畢業(yè)論文----電子體溫計(jì)的研制

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p><b>　　電子體溫計(jì)的研制</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)中，溫度是常用的測(cè)量及被控參數(shù)。隨著時(shí)代的進(jìn)步和發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)已經(jīng)普及到我們生活、工作、科研各個(gè)領(lǐng)域，已經(jīng)成為

2、一種有力的工具，本文介紹一種基于單片機(jī)控制的數(shù)字溫度計(jì)。它克服了傳統(tǒng)的水銀溫度計(jì)測(cè)溫速度慢、環(huán)境污染嚴(yán)重、攜帶不方便等缺點(diǎn)。介紹了系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)，利用半導(dǎo)體熱敏電阻物理參數(shù)（如電阻、電壓、電流等）與環(huán)境溫度之間存在的確定關(guān)系，將體溫以數(shù)字的形式顯示出來(lái)，讀數(shù)清晰又安全。采用ATmega16單片機(jī)來(lái)對(duì)溫度進(jìn)行測(cè)量，不僅控制方便、組態(tài)簡(jiǎn)單靈活，還能夠減小儀表的體積。本論文將介紹電子體溫計(jì)的基本概念，基于ATmega16單片機(jī)的電子溫度

3、計(jì)的設(shè)計(jì)過(guò)程，分析NTC熱敏電阻和LM35作為測(cè)溫傳感器的非線性糾正方法，介紹液晶顯示屏的驅(qū)動(dòng)程序。</p><p>　　關(guān)鍵詞：電子體溫計(jì)，熱敏電阻，ATmega16單片機(jī)，液晶屏ABSTRACT</p><p>　　In modern industrial production， the temperature is measured and charged with common p

4、arameters. As the times progress and development， single chip technology so pervasive in our lives， work， research in various fields， has become a powerful tool， this paper introduces a microcomputer-based control of the

5、 digital thermometer. It overcomes the traditional mercury thermometer temperature is slow， serious environmental pollution， bring inconvenience shortcomings. Describes the hardware and software</p><p>　　Key

6、words: digital thermometer， thermistor，ATmega16 microcontroller，LCD screen目 錄</p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1 體溫計(jì)的發(fā)展與現(xiàn)狀1</p><p>　　1.2 新型智能電子體溫計(jì)的結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)2</p>

7、<p>　　1.3 總體方案設(shè)計(jì)2</p><p>　　2 測(cè)溫電路的設(shè)計(jì)4</p><p>　　2.1 溫度傳感器的介紹4</p><p>　　2.2 熱敏電阻溫度測(cè)量計(jì)算11</p><p>　　2.3 放大電路部分12</p><p>　　2.4 恒流源電路13</p>&

8、lt;p>　　3 ATmega16單片機(jī)17</p><p>　　3.1 ATmega16單片機(jī)硬件介紹17</p><p>　　3.2 電源管理與睡眠模式21</p><p>　　3.3 系統(tǒng)控制和復(fù)位22</p><p>　　3.4 AD轉(zhuǎn)換器24</p><p>　　4 液晶屏JXD160226

9、</p><p>　　4.1液晶顯示簡(jiǎn)介26</p><p>　　4.2 1602字符型LCD簡(jiǎn)介26</p><p>　　4.3液晶特性參數(shù)29</p><p>　　4.4 控制器接口時(shí)序說(shuō)明31</p><p><b>　　5 編程介紹33</b></p><p&

10、gt;　　5.1 軟件設(shè)計(jì)和仿真軟件33</p><p>　　5.2 源程序35</p><p><b>　　6 結(jié)論45</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)47</b></p><p><b>　　致 謝48</b></p><p>

11、;<b>　　1 緒論</b></p><p>　　單片機(jī)智能化儀表是測(cè)量?jī)x表的發(fā)展趨勢(shì)。它給日常生活帶來(lái)多方面的進(jìn)步，其中數(shù)字溫度計(jì)就是一個(gè)典型的例子，醫(yī)院、家庭等隨處可見(jiàn)，為了能更加滿足人們的需要，數(shù)字體溫計(jì)正在更新?lián)Q代。</p><p>　　溫度測(cè)量在物理實(shí)驗(yàn)、醫(yī)療衛(wèi)生、食品生產(chǎn)等領(lǐng)域有著特別重要的意義?，F(xiàn)在所使用的溫度計(jì)還有很多是分辨力為1～0.1℃的水銀、煤

12、油或酒精溫度計(jì)。這些溫度計(jì)的刻度間隔通常都很密，不容易準(zhǔn)確分辨，讀數(shù)困難，而且他們的熱容量比較大，達(dá)到熱平衡所需的時(shí)間較長(zhǎng)，因此很難讀準(zhǔn)，使用非常不方便。本設(shè)計(jì)所介紹的數(shù)字體溫計(jì)，與傳統(tǒng)的溫度計(jì)相比，具有讀數(shù)方便，測(cè)溫范圍廣，測(cè)溫準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，其輸出溫度采用數(shù)字顯示，主要用于對(duì)測(cè)溫比較準(zhǔn)確的場(chǎng)所，或科研實(shí)驗(yàn)室使用。</p><p>　　溫度計(jì)的發(fā)展很快，從原始的玻璃管溫度計(jì)發(fā)展到了現(xiàn)在的熱電阻溫度計(jì)、熱電偶溫度計(jì)、

13、半導(dǎo)體集成數(shù)字溫度計(jì)等。在電子式溫度計(jì)中，傳感器是它的重要組成部分，溫度計(jì)的精度、靈敏度基本決定了溫度計(jì)的精度、測(cè)量范圍、控制范圍和用途等。溫度傳感器應(yīng)用極其廣泛，目前已經(jīng)研制出多種新型溫度傳感器，從而構(gòu)成性能優(yōu)良的溫度監(jiān)控系統(tǒng)。</p><p>　　1.1 體溫計(jì)的發(fā)展與現(xiàn)狀</p><p>　　體溫測(cè)量的歷史，可以追溯到l6世紀(jì)。當(dāng)時(shí)Saatorio用空氣熱膨脹的原理，制出了第一支測(cè)量

14、口腔溫度的體溫計(jì)。本世紀(jì)初，開(kāi)始用水銀來(lái)制作體溫計(jì)，至今在臨床上得到了廣泛的應(yīng)用。根據(jù)1928年Ebstein的報(bào)告，當(dāng)時(shí)除測(cè)量口腔及腋下的溫度外，還可以測(cè)量直腸、頸部、大腿根部，外耳及尿溫。這些都是用被測(cè)皮膚溫度與玻璃球內(nèi)積存的水銀溫度相等的原理實(shí)現(xiàn)的。</p><p>　　由于水銀體溫計(jì)使用方便、精度高，因而應(yīng)用很廣。再加上測(cè)溫方法及其結(jié)構(gòu)都已成熟，沒(méi)多大改進(jìn)余地，人們對(duì)它的研究失去了信心，至今幾乎沒(méi)有什么進(jìn)

15、展。由于用水銀體溫計(jì)進(jìn)行體溫監(jiān)測(cè)很不方便，水銀的污染的可能也很?chē)?yán)重等，為了正確測(cè)量人體局部溫度，促使人們開(kāi)發(fā)了各種不同的測(cè)溫儀器和測(cè)溫方法。雖然水銀體溫計(jì)仍不愧是一個(gè)精度高、便宜、使用方便的測(cè)溫儀器。現(xiàn)在已有許多醫(yī)院采用了電子體溫計(jì)，用其它電子儀器測(cè)量體溫也日益普及。這一事實(shí)至少表明，電子測(cè)溫儀器的性能已接近水銀溫度計(jì)的性能。因此，鑒于傳統(tǒng)的水銀體溫計(jì)汞的污染及其攜帶不方便易破碎，尤其是測(cè)量時(shí)間過(guò)長(zhǎng)等缺點(diǎn)，本課題為解決此問(wèn)題設(shè)計(jì)出一種數(shù)

