畢業(yè)設(shè)計(jì)--基于avr單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)(含外文翻譯）

1、<p>　　基于AVR單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　近年來，隨著嵌入式微處理器的快速發(fā)展，單片機(jī)系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用。在醫(yī)療、航空、交通、軍事技術(shù)、工業(yè)控制、科學(xué)研究等領(lǐng)域，單片機(jī)往往是作為一個(gè)核心部件來使用，但僅僅具備單片機(jī)方面的知識(shí)是不夠的，還應(yīng)結(jié)合具體的硬件結(jié)構(gòu)以及應(yīng)用對(duì)象的軟件特點(diǎn)來設(shè)計(jì)系統(tǒng)。

2、本論文的目的就是設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一個(gè)具有一定實(shí)用性的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。</p><p>　　論文主要論述對(duì)土壤內(nèi)部溫度、濕度、壓力等數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。它的主要功能是完成數(shù)據(jù)采集、處理、顯示、控制以及與PC機(jī)之間的通信等?；趯?duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)及功能要求的分析，本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)的采集系統(tǒng)采用Atmega64單片機(jī)為核心，擴(kuò)展了電源電路、復(fù)位電路、LCD接口電路以及監(jiān)控電路等，并配有標(biāo)準(zhǔn)RS-232及RS-422串

3、行通信接口。系統(tǒng)軟件采用匯編語言編寫，為了便于擴(kuò)展和更改，軟件的設(shè)計(jì)采用模塊化結(jié)構(gòu)。由于使用該儀器的野外環(huán)境多樣，干擾嚴(yán)重，在系統(tǒng)的開發(fā)實(shí)現(xiàn)中，不僅要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集儀的一般功能，也要保證它的可靠性和安全性。本文論述了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)所采取的硬件和軟件方面的抗干擾措施，并對(duì)與PC機(jī)之間的通信實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了相應(yīng)的論述。</p><p>　　關(guān)鍵詞 嵌入式；數(shù)據(jù)采集；Atmega64；傳感器</p><p&g

4、t;　　Design of Data Acquisition System Based on AVR SCM</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　In recent years, with the rapid development in embedded microprocessor,the SCM(Single Chip Mi

5、cyoco)has been widely applied in many fields such as the medical treatment,the aviation,the transportation,the military technique,the industry,the science research,andso on.In this fields,SCM is usually to be used as a c

6、ore parts,but the knowledge of SCM isn'tenough.We should combine with the structure of concrete hardware and characteristics ofrelevant software to design the system.The purpose of this t</p><p>　　This t

7、hesis mainly discuss the design and realization of the data collection system whichrefers to the temperature、humidity、pressure inside the soil.The system is mainly used tofinish the data collection、processing、display and

8、 the correlative control and communicationwith the PC.On the analysis of the system structure and function requirement,the system inthis thesis adopts the Atmega64 core,expands the power、reset、LCD interface circuit withs

9、tandard RS-232 series communicate interface.For the en</p><p>　　Keywords Embedded System; data collect system; Atmega64;sensors</p><p>　　不要?jiǎng)h除行尾的分節(jié)符，此行不會(huì)被打印</p><p><b>　　目錄<

10、/b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1 課題背景1</p><p>　　1.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的發(fā)展1</p>&

11、lt;p>　　1.3 課題設(shè)計(jì)內(nèi)容2</p><p>　　第2章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)3</p><p>　　2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框架3</p><p>　　2.2 系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)3</p><p>　　2.3 系統(tǒng)主要功能5</p><p>　　2.3 本章小結(jié)5</p><p>　

12、　第3章 硬件設(shè)計(jì)6</p><p>　　3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)6</p><p>　　3.1.1 ATmega64單片機(jī)概述6</p><p>　　3.1.2 ATmega64單片機(jī)引腳功能8</p><p>　　3.1.3 系統(tǒng)時(shí)鐘電路10</p><p>　　3.1.4 系統(tǒng)復(fù)位電路10</

13、p><p>　　3.1.5 系統(tǒng)電源電路10</p><p>　　3.2 標(biāo)準(zhǔn)RS-232接口擴(kuò)展11</p><p>　　3.2.1 RS-232接口的機(jī)械指標(biāo)11</p><p>　　3.2.2 RS-232接口的電氣規(guī)范12</p><p>　　3.2.3 RS-232接口的電氣規(guī)范12</p>

14、<p>　　3.3 標(biāo)準(zhǔn)RS-422接口擴(kuò)展13</p><p>　　3.3.1 MAX485芯片簡(jiǎn)介13</p><p>　　3.3.2 硬件設(shè)計(jì)14</p><p>　　3.4 外存儲(chǔ)器擴(kuò)展14</p><p>　　3.4.1 I2C總線簡(jiǎn)介14</p><p>　　3.4.2 AT24C6

15、4簡(jiǎn)介15</p><p>　　3.4.3 AT24C64與ATmega64單片機(jī)接口連接16</p><p>　　3.5 溫濕度采集端設(shè)計(jì)16</p><p>　　3.5.1 SHT75的主要性能16</p><p>　　3.5.2 硬件設(shè)計(jì)17</p><p>　　3.6 壓力采集端設(shè)計(jì)17</p

16、><p>　　3.6.1 ATmega64單片機(jī)概述17</p><p>　　3.6.2 26PCB壓力傳感器簡(jiǎn)介18</p><p>　　3.7 鍵盤接口設(shè)計(jì)19</p><p>　　3.8 顯示接口設(shè)計(jì)20</p><p>　　3.8.1 LCD1602簡(jiǎn)介20</p><p>　　3

17、.8.2 硬件設(shè)計(jì)21</p><p>　　3.9 本章小結(jié)21</p><p>　　第4章 軟件設(shè)計(jì)22</p><p>　　4.1 軟件總體設(shè)計(jì)框架22</p><p>　　4.2 溫濕度及壓力數(shù)據(jù)采集模塊軟件設(shè)計(jì)23</p><p>　　4.3 標(biāo)準(zhǔn)RS-232及RS-422接口擴(kuò)展軟件設(shè)計(jì)24<

18、;/p><p>　　4.3.1 RS-232接口擴(kuò)展軟件設(shè)計(jì)24</p><p>　　4.3.2 RS-422接口擴(kuò)展軟件設(shè)計(jì)27</p><p>　　4.4 片外存儲(chǔ)器擴(kuò)展軟件設(shè)計(jì)28</p><p>　　4.5 鍵盤及顯示模塊軟件設(shè)計(jì)28</p><p>　　4.5.1 鍵盤讀取程序設(shè)計(jì)28</p>

19、;<p>　　4.5.2 LCD顯示子程序設(shè)計(jì)29</p><p>　　3.6 本章小結(jié)30</p><p><b>　　結(jié)論31</b></p><p><b>　　致謝32</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)33</b></p>

20、<p><b>　　附錄A34</b></p><p><b>　　附錄B37</b></p><p><b>　　附錄C40</b></p><p><b>　　附錄D41</b></p><p>　　千萬不要?jiǎng)h除行尾的分節(jié)符，此行

21、不會(huì)被打印。在目錄上點(diǎn)右鍵“更新域”，然后“更新整個(gè)目錄”。打印前，不要忘記把上面“Abstract”這一行后加一空行</p><p><b>　　緒論</b></p><p><b>　　課題背景</b></p><p>　　在實(shí)際的生活與工作中，我們常常需要到工作現(xiàn)場(chǎng)和野外進(jìn)行數(shù)據(jù)采集及相關(guān)的處理，計(jì)算機(jī)雖然具有強(qiáng)大的

