avr單片機與上位機的通信系統(tǒng)畢業(yè)設計報告

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　串口通信系統(tǒng)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防等行業(yè)中有著廣泛的應用。利用單片機技術(shù)的串口通信系統(tǒng)以其體積小可靠性高等而被廣泛采用。</p><p>　　本文介紹設計一種基于AVR單片機與上位機的通信系統(tǒng)，以ATmega16單片機為控制器，使用DS18B20溫度傳感器采集現(xiàn)場溫度，并通過RS-232串行通信接口把數(shù)據(jù)傳

2、輸?shù)诫娔X上顯示和接受電腦的監(jiān)控命令。本設計還實現(xiàn)了由電腦監(jiān)控通過ATmega16控制LED燈實現(xiàn)流水燈的功能。首先對系統(tǒng)所使用的Atmega16單片機的性能和發(fā)展做了簡單介紹，對串口通信過程及協(xié)議作了簡單說明；同時對串口通信系統(tǒng)進行了可行性分析；其次對串口通信的硬件、軟件進行了一一介紹最終實現(xiàn)了該系統(tǒng)的硬件電路。通過多次的運行、調(diào)試、簡化修改程序，最后形成了一個完整的基于Atmega16的串口通信系統(tǒng)。</p><p

3、>　　關(guān)鍵詞：單片機 串口通信 ATmega16 DS18B20 Protel</p><p><b>　　一 緒 論</b></p><p><b>　　（一）選題背景</b></p><p>　　計算機與計算機或計算機終端之間的數(shù)據(jù)傳送可以采用串行通訊和并行通訊兩種方式。由于串行通訊方式具有使用線路少、成

4、本低，特別是在遠程傳輸時，避免了多條線路特性的不一致而被廣泛采用。在串行通訊時，要求通訊雙方都采用一個標準接口。使不同的設備可以方便地連接起來進行通訊。RS-232-C接口（又稱 EIA RS-232-C）是目前最常用的一種串口通訊接口。它是在1970年由美國電子工業(yè)協(xié)會（EIA）聯(lián)合貝爾系統(tǒng)、調(diào)制解調(diào)器廠家及計算機終端生產(chǎn)廠家共同制定的用于串行通訊的標準。</p><p>　　隨著計算機技術(shù)尤其是單片微型機技術(shù)

5、的發(fā)展，人們已經(jīng)越來越多地采用單片機來對一些工業(yè)控制系統(tǒng)如溫度、流量和壓力等參數(shù)進行檢測和控制。PC機具有強大的監(jiān)控和管理功能，而單片機則具有快速及靈活的控制特點，通過PC機的RS-232串行接口與外部設備進行通信，是許多測控系統(tǒng)中常用的一種通信解決方案。因此如何實現(xiàn)PC機與單片機之間的通訊具有非常重要的現(xiàn)實意義。</p><p>　?。ǘ﹩纹瑱C國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢</p><p>　　

6、據(jù)統(tǒng)計，我國的單片機年容量已達1—3億片，且每年以大約16%的速度增長，但相對于世界市場我國的占有率還不到1%。這說明單片機應用在我國才剛剛起步，有著廣闊的前景。培養(yǎng)單片機應用人才，特別是在工程技術(shù)人員中普及單片機知識有著重要的現(xiàn)實意義。單片機是二十世紀七十年代中期發(fā)展起來的一種大規(guī)模集成電路器件。它在一塊芯片內(nèi)集成了計算機的各個功能部件，構(gòu)成一種單片式的微型計算機。</p><p>　　為使我國盡快實現(xiàn)經(jīng)濟信息

7、化，趕上發(fā)達國家水平，必須加速發(fā)展我國的信息技術(shù)和信息產(chǎn)業(yè)。</p><p>　　當前，在世界范圍內(nèi)，一個以微電子技術(shù)，計算機和通信技術(shù)為先導的，以信息技術(shù)和信息產(chǎn)業(yè)為中心的信息革命方興未艾。二十世紀八十年代以來，國際上單片機發(fā)展迅速，單片機應用不斷深入，新技術(shù)層出不窮。而計算機技術(shù)怎樣與實際應用更有效的結(jié)合并有效的發(fā)揮其作用是科學界最熱門的話題，也是當今計算機應用中空前的領(lǐng)域。</p><p