16、字式電子體溫計(jì)。它在穩(wěn)定性及響應(yīng)時(shí)間上比傳統(tǒng)的水銀體溫計(jì)有著顯著的優(yōu)勢(shì)，精度要求也能和傳統(tǒng)的水銀體溫計(jì)相媲美。</p><p>　　1.2 新型智能電子體溫計(jì)的結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)</p><p><b>　　1.2.1 結(jié)構(gòu)</b></p><p>　?、贉囟葌鞲衅?，這個(gè)是關(guān)鍵部件；②放大電路；③單片機(jī)及數(shù)模轉(zhuǎn)換器A/D；④數(shù)字顯示部分（LCD顯示屏

17、組件）；⑤電源部分。</p><p>　　NTC具有價(jià)格低廉、阻值隨溫度變化顯著的特點(diǎn)，而廣泛用于溫度測(cè)量。通常采用一只精密電阻與NTC串聯(lián)，NTC阻值的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷鹤兓苯舆M(jìn)入比較電路或單片機(jī)的A/D的輸入接口，不必經(jīng)過(guò)放大處理，電路構(gòu)成極為簡(jiǎn)單。運(yùn)用NTC時(shí)除了選擇合適的R值和B值之外，還應(yīng)當(dāng)考慮到測(cè)量速度和精度[1]。</p><p>　　選擇合適的B：B值直接反映NTC測(cè)量溫度的

18、響應(yīng)速度，但不是越小越好，確定B值需要比較與權(quán)衡。因?yàn)锽值與它的封裝尺寸有關(guān)，NTC的封裝尺寸小，則B值小，機(jī)械強(qiáng)度低；封裝尺寸大，則B值大，機(jī)械強(qiáng)度高。</p><p>　　確定電流范圍：可根據(jù)廠家提供的非自熱最大功率或利用耗散系數(shù)來(lái)確定工作電流的范圍。</p><p><b>　　1.2.2 特點(diǎn)</b></p><p>　　新型電子體溫計(jì)

19、利用電子感溫，靈敏度高，也適合無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間安靜的兒童，且能在較短的時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)確測(cè)試出體溫，探熱時(shí)間可快至1min。它的測(cè)量精度可達(dá)±0.1℃，液晶屏直接顯示體溫?cái)?shù)值。</p><p>　　1.3 總體方案設(shè)計(jì) </p><p>　?。?）根據(jù)溫度范圍和精度選擇NTC熱敏電阻，確定其型號(hào)，根據(jù)電阻特性設(shè)計(jì)采集放大電路，利用運(yùn)算放大器將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，設(shè)計(jì)電路時(shí)，因?yàn)閱纹瑱C(jī)采集

20、電壓在0～2.5V，所以輸入的測(cè)量范圍為35～42℃，對(duì)應(yīng)輸出0～2.5V。</p><p>　　（2）采集完成以后輸入單片機(jī)ATmega16的A/D口，對(duì)模擬量進(jìn)行采樣，轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，單片機(jī)對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行處理，根據(jù)采集的信號(hào)與溫度的數(shù)學(xué)關(guān)系，將電信號(hào)轉(zhuǎn)化為溫度值[2]。</p><p>　?。?）用液晶屏顯示出溫度值。</p><p>　?。?）所需的電源功率

21、足夠小，能夠利用開(kāi)關(guān)電源供電。電子體溫計(jì)系統(tǒng)大多主要使用3V直流電源?？傮w方案系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如圖1-1和圖1-2所示。</p><p>　　圖1-1 電子體溫計(jì)的設(shè)計(jì)方案系統(tǒng)框圖</p><p>　　圖1-2作者搭建的電子體溫計(jì)的電路</p><p><b>　　2 測(cè)溫電路的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　2.1 溫度

22、傳感器的介紹</p><p>　　為了盡量多學(xué)習(xí)到更多的知識(shí)，本課題同時(shí)采用了兩種溫度傳感器：LM35以及NTC熱敏電阻，設(shè)計(jì)了兩個(gè)不同的電路。用同一塊單片機(jī)分別測(cè)量它們的輸出，用兩套程序來(lái)進(jìn)行計(jì)算，用同一個(gè)液晶屏分時(shí)顯示這兩個(gè)不同的傳感器測(cè)量到的溫度。</p><p>　　因?yàn)?602LCD顯示屏可以顯示兩行，一行顯示的是體溫，一行顯示的是室溫。還可以設(shè)計(jì)出不同的組合。在實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)然

23、不會(huì)同時(shí)采用兩種傳感器。</p><p>　　LM35是National Semiconductor公司生產(chǎn)的集成溫度傳感器，其輸出電壓與攝氏溫標(biāo)呈線性關(guān)系，轉(zhuǎn)換公式如式2-1所示，0時(shí)輸出為0V，每升高1℃，輸出電壓增加10mV。LM35 有多種不同封裝型式，外觀如圖所示。在常溫下，LM35不需要額外的校準(zhǔn)處理即可達(dá)到 ±1/4℃的準(zhǔn)確率。 其電源供應(yīng)模式有單電源與正負(fù)雙電源兩種，其接腳如圖

24、所示，正負(fù)雙電源的供電模式可提供負(fù)溫度的量測(cè)；兩種接法的靜止電流-溫度關(guān)系如圖 所示，在靜止溫度中自熱效應(yīng)低(0.08℃)，單電源模式在25℃下靜止電流約50μA，工作電壓較寬，可在4~20V的供電電壓范圍內(nèi)正常工作非常省電[3]。</p><p>　　Uout_LM35(T)=10mV/℃×T （2-1）</p><p>　　LM35系列是精

25、密集成電路溫度傳感器，它的輸出電壓與攝氏溫度成線性比例。LM35無(wú)需外部標(biāo)準(zhǔn)或微調(diào)來(lái)提供（20±0.25）℃的常用的室溫精度，在-55～+150℃溫度范圍內(nèi)的誤差為±0.75℃，我們把利用LM35做成的溫度傳感器放在帶有冰水的燒杯里加熱，一直到水燒開(kāi)，實(shí)驗(yàn)采用攝氏溫度直接校準(zhǔn)方式，由于受當(dāng)?shù)卮髿鈮旱挠绊?，所得的?shù)據(jù)結(jié)果如表1所示。</p><p>　　表2-1 溫度傳感器實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)</p&

26、gt;<p>　　從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，LM35溫度傳感器具有較好的線性的溫度特性，特別是在30℃以上范圍內(nèi)，其電壓-溫度基本上呈線性特性，因?yàn)槿梭w的體溫范圍在35～43℃內(nèi)，這就為制作數(shù)字溫度計(jì)提供了理論和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)[4]。</p><p>　　圖2-1 LM35的溫度特性曲線</p><p>　　圖2-2 TO-92封裝引腳圖

27、 圖2-3 SO-8 IC式封裝引腳圖</p><p>　　圖2-4 TO-46金屬罐形封裝引腳圖 圖2-5 TO-220 塑料封裝引腳圖</p><p>　　圖2-6單電源模式 圖2-7正負(fù)雙電源模式 </p><p>　　表2-2 封裝形式與型號(hào)關(guān)系 <

28、/p><p>　　2.1.1熱敏電阻的類(lèi)型及特性 </p><p>　　熱敏電阻是利用半導(dǎo)體的阻值隨溫度變化這一熱性而制成的，分為NTC（負(fù)溫度系數(shù)）熱敏電阻、PTC(正溫度系數(shù))熱敏電阻兩大類(lèi)。PTC熱敏電阻電阻值隨溫度的升高而增大，NTC熱敏電阻電阻值隨溫度的升高而降低[5]。</p><p>　　正溫度系數(shù)熱敏電阻其電阻值隨著PTC熱敏電阻本體溫度的升高呈現(xiàn)出階

29、躍性的增加，溫度越高，電阻值越大。</p><p>　　負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻其電阻值隨著NTC熱敏電阻本體溫度的升高呈現(xiàn)出階躍性的減小，溫度越高，電阻值越小。</p><p>　　NTC是Negative Temperature Coefficient的縮寫(xiě)，意思是負(fù)的溫度系數(shù)，泛指負(fù)溫度系數(shù)很大的半導(dǎo)體材料或元器件。通常我們提到的NTC是指負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，簡(jiǎn)稱(chēng)NTC熱敏電阻。</