22、數(shù)據(jù)處理和分析能力，但我們不能把計(jì)算機(jī)搬到現(xiàn)場(chǎng)，這是因?yàn)橛?jì)算機(jī)除了體積大、攜帶不方便外，更因?yàn)樗目垢蓴_能力差以及對(duì)工作環(huán)境質(zhì)量要求高等缺點(diǎn)，使計(jì)算機(jī)無法在某些環(huán)境惡劣的場(chǎng)合下工作。而單片機(jī)以其運(yùn)算速度快、體積小、成本低、集成度高、抗干擾能力和控制能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)廣泛用于智能化儀器儀表、機(jī)電一體化產(chǎn)品以及數(shù)據(jù)采集和過程控制方面。</p><p>　　近年來隨著微電子技術(shù)的迅速發(fā)展和大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)，特別是高

23、性能單片機(jī)的出現(xiàn)，正引起數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)領(lǐng)域內(nèi)的一場(chǎng)新的技術(shù)革命。數(shù)據(jù)采集是信號(hào)與信息采集學(xué)科的一個(gè)重要組成部分，也是諸多計(jì)算機(jī)領(lǐng)域中最為活躍的領(lǐng)域之一。隨著計(jì)算機(jī)、集成電路等技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)正朝著速度快、容量大、體積小、重量輕的方向發(fā)展。我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，不同地區(qū)的土壤環(huán)境有著較大的差異，即使同一地區(qū)在不同季節(jié)土壤環(huán)境也不盡相同，土壤的溫濕度及壓力對(duì)于農(nóng)作物的正常生長(zhǎng)至關(guān)重要，準(zhǔn)確的了解土壤的溫濕度及壓力參數(shù)就顯得尤其重要

24、。</p><p><b>　　數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的發(fā)展</b></p><p>　　數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)起始于20世紀(jì)50年代1956年美國(guó)首先研究了用在軍事上的測(cè)試系統(tǒng)，目標(biāo)是測(cè)試中不依靠相關(guān)的測(cè)試文件，由非熟練人員進(jìn)行操作，并且測(cè)試任務(wù)是由測(cè)試設(shè)備高速自動(dòng)控制完成的。由于該種數(shù)據(jù)采集測(cè)試系統(tǒng)具有高速性和一定的靈活性，可以滿足眾多傳統(tǒng)方法不能完成的數(shù)據(jù)采集和測(cè)試任務(wù)，因而得到了

25、初步的認(rèn)可。大約在60年代后期，國(guó)外就有成套的數(shù)據(jù)采集設(shè)備產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)，此階段的數(shù)據(jù)采集設(shè)備和系統(tǒng)多屬于專用的系統(tǒng)。</p><p>　　20世紀(jì)70年代中后期，隨著微型機(jī)的發(fā)展，誕生了采集器、儀表同計(jì)算機(jī)溶為一體的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。由于這種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的性能優(yōu)良，超過了傳統(tǒng)的自動(dòng)檢測(cè)儀表和專用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，因此獲得了驚人的發(fā)展。從70年代起，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)發(fā)展過程中逐漸分為兩類，一類是實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，另一類是工業(yè)

26、現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。就使用的總線而言，實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)多采用并行總線，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)多采用串行數(shù)據(jù)總線。</p><p>　　20世紀(jì)80年代隨著計(jì)算機(jī)的普及應(yīng)用，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)得到了極大的發(fā)展，開始出現(xiàn)了通用的數(shù)據(jù)采集與自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。該階段的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要有兩類，一類以儀器儀表和采集器、通用接口總線和計(jì)算機(jī)等構(gòu)成。例如：國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ICE625（GPIB）接口總線系統(tǒng)就是一個(gè)典型的代表。這類系統(tǒng)主要用于實(shí)驗(yàn)室

27、，在工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)也有一定的應(yīng)用。第二類以數(shù)據(jù)采集卡、標(biāo)準(zhǔn)總線和計(jì)算機(jī)構(gòu)成，例如：STD總線系統(tǒng)是這一類的典型代表。這種接口系統(tǒng)采用積木式結(jié)構(gòu)，把相應(yīng)的接口卡裝在專用的機(jī)箱內(nèi)，然后由一臺(tái)計(jì)算機(jī)控制。第二類系統(tǒng)在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用較多。這兩種系統(tǒng)中，如果采集測(cè)試任務(wù)改變，只需將新的儀用電纜接入系統(tǒng)，或?qū)⑿驴ㄔ偬砑拥綄Ｓ玫臋C(jī)箱即可完成硬件平臺(tái)重建，顯然，這種系統(tǒng)比專用系統(tǒng)靈活得多。20世紀(jì)80年代后期，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)發(fā)生了極大的變化，工業(yè)計(jì)算機(jī)#單片

28、機(jī)和大規(guī)模集成電路的組合，用軟件管理，使系統(tǒng)的成本降低，體積減小，功能成倍增加，數(shù)據(jù)處理能力大大加強(qiáng)。</p><p>　　20世紀(jì)90年代至今，在國(guó)際上技術(shù)先進(jìn)的國(guó)家，數(shù)據(jù)采集技術(shù)已經(jīng)在軍事、航空電子設(shè)備及宇航技術(shù)、工業(yè)等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。由于集成電路制造技術(shù)的不斷提高，出現(xiàn)了高性能、高可靠性的單片數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）。目前有的DAS產(chǎn)品精度已達(dá)16位，采集速度每秒達(dá)到幾十萬次以上。數(shù)據(jù)采集技術(shù)已經(jīng)成為一種專門

29、的技術(shù)，在工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。該階段數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用更先進(jìn)的模塊式結(jié)構(gòu)，根據(jù)不同的應(yīng)用要求，通過簡(jiǎn)單的增加和更改模塊，并結(jié)合系統(tǒng)編程，就可擴(kuò)展或修改系統(tǒng)"迅速地組成一個(gè)新的系統(tǒng)。該階段并行總線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)向高速、模塊化和即插即用方向發(fā)展，典型系統(tǒng)有VXI總線系統(tǒng)，PCI、PXI總線系統(tǒng)等，數(shù)據(jù)位已達(dá)到32位總線寬度，采樣頻率可以達(dá)到100MSps。由于采用了高密度，屏蔽型，針孔式的連接器和卡式模塊，可以充分保證其穩(wěn)定性及

30、可靠性，但其昂貴的價(jià)格是阻礙它在自動(dòng)化領(lǐng)域普及的一個(gè)重要因素。但是，并行總線系統(tǒng)在軍事等領(lǐng)域取得了成功的應(yīng)用。</p><p>　　串行總線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)向分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和智能化方向發(fā)展，可靠性不斷提高。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)物理層通信，由于采用RS485雙絞線、電力載波、無線和光纖，所以其技術(shù)得到了不斷發(fā)展和完善。其在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集和控制等眾多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。由于目前局域網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，一個(gè)工廠管理層局域網(wǎng)，車間層的

31、局域網(wǎng)和底層的設(shè)備網(wǎng)已經(jīng)可以有效地連接在一起，可以有效地把多臺(tái)數(shù)據(jù)采集設(shè)備聯(lián)在一起，以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的在線實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控。</p><p><b>　　課題設(shè)計(jì)內(nèi)容</b></p><p>　　課題主要對(duì)土壤內(nèi)部溫度、濕度、壓力數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的進(jìn)行設(shè)計(jì)。它的主要功能是完成數(shù)據(jù)采集、處理、顯示、控制以及與PC機(jī)之間的通信等。要求對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)及功能進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)

