基于avr的水温控制系统毕业论文(编辑修改稿)

基于avr的水温控制系统毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

MEL公司 的 8位系列单片机的最高配置的一款单片机，稳定性极高，应用极其广泛。 本系统原定用 51 单片机作为控制芯片，但是由于考虑到拓展性，与稳定性采用当今流行的 ATMEL 公司的 mega系列单片机。 综合考虑采用 ATmega128 单片机作为控制器。 ATmega128 的特点 高性能、低功耗的 AVR 8 位微处理器。 Ds18b20 温度传感器 LDC1602显示器 ATmega128 键盘 继电器 加热器 设计（论文）专用纸 4 先进的 RISC 结构 133 条指令且大多数可以再一个时钟周期内完成； 32 8 通用工作寄存器与外设控制寄存器； 全静态工作； 工作于 16MHz 时性能高大 16 MIPS； 只需两个时钟周期的硬件乘法器。 非易失性的程序和数据存储器 128K 字节系统可编程 FLASH，寿命可到 10,000 次擦写周期； 具有独立的锁定位、可选择的启动代码区，通过片内的启动程序实现 系统内编程，真正达到读 — 修改 —— 写操作； 4K 字节的内部 EEPROM，寿命达 100,000 次写 /擦出周期； 4K 字节的内部 SRAM； 高达 64K 字节的优化外部存储器空间； 可以对锁定位进行编程实现软件加密； 可以通过 SPI 实现系统内编程； JTAGA 借口（与 标准兼容） 符合 JTAGA 标准边界扫描功能； 支持扩展的片内调试； 通过 JTAG 接口实现对 FLASH,EEPROM，熔丝位和锁定位的编程。 外设特点 两个具有独立的预分频器和比较器功能的 8 位定时 /计数器； 两个具有预分频器、比较功能和捕捉功能的 16 位定时 /计数器； 具有独立 分频器的实时时钟计数器； 具有两路 8 位 PWM 6 路分辨率可编程（ 216 位）的 PWM 输出比较调节器； 8 路 10 位 ADC 8 个单端通道； 7 个差分通道； 2 个具有可编程增益的差分通道； 面向字节的两线接口； 设计（论文）专用纸 5 两个可编程的串口 USART； 可工作与主机 /从机对的 SPI 串口； 具有独立的片内振荡器的看门狗定时器； 片内模拟比较器。 特殊的处理特点 上电复位以及可编程的掉电检测系统； 片内经过标定的 RC 振荡器； 6 种睡眠模式：空闲模式、 ADC 噪声抑制模式、掉电模式、省电模 式、 Standby 模式、拓展的 Standby 模式； 可以通过软件记性选择的时钟频率； 通过熔丝位可选择 ATmega103 的兼容模式； 全局上拉禁止功能。 I/O 和封装 53 个可编程 I/O 借口； 64 引脚的 TQFP 与 64 引脚的 MLF 封装。 工作电压 ATmega128L。 ATmega128。 速度等级 08MHz ATmega128L。 设计（论文）专用纸 6 ATmega128 单片机的内部结构 AVR 内核具有丰富的指令集和 32 个通用工作寄存器。 所有 的寄存器都直接与逻辑计算器（ ALU）相连 ,使得每一条指令都可以同时在一个时钟周期访问两个独立寄存器，这种结构可以大大提高代码的效率。 并且比普通的复杂指令集高达 10 倍的吞吐量。 设计（论文）专用纸 7 ATmega128 的引脚说明 ATmega128 各引脚功能如下： Vcc:数字电路的电源。 GND:地。 端口 A(PA7~PAO):端口 A 为双向 I/O 口并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。 复位发 生时端口 A 为三态。 端口 A 也可以用作其他不同的特殊功能。 设计（论文）专用纸 8 端口 B(PB7~PB0):端口 B为 8位双向 I/O口 ,复位发生时端口 B为三态。 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 为 8位双向 I/0口 ,复位发生时端口 C为三态。 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 只能作为输出 ,而且在复位发生时不是三态。 端口 D(PD7~PD0):端口 D为 8位双向 I/0口 ,复位发生时端口 D为三态。 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 为 8 位双向 I/0 口 ,复位发生时端口 E 为三态。 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 为 ADC 的模拟输人引脚。 如果不作为 ADC的模拟输入 .端口 F 可以作为 8 位双向 I/0 口并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。 复位发生时端口 F 为三态。 如果使能 JTAG 接口 .则复位发生时引脚 PF 7(TDI)、 PF5(TMS)和 PF4(TCK)的上拉电阻使能。 端口 F 也可以作为 J TAG接口。 在 ATmegal03 兼容模式下 ,端口 F 只能作为输入引脚。 端口 G(PG4~PG0):端口 G 为 5 位双向 I/O 口 ,并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。 复位发生时端口 G 为三态。 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 只能作为外部存储器的锁存信号以及32kHz 振荡器的输入 ,并且在复位时这些引脚初始化为 PG0= PG1=1 以及 PG2=0。 