30、p><p>　　NTC熱敏電阻是一種典型具有溫度敏感性的半導(dǎo)體電阻，它的電阻值隨著溫度的升高呈階躍性的減小。</p><p>　　NTC熱敏電阻是以錳、鈷、鎳和銅等金屬氧化物為主要材料，采用陶瓷工藝制造而成的。這些金屬氧化物材料都具有半導(dǎo)體性質(zhì)，因?yàn)樵趯?dǎo)電方式上完全類(lèi)似鍺、硅等半導(dǎo)體材料。溫度低時(shí)，這些氧化物材料的載流子（電子和孔穴）數(shù)目少，所以其電阻值較高；隨著溫度的升高，載流子數(shù)目增加，所

31、以電阻值降低[6]。</p><p>　　NTC熱敏電阻根據(jù)其用途的不同分為：功率型NTC熱敏電阻、補(bǔ)償型NTC熱敏電阻、測(cè)溫型NTC熱敏電阻。</p><p>　　PTC是Positive Temperature Coefficient的縮寫(xiě)，意思是正的溫度系數(shù)，泛指正溫度系數(shù)很大的半導(dǎo)體材料或元器件。通常我們提到的PTC是指正溫度系數(shù)熱敏電阻，簡(jiǎn)稱(chēng)PTC熱敏電阻。</p>

32、<p>　　PTC熱敏電阻是一種典型具有溫度敏感性的半導(dǎo)體電阻，超過(guò)一定的溫度(居里溫度)時(shí)，它的電阻值隨著溫度的升高呈階躍性的增高。</p><p>　　PTC熱敏電阻根據(jù)其材質(zhì)的不同分為：陶瓷PTC熱敏電阻、有機(jī)高分子PTC熱敏電阻。</p><p>　　PTC熱敏電阻根據(jù)其用途的不同分為：自動(dòng)消磁用PTC熱敏電阻、延時(shí)啟動(dòng)用PTC熱敏電阻、恒溫加熱用PTC熱敏電阻、過(guò)載保

33、護(hù)用PTC熱敏電阻、過(guò)熱保護(hù)用PTC熱敏電阻。</p><p>　　NTC熱敏電阻的測(cè)溫范圍：低溫型號(hào)為-100～0℃，中溫型號(hào)為-50～+300℃，高溫型號(hào)為+200～+800℃，主要材料為Mn、Ni、Co、Fe、Cu、Al等，用于溫度測(cè)量、溫度補(bǔ)償和電流限制等。</p><p>　　PTC熱敏電阻的測(cè)溫范圍為-50～+150℃主要材料有BaTiO3等，用于溫度開(kāi)關(guān)、恒溫控制和防止沖擊電

34、流等。</p><p>　　熱敏電阻有如下優(yōu)點(diǎn)：對(duì)于溫度的變化，其阻值變化較大，即輸出靈敏度高；便于大批量生產(chǎn)，因而價(jià)格便宜；體積小而且堅(jiān)固；由于靈敏度高，因而信號(hào)處理非常方便。缺點(diǎn)是非線性、測(cè)溫范圍窄、互換性差等。</p><p>　　圖2-8熱敏電阻器的電阻—溫度特性曲線</p><p>　　熱敏電阻的電阻值與溫度的關(guān)系為[7]： </p><

35、;p>　　RT=R0e-B(1/T0-1/T) （2-2）</p><p>　　其中RT—NTC在熱力學(xué)溫度為T(mén)時(shí)的電阻值</p><p>　　R0—NTC在熱力學(xué)溫度為T(mén)0時(shí)的電阻值，多數(shù)廠商將T0設(shè)定在298.15K（25℃）</p><p>　　B—熱敏電阻的常數(shù)，它代表熱敏電阻的靈敏度（對(duì)溫度的敏感程度），與熱敏電阻的制造材料有

36、關(guān)。熱敏電阻R0與常數(shù)B的關(guān)系如表所示[8]。</p><p>　　表2-3 熱敏電阻R0 與常數(shù)B的關(guān)系</p><p>　　計(jì)算端基線性度誤差：</p><p><b>　　（2-3）</b></p><p>　　式中 Lmax ——最大非線性偏差； </p><p>　　ymax﹣ym

37、in——輸出范圍。</p><p>　　圖2-9 傳感器線性度示意圖</p><p>　　a）端基線性度這圖要改為你自己的真實(shí)的曲線 </p><p>　　1－端其擬合直線y =a+K x 2－實(shí)際特性曲線 </p><p>　　2.1.2線性化處理</p><p>　　多數(shù)傳感器的輸出信號(hào)與被測(cè)量之間的關(guān)系并非

38、線性誤差γ，如圖2-10中的曲線1和曲線2。</p><p>　　圖2-10 輸出信號(hào)與被測(cè)量之間的非線性關(guān)系</p><p>　　1-類(lèi)似于指數(shù)型非線性特性 2-類(lèi)似于對(duì)數(shù)型非線性特性 3-線性化后的特性</p><p>　　在非線性情況下，將嚴(yán)重影響測(cè)量準(zhǔn)確度。因此必須先將實(shí)際曲線1或曲線2進(jìn)行線性化處理，得到曲線3。</p><p>

39、;<b>　　線性化處理的方法：</b></p><p>　　線性化處理可以由硬件實(shí)現(xiàn)，但線性化電路往往較復(fù)雜，也會(huì)增加檢測(cè)系統(tǒng)的成本。在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)處理能力允許的條件下，可以用軟件實(shí)現(xiàn)線性化處理。設(shè)傳感器的靜態(tài)輸入/輸出的特性為y=f(x)，是非線性的，則可以通過(guò)查表法、線性插值法，以及二次拋物線折線法等幾種線性化方法，得到線性的結(jié)果：y=Kx。</p><p>　　

40、查表法雖然簡(jiǎn)單，但需逐點(diǎn)測(cè)量輸入-輸出對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)；采用線性插值法時(shí)，劃分的段數(shù)越多，得到的結(jié)果就越精確，但計(jì)算所需時(shí)間就越長(zhǎng)，即儀器穩(wěn)定時(shí)間就越長(zhǎng)；二次拋物線折線法的計(jì)算就更加復(fù)雜。本設(shè)計(jì)采用對(duì)數(shù)計(jì)算的方法。利用T=3950/(log(RT/RO)+3950/298.15)-273.15公式來(lái)計(jì)算溫度與熱敏電阻的關(guān)系。</p><p>　　2.1.3 NTC熱敏電阻用于溫度測(cè)量和控制簡(jiǎn)介</p>&l

41、t;p>　　熱敏電阻具有尺寸小、響應(yīng)速度快、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，因此它在許多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。熱敏電阻在工業(yè)上的用途很廣，根據(jù)產(chǎn)品型號(hào)不同，其適用范圍也各不相同，具有以下方面[9]：</p><p>　?。?）熱敏電阻測(cè)溫 作為測(cè)量溫度的熱敏電阻一般結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，價(jià)格較低廉。沒(méi)有外面保護(hù)層的熱敏電阻只能應(yīng)用在干燥的地方；密封的熱敏電阻不怕濕氣的侵蝕，可以使用在較惡劣的環(huán)境下。由于熱敏電阻的阻值較大，故其連接導(dǎo)線的

42、電阻和接觸電阻可以忽略，在熱敏電阻測(cè)量糧倉(cāng)溫度中，其引線可長(zhǎng)達(dá)近千米。熱敏電阻的測(cè)量電路多采用橋路，熱敏電阻體溫表原理圖如圖2-11所示。</p><p>　　圖2-11 模擬指針式電子體溫計(jì)電路</p><p>　　調(diào)試電橋電路時(shí)，必須先調(diào)零，再調(diào)滿度，最后再驗(yàn)證刻度盤(pán)中其他各點(diǎn)的誤差是否在允許的范圍內(nèi)，上述過(guò)程稱(chēng)為標(biāo)定。具體做法如下：將絕緣的熱敏電阻放入32℃（表頭的零位）的溫水中，待

43、熱量平衡后，調(diào)節(jié)RP1，使指針指在32℃上，再加入熱水，用更高一級(jí)的數(shù)字式溫度計(jì)監(jiān)測(cè)水溫，使其上升到45℃。待熱量平衡后，調(diào)節(jié)RP2，使指針指在45℃上。再加入冷水，逐漸降溫，檢查32℃~45℃范圍內(nèi)刻度的準(zhǔn)確性。如果不正確：①可重新刻度；②在帶微機(jī)的情況下，可用軟件修正。</p><p>　　雖然目前熱敏電阻溫度計(jì)均已數(shù)字化，但上述的“調(diào)試”、“標(biāo)定”的概念是作為檢測(cè)技術(shù)人員必須掌握的最基本技術(shù)，必須在實(shí)踐環(huán)節(jié)