32、并實(shí)現(xiàn)采用單片機(jī)為核心，擴(kuò)展電源電路、復(fù)位電路、LCD接口電路以及監(jiān)控電路等，并要求配有標(biāo)準(zhǔn)RS-232和RS-422串行通信接口。系統(tǒng)軟件采用C語言編寫，軟件設(shè)計(jì)采用模塊化結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)需采取硬件和軟件方面的抗干擾措施。</p><p><b>　　系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框架</b></p>

33、;<p>　　圖2-1 系統(tǒng)總體框架圖</p><p>　　如圖2-1，本采集系統(tǒng)以ATmega64為微處理器，溫濕度傳感器采用I2C總線接口的SHT75芯片。采用MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)RS-232接口，采用MAX485芯片擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)RS-422接口，通過標(biāo)準(zhǔn)RS-232接口和RS-422接口實(shí)現(xiàn)單片機(jī)采集系統(tǒng)和PC機(jī)的數(shù)據(jù)通信。電源設(shè)計(jì)采用LM7805CK穩(wěn)壓芯片，顯示模塊使用LCD160

34、2液晶顯示器。</p><p>　　2.2 系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)</p><p>　　采集系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用模塊化結(jié)構(gòu)，用C語言編寫，總體設(shè)計(jì)流程圖如圖2-2所示：</p><p>　　系統(tǒng)上電后首先進(jìn)行自檢，檢查各功能模塊電子器件是否正常工作，檢查完畢后進(jìn)行各功能模塊初始化，掃描鍵盤，當(dāng)有“按鍵1”按下時(shí)，系統(tǒng)可讀到PB0口為低電平，此時(shí)系統(tǒng)開始執(zhí)行測(cè)量數(shù)據(jù)的工作，將采集

35、到的溫濕度及壓力數(shù)據(jù)儲(chǔ)存到特定寄存器，當(dāng)有“按鍵2”按下時(shí)，系統(tǒng)將儲(chǔ)存在寄存器中的溫濕度及壓力數(shù)據(jù)組送LCD顯示，同時(shí)將該組數(shù)據(jù)通過I2C總線傳送至片外E2PROM，當(dāng)“按鍵3”按下時(shí)，系統(tǒng)檢查是否與上位機(jī)已經(jīng)建立連接，若連接成功則通過RS-232接口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送同時(shí)清空E2PROM內(nèi)數(shù)據(jù)。系統(tǒng)主程序及頭文件“#include"define.h"”完整代碼見附錄D。</p><p>　　圖2-

36、2系統(tǒng)主程序流程圖</p><p>　　2.3 系統(tǒng)主要功能</p><p>　　本系統(tǒng)是以ATmega64單片機(jī)為核心的土壤參數(shù)采集系統(tǒng)，主要采集土壤溫濕度及壓力并進(jìn)行相應(yīng)的分析，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了3個(gè)按鍵，當(dāng)傳感器探針插入土壤后，按鍵1（KEY1）按下，此時(shí)系統(tǒng)開始工作，執(zhí)行測(cè)量命令，按鍵2（KEY2）按下，系統(tǒng)則將采集到的溫濕度及壓力數(shù)據(jù)送LCD顯示同時(shí)儲(chǔ)存當(dāng)前數(shù)值到片外擴(kuò)展的E2PROM，

37、按鍵3（KEY3）按下時(shí)，系統(tǒng)檢查是否通過RS-232連接PC機(jī)，若連接成功，則執(zhí)行傳輸命令同時(shí)清空E2PROM內(nèi)數(shù)據(jù)組。</p><p><b>　　2.3 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章分成硬件總體設(shè)計(jì)和軟件總體設(shè)計(jì)兩部分介紹了整個(gè)系統(tǒng)，在硬件總體設(shè)計(jì)方面給出了系統(tǒng)各模塊框圖，軟件設(shè)計(jì)則給出主程序流程圖。通過本章可對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在硬件和軟件方面有一個(gè)總

38、體的認(rèn)識(shí)。</p><p><b>　　硬件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　ATmega64單片機(jī)概述</p><p>　　Atmega64單片機(jī)為基于AVR RISC結(jié)構(gòu)的8位低功耗CMOS微處理器。由于其先進(jìn)的指令集及單周期指令執(zhí)行時(shí)間，Atmega64單片機(jī)的數(shù)據(jù)吞

39、吐率高達(dá)1MIPS/MHz，故可以減緩系統(tǒng)的功耗和處理速度之間的矛盾。</p><p>　　AVR單片機(jī)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邏輯單元（ALU）相連接，使得一條指令可以在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)同時(shí)訪問兩個(gè)獨(dú)立的寄存器。這種結(jié)構(gòu)大大提高了代碼效率，并且具有比普通的復(fù)雜指令集處理器高10倍的數(shù)據(jù)吞吐率。</p><p>　　Atmega64單片機(jī)是AVR單片機(jī)

40、家族中的高性能單片機(jī)，具有比其他型號(hào)更高的性能，Atmega64片內(nèi)帶有64KB的系統(tǒng)可編程Flash程序存儲(chǔ)器，具有在寫的過程中還可以讀的能力，即同時(shí)讀寫（RWW）；2KB的E2PROM；4KB的SRAM；53個(gè)通用I/O端口線；32個(gè)通用工作寄存器；實(shí)時(shí)時(shí)鐘（RTC）；4個(gè)靈活的具有比較模式和PWM的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（T/C）；2個(gè)USART；面向字節(jié)的兩線接口（TWI）；8通道10位ADC；可選的可編程增益；片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗

41、定時(shí)器；串行外圍接口（SPI）；與IEEE 1149.1規(guī)范兼容的JTAG測(cè)試接口，此接口同時(shí)還可以用于片上調(diào)試；6種可以通過軟件選擇的省電模式。</p><p>　　空閑模式時(shí)，CPU停止工作，而SRAM、T/C、SPI以及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作；掉電模式時(shí)，晶體振蕩器停止震蕩，所有功能除了中斷和硬件復(fù)位之外都停止工作，而寄存器的內(nèi)容則一直保持；省電模式時(shí)，異步定時(shí)器繼續(xù)運(yùn)行，以允許用戶維持時(shí)間基準(zhǔn)，器件的其他部分處

42、于睡眠狀態(tài)；ADC噪聲抑制模式時(shí)，CPU和所有的I/O模塊停止運(yùn)行，而異步定時(shí)器和ADC繼續(xù)工作，以減少ADC轉(zhuǎn)換時(shí)的開關(guān)噪聲；Standby模式時(shí)，振蕩器工作而其他部分睡眠，使得器件只消耗極少的電流，同時(shí)具有快速啟動(dòng)的能力；擴(kuò)展Standby模式時(shí)，則允許振蕩器和異步定時(shí)器繼續(xù)工作。</p><p>　　Atmega64單片機(jī)元器件是以ATMEL公司的高密度非易失性內(nèi)存技術(shù)生產(chǎn)的。片內(nèi)ISP Flash存儲(chǔ)器可

