avr單片機(jī)與上位機(jī)的通信系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)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(yīng)用。利用單片機(jī)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(shè)計(jì)一種基于AVR單片機(jī)與上位機(jī)的通信系統(tǒng)，以ATmega16單片機(jī)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(shè)計(jì)還實(shí)現(xiàn)了由電腦監(jiān)控通過ATmega16控制LED燈實(shí)現(xiàn)流水燈的功能。首先對系統(tǒng)所使用的Atmega16單片機(jī)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(shí)對串口通信系統(tǒng)進(jìn)行了可行性分析；其次對串口通信的硬件、軟件進(jìn)行了一一介紹最終實(shí)現(xiàn)了該系統(tǒng)的硬件電路。通過多次的運(yùn)行、調(diào)試、簡化修改程序，最后形成了一個(gè)完整的基于Atmega16的串口通信系統(tǒng)。</p><p

3、>　　關(guān)鍵詞：單片機(jī) 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(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)或計(jì)算機(jī)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(yuǎn)程傳輸時(shí)，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(shí)，要求通訊雙方都采用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)接口。使不同的設(shè)備可以方便地連接起來進(jìn)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(jì)算機(jī)終端生產(chǎn)廠家共同制定的用于串行通訊的標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)尤其是單片微型機(jī)技術(shù)

5、的發(fā)展，人們已經(jīng)越來越多地采用單片機(jī)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(jìn)行檢測和控制。PC機(jī)具有強(qiáng)大的監(jiān)控和管理功能，而單片機(jī)則具有快速及靈活的控制特點(diǎn)，通過PC機(jī)的RS-232串行接口與外部設(shè)備進(jìn)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(shí)現(xiàn)PC機(jī)與單片機(jī)之間的通訊具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。</p><p>　?。ǘ﹩纹瑱C(jī)國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢</p><p>　　

6、據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國的單片機(jī)年容量已達(dá)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(jī)應(yīng)用在我國才剛剛起步，有著廣闊的前景。培養(yǎng)單片機(jī)應(yīng)用人才，特別是在工程技術(shù)人員中普及單片機(jī)知識有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。單片機(jī)是二十世紀(jì)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(jì)算機(jī)的各個(gè)功能部件，構(gòu)成一種單片式的微型計(jì)算機(jī)。</p><p>　　為使我國盡快實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)信息

7、化，趕上發(fā)達(dá)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(dāng)前，在世界范圍內(nèi)，一個(gè)以微電子技術(shù)，計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)為先導(dǎo)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(jì)八十年代以來，國際上單片機(jī)發(fā)展迅速，單片機(jī)應(yīng)用不斷深入，新技術(shù)層出不窮。而計(jì)算機(jī)技術(shù)怎樣與實(shí)際應(yīng)用更有效的結(jié)合并有效的發(fā)揮其作用是科學(xué)界最熱門的話題，也是當(dāng)今計(jì)算機(jī)應(yīng)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(jī)是被最多電子設(shè)計(jì)工程師掌握的單片機(jī)；TI公司的超低耗Flash型MSP430系列單片機(jī)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(jià)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(jī)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(shè)計(jì)任務(wù)書的設(shè)計(jì)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(jī)發(fā)送溫度采集命令，并通過上位機(jī)顯示現(xiàn)場溫度；</p><p>　　3 由上位機(jī)監(jiān)控命令通過單片機(jī)控制LED燈實(shí)現(xiàn)流水燈功能；</p><p>　　4 做出友好的人機(jī)交互界面

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

11、單片機(jī)在通電的情況下進(jìn)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(jī)是用于監(jiān)控整個(gè)系統(tǒng)設(shè)備的；</p><p>　?。ǘ┲饕骷慕榻B</p><p>　　ATmega16單片機(jī)性能特點(diǎn)介紹</p>

12、<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>　　·131條指令，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 </b>

13、;</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(dú)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(shí)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(jìn)行編程以實(shí)現(xiàn)用戶程序的加密 </p><p>　　

15、（4）JTAG 接口( 與IEEE 1149.1 標(biāo)準(zhǔn)兼容) </p><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JTAG 接口實(shí)現(xiàn)對Flash、EEPROM、熔絲位和鎖定位的編程 </p><p><b>　?。?）外設(shè)

16、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 &

17、lt;/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 </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 &l

18、t;/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><p>　?。?）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 </p><p>　　·片內(nèi)經(jīng)過標(biāo)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(kuò)展的Standby模式 </p><p>　　（7）I/O和封裝 </p><p>　　·32個(gè)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>　?。?）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(shí)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(shè)計(jì)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(shè)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(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，易于與單片機(jī)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(diǎn)。DS18B20測量范圍是—10℃~85℃；可以根據(jù)實(shí)際要就通過簡單的編程實(shí)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(shè)計(jì)</b></p><p>　　單片機(jī)模塊電路原理圖</p><

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

26、1和XTAL2引腳上接入8MHz的晶振，再有兩個(gè)22PF電容分別接到晶振的兩端，每個(gè)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(dú)立的串行接收和發(fā)送寄存器，所以單片機(jī)和計(jì)算機(jī)之間可以方便地進(jìn)行串口通信。進(jìn)行串口通信時(shí)要滿足一定的條件，比如計(jì)算機(jī)的串口是RS232電平的，而單