44、反復(fù)訓(xùn)練類(lèi)似的調(diào)試基本功。</p><p>　?。?）熱敏電阻用于溫度補(bǔ)償 熱敏電阻可在一定的溫度范圍內(nèi)對(duì)某些元件進(jìn)行溫度補(bǔ)償。例如，動(dòng)圈式表頭中的動(dòng)圈由銅線繞制作而成。溫度升高，電阻增大，引起測(cè)量誤差?？梢栽趧?dòng)圈回路中串入由負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻組成的電阻網(wǎng)絡(luò)，從而抵消由于溫度變化所產(chǎn)生的誤差。</p><p>　　在三極管電路、對(duì)數(shù)放大器中，也常用熱敏電阻組成補(bǔ)償電路，補(bǔ)償由于溫度引起的

45、漂移誤差。</p><p>　?。?）熱敏電阻用于溫度控制及過(guò)熱保護(hù) 在電動(dòng)機(jī)的定子繞組中嵌入突變型熱敏電阻并與繼電器串聯(lián)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)過(guò)載時(shí)釘子電流增大，引起發(fā)熱。當(dāng)溫度大于突變點(diǎn)時(shí)，電路中的電流可以由十分之幾毫安突變?yōu)閹资涟?，因此繼電器動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)過(guò)熱保護(hù)。</p><p>　　熱敏電阻在家用電器中用途也十分廣泛，如空調(diào)與干燥器、電熱水器、電烘箱溫度控制等都用到熱敏電阻。</p&

46、gt;<p>　?。?）熱敏電阻用于液面的測(cè)量給NTC熱敏電阻施加一定的加熱電流，它的表面溫度將高于周?chē)目諝鉁囟?，此時(shí)它的阻值較小。當(dāng)液面高于它的安裝高度時(shí)，液體將帶走它的熱量，使之溫度下降、阻值升高。判斷它的組織變化，就可以知道液面是否低于設(shè)定值。汽車(chē)油箱中的油位報(bào)警傳感器就是利用以上原理制作的。熱敏電阻在汽車(chē)中還用于測(cè)量油溫、冷卻水溫等。利用類(lèi)似的原理，熱敏電阻還可用于氣體流量的測(cè)量[10]。</p>

47、<p>　　熱敏電阻的優(yōu)點(diǎn)是可測(cè)量到小范圍內(nèi)的溫度，變化率較大，固有電阻大，無(wú)需延長(zhǎng)導(dǎo)線時(shí)的誤差補(bǔ)償；其缺點(diǎn)是變化率非線性，不適合測(cè)量高溫區(qū)。</p><p>　　2.2 熱敏電阻溫度測(cè)量計(jì)算</p><p>　　LM285/LM385系列微功率帶隙穩(wěn)壓器二極管。設(shè)計(jì)工作低于10μA到20μA的寬電流范圍。這些器件特征有非常低的動(dòng)態(tài)阻抗、低噪聲以及隨時(shí)間和溫度穩(wěn)定工作。通過(guò)片內(nèi)微

48、調(diào)可以實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格的電壓誤差[11]。</p><p>　　根據(jù)公式RT= R0 *EXP(B*(1/T0-1/T1))</p><p>　　對(duì)上面的公式解釋如下： </p><p>　　RT—NTC在熱力學(xué)溫度為T(mén)時(shí)的電阻值</p><p>　　R0—NTC在熱力學(xué)溫度為T(mén)0時(shí)的電阻值，多數(shù)廠商將T0設(shè)定在298K（25℃）</

49、p><p>　　B—熱敏電阻的常數(shù)，它代表熱敏電阻的靈敏度（對(duì)溫度的敏感程度），與熱敏電阻的制造材料有關(guān)。</p><p>　　EXP是e的n次方。</p><p>　　例如作者手頭有一個(gè)MF58502F395型號(hào)的熱敏電阻，參數(shù)如下述。 </p><p>　　MF58—— 型號(hào)玻璃封裝 </p><p>　　502 ——

50、 常溫25度的標(biāo)稱(chēng)阻值為5K </p><p>　　F —— 允許偏差為±1% </p><p>　　395 —— B值為3950K的NTC熱敏電阻 則RT=5000*EXP(3950*(1/T0-1/(273+25)))，這時(shí)候代入T0溫度就可以求出相應(yīng)溫度下熱敏電阻的阻值，注意溫度單位的轉(zhuǎn)換，例如我們要求零上10攝氏度的阻值，那么T0就為(273+10) [12]。<

51、/p><p>　　表2-4 熱敏電阻與溫度的計(jì)算關(guān)系</p><p>　　2.3 放大電路部分</p><p>　　LM324系列運(yùn)算放大器是價(jià)格便宜的帶差動(dòng)輸入功能的四運(yùn)算放大器。可工作在單電源下，電壓范圍是3.0V~32V或最大±16V[13]。與單電源應(yīng)用場(chǎng)合的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算放大器相比，它們有一些顯著優(yōu)點(diǎn)。該四運(yùn)算放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的電

52、源下，靜態(tài)電流為MC1741的靜態(tài)電流的五分之一。共模輸入范圍包括負(fù)電源，因而消除了在許多應(yīng)用場(chǎng)合中采用外部偏置元件的必要性。</p><p>　　LM324的特點(diǎn)[14]：</p><p>　　(1)短路保護(hù)輸出；</p><p>　　(2)真差動(dòng)輸入級(jí)；</p><p>　　(3)可單電源工作：3V~32V；</p><

53、;p>　　(4)低偏置電流：最大100nA；</p><p>　　(5)每封裝含四個(gè)運(yùn)算放大器；</p><p>　　(6)具有內(nèi)部補(bǔ)償?shù)墓δ埽?lt;/p><p>　　(7)共模范圍擴(kuò)展到負(fù)電源；</p><p>　　(8)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的引腳排列；</p><p>　　(9)輸入端具有靜電保護(hù)功能。</p>

54、<p>　　圖2-12 LM324的引腳圖</p><p>　　圖2-13 溫度傳感器經(jīng)過(guò)LM324放大電路</p><p>　　溫度傳感器LM35輸出的電壓經(jīng)過(guò)LM324反相端輸入放大電路將電壓放大5倍。</p><p><b>　　2.4 恒流源電路</b></p><p>　　圖2-14 電子工具箱搭

55、建的恒流源電路</p><p>　　圖2-15用PROTEL畫(huà)的恒流源電路</p><p>　　這是最簡(jiǎn)單的偏置電路，偏置電流IB自電源VCC(取VCC=5V)經(jīng)過(guò)10kΩ，電阻流通。即這一電路的偏置電流IB可用下式表示：</p><p>　　IB=（VCC-UBE）/10=（5-0.7）/10= 0.43mA （2-4）</p>&

56、lt;p>　　式中UBE的值對(duì)鍺晶體三極管而言約為0.2V，對(duì)硅晶體三極管而言約為0.6～0.7V。</p><p>　　因此，一旦給定VCC的值，由該電路中的IB就基本決定，所以該電路稱(chēng)為固定偏置電路。它雖電路簡(jiǎn)單且功耗小，但由于對(duì)溫度的穩(wěn)定性能差，故用于像玩具那樣的放大倍數(shù)不高、保真度要求低的場(chǎng)合。</p><p>　　對(duì)于NPN管來(lái)說(shuō)，三個(gè)電極的電位關(guān)系是：UC> UB

57、> UE；</p><p>　　對(duì)于PNP管來(lái)說(shuō)，三個(gè)電極的電位關(guān)系是：UC< UB < UE。</p><p>　　對(duì)于三極管，它由基極、集電極和發(fā)射極組成。其中三者關(guān)系可以用一下公式來(lái)表示：</p><p>　　IE= IC+ IB （2-5）</p><p&g