43、以通過SPI、通用編程器或引導(dǎo)程序多次編程。引導(dǎo)程序可以使用任何接口來下載應(yīng)用程序到Flash存儲(chǔ)器。在更新應(yīng)用Flash存儲(chǔ)器時(shí)引導(dǎo)Flash區(qū)的程序繼續(xù)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)RWW操作。通過將8位RISC與系統(tǒng)內(nèi)可編程的Flash存儲(chǔ)器集成在一個(gè)芯片內(nèi)，Atmega64單片機(jī)為許多嵌入式控制應(yīng)用提供了靈活且低成本的方案。</p><p>　　Atmega64 AVR單片機(jī)有整套的開發(fā)工具，包括C語言編譯器、宏匯編語言、程

44、序調(diào)試器/仿真器和評(píng)估板。</p><p>　　其具體產(chǎn)品特點(diǎn)如下：</p><p>　　1.高性能、低功耗的8位微處理器。</p><p>　　2.先進(jìn)的RISC結(jié)構(gòu)：</p><p>　　130條指令，大多數(shù)可以在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)完成。</p><p>　　32KB*8bit通用工作寄存器和外設(shè)控制寄存器。</

45、p><p><b>　　全靜態(tài)工作。</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>　　3.非易失性的程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；</p><p>　　64KB的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash存儲(chǔ)器，壽命為10000次寫/擦出周

46、期。</p><p>　　具有獨(dú)立鎖定位、可選擇的啟動(dòng)代碼區(qū)，通過片內(nèi)的啟動(dòng)程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)編程真正的讀—修改—寫操作。</p><p>　　2KB的E2PROM，壽命為10000次寫/擦除周期。</p><p>　　4KB的內(nèi)部SRAM。</p><p>　　多達(dá)64KB的優(yōu)化的外部存儲(chǔ)器空間。</p><p>　　可

47、以對(duì)鎖定位進(jìn)行編程，以實(shí)現(xiàn)軟件加密。</p><p>　　可以通過SPI實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)編程。</p><p>　　4.JTAG接口（與IEEE 1149.1標(biāo)準(zhǔn)兼容）：</p><p>　　遵循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。</p><p>　　通過JTAG接口實(shí)現(xiàn)對(duì)Flash存儲(chǔ)器

48、，E2PROM、熔絲位和鎖定位的編程。</p><p><b>　　5.外設(shè)特點(diǎn)：</b></p><p>　　2個(gè)具有獨(dú)立的預(yù)分頻器和比較器功能的8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。</p><p>　　2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>　　具有預(yù)分頻器的實(shí)時(shí)時(shí)鐘計(jì)數(shù)器。</p>

49、<p><b>　　2路8位PWM。</b></p><p>　　6路分辨率可編程（1~16位）的PWM。</p><p><b>　　輸出比較調(diào)制器。</b></p><p>　　8路10位ADC：8個(gè)單端通道；7個(gè)差分通道；2個(gè)具有可編程增益（1倍、10倍、200倍）的差分通道。</p>&

50、lt;p>　　面向字節(jié)的兩線接口（TWI）。</p><p>　　2個(gè)可編程的串行USART。</p><p>　　可工作于主機(jī)/從機(jī)模式的串行外圍設(shè)備接口（SPI）。</p><p>　　具有獨(dú)立片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時(shí)器。</p><p><b>　　片內(nèi)模擬比較器。</b></p><

51、p>　　6.特殊的處理器特點(diǎn)：</p><p>　　上電復(fù)位以及可編程的掉電監(jiān)測(cè)。</p><p>　　片內(nèi)經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)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：空閑模式、ADC噪聲抑制模式、省電模式、掉電模式、Standby（待機(jī)）模式以及擴(kuò)展的Stan

52、dby模式。</p><p>　　可以通過軟件進(jìn)行選擇的時(shí)鐘頻率。</p><p>　　通過熔絲位可以選擇Atmega103單片機(jī)兼容模式。</p><p><b>　　全局上拉禁止功能。</b></p><p><b>　　7.I/O和封裝：</b></p><p>　　5

53、3個(gè)可編程I/O端口線。</p><p>　　64引腳TQFP與64引腳MLF封裝。</p><p>　　8.工作電壓：4.5~5.5V。</p><p>　　9.速度等級(jí)：0~16MHz。</p><p>　　ATmega64單片機(jī)引腳功能</p><p>　　1.VCC：數(shù)字電路的電源。</p>&l

54、t;p><b>　　2.GND：地。</b></p><p>　　3.端口A（PA7~PA0）：端口A為8位雙向I/O端口，并具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對(duì)稱的驅(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，則端口被外部電阻拉低時(shí)將輸出電流。復(fù)位發(fā)生時(shí)端口為三態(tài)。</p><p>　　4.端口B（PB7~PB0）、C（PC7~P

55、C0）、D（PD7~PD0）、E（PE7~PE0）：與端口A具有相同的I/O性能，但在Atmega103單片機(jī)兼容模式下，端口C只能作為輸出，而且在復(fù)位發(fā)生時(shí)不是三態(tài)。</p><p>　　5.端口F（PF7~PF0）：端口F為ADC的模擬輸入引腳。如果不作為ADC的模擬輸入，端口F可以作為8位雙向I/O端口，并具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對(duì)稱的驅(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

56、上拉電阻使能，則端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流。復(fù)位發(fā)生時(shí)端口F為三態(tài)。如果使能了JTAG接口，則復(fù)位發(fā)生時(shí)引腳PF7（TDI）、PF5（TMS）、和PF4（TCK）的上拉電阻使能。端口F也可以作為JTAG接口。在Atmega103單片機(jī)兼容模式下端口F只能作為輸入引腳。</p><p>　　6.端口G（PG4~PG0）：端口G為5位雙向I/O端口，并具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對(duì)稱的驅(qū)動(dòng)特性，可以

57、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。復(fù)位發(fā)生時(shí)，端口G為三態(tài)。在Atmega103單片機(jī)兼容模式下，端口G只能作為外部存儲(chǔ)器的所存信號(hào)以及32KHz振蕩器的輸入，并且在復(fù)位時(shí)，這些引腳初始化為PG0=1、PG1=1以及PG2=0。PG3和PG4是振蕩器引腳。</p><p>　　圖3-1 Atmega64引腳圖</p><p>　　7.

58、端口A、B、C、D、E、F、G：都可作為第二引腳試用 </p><p>　　8.RESET：復(fù)位輸入引腳。超過最小門限時(shí)間的低電平將引起系統(tǒng)復(fù)位，低于此時(shí)間的脈沖不能保證可靠復(fù)位。</p><p>　　9.XTAL1：反向震蕩放大器及片內(nèi)時(shí)鐘操作電路的輸入。</p><p>　　10.XTAL2：反向震蕩放大器的輸出。</p><p>　　1

59、1.AVCC：AVCC為端口F以及ADC的電源，須與VCC相連接，即使沒有使用ADC也應(yīng)該如此。使用ADC時(shí)，應(yīng)該通過一個(gè)低通濾波器與VCC連接。</p><p>　　12.AREF：AREF為ADC的模擬基準(zhǔn)輸入引腳。</p><p>　　13.PEN：PEN為SPI串行下載的使能引腳。在上電復(fù)位時(shí)，保持PEN為高電平，將使器件進(jìn)入SPI串行下載模式。在正常工作過程中，PEN引腳沒有其他

60、功能。</p><p><b>　　系統(tǒng)時(shí)鐘電路</b></p><p>　　AVR單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)通常有兩種產(chǎn)生方式：一是內(nèi)部時(shí)鐘方式；二是外部時(shí)鐘方式，本課題采用內(nèi)部時(shí)鐘方式，如圖3-2。</p><p>　　圖3-2 時(shí)鐘電路與Atmega64連接圖</p><p>　　晶振Y1的頻率范圍為0~16MHz，本系統(tǒng)中