8、>　　目前，Intel公司的MCS—51及與之兼容的80C51系列單片機是被最多電子設計工程師掌握的單片機；TI公司的超低耗Flash型MSP430系列單片機是目前業(yè)界所有內(nèi)部集成閃速存儲器產(chǎn)品中功耗最低的，其消耗為同類產(chǎn)品的1/5；OKI公司的高性價比的MSM64K系列也不遜色；美國ST公司的ST62系列可以提供滿足各種場合的單片機或微控制器。</p><p>　?。ㄈ┱n題研究的內(nèi)容</p>

9、<p>　　根據(jù)畢業(yè)設計任務書的設計要就，概括出與本系統(tǒng)有關(guān)的要就如下：</p><p>　　1 采集現(xiàn)場的溫度數(shù)據(jù)；</p><p>　　2 可以通過上位機發(fā)送溫度采集命令，并通過上位機顯示現(xiàn)場溫度；</p><p>　　3 由上位機監(jiān)控命令通過單片機控制LED燈實現(xiàn)流水燈功能；</p><p>　　4 做出友好的人機交互界面

10、，實該通信系統(tǒng)操作簡單易于上手；</p><p><b>　　二 系統(tǒng)硬件設計</b></p><p>　?。ㄒ唬╇娐吩O計的總體框圖</p><p>　　對于硬件電路的各部分：</p><p>　　1 單片機是整個設計的核心，用來控制各部分電路的正常工作；</p><p>　　2 復位電路是用來

11、單片機在通電的情況下進行重啟動；</p><p>　　3 晶體振蕩器用來產(chǎn)生脈沖；</p><p>　　4 DS18B20是用來采集現(xiàn)場溫度的；</p><p>　　5 PC機是用于監(jiān)控整個系統(tǒng)設備的；</p><p>　　（二）主要器件的介紹</p><p>　　ATmega16單片機性能特點介紹</p>

12、<p>　?。?）高性能、低功耗的8位AVR微處理器 </p><p>　　（2） 先進的RISC 結(jié)構(gòu) </p><p>　　·131條指令，大多數(shù)指令執(zhí)行時間為單個時鐘周期 </p><p>　　·32個8位通用工作寄存器 </p><p><b>　　·全靜態(tài)工作 </b>

13、;</p><p>　　·工作于16MHz時性能高達16MIPS </p><p>　　·只需兩個時鐘周期的硬件乘法器 </p><p>　?。?）非易失性程序和數(shù)據(jù)存儲器 </p><p>　　·16K 字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash，擦寫壽命: 10000次 </p><p>　　

14、83;具有獨立鎖定位的可選Boot代碼區(qū)，通過片上Boot程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)編程，真正的同時讀寫操作 </p><p>　　·512 字節(jié)的EEPROM，擦寫壽命: 100000次 </p><p>　　·1K字節(jié)的片內(nèi)SRAM </p><p>　　·可以對鎖定位進行編程以實現(xiàn)用戶程序的加密 </p><p>　　

15、（4）JTAG 接口( 與IEEE 1149.1 標準兼容) </p><p>　　·符合JTAG 標準的邊界掃描功能 </p><p>　　·支持擴展的片內(nèi)調(diào)試功能 </p><p>　　·通過JTAG 接口實現(xiàn)對Flash、EEPROM、熔絲位和鎖定位的編程 </p><p><b>　?。?）外設

16、特點 </b></p><p>　　·兩個具有獨立預分頻器和比較器功能的8位定時器/計數(shù)器 </p><p>　　·一個具有預分頻器、比較功能和捕捉功能的16位定時器/計數(shù)器 </p><p>　　·具有獨立振蕩器的實時計數(shù)器RTC </p><p><b>　　·四通道PWM &