58、t;　　當(dāng)IB=0（將基極開(kāi)路）時(shí)，IE= IC此時(shí)電流由集電區(qū)穿過(guò)基區(qū)流入發(fā)射區(qū)[12]。上圖中</p><p>　　IE=（1.2-0.7）/4.3K=0.1mA （2-6）</p><p>　　所以，IE= IC=0.1 mA，而熱敏電阻兩端的電壓URT=10K×0.1mA=1V，然后再將熱敏電阻兩端的

59、電壓輸送到單片機(jī)的AD轉(zhuǎn)換器的C1口。</p><p>　　圖2-16 總電路原理圖</p><p>　　上圖為本設(shè)計(jì)電子體溫計(jì)的總原理圖，以單片機(jī)為核心，溫度傳感器和1602LCD液晶顯示屏為輔件，完成整個(gè)電路圖的搭建。</p><p>　　3 ATmega16單片機(jī)</p><p>　　3.1 ATmega16單片機(jī)硬件介紹</p&

60、gt;<p>　　ATmega16是基于增強(qiáng)的AVR RISC結(jié)構(gòu)的低功耗8位CMOS微控制器。由于其先進(jìn)的指令集以及單時(shí)鐘周期指令執(zhí)行時(shí)間，ATmega16的數(shù)據(jù)吞吐率高達(dá)1 MIPS/MHz，從而可以緩減系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾[15]。 </p><p>　　ATmega16 AVR 內(nèi)核具有豐富的指令集和32個(gè)通用工作寄存器。所有的寄存器都直接與算邏單元(ALU)相連接，使得一條指令可

61、以在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)同時(shí)訪問(wèn)兩個(gè)獨(dú)立的寄存器。這種結(jié)構(gòu)大大提高了代碼效率，并且具有比普通的CISC 微控制器最高至10倍的數(shù)據(jù)吞吐率。</p><p>　　ATmega16有如下特點(diǎn):16K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash(具有同時(shí)讀寫(xiě)的能力，即RWW)，512字節(jié)EEPROM，1K字節(jié)SRAM，32個(gè)通用I/O 口線，32個(gè)通用工作寄存器，用于邊界掃描的JTAG接口，支持片內(nèi)調(diào)試與編程，三個(gè)具有比較模式的靈活的定時(shí)器

62、/計(jì)數(shù)器(T/C)，片內(nèi)/外中斷，可編程串USART，有起始條件檢測(cè)器的通用串行接口，8路10位具有可選差分輸入級(jí)可編程增益(TQFP 封裝) 的ADC ，具有片內(nèi)振蕩器的可編程看門(mén)狗定時(shí)器，一個(gè)SPI 串行端口，以及六個(gè)可以通過(guò)軟件進(jìn)行選擇的省電模式。 </p><p>　　工作于空閑模式時(shí)CPU停止工作，而USART、兩線接口、A/D 轉(zhuǎn)換器、SRAM、T/C、SPI 端口以及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作；掉電模式時(shí)晶體

63、振蕩器停止振蕩，所有功能除了中斷和硬件復(fù)位之外都停止工作；在省電模式下，異步定時(shí)器繼續(xù)運(yùn)行，允許用戶保持一個(gè)時(shí)間基準(zhǔn)，而其余功能模塊處于休眠狀態(tài)；ADC噪聲抑制模式時(shí)終止CPU 和除了異步定時(shí)器與ADC 以外所有I/O 模塊的工作，以降低ADC 轉(zhuǎn)換時(shí)的開(kāi)關(guān)噪聲；Standby 模式下只有晶體或諧振振蕩器運(yùn)行，其余功能模塊處于休眠狀態(tài)，使得器件只消耗極少的電流，同時(shí)具有快速啟動(dòng)能力；擴(kuò)展Standby 模式下則允許振蕩器和異步定時(shí)器繼續(xù)

64、工作。</p><p>　　本芯片是以Atmel 高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)生產(chǎn)的。片內(nèi)ISP Flash允許程序存儲(chǔ)器通過(guò)ISP 串行接口，或者通用編程器進(jìn)行編程，也可以通過(guò)運(yùn)行于AVR 內(nèi)核之中的引導(dǎo)程序進(jìn)行編程。引導(dǎo)程序可以使用任意接口將應(yīng)用程序下載到應(yīng)用Flash存儲(chǔ)區(qū)(ApplicationFlash Memory)。在更新應(yīng)用Flash存儲(chǔ)區(qū)時(shí)引導(dǎo)Flash區(qū)(Boot Flash Memory)的程序

65、繼續(xù)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了RWW操作。通過(guò)將8 位RISC CPU 與系統(tǒng)內(nèi)可編程的Flash 集成在一個(gè)芯片內(nèi)，ATmega16 成為一個(gè)功能強(qiáng)大的單片機(jī)，為許多嵌入式控制應(yīng)用提供了靈活而低成本的解決方案。ATmega16具有一整套的編程與系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具，包括：C 語(yǔ)言編譯器、宏匯編、 程序調(diào)試器/軟件仿真器、仿真器及評(píng)估板[16]。</p><p>　　3.1.1 ATmega16產(chǎn)品特性</p><

66、p>　　高性能、低功耗的8位AVR微處理器；</p><p>　　先進(jìn)的RISC結(jié)構(gòu)；</p><p><b>　　131條指令；</b></p><p>　　大多數(shù)指令執(zhí)行時(shí)間為單個(gè)時(shí)鐘周期；</p><p>　　32個(gè)8位通用工作寄存器；</p><p><b>　　全靜態(tài)工作

67、；</b></p><p>　　工作于16MHz時(shí)性能高達(dá)16MIPS；</p><p>　　只需兩個(gè)時(shí)鐘周期的硬件乘法器；</p><p>　　非易失性程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；</p><p>　　16K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash，擦寫(xiě)壽命: 10，000次；</p><p>　　具有獨(dú)立鎖定位的可選Boot

68、代碼區(qū)，通過(guò)片上Boot程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)編程，真正的同時(shí)讀寫(xiě)操作；</p><p>　　512 字節(jié)的EEPROM，擦寫(xiě)壽命: 100，000次；</p><p>　　1K字節(jié)的片內(nèi)SRAM；</p><p>　　可以對(duì)鎖定位進(jìn)行編程以實(shí)現(xiàn)用戶程序的加密；</p><p>　　JTAG 接口(與IEEE 1149.1標(biāo)準(zhǔn)兼容)；</p&g

69、t;<p>　　符合JTAG標(biāo)準(zhǔn)的邊界掃描功能；</p><p>　　支持?jǐn)U展的片內(nèi)調(diào)試功能；</p><p>　　通過(guò)JTAG接口實(shí)現(xiàn)對(duì)Flash、EEPROM、熔絲位和鎖定位的編程[17]。</p><p><b>　?。?）外設(shè)特點(diǎn)：</b></p><p>　　兩個(gè)具有獨(dú)立預(yù)分頻器和比較器功能的8位

70、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；</p><p>　　一個(gè)具有預(yù)分頻器、比較功能和捕捉功能的16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；</p><p>　　具有獨(dú)立振蕩器的實(shí)時(shí)計(jì)數(shù)器RTC；</p><p><b>　　四通道PWM；</b></p><p>　　8路10位ADC，8個(gè)單端通道，2個(gè)具有可編程增益（1x， 10x， 或200x）的差分通道；

71、</p><p>　　面向字節(jié)的兩線接口；</p><p>　　兩個(gè)可編程的串行USART；</p><p>　　可工作于主機(jī)/從機(jī)模式的SPI串行接口；</p><p>　　具有獨(dú)立片內(nèi)振蕩器的可編程看門(mén)狗定時(shí)器；</p><p><b>　　片內(nèi)模擬比較器；</b></p>&l

72、t;p>　　（2）特殊的處理器特點(diǎn)：</p><p>　　上電復(fù)位以及可編程的掉電檢測(cè);</p><p>　　片內(nèi)經(jīng)過(guò)標(biāo)定的RC振蕩器;</p><p><b>　　片內(nèi)/片外中斷源;</b></p><p>　?。?）6種睡眠模式: </p><p>　　空閑模式、ADC噪聲抑制模式、省電

73、模式、掉電模式、Standby模式以及擴(kuò)展的Standby模式。</p><p><b>　?。?）I/O和封裝</b></p><p>　　32個(gè)可編程的I/O口</p><p>　　40引腳PDIP封裝， 44引腳TQFP封裝， 與44引腳MLF封裝</p><p><b>　?。?）工作電壓：</b