61、采用8MHz的晶振頻率，電容器C1、C2均為22pF。</p><p><b>　　系統(tǒng)復(fù)位電路</b></p><p>　　復(fù)位操作有兩種基本形式：一種是上電復(fù)位，另一種是按鍵復(fù)位。Atmega64單片機(jī)為低電平復(fù)位最小門限時(shí)間為兩個(gè)時(shí)鐘周期。S1未按下時(shí)，RESET處于高電平，當(dāng)S1按鍵按下時(shí)，RESET接地，處于低電平，單片機(jī)進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)，復(fù)位電路如圖3-3所示

62、。</p><p>　　圖3-3 系統(tǒng)復(fù)位電路圖</p><p><b>　　系統(tǒng)電源電路</b></p><p>　　系統(tǒng)輸入電壓為12V，通過LM7805CK穩(wěn)壓芯片轉(zhuǎn)換，為系統(tǒng)提供5V工作電壓。LM7805CK是常見的三端穩(wěn)壓器件，如圖3-4所示，它具有良好的溫度系數(shù)，應(yīng)用范圍很廣。其主要特點(diǎn)有：</p><p>

63、　　1.最大1A電流的輸出，輸出電壓為5V；</p><p>　　2.過熱和短路保護(hù)；</p><p><b>　　3.寬電壓輸入。</b></p><p>　　圖3-4 LM7805引腳圖</p><p>　　常見的LM7805CK的引腳定義如表3-1</p><p>　　表3-1 LM78

64、05CK引腳定義</p><p>　　標(biāo)準(zhǔn)RS-232接口擴(kuò)展</p><p>　　大多數(shù)控制系統(tǒng)都是把PC機(jī)作為上位機(jī)，單片機(jī)系統(tǒng)作為下位機(jī)。單片機(jī)系統(tǒng)必須把采集的數(shù)據(jù)傳輸給PC機(jī)，以便進(jìn)行存儲(chǔ)和處理。</p><p>　　PC機(jī)幾乎都具有RS-232接口，因此單片機(jī)通過RS-232接口與PC機(jī)通信最方便，也是最常用的方法。但是單片機(jī)并沒有RS-232電氣接口，要

65、進(jìn)行通信就必須要進(jìn)行接口擴(kuò)展。本設(shè)計(jì)采用MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行接口擴(kuò)展。</p><p>　　RS-232接口的機(jī)械指標(biāo)</p><p>　　RS-232C標(biāo)準(zhǔn)是美國(guó)EIA(電子工業(yè)聯(lián)合會(huì))與BELL等公司一起開發(fā)的,于1969年公布的通信協(xié)議，全稱是EIA-RS-232C。它適于數(shù)據(jù)傳輸速率在0～20000bps的通信。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)串行通信接口的有關(guān)問題，如信號(hào)線功能、電特性都作了明

66、確規(guī)定。由于通信設(shè)備廠商都生產(chǎn)與RS-232C制式兼容的通信設(shè)備，因此，它作為一種標(biāo)準(zhǔn)，目前已在微機(jī)通信接口中廣泛采用。RS-232C采用負(fù)邏輯，規(guī)定+3V～+15V任意電壓表示邏輯0（或信號(hào)有效），-3V～-15V任意電壓表示邏輯1（或信號(hào)無效）。</p><p>　　一個(gè)完整的RS-232接口有22根線，采用一種標(biāo)準(zhǔn)的“D”型保護(hù)殼的25針插頭座通常使用的RS-232接口信號(hào)只有9針。</p>

67、<p>　　這9根引腳可以分成兩類：一類是基本的數(shù)據(jù)傳送引腳，另一類是用于調(diào)制解調(diào)器（Modem）的控制和反映它的狀態(tài)的引腳。</p><p>　　基本的數(shù)據(jù)傳送引腳包括RXD、TXD、SG；Modem的控制引腳狀態(tài)包括DTR、RTS、DSR、CTS、DCD和RI。其中DTR和RTS是計(jì)算機(jī)通過RS-232接口送給Modem的控制引腳；DSR、CTS、DCD和RI是Modem通過RS-232送給計(jì)算機(jī)的

68、狀態(tài)信息引腳。 </p><p>　　表3-2 RS-232信號(hào)定義</p><p>　　RS-232接口的電氣規(guī)范</p><p>　　表3-3給出了RS-232總線的電氣規(guī)范，從表中可以看出RS-232采用負(fù)邏輯，其中邏輯“1”為-5 ~ -15V ，邏輯“0”為+5 ~ +15V。 </p><p>　　表3-3 RS-232接口

69、的電氣規(guī)范</p><p>　　RS-232接口的電氣規(guī)范</p><p>　　由于AVR單片機(jī)輸入輸出電平位TTL電平，而PC機(jī)配置的是RS-232標(biāo)準(zhǔn)串行接口，二者的電氣規(guī)范不一致，因此要進(jìn)行PC機(jī)與單片機(jī)的數(shù)據(jù)通訊，必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。</p><p>　　現(xiàn)在采用MAX232芯片中兩路發(fā)送接收中任選一路作為接口。MAX232的主要性能如下：</p>

70、<p>　　1.5V單電源供電；</p><p>　　2.CMOS制造工藝；</p><p>　　3.兩路接收器發(fā)送器；</p><p>　　4.+30V輸出電平；</p><p>　　5.低的工作電流，典型值是8mA；</p><p>　　6.符合TIA/EIA-232-E標(biāo)準(zhǔn)和ITUV2.8建議；&l

71、t;/p><p><b>　　7.DIP封裝</b></p><p>　　MAX232與單片機(jī)接口電路如圖3-5所示</p><p>　　圖3-5 MAX232與單片機(jī)接口電路圖</p><p>　　標(biāo)準(zhǔn)RS-422接口擴(kuò)展</p><p>　　RS-422接口是一種基于平衡發(fā)送和差分接收的串行總線

72、，具有抗共模干擾、傳輸速率高、距離遠(yuǎn)、易于網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛的應(yīng)用在很多工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。本采集系統(tǒng)使用RS-422接口完成單片機(jī)與PC機(jī)的長(zhǎng)距離數(shù)據(jù)傳輸。</p><p>　　MAX485芯片簡(jiǎn)介</p><p>　　MAX485的主要性能如下：</p><p><b>　　1.單5V電源；</b></p><p>　　2

73、.-7V~+12V普通模式輸入電壓；</p><p><b>　　3.低靜止電流；</b></p><p><b>　　4.過載保護(hù)功能；</b></p><p>　　MAX485接口芯片采用半雙工通信方式，完成將TTL電平轉(zhuǎn)換為RS-422電平的功能。MAX485的管腳定義如表3-4所示：</p><

74、p>　　表3-4 MAX485管腳定義</p><p><b>　　硬件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　如圖3-6所示為MAX485與ATmega64單片機(jī)及PC機(jī)的典型連接示意圖。圖中ATmega64單片機(jī)與MAX485的實(shí)際位置遠(yuǎn)離PC機(jī)。在PC機(jī)端，使用電平轉(zhuǎn)換接口將RS-422電平轉(zhuǎn)換為PC機(jī)能夠識(shí)別的RS-232電平</p><