17、lt;/b></p><p>　　·8路10位ADC，8個單端通道，2個具有可編程增益（1x, 10x, 或200x）的差分通道 </p><p>　　·面向字節(jié)的兩線接口 </p><p>　　·兩個可編程的串行USART </p><p>　　·可工作于主機/ 從機模式的SPI 串行接口 &l

18、t;/p><p>　　·具有獨立片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時器 </p><p><b>　　·片內(nèi)模擬比較器 </b></p><p>　?。?）特殊的處理器特點 </p><p>　　·上電復位以及可編程的掉電檢測 </p><p>　　·片內(nèi)經(jīng)過標定的RC

19、振蕩器 </p><p>　　·片內(nèi)/片外中斷源 </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 模式以及擴展的Standby模式 </p><p>　　（7）I/O和封裝 </p><p>　　·32個可編程的I/O口 </p><

20、p>　　·40引腳PDIP封裝, 44引腳TQFR封裝, 與44引腳MLF封裝 </p><p><b>　　（8）工作電壓: </b></p><p>　　·ATmega16L：2.7 - 5.5V </p><p>　　·ATmega16：4.5 - 5.5V </p><p>&

21、lt;b>　?。?）速度等級 </b></p><p>　　·8MHz ATmega16L </p><p>　　·0-16MHz ATmega16 </p><p>　?。?0）ATmega16L在1MHz, 3V, 25°C時的功耗 </p><p>　　·正常模式: 1.1 mA

22、 </p><p>　　·空閑模式: 0.35 mA </p><p>　　·掉電模式: < 1 μA</p><p>　　DS18B20溫度傳感器</p><p>　　本設計溫度采集部分使用的是DS18B20數(shù)字溫度傳感器，該傳感器具有耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設備數(shù)字測溫和控制領(lǐng)

23、域。DS18B20僅需要一條數(shù)據(jù)線進行數(shù)據(jù)傳輸，易于與單片機連接，能夠直接讀出被測溫度，不需要A/D轉(zhuǎn)換模塊，降低硬件成本，簡化系統(tǒng)電路。另外，數(shù)字式溫度傳感器還具有測量精度高、測量范圍廣等優(yōu)點。DS18B20測量范圍是—10℃~85℃；可以根據(jù)實際要就通過簡單的編程實現(xiàn)9~12位的數(shù)字值讀數(shù)方式，并且分別在93.75ms和750ms完成9位~12位的數(shù)字量；電源電壓的范圍是3.3V~5.5V。</p><p>

24、　　從DS18B20讀出的信息或?qū)懭隓S18B20的信息需要一根接口讀寫，溫度變換功率來源于數(shù)據(jù)總線，總線本身也可以像所掛接的DS18B20供電，而無需額外電源。因而使用DS18B20可使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨簡單，可靠性更高。下面給出溫度采集電路原理圖。</p><p><b>　　外圍電路設計</b></p><p>　　單片機模塊電路原理圖</p><

25、p><b>　　復位電路</b></p><p>　　復位電路由外加于RESET 引腳的低電平產(chǎn)生。當復位低電平持續(xù)時間大于最小脈沖寬度時，即觸發(fā)復位過程，即使此時并沒有時鐘信號在運行低于此時間的脈沖不能保證可靠復位。</p><p><b>　　時鐘振蕩器</b></p><p>　　Atmega16單片機XTAL

26、1和XTAL2引腳上接入8MHz的晶振，再有兩個22PF電容分別接到晶振的兩端，每個電容的另一端再接到地，這樣就形成了外部晶振電路。</p><p><b>　　電平轉(zhuǎn)換電路</b></p><p>　　Atmega16具有獨立的串行接收和發(fā)送寄存器，所以單片機和計算機之間可以方便地進行串口通信。進行串口通信時要滿足一定的條件，比如計算機的串口是RS232電平的，而單