74、></p><p>　　ATmega16L：2.7 - 5.5V</p><p>　　ATmega16：4.5 - 5.5V</p><p><b>　?。?）速度等級(jí)：</b></p><p>　　8MHz ATmega16L；</p><p>　　0-16MHz ATmega16；<

75、;/p><p>　　ATmega16L在1MHz， 3V， 25°C時(shí)的功耗；</p><p>　　正常模式：1.1Ma；</p><p>　　空閑模式：0.35mA；</p><p>　　掉電模式：< 1μA。</p><p>　　3.1.2 ATmega16 引腳功能</p><p&

76、gt;　　圖3-1 ATmega16引腳圖</p><p><b>　　VCC：電源正</b></p><p><b>　　GND：電源地</b></p><p>　　端口A(PA7..PA0) ：端口A做為A/D轉(zhuǎn)換器的模擬輸入端。端口A為8 位雙向I/O口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對(duì)稱(chēng)的驅(qū)動(dòng)特性，可以

77、輸出和吸收大電流。作為輸入使用時(shí)，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流。在復(fù)位過(guò)程中，即使系統(tǒng)時(shí)鐘還未起振，端口A處于高阻狀態(tài)。</p><p>　　端口B(PB7..PB0) ：端口B為8位雙向I/O口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對(duì)稱(chēng)的驅(qū)動(dòng)特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時(shí)，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流。在復(fù)位過(guò)程中，即使系統(tǒng)時(shí)鐘還未起振，端口B 處于

78、高阻狀態(tài)。端口B 也可以用做其他不同的特殊功能。</p><p>　　端口C(PC7..PC0) ：端口C為8 位雙向I/O口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對(duì)稱(chēng)的驅(qū)動(dòng)特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時(shí)，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流。在復(fù)位過(guò)程中，即使系統(tǒng)時(shí)鐘還未起振，端口C處于高阻狀態(tài)。如果JTAG接口使能，即使復(fù)位出現(xiàn)引腳PC5(TDI)、PC3(TMS)與PC2(T

79、CK)的上拉電阻被激活。端口C也可以用做其他不同的特殊功能。</p><p>　　端口D(PD7..PD0)： 端口D為8位雙向I/O 口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對(duì)稱(chēng)的驅(qū)動(dòng)特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時(shí)，若內(nèi)部上拉電阻使能，則端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流。在復(fù)位過(guò)程中，即使系統(tǒng)時(shí)鐘還未起振，端口D處于高阻狀態(tài)。端口D也可以用做其他不同的特殊功能。</p><p

80、>　　RESET 復(fù)位輸入引腳：持續(xù)時(shí)間超過(guò)最小門(mén)限時(shí)間的低電平將引起系統(tǒng)復(fù)位。持續(xù)時(shí)間小于門(mén)限間的脈沖不能保證可靠復(fù)位。</p><p>　　XTAL1：反向振蕩放大器與片內(nèi)時(shí)鐘操作電路的輸入端。</p><p>　　XTAL2：反向振蕩放大器的輸出端。</p><p>　　AVCC：AVCC是端口A與A/D轉(zhuǎn)換器的電源。不使用ADC時(shí)，該引腳應(yīng)直接與VCC

81、連接。使用ADC時(shí)應(yīng)通過(guò)一個(gè)低通濾波器與VCC連接。</p><p>　　AREF ：A/D的模擬基準(zhǔn)輸入引腳[18]。</p><p>　　3.1.3 ATmega16內(nèi)核介紹</p><p>　　為了獲得最高的性能以及并行性， AVR采用了Harvard 結(jié)構(gòu)，具有獨(dú)立的數(shù)據(jù)和程序總線。程序存儲(chǔ)器里的指令通過(guò)一級(jí)流水線運(yùn)行。CPU在執(zhí)行一條指令的同時(shí)讀取下一條指

82、令( 在本文稱(chēng)為預(yù)取)。這個(gè)概念實(shí)現(xiàn)了指令的單時(shí)鐘周期運(yùn)行。程序存儲(chǔ)器是可以在線編程的FLASH。 </p><p>　　快速訪問(wèn)寄存器文件包括32個(gè)8位通用工作寄存器，訪問(wèn)時(shí)間為一個(gè)時(shí)鐘周期。從而實(shí)現(xiàn)了單時(shí)鐘周期的ALU操作。在典型的ALU操作中，兩個(gè)位于寄存器文件中的操作數(shù)同時(shí)被訪問(wèn)，然后執(zhí)行運(yùn)算，結(jié)果再被送回到寄存器文件。整個(gè)過(guò)程僅需一個(gè)時(shí)鐘周期。</p><p>　　寄存器文件里有

83、6個(gè)寄存器可以用作3個(gè)16位的間接尋址寄存器指針以尋址數(shù)據(jù)空間，實(shí)現(xiàn)高效的地址運(yùn)算。其中一個(gè)指針還可以作為程序存儲(chǔ)器查詢表的地址指針。這些附加的功能寄存器即為16位的X、Y、Z寄存器。</p><p>　　ALU支持寄存器之間以及寄存器和常數(shù)之間的算術(shù)和邏輯運(yùn)算。ALU也可以執(zhí)行單寄存器操作。運(yùn)算完成之后狀態(tài)寄存器的內(nèi)容得到更新以反映操作結(jié)果。</p><p>　　程序流程通過(guò)有/ 無(wú)條件

84、的跳轉(zhuǎn)指令和調(diào)用指令來(lái)控制，從而直接尋址整個(gè)地址空間。大多數(shù)指令長(zhǎng)度為16位，亦即每個(gè)程序存儲(chǔ)器地址都包含一條16位或32位的指令。</p><p>　　程序存儲(chǔ)器空間分為兩個(gè)區(qū)：引導(dǎo)程序區(qū)(Boot 區(qū))和應(yīng)用程序區(qū)。這兩個(gè)區(qū)都有專(zhuān)門(mén)的鎖定位以實(shí)現(xiàn)讀和讀/寫(xiě)保護(hù)。用于寫(xiě)應(yīng)用程序區(qū)的SPM指令必須位于引導(dǎo)程序區(qū)。</p><p>　　在中斷和調(diào)用子程序時(shí)返回地址的程序計(jì)數(shù)器(PC)保存于堆

85、棧之中。堆棧位于通用數(shù)據(jù)SRAM，因此其深度僅受限于SRAM的大小。在復(fù)位例程里用戶首先要初始化堆棧指SP。這個(gè)指針位于I/O空間，可以進(jìn)行讀寫(xiě)訪問(wèn)。數(shù)據(jù)SRAM可以通過(guò)5種不同的尋址模式進(jìn)行訪問(wèn)。</p><p>　　AVR存儲(chǔ)器空間為線性的平面結(jié)構(gòu)。</p><p>　　AVR有一個(gè)靈活的中斷模塊。控制寄存器位于I/O空間。狀態(tài)寄存器里有全局中斷使能位。每個(gè)中斷在中斷向量表里都有獨(dú)立的

86、中斷向量。各個(gè)中斷的優(yōu)先級(jí)與其在中斷向量表的位置有關(guān)，中斷向量地址越低，優(yōu)先級(jí)越高。</p><p>　　I/O存儲(chǔ)器空間包含64個(gè)可以直接尋址的地址，作為CPU外設(shè)的控制寄存器、SPI，以及其他I/O功能。映射到數(shù)據(jù)空間即為寄存器文件之后的地址0x20 - 0x5F。</p><p>　　3.2 電源管理與睡眠模式</p><p>　　睡眠模式可以使應(yīng)用程序關(guān)閉M

87、CU中沒(méi)有使用的模塊，從而降低功耗。AVR 具有不同的睡眠模式，允許用戶根據(jù)自己的應(yīng)用要求實(shí)施剪裁。</p><p>　　進(jìn)入睡眠模式的條件是置位寄存器MCUCR的SE，然后執(zhí)行SLEEP 指令。具體哪一種模式( 空閑模式、ADC 噪聲抑制模式、掉電模式、省電模式、Standby 模式和擴(kuò)展Standby模式) 由MCUCR 的SM2、SM1 和SM0 決定，如表3-1 所示。使能的中斷可以將進(jìn)入睡眠模式的MCU