75、p>　　圖3-6 MAX485與ATmega64單片機(jī)及PC機(jī)的連接圖</p><p>　　在圖3.6中，單片機(jī)的PD4口控制MAX485的DE和/RE端口，以實(shí)現(xiàn)接收和發(fā)送控制。當(dāng)PD4為0時(shí)，MAX485的接收器使能，驅(qū)動(dòng)器被禁止；當(dāng)PD4為1時(shí)，MAX485的驅(qū)動(dòng)器使能，接收器被禁止。</p><p>　　RS-422與RS2-32電平轉(zhuǎn)換接口使用MAX232和MAX485實(shí)

76、現(xiàn)。接口電路見附錄C.</p><p><b>　　外存儲(chǔ)器擴(kuò)展</b></p><p><b>　　I2C總線簡(jiǎn)介</b></p><p>　　I2C（Inter-Integrated Circuit）總線是一種Philips公司開發(fā)的兩線式串行總線，用于連接微控制器及其外圍設(shè)備。</p><p>

77、;　　I2C總線最大的優(yōu)點(diǎn)是其簡(jiǎn)單性和有效性。由于接口直接在組件之上，因?yàn)镮2C總線占用的空間小，減少了電路板的空間和芯片管腳的數(shù)量，降低了互聯(lián)成本?？偩€的長(zhǎng)度可達(dá)25英尺，并且能夠以10Kbit/s的最大傳輸和時(shí)鐘頻率支持40個(gè)組件。I2C總線的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是支持多主控（multimastering）,其中任何能夠進(jìn)行發(fā)送和接受的設(shè)備都可以成為主總線。一個(gè)主控能夠控制信號(hào)的傳輸和時(shí)鐘頻率。</p><p>　　I

78、2C總線是由數(shù)據(jù)線SDA和時(shí)鐘SCL構(gòu)成的數(shù)據(jù)串行總線，可發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。在CPU與被控IC之間、IC與IC之間進(jìn)行雙向傳輸，最高傳輸速率100Kbit/s。</p><p>　　I2C總線在傳輸數(shù)據(jù)過程中共有3種類型信號(hào)，分別是：開始信號(hào)、結(jié)束信號(hào)和應(yīng)答信號(hào)。</p><p>　　1.開始信號(hào)：SCL為高電平時(shí)，SDA由高電平向低電平跳變，開始傳輸數(shù)據(jù)。</p><p

79、>　　2.結(jié)束信號(hào)：SCL為高電平時(shí)，SDA由低電平向高電平跳變，結(jié)束傳輸數(shù)據(jù)。</p><p>　　3.應(yīng)答信號(hào)：接收數(shù)據(jù)的IC在接收到8位數(shù)據(jù)后，向發(fā)送數(shù)據(jù)的IC發(fā)出特定的低電平脈沖，表示已收到數(shù)據(jù)。CPU向受控單元發(fā)出一個(gè)信號(hào)后，等待受控單元發(fā)出一個(gè)應(yīng)答信號(hào)，CPU接收到應(yīng)答信號(hào)后，根據(jù)實(shí)際情況做出是否繼續(xù)傳遞信號(hào)的判斷，若未收到應(yīng)答信號(hào)，判斷為受控單元出現(xiàn)故障。</p><p&g

80、t;<b>　　AT24C64簡(jiǎn)介</b></p><p>　　AT24C64是ATMEL公司的兩線制串行E2PROM芯片。共有64KB字節(jié)的存儲(chǔ)容量。具有結(jié)構(gòu)緊湊、存儲(chǔ)容量大等優(yōu)點(diǎn)。芯片與單片機(jī)之間使用I2C接口通信，接口電路簡(jiǎn)單、操作方便，適合存儲(chǔ)單片機(jī)系統(tǒng)中一些重要的數(shù)據(jù)。AT24C64的管腳定義如表3-5：</p><p>　　表3-5 AT24C64的管腳

81、定義</p><p>　　圖3-7為AT24C64的8引腳PDIP封裝管腳圖：</p><p>　　圖3-7 AT24C64引腳圖</p><p>　　AT24C64與ATmega64單片機(jī)接口連接</p><p>　　如圖3-8 所示為ATmega64與AT24C64的硬件連接圖。圖中AT24C64的地址A0~A2都設(shè)置為0，這樣AT24

82、C64的器件寫地址為0xA0，器件讀地址為0xA1。AT24C64的串行時(shí)鐘線SCL與PD0相連，串行數(shù)據(jù)線SDA與PD1相連。按照I2C協(xié)議的接線要求，對(duì)SDA線接上拉電阻，保證其數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?lt;/p><p>　　圖3-8 ATmega64與AT24C64硬件連接圖</p><p><b>　　溫濕度采集端設(shè)計(jì)</b></p><p>

83、;　　本采集系統(tǒng)采用SHT75溫濕度傳感器。SHT75是瑞士Sensirion公司推出的基于CMOSens專利技術(shù)的新型溫濕度傳感器。該傳感器將COMS芯片技術(shù)與傳感器技術(shù)結(jié)合起來，發(fā)揮出強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)作用。芯片通過I2C接口與Atmega64單片機(jī)相連接。</p><p>　　SHT75的主要性能</p><p>　　1.滿量程校準(zhǔn)的相對(duì)濕度及溫度值輸出；</p><

84、p>　　2.工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)I2C總線數(shù)字輸出接口；</p><p>　　3.具有露點(diǎn)值計(jì)算輸出功能；</p><p><b>　　4.免外圍元件；</b></p><p>　　5.卓越的長(zhǎng)期穩(wěn)定性；</p><p>　　6.濕度值輸出分辨率為14位，溫度值輸出分辨率為12位，可編程降至12位和8位；</p>

85、<p>　　7.其濕度測(cè)量精度為+1.8%RH，溫度測(cè)量精度為+0.3℃；</p><p>　　8.可靠的CRC數(shù)據(jù)傳輸校驗(yàn)功能；</p><p>　　9.片內(nèi)裝載校準(zhǔn)系數(shù)，保證100%的互換性；</p><p>　　10.電源電壓：2.4V~5.5V；</p><p>　　SHT75的封裝形式為小體積4腳單線封裝，其引腳說明如表

86、3-6</p><p>　　表3-6 SHT75管腳定義</p><p><b>　　硬件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　如圖3-9所示為ATmega64與SHT75的硬件連接圖。圖中SHT75的串行時(shí)鐘輸入線SCK與PC3相連，串行數(shù)據(jù)線DATA與PC4相連，使PC3~PC4模擬I2C協(xié)議進(jìn)行通信。按照I2C協(xié)議的接線要求，對(duì)DATA線接

87、上拉電阻，保證其數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?lt;/p><p>　　圖3-9 ATmega64與SHT75硬件連接圖</p><p><b>　　壓力采集端設(shè)計(jì)</b></p><p>　　ATmega64單片機(jī)概述</p><p>　　壓智能化、數(shù)字化和控制技術(shù)的發(fā)展，特別是智能化數(shù)字壓力傳感器的問世，促進(jìn)了數(shù)字壓力計(jì)的新發(fā)展，

88、在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上先后出現(xiàn)了各種高精度的手動(dòng)或自動(dòng)控制的數(shù)字壓力計(jì)。 </p><p>　　數(shù)字壓力計(jì)是以壓力傳感器為感應(yīng)元件。當(dāng)壓力傳感器感受到外界被測(cè)壓力時(shí)，它會(huì)把力物理量轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào)發(fā)送出去，當(dāng)模擬信號(hào)傳送到放大電路里會(huì)進(jìn)行濾波和信號(hào)放大，然后把該模擬信號(hào)傳送到A/D轉(zhuǎn)化電路里轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，傳送到單片機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算。</p><p>　　派若斯（Paroscientific）公司的