PG3 和 PG4 是 振荡器引脚。 RESET:复位输入引脚。 超过最小门限时间的低电平将引起系统复位。 低于此时间的脉冲不能保证可靠复位。 XTALl:反向振荡器放大器及片内时钟操作电路的输入。 XTAL2:反向振荡器放大器的输出。 设计（论文）专用纸 9 AVCC:AVCC 为端口 F 以及 ADC 转换器的电源 .需要与 Vcc 相连接 .即使没有使用 ADC 也应该如此。 使用 ADC 时应该通过一个低通滤波器与 Vcc 连接。 AREF:AREF 为 ADC 的模拟基准输入引脚。 PEN 是 SPl 串行下载的使能引脚。 在上电复位时保持为低电平将使器件进入。 SPl 串行下载模式 ,在 正常工作过程中 PEN 引脚没有其他功能。 水温传感器方案 本系统采用的温度传感器为封装探头的 DS18b20 温度传感器。 DS18B2 温度传感器具有体积小、无需 AD 转化、抗干扰能力强、硬件开销低、精度高的特点。 封装后可以在多个场合使用，例如高炉水循环，农业大棚，洁净室测温等各种各种非极限场合。 可靠性高，体积小用方便，封装形式多样，适用于 冷冻库，粮仓，储罐，电讯机房，电力机房，电缆线槽等测温和控制领域。 轴瓦，缸体，纺机，空调，等狭小空间工业设备测温和控制。 汽车空调、冰箱、冷柜、以及中低温干燥箱等。 供热 /制冷管道热量计量，中央空调分户热能计量和工业领域测温和控制。 DS18B20 的特点 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。 2 、测温范围 － 55℃～ +125℃，固有测温误差（注意，不是分辨率，这里之前是错误的） 1℃。 支持多点组网功能，多个 DS18B20 可以并联在唯一的三线上，最多只能并联 8 个，实现多点测温，如果数量过多，会使供电电源电压过低，从而造成信号传输的不稳定。 工作电源 : ~（可以数据线 寄生电源） 5 、在使用中不需要任何外围元件 设计（论文）专用纸 10 测量结果以 9~12 位数字量方式串行传送 7 、不锈钢保护管直径 Φ 6 8 、适用于 DN15~25, DN40~DN250 各种介质工业管道和狭小空间设备测温 标准安装螺纹 M10X1, , G1/2”任选 10 、 PVC 电缆直接出线或德式球型接线盒出线 ,便于与其它电器设备连接。 工作方式 1） 初始化 主机（单片机）首先发出 480－ 960 微秒的低电平 ，然后释放总线提到高电平，随后的 480 微秒的时间内对总线进行检测，若有低电平的出现说明总线上有传感器做出了应答。 若无低电平出现一直都是高电平说明总线上无传感器的应答。 做为从传感器的 DS18B20 在一上电后就一直DS18B20 原理图 设计（论文）专用纸 11 在检测总线上是否有 480－ 960 微秒低电平的出现，如果有，在总线转为高电平后等待 15－ 60 微秒后将总线电平拉低 60－ 240 微秒做出响应存在脉冲，告诉单片机本器件已做好准备。 若没有检测到则一直在检测等待。 2） 读操作 主机发出各种操作命令都是向 DS18B20 写 0 和写 1 组成的命令字节，接收数 据时也是从 DS18B20 读取 0 或 1 的过程。 因此首先要搞清主机是如何进行写 0、写 读 0 和读 1 的。 写周期最少为 60 微秒，最长不超过 120 微秒。 写周期一开始做为主机先把总线拉低 1 微秒表示写周期开始。 随后若主机想写 0，则将总线置为低电平，若主机想写 1，则将总线置为高电平，持续时间最少 60 微秒直至写周期结束，然后释放总线为高电平至少 1 微秒给总线恢复。 而DS18B20 则在检测到总线被拉底后等待 15 微秒然后从 15us 到 45us 开始对总线采样，在采样期内总线为高电平则为 1，若采样期内总线为低电平则为 0。 设计（论文）专用纸 12 3）写操作 对于读数据操作时序也分为读 0 时序和读 1 时序两个过程。 读周期是从主机把单总线拉低 1 微秒之后就得释放单总线为高电平，让 DS18B20把数据传输到单总线上。 从机（ DS18B20）在检测到总线被拉低 1 微秒之后，开始送出数据，若是要送出 0，就把总线拉为低电平到读周期结束。 若要送出 1 则释放总线为高电平。 单片机在一开始拉低总线 1 微秒后释放总线，然后在包括前面的拉低总线电平 1 微秒在内的 15 微秒时间内完成对总线进行采样检测，采样期内总线为低电平则确认为 0。 采样期内总线为高电平则确认为 1。 完成一个读时序过程，至少需要 60 微秒才能完成 设计（论文）专用纸 13 DS18B20 的 ROM 指令 指令名称 指令代码 指令功能 温度变化 44H 启动传感器温度转化，转换时间最长 500ms,结果存在内部 9 字节的 RAM 中。 读暂存器 0BEH 读取 RAM 中的数据。 写暂存器 4EH 向内部 RAM 发出的第 4字节上写上下限温度命令，然后传送该两个字节。 复制暂存器 48H 将 RAM 中的 3 4 个字节复制在内部 EEPROM 中。 重调 EEPROM 0B8H 将内部的 EEPROM 中的 呢荣复制在 4 字节。 读取供电方式 0B4H 读 DS18B20 的供电模式，寄生供电为“ 0”，外界供电发送“ 1”。 读 ROM 33H 读取 DS18B20 的 ROM 中编码（即 64 位地址） 0 ROM 匹配 55H 发送此命令后，接着发送64 位 ROM 编码，访问总线上连接的 DS18B20 然后一一做出响应。 搜索 ROM 0F0H 用 于 挂 在 总 线 上 的DS18B20 个数和识别 64 位ROM 地址 0。