88、喚醒。經(jīng)過(guò)啟動(dòng)時(shí)間，外加4個(gè)時(shí)鐘周期后， MCU就可以運(yùn)行中斷例程了。然后返回到SLEEP的下一條指令。喚醒時(shí)不會(huì)改變寄存器文件和SRAM的內(nèi)容。如果在睡眠過(guò)程中發(fā)生了復(fù)位，則MCU 喚醒后從中斷向量開(kāi)始執(zhí)行。</p><p>　　MCU控制寄存器包含了電源管理的控制位。</p><p>　　表3-1 電源管理控制位</p><p>　　Bits 7， 5， 4 –

89、 SM2-0：休眠模式選擇位2、1和0。</p><p>　　Bit 6 – SE：休眠使能。</p><p>　　表3-2 休眠模式選擇 </p><p>　　3.3 系統(tǒng)控制和復(fù)位</p><p>　　3.3.1 復(fù)位AVR</p><p>　　復(fù)位時(shí)所有的I/O 寄存器都被設(shè)置為初始值，程序從復(fù)位向量處開(kāi)始執(zhí)

90、行。復(fù)位向量處的指令必須是絕對(duì)跳轉(zhuǎn)JMP 指令，以使程序跳轉(zhuǎn)到復(fù)位處理例程。如果程序永遠(yuǎn)不利用中斷功能，中斷向量可以由一般的程序代碼所覆蓋。這個(gè)處理方法同樣適用于當(dāng)復(fù)位向量位于應(yīng)用程序區(qū)，中斷向量位于Boot 區(qū)—或者反過(guò)來(lái) —的時(shí)候。Figure 15 為復(fù)位邏輯的電路圖。Table15則定義了復(fù)位電路的電氣參數(shù)。</p><p>　　復(fù)位源有效時(shí)I/O 端口立即復(fù)位為初始值。此時(shí)不要求任何時(shí)鐘處于正常運(yùn)行狀態(tài)

91、。所有的復(fù)位信號(hào)消失之后，芯片內(nèi)部的一個(gè)延遲計(jì)數(shù)器被激活，將內(nèi)部復(fù)位的時(shí)間延長(zhǎng)。這種處理方式使得在MCU 正常工作之前有一定的時(shí)間讓電源達(dá)到穩(wěn)定的電平。延遲計(jì)數(shù)器的溢出時(shí)間通過(guò)熔絲位SUT與CKSEL設(shè)定。ATmega16芯片有如下幾種通過(guò)Flash熔絲位進(jìn)行選擇的時(shí)鐘源。時(shí)鐘輸入到AVR時(shí)鐘發(fā)生器，再分配到相應(yīng)的模塊。延遲時(shí)間的選擇請(qǐng)見(jiàn)表3-3。</p><p>　　表3-3 時(shí)鐘源選擇</p>

92、<p>　　當(dāng)CPU自掉電模式或省電模式喚醒之后，被選擇的時(shí)鐘源用來(lái)為啟動(dòng)過(guò)程定時(shí)，保證振蕩器在開(kāi)始執(zhí)行指令之前進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)CPU從復(fù)位開(kāi)始工作時(shí)，還有額外的延遲時(shí)間以保證在MCU開(kāi)始正常工作之前電源達(dá)到穩(wěn)定電平。這個(gè)啟動(dòng)時(shí)間的定時(shí)由看門(mén)狗振蕩器完成?？撮T(mén)狗溢出時(shí)間所對(duì)應(yīng)的WDT振蕩器周期數(shù)列于表3-4。看門(mén)狗振蕩器的頻率由工作電壓決定[19]。</p><p>　　表3-4 看門(mén)狗振蕩器周期數(shù)&l

93、t;/p><p>　　3.3.2 晶體振蕩器</p><p>　　XTAL1與XTAL2分別為用作片內(nèi)振蕩器的反向放大器的輸入和輸出，如圖3-2所示，這個(gè)振蕩器可以使用石英晶體，也可以使用陶瓷諧振器。熔絲位CKOPT 用來(lái)選擇這兩種放大器模式的其中之一。當(dāng)CKOPT被編程時(shí)振蕩器在輸出引腳產(chǎn)生滿幅度的振蕩。這種模式適合于噪聲環(huán)境，以及需要通過(guò)XTAL2驅(qū)動(dòng)第二個(gè)時(shí)鐘緩沖器的情況。而且這種模式的

94、頻率范圍比較寬。當(dāng)保持CKOPT為未編程狀態(tài)時(shí)，振蕩器的輸出信號(hào)幅度比較小。其優(yōu)點(diǎn)是大大降低了功耗，但是頻率范圍比較窄，而且不能驅(qū)動(dòng)其他時(shí)鐘緩沖器。</p><p>　　對(duì)于諧振器，CKOPT未編程時(shí)的最大頻率為8 MHz，CKOPT編程時(shí)為16 MHz。C1和C2的數(shù)值要一樣，不管使用的是晶體還是諧振器。最佳的數(shù)值與使用的晶體或諧振器有關(guān)，還與雜散電容和環(huán)境的電磁噪聲有關(guān)。</p><p&g

95、t;　　圖3-2 晶體振蕩器連接圖</p><p><b>　　3.3.3 復(fù)位源</b></p><p>　　ATmega16有5個(gè)復(fù)位源：</p><p>　　? 上電復(fù)位。電源電壓低于上電復(fù)位門(mén)限 VPOT時(shí)，MCU復(fù)位。</p><p>　　? 外部復(fù)位。引腳RESET上的低電平持續(xù)時(shí)間大于最小脈沖寬度時(shí)MCU復(fù)

96、位。</p><p>　　? 看門(mén)狗復(fù)位?？撮T(mén)狗使能并且看門(mén)狗定時(shí)器溢出時(shí)復(fù)位發(fā)生。</p><p>　　? 掉電檢測(cè)復(fù)位。掉電檢測(cè)復(fù)位功能使能，且電源電壓低于掉電檢測(cè)復(fù)位門(mén)限 VBOT時(shí)MCU即復(fù)位。</p><p>　　? JTAG AVR復(fù)位。復(fù)位寄存器為1時(shí)MCU復(fù)位[20]。</p><p><b>　　3.4 AD轉(zhuǎn)換器

97、</b></p><p>　　ATmega16有一個(gè)10位的逐次逼近型ADC。ADC與一個(gè)8通道的模擬多路復(fù)用器連接，能對(duì)來(lái)自端口A的8路單端輸入電壓進(jìn)行采樣。單端電壓輸入以0V(GND)為基準(zhǔn)。器件還支持16路差分電壓輸入組合。兩路差分輸入(ADC1、ADC0 與ADC3、ADC2)有可編程增益級(jí)，在A/D轉(zhuǎn)換前給差分輸入電壓提供0dB(1x)、20dB(10x) 或46dB(200x)的放大級(jí)。七

98、路差分模擬輸入通道共享一個(gè)通用負(fù)端(ADC1)，而其他任何ADC 輸入可做為正輸入端。如果使用1x或10x增益，可得到8位分辨率。如果使用200x 增益，可得到7位分辨率。</p><p>　　ADC包括一個(gè)采樣保持電路，以確保在轉(zhuǎn)換過(guò)程中輸入到ADC的電壓保持恒定。</p><p>　　ADC由AVCC 引腳單獨(dú)提供電源。AVCC 與VCC 之間的偏差不能超過(guò)± 0.3V。標(biāo)稱(chēng)

99、值為2.56V 的基準(zhǔn)電壓，以及AVCC，都位于器件之內(nèi)。基準(zhǔn)電壓可以通過(guò)在AREF引腳上加一個(gè)電容進(jìn)行解耦，以更好地抑制噪聲。</p><p>　　ADC 通過(guò)逐次逼近的方法將輸入的模擬電壓轉(zhuǎn)換成一個(gè)10位的數(shù)字量。最小值代表GND，最大值代表AREF引腳上的電壓再減去1 LSB。通過(guò)寫(xiě)ADMUX寄存器的REFSn位可以把AVCC 或內(nèi)部2.56V 的參考電壓連接到AREF引腳。在AREF上外加電容可以對(duì)片內(nèi)參