89、740和760系列數(shù)字式石英壓力計(jì)，由于其精度、穩(wěn)定性、可靠性等性能突出，在國(guó)際上被用作壓力傳遞標(biāo)準(zhǔn)。DH公司采用數(shù)字式石英壓力傳感器研制生產(chǎn)多量程（三量程或六量程）的手動(dòng)或自動(dòng)數(shù)字式壓力計(jì)。上述數(shù)字式壓力的精度為0.01%，它包括非線性、遲滯、重復(fù)性誤差，穩(wěn)定性、溫度影響和檢定所用標(biāo)準(zhǔn)的誤差等，其穩(wěn)定性優(yōu)于0.01%/年。</p><p>　　本系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的數(shù)字壓力計(jì)主要是在野外測(cè)量氡時(shí)進(jìn)行壓力測(cè)量的，所以壓力

90、傳感器的選取就必須考慮到土壤表層的一些情況：</p><p>　　1.土壤表層：土壤表面到地表以下10米左右深度的溫度最高在40～50℃，最低在-30～-20℃；</p><p>　　2.在土壤表面的壓力就是1個(gè)大氣壓，而在地表以下10米的壓力也不會(huì)超過2個(gè)大氣壓(1個(gè)大氣壓=0.1MPa)；</p><p>　　3.考慮到壓力在地表以下10米內(nèi)的變化可能比較小，所

91、以采用的壓力傳感器的精度應(yīng)該比較高；</p><p>　　4.在地表下面可能存在氣、液兩種形態(tài)的情況，因此在選擇壓力傳感器時(shí)也要考慮到傳感器的工作環(huán)境問題；</p><p>　　5.由于是在野外作業(yè)所以要求是選用功耗比較低的傳感器。</p><p>　　根據(jù)以上五點(diǎn)要求，總結(jié)出了要選用的傳感器所應(yīng)該具備的一些參數(shù)要求，如表3-7</p><p&g

92、t;　　表3-7 傳感器特性</p><p>　　經(jīng)過反復(fù)比較，從候選的幾十種傳感器中篩選了中國(guó)大恒（集團(tuán)）有限公司銷售的26PC系列無放大帶溫補(bǔ)器的傳感器。</p><p>　　26PCB壓力傳感器簡(jiǎn)介</p><p><b>　　1.技術(shù)規(guī)格：</b></p><p>　　供電電源：0---16VDC</p

93、><p>　　壓力量程：0---0.5PSI</p><p>　　輸出信號(hào)：mV電壓信號(hào)</p><p>　　工作溫度：-40℃---80℃</p><p>　　溫度補(bǔ)償：26PC系列溫度補(bǔ)償0---50℃</p><p>　　壓力形式：表壓(G)，差壓(D)，絕壓(A)</p><p><b

94、>　　線性遲滯：0.5%</b></p><p><b>　　2.產(chǎn)品特點(diǎn)：</b></p><p>　　專利的導(dǎo)電密封彈性連接系統(tǒng)消除了傳統(tǒng)的導(dǎo)線粘結(jié)和帶狀連接</p><p>　　專利的Snap-together 結(jié)構(gòu)導(dǎo)致了多樣化的測(cè)量孔形式</p><p>　　最低價(jià)格的帶溫度補(bǔ)償和校整的小型封裝

95、壓力傳感器</p><p>　　不同的引腳可選（1x4 或2x2）</p><p><b>　　可以測(cè)量負(fù)壓和正壓</b></p><p>　　激光刻蝕電阻保證極好的器件一致性</p><p>　　3.引腳編號(hào)，芯片引腳如圖3-10所示。</p><p>　　引腳1：電源（VDD）； 引腳2：

96、輸出（+）；</p><p>　　引腳3：輸出（-）； 引腳4：接地（VDD）</p><p>　　圖3-10 26PC引腳圖</p><p>　　3.7 鍵盤接口設(shè)計(jì)</p><p>　　鍵盤是單片機(jī)系統(tǒng)中進(jìn)行人機(jī)對(duì)話的基本接口，是單片機(jī)系統(tǒng)數(shù)據(jù)輸入的重要方式。鍵盤的接法靈活多樣，最簡(jiǎn)單的方式為獨(dú)立式接法，即利用單片機(jī)讀取I/O

97、口的電平高低來判斷是否有鍵按下。</p><p>　　這里所說的按鍵采用金屬接觸方式，開關(guān)的原理是觸電導(dǎo)通或斷開，通常采用銅片彈簧作為彈性材料。在外型上有圓形、方形等形狀。</p><p>　　圖3-11 鍵盤接口圖</p><p>　　在本采集系統(tǒng)中，單片機(jī)3個(gè)I/O口外接3個(gè)按鍵，可以實(shí)現(xiàn)3個(gè)按鍵的輸入。</p><p>　　獨(dú)立式按鍵的

98、接法是在單片機(jī)的I/O口上接一個(gè)按鍵，每個(gè)按鍵對(duì)應(yīng)單片機(jī)的一個(gè)輸入端口，按鍵的另一端接電源或者數(shù)字地。為了保證電平的有效性，按照?qǐng)D3-11的接線方式，對(duì)每一路的按鍵都需要加一個(gè)上拉電阻。ATmega64單片機(jī)的端口PB0，PB1，PB2分別連接按鍵KEY1~KEY3。</p><p>　　3.8 顯示接口設(shè)計(jì)</p><p>　　3.8.1 LCD1602簡(jiǎn)介</p><

99、;p>　　1602是典型的字符點(diǎn)陣LCD，可以顯示16位×2行共32個(gè)字符。驅(qū)動(dòng)電壓為+5.0V/3.3V。背光燈有黃綠色、白色等。如圖3-12所示為1602引腳圖：</p><p>　　3-12 1602引腳圖</p><p>　　1602采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口。接口定義及功能如表3-8</p><p>　　表3-8 1602引腳定義表</

100、p><p>　　1602的顯示原理是：在其內(nèi)部存儲(chǔ)器中保存字符圖形，通過控制器向1602寫入指定的顯示存儲(chǔ)地址，相應(yīng)地址對(duì)應(yīng)的字符即被顯示到液晶屏幕上。</p><p>　　在1602內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器（CGROM）中已經(jīng)儲(chǔ)存了160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形。這些字符包括：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號(hào)和日文假名等。每個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼。</p><p>

101、　　3.8.2 硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　1602與ATmega64單片機(jī)如圖3-13所示。1602的D0~D7與ATmega64單片機(jī)的端口A相連，控制端口RS、RS、EN分別與端口C的PC0、PC1、PC2相連。</p><p>　　圖3-13 1602與單片機(jī)連接電路圖</p><p><b>　　3.9 本章小結(jié)</b></

102、p><p>　　本章詳細(xì)介紹了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)各硬件模塊的設(shè)計(jì)思路及過程，包括單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)，其中電源電路采用LM7805CK穩(wěn)壓芯片，時(shí)鐘電路采用內(nèi)部時(shí)鐘，復(fù)位電路采用手動(dòng)復(fù)位方式；數(shù)據(jù)采集模塊，其中溫濕度傳感器采用SHT75芯片，壓力傳感器采用26PCB壓力傳感器；系統(tǒng)輸入輸出模塊及系統(tǒng)與PC機(jī)通信模塊等相關(guān)模塊的各芯片電路連接。</p><p><b>　　軟件設(shè)計(jì)</b

