線被拉底后等待 15 微秒然后從 15us 到 45us 開始對總線采樣，在采樣期內(nèi)總線為高電平則為 1，若采樣期內(nèi)總線為低電平則為 0。 設(shè)計（論文）專用紙 12 3）寫操作 對于讀數(shù)據(jù)操作時序也分為讀 0 時序和讀 1 時序兩個過程。讀周期是從主機把單總線拉低 1 微秒之后就得釋放單總線為高電平，讓 DS18B20把數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾慰偩€上。從機（ DS18B20）在檢測到總線被拉低 1 微秒之后，開始送出數(shù)據(jù)，若是要送出 0，就把總線拉為低電平到讀周期結(jié)束。若要送出 1 則釋放總線為高電平。單片機在一開始拉低總線 1 微秒后釋放總線，然后在包括前面的拉低總線電平 1 微秒在內(nèi)的 15 微秒時間內(nèi)完成對總線進行采樣檢測，采樣期內(nèi)總線為低電平則確認為 0。采樣期內(nèi)總線為高電平則確認為 1。完成一個讀時序過程，至少需要 60 微秒才能完成 設(shè)計（論文）專用紙 13 DS18B20 的 ROM 指令 指令名稱 指令代碼 指令功能 溫度變化 44H 啟動傳感器溫度轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)換時間最長 500ms,結(jié)果存在內(nèi)部 9 字節(jié)的 RAM 中。 讀暫存器 0BEH 讀取 RAM 中的數(shù)據(jù)。 寫暫存器 4EH 向內(nèi)部 RAM 發(fā)出的第 4字節(jié)上寫上下限溫度命令，然后傳送該兩個字節(jié)。 復制暫存器 48H 將 RAM 中的 3 4 個字節(jié)復制在內(nèi)部 EEPROM 中。 重調(diào) EEPROM 0B8H 將內(nèi)部的 EEPROM 中的 呢榮復制在 4 字節(jié)。 讀取供電方式 0B4H 讀 DS18B20 的供電模式，寄生供電為“ 0”，外界供電發(fā)送“ 1”。 讀 ROM 33H 讀取 DS18B20 的 ROM 中編碼（即 64 位地址） 0 ROM 匹配 55H 發(fā)送此命令后，接著發(fā)送64 位 ROM 編碼，訪問總線上連接的 DS18B20 然后一一做出響應(yīng)。 搜索 ROM 0F0H 用 于 掛 在 總 線 上 的DS18B20 個數(shù)和識別 64 位ROM 地址 0