100、考電壓進(jìn)行解耦以提高噪聲抑制性能。模擬輸入通道與差分增益可以通過(guò)寫(xiě)ADMUX 寄存器的MUX 位來(lái)選擇。任何ADC輸入引腳，像GND及固定能隙參考電壓，都可以作為ADC的單端輸入。ADC輸入引腳可選做差分增益放大器的正或負(fù)輸入。如果選擇差分通道，通過(guò)選擇被選輸入信號(hào)對(duì)的增益因子得到電壓差分放大級(jí)。然后放大值成為ADC的模擬輸入。如果使用單端通道，將繞過(guò)增益放大器。通過(guò)設(shè)置ADCSRA寄存器的ADEN即可啟動(dòng)ADC。只有當(dāng)ADEN置位時(shí)參

101、考電壓及輸入通道選擇才生效。ADEN清零時(shí)ADC并不耗電，因此建議在進(jìn)入節(jié)能睡眠模式之前關(guān)閉ADC。</p><p>　　ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果為10位，存放于ADC數(shù)據(jù)寄存器ADCH及ADCL中。默認(rèn)情況下轉(zhuǎn)換結(jié)果為右對(duì)齊，但可通過(guò)設(shè)置ADMUX寄存器的ADLAR變?yōu)樽髮?duì)齊。如果要求轉(zhuǎn)換結(jié)果左對(duì)齊，且最高只需8 位的轉(zhuǎn)換精度，那么只要讀取ADCH足夠了。否則要先讀ADCL，再讀ADCH，以保證數(shù)據(jù)寄存器中的內(nèi)容是同一次

102、轉(zhuǎn)換的結(jié)果一旦讀出ADCL，ADC對(duì)數(shù)據(jù)寄存器的尋址就被阻止了。也就是說(shuō)，讀取ADCL之后，即使在讀ADCH之前又有一次ADC轉(zhuǎn)換結(jié)束，數(shù)據(jù)寄存器的數(shù)據(jù)也不會(huì)更新，從而保證了轉(zhuǎn)換結(jié)果不丟失。ADCH被讀出后， ADC即可再次訪問(wèn)ADCH及ADCL寄存器。ADC轉(zhuǎn)換結(jié)束可以觸發(fā)中斷。即使由于轉(zhuǎn)換發(fā)生在讀取ADCH與ADCL之間而造成ADC無(wú)法訪問(wèn)數(shù)據(jù)寄存器，并因此丟失了轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，中斷仍將觸發(fā)。</p><p>　　

103、ADC通過(guò)逐次逼近的方法將輸入的模擬電壓轉(zhuǎn)換成一個(gè)10位的數(shù)字量。最小值代表GND，最大值代表AREF引腳上的電壓再減去1 LSB。通過(guò)寫(xiě)ADMUX寄存器REFSn位可以把AVCC 或內(nèi)部2.56V的參考電壓連接到AREF引腳。在AREF 上外加電容可以對(duì)片內(nèi)參考電壓進(jìn)行解耦以提高噪聲抑制性能。</p><p>　　模擬輸入通道與差分增益可以通過(guò)寫(xiě)ADMUX寄存器的MUX位來(lái)選擇。任何ADC輸入引腳，像GND及固

104、定能隙參考電壓，都可以作為ADC的單端輸入。ADC輸入引腳可選做差分增益放大器的正或負(fù)輸入。</p><p>　　如果選擇差分通道，通過(guò)選擇被選輸入信號(hào)對(duì)的增益因子得到電壓差分放大級(jí)。然后放大值成為ADC的模擬輸入。如果使用單端通道，將繞過(guò)增益放大器。通過(guò)設(shè)置ADCSRA 寄存器的ADEN即可啟動(dòng)ADC。只有當(dāng)ADEN置位時(shí)參考電壓及輸入通道選擇才生效。ADEN 清零時(shí)ADC并不耗電，因此建議在進(jìn)入節(jié)能睡眠模式之

105、前關(guān)閉ADC。</p><p>　　4 液晶屏JXD1602</p><p>　　LCD是液晶顯示屏，主要是用來(lái)做面顯示的，它本身不發(fā)光，然后通過(guò)電流使屏幕產(chǎn)生各種顏色的渾濁現(xiàn)象，后置一個(gè)光源來(lái)透過(guò)前面的LCD面板使人看到圖案。LED是發(fā)光二極管，它本身是點(diǎn)光源，就是說(shuō)發(fā)出來(lái)的光不是一個(gè)面，而是一個(gè)點(diǎn)。也有用LED做顯示屏的，相對(duì)于液晶顯示屏來(lái)說(shuō)，LED適合于室外以及室內(nèi)大屏幕觀看距離稍微

106、遠(yuǎn)一點(diǎn)的情況，因?yàn)長(zhǎng)ED顯示屏的分辨率肯定遠(yuǎn)遠(yuǎn)小過(guò)LCD。還有一點(diǎn)就是由于LED與LCD的功耗比大約為10:1，所以本設(shè)計(jì)部采用LED顯示。</p><p>　　液晶顯示器（LCD）由于體積小、重量輕、耗電小等優(yōu)點(diǎn)已成為各種嵌入式系統(tǒng)的常用的理想顯示器。近年來(lái)，液晶顯示器技術(shù)的發(fā)展迅猛，大面積的液晶顯示器已開(kāi)始取代CRT顯示器，在使用電池供電的嵌入式電子產(chǎn)品中，如手機(jī)、PDA、家電產(chǎn)品、儀器儀表產(chǎn)品等，液晶顯示器

107、是首選的顯示器。</p><p><b>　　4.1液晶顯示簡(jiǎn)介</b></p><p>　　4.1.1液晶顯示原理</p><p>　　液晶顯示器利用液晶的物理特性， 通過(guò)外加電壓對(duì)顯示區(qū)域進(jìn)行控制， 可以顯示字符或圖形。液晶顯示器具有厚度薄、適用于大規(guī)模集成電路直接驅(qū)動(dòng)、易于實(shí)現(xiàn)全彩色顯示的特點(diǎn)， 廣泛用于便攜式電腦、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、PDA、移

108、動(dòng)通信工具等領(lǐng)域。</p><p>　　4.1.2液晶顯示器的分類(lèi)</p><p>　　液晶顯示的分類(lèi)方法很多， 按顯示方式可分為段式、字符式、點(diǎn)陣式等。除了黑白顯示外， 液晶顯示器還有多灰度、彩色顯示等。如果根據(jù)驅(qū)動(dòng)方式，可以分為靜態(tài)驅(qū)動(dòng)。、單純矩陣驅(qū)動(dòng)和主動(dòng)矩陣驅(qū)動(dòng)等三種。</p><p>　　4.2 1602字符型LCD簡(jiǎn)介</p><p&

109、gt;　　1602字符型液晶顯示模塊是專(zhuān)門(mén)用于顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣式LCD，目前常用的有16X1、16X2、20X2和40X2行等。下面以1602字符型液晶顯示器為例， 介紹其用法。</p><p>　　4.2.1 1602LCD的引腳功能</p><p>　　VL為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端， 接正電源時(shí)對(duì)比度最弱， 接砌寸對(duì)比度最高。若對(duì)比度過(guò)高會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過(guò)一只1

110、0K電阻來(lái)調(diào)整對(duì)比度。</p><p>　　RS為寄存器選擇端， RS為高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器， 為低電平時(shí)選擇指令寄存器。</p><p>　　R/W為讀寫(xiě)信號(hào)線， 為高電平時(shí)進(jìn)行讀操作， 為低電平時(shí)為寫(xiě)操作。當(dāng)RS和R/W同為低電平時(shí)可以寫(xiě)人指令或者顯示地址；當(dāng)RS為低電平、R/W為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)；當(dāng)RS為高電平、R/W為低電平時(shí)可以寫(xiě)入數(shù)據(jù)。</p><p&

111、gt;　　E為使能端， 當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí)， 液晶模塊執(zhí)行命令。</p><p>　　D0一D7為位雙向數(shù)據(jù)線[21]。</p><p>　　4.2.2 1602LCD的指令說(shuō)明及時(shí)序</p><p>　　1602液晶模塊的讀寫(xiě)操作、屏幕和光標(biāo)的操作都是通過(guò)指令編程來(lái)實(shí)現(xiàn)的。</p><p>　　指令1：清顯示， 指令碼01H， 光