103、></p><p><b>　　軟件總體設(shè)計(jì)框架</b></p><p>　　圖4-1 總體流程圖</p><p>　　采集系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用模塊化結(jié)構(gòu)，用C語言編寫，總體設(shè)計(jì)流程圖如圖4-1所示：</p><p>　　系統(tǒng)上電后首先進(jìn)行自檢，檢查各功能模塊電子器件是否正常工作，檢查完畢后進(jìn)行各功能模塊初始化，掃描

104、鍵盤，當(dāng)有“按鍵1”按下時(shí)，系統(tǒng)可讀到PB0口為低電平，此時(shí)系統(tǒng)開始執(zhí)行測(cè)量數(shù)據(jù)的工作，將采集到的溫濕度及壓力儲(chǔ)存到特定寄存器，當(dāng)有“按鍵2”按下時(shí)，系統(tǒng)將儲(chǔ)存在寄存器中的溫濕度及壓力數(shù)據(jù)組送LCD顯示，同時(shí)將該組數(shù)據(jù)通過I2C總線傳送至片外E2PROM，當(dāng)“按鍵3”按下時(shí)，系統(tǒng)檢查是否與上位機(jī)已經(jīng)建立連接，若連接成功則通過RS-232接口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。系統(tǒng)主程序及頭文件“#include"define.h"”完整代

105、碼見附錄D。</p><p>　　溫濕度及壓力數(shù)據(jù)采集模塊軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　SHT75傳感器共有5條用戶命令具體命令格式如表4-1所示： </p><p>　　表4-1 SHT75傳感器命令列表</p><p>　　SHT75的具體命令順序如下：</p><p><b>　　傳輸開始。</

106、b></p><p>　　1.初始化傳輸時(shí)，首先發(fā)出“傳輸開始”命令，命令包括SCK為高時(shí)，DATA由高電平變?yōu)榈碗娖?，并在下一個(gè)SCK為高時(shí)將DATA置為高。后一個(gè)命令順序包含3個(gè)地址位（目前只支持100創(chuàng)）和5個(gè)命令位，通過DATA引腳的ACK位處于低電位來表示SHT75正確收到命令。</p><p><b>　　2.連接復(fù)位順序。</b></p>

107、;<p>　　如果與SHT75傳感器的通信中斷，下列信號(hào)順序會(huì)使串口復(fù)位，當(dāng)使DATA線處于高電平時(shí)，觸發(fā)SCK9次以上（含9次），并隨后發(fā)出一個(gè)“傳輸開始”命令。</p><p>　　3.溫濕度測(cè)量時(shí)序。</p><p>　　當(dāng)發(fā)出了溫濕度測(cè)量命令后，控制器需要等到測(cè)量完成，方可讀取結(jié)果。使用8/12/14位的分辨率測(cè)量分別需要大約11/55/210ms。為表明測(cè)量完成，S

108、HT75會(huì)使數(shù)據(jù)線為低電平，此時(shí)控制器必須重新啟動(dòng)SCK。然后傳送兩字節(jié)測(cè)量數(shù)據(jù)和一字節(jié)CRC校驗(yàn)和。控制器必須通過使DATA為低來確認(rèn)每一字節(jié)，所有的矢量中從右算MSB（最高位）列于第一位。通信在確認(rèn)CRC數(shù)據(jù)位后停止。如果沒有用CRC-8的校驗(yàn)和，則控制器就會(huì)自動(dòng)返回休眠模式。</p><p>　　需要注意的是，為使SHT75溫升低于0.1℃，工作頻率不能大于15%（如：12位精確度時(shí)每秒最多進(jìn)行3次測(cè)量），

109、即對(duì)SHT75的操作不能過于頻繁，如果傳感器本身溫度升高，將會(huì)使測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生較大誤差。</p><p>　　程序中，通過PC4、PC3模擬進(jìn)行I2C協(xié)議進(jìn)行通信。首先設(shè)置溫度啟動(dòng)命令，等待轉(zhuǎn)換完成，然后讀取溫度測(cè)量值，并進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換。隨后設(shè)置濕度啟動(dòng)命令，轉(zhuǎn)換完成后，進(jìn)行濕度變換和濕度的補(bǔ)償計(jì)算。設(shè)置SHT75為+5V電源下，14位精度的溫度測(cè)量和12位精度的濕度采集。程序清單見附錄2。</p>&

110、lt;p>　　壓力采集端采用26PCB壓力傳感，26PC壓力傳感器輸出的模擬信號(hào)可通過單片機(jī)的ADC接口直接輸入單片機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)化，并進(jìn)行相應(yīng)的控制操作，溫濕度及壓力采集程序流程圖4-2所示</p><p>　　圖4-2 采集程序流程圖</p><p>　　標(biāo)準(zhǔn)RS-232及RS-422接口擴(kuò)展軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　RS-232接口擴(kuò)展軟件設(shè)計(jì)</

111、p><p>　　在PC內(nèi)接有PC16550（和8250兼容）串行接口、EIA-TTL的電平轉(zhuǎn)換器和RS-232C連接器，除鼠標(biāo)占用一個(gè)串行口以外，還留有兩個(gè)串行口給用戶，這就是COM1(地址3F8H～3FFH)和COM2(地址2F8H～2FFH)，通過這兩個(gè)口，可以連接Modem和電話線進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)，也可以連接其他的串行通訊設(shè)備，如單片機(jī)、仿真器等。由于單片機(jī)的串行發(fā)送和接收線TXD和RXD是TTL電平，而PC的COM

112、1或COM2的RS-232C連接器（D型9針插座）是EIA電平，因此單片機(jī)需加接MAX232芯片，通過串行電纜和PC相連接。</p><p>　　串口通訊過程的順利完成，通訊雙方不但要在硬件接口標(biāo)準(zhǔn)上共同遵守某種約定，而且還必須對(duì)數(shù)據(jù)格式、同步方式、傳送速度、傳送步驟、糾錯(cuò)方式以及控制字符定義等問題作出統(tǒng)一的規(guī)定，即通訊協(xié)議，而這些工作是通過軟件編程實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　要實(shí)現(xiàn)單片機(jī)

113、與PC際之間順利的通訊，首先要對(duì)PC機(jī)串行接口由簡(jiǎn)單的了解，PC的串行通訊接口使用的是8250。8250的可編程串行接口，內(nèi)部有10個(gè)寄存器，共占用7個(gè)地址，其COM1通信口的端口地址見下表4-1。</p><p>　　表4-1 可編程串行接口</p><p>　　由于地址3F8H和3F9H為兩個(gè)寄存器共用，由線路控制寄存器最高位DLAB進(jìn)行選擇。8250通訊編程的步驟：</p>

114、;<p>　　1.選定波特率，即寫波特率除數(shù)鎖存器BRD先使用線路控制寄存器LCR的最高位D7（DLAB）為“1”，以選中除數(shù)鎖存器，然后分別將波特率除數(shù)的高8位和低8位寫入BRDH和BRDL。</p><p>　　2.寫控制字將通信的數(shù)據(jù)格式寫入線形控制寄存器LCR，同時(shí)使其最高位DLAB為“0”，選中發(fā)送緩沖器和接受緩沖器，以便后面進(jìn)行發(fā)送和接收。</p><p>　　3