信息工程学院毕业设计调研报告样本.doc

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大连交通大学信息工程学院毕业设计(论文)调研汇报学生姓名宋昱专业班级自动化07-4 指导老师薛旭职称　工程师　所在单位自动化教研室教研室主任　魏庆涛完成日期 04月8日调研汇报 1.AVR单片机介绍 AVR单片机是ATMEL企业研制开发一个新型单片机，它和51单片机、PIC单片机相比含有一系列优点： 1：在相同系统时钟下AVR运行速度最快； 2: 芯片内部Flash、EEPROM、SRAM容量较大； 3：全部型号Flash、EEPROM全部能够反复烧写、全部支持在线编程烧写(ISP)； 4：多个频率内部RC振荡器、上电自动复位、看门狗、开启延时等功效，零外围电路也能够工作； 5：每个IO口全部能够推换驱动方法输出高、低电平，驱动能力强； 6：内部资源丰富，通常全部集成AD、DA模数器；PWM；SPI、USART、TWI、I2C通信口；丰富中止源等。现在支持AVR单片机编译器语言关键有汇编语言、C语言、BASIC语言等。其中C编译器关键有Code Vision AVR、AVRGCC、IAR、ICCAVR等，C语言编译器因为它含有功效强大、利用灵活、代码小、运行速度快等先天性优点，使得它在专业程序设计上含有不可替换地位。 AVR单片机是1997年由ATMEL企业研发出增强型内置FlashRISC(Reduced Instruction Set CPU) 精简指令集高速8位单片机。AVR单片机能够广泛应用于计算机外部设备、工业实时控制、仪器仪表、通讯设备、家用电器等各个领域。 2.AVR关键特征高可靠性、功效强、高速度、低功耗和低价位 , 一直是衡量单片机性能关键指标，也是单片机占领市场、赖以生存必需条件。早期单片机关键因为工艺及设计水平不高、功耗高和抗干扰性能差等原因，所以采取稳妥方案：即采取较高分频系数对时钟分频，使得指令周期长，实施速度慢。以后 CMOS单片机即使采取提升时钟频率和缩小分频系数等方法，但这种状态并未被根本改观(51和51兼容)。此间虽有一些精简指令集单片机(RISC)问世,但仍然沿袭对时钟分频作法。 AVR单片机推出，根本打破这种旧设计格局，废除了机器周期，抛弃复杂指令计算机(CISC)追求指令完备做法；采取精简指令集，以字作为指令长度单位，将内容丰富操作数和操作码安排在一字之中(指令集中占大多数单周期指令全部是如此)，取指周期短，又可预取指令，实现流水作业，故可高速实施指令。当然这种速度上升跃，是以高可靠性为其后盾。 AVR单片机硬件结构采取8位机和16位机折中策略，即采取局部寄存器存堆(32个寄存器文件)和单体高速输入/输出方案(即输入捕捉寄存器、输出比较匹配寄存器及对应控制逻辑)。提升了指令实施速度(1Mips/MHz)，克服了瓶颈现象，增强了功效；同时又降低了对外设管理开销，相对简化了硬件结构，降低了成本。故AVR单片机在软/硬件开销、速度、性能和成本很多方面取得了优化平衡，是高性价比单片机。 AVR单片机内嵌高质量Flash程序存放器，擦写方便，支持ISP和IAP，便于产品调试、开发、生产、更新、和嵌长寿命EPROM可长久保留关键数据，避免断电丢失。片内大容量RAM不仅能满足通常场所使用，同时也更有效支持使用高级语言开发系统程序,并可像MCS-51单片机那样扩展外部 RAM。 AVR单片机I/O线全部带可设置上拉电阻、可单独设定为输入/输出、可设定（初始）高阻输入、驱动能力强（可省去功率驱动器件）等特征，使得I/O口资源灵活、功效强大、可充足利用。 AVR单片机片内含有多个独立时钟分频器，分别供URAT、I2C、SPI使用。其中和8/16位定时器配合含有多达10 位预分频器，可经过软件设定分频系数提供多个档次定时时间。AVR单片机独有“以定时器/计数器（单）双向计数形成三角波，再和输出比较匹配寄存器配合，生成占空比可变、频率可变、相位可变方波设计方法(即脉宽调制输出PWM)”更是令人耳目一新。增强性高速同/异步串口，含有硬件产生校验码、硬件检测和校验侦错、两级接收缓冲、波特率自动调整定位（接收时）、屏蔽数据帧等功效，提升了通信可靠性，方便程序编写，更便于组成份布式网络和实现多机通信系统复杂应用，串口功效大大超出MCS-51/96单片机串口，加之AVR单片机高速，中止服务时间短，故可实现高波特率通讯。面向字节高速硬件串行接口TWI、SPI。TWI和I2C接口兼容，含有ACK信号硬件发送和识别、地址识别、总线仲裁等功效，能实现主/从机收/发全部4种组合多机通信。SPI支持主/从机等4种组合多机通信。 AVR单片机有自动上电复位电路、独立看门狗电路、低电压检测电路BOD，多个复位源(自动上下电复位、外部复位、看门狗复位、BOD复位)，可设置开启后延时运行程序，增强了嵌入式系统可靠性。 AVR单片机含有多个省电休眠模式，且可宽电压运行（5-2.7V），抗干扰能力强，可降低通常8位机中软件抗干扰设计工作量和硬件使用量。 AVR单片机技术表现了单片机集多个器件(包含FLASH程序存放器、看门狗、EEPROM、同/异步串行口、TWI、SPI、A/D模数转换器、定时器/计数器等)和多个功效(增强可靠性复位系统、降低功耗抗干扰休眠模式、品种多门类全中止系统、具输入捕捉和比较匹配输出等多样化功效定时器/计数器、具替换功效I/O端口…… )于一身，充足表现了单片机技术从“片自为战”向“片上系统Sac”过渡发展方向。 3.热电阻工作原理热电阻是中低温区最常见一个温度检测器。它关键特点是测量精度高，性能稳定。其中铂热是阻测量正确度是最高，它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准基准仪。和热电偶测温原理不一样是，热电阻是基于电阻热效应进行温度测量，即电阻体阻值随温度改变而改变特征。所以，只要测量出感温热电阻阻值改变，就能够测量出温度。现在关键有金属热电阻和半导体热敏电阻两类。　　金属热电阻电阻值和温度通常能够用以下近似关系式表示，即　　Rt=Rt0*[1+α*（t-t0）] 　　式中，Rt为温度t时阻值；Rt0为温度t0（通常t0=0℃）时对应电阻值；α为温度系数。　　半导体热敏电阻阻值和温度关系为　　Rt=A。e*B/t 　　式中Ret为温度为t时阻值；Ace、B取决于半导体材料结构常数。　　相比较而言，热敏电阻温度系数更大，常温下电阻值更高（通常在数千欧以上），但交换性较差，非线性严重，测温范围只有-50~300℃左右，大量用于家电和汽车用温度检测和控制。金属热电阻通常适适用于-200~500℃范围内温度测量，其特点是测量正确、稳定性好、性能可靠，在程控制中应用极其广泛。 4.I2C总线介绍：因为大规模集成电路技术发展，在单个芯片集成CPU和组成一个单独工作系统所必需ROM、RAM、I/O端口、A/D、D/A等外围电路和已经实现，这就是常说单片机或微控制器。现在，世界上很多企业生产单片机，品种很多：包含多种字长CPU，多种容量和品种ROM、RAM，和功效各异I/O等等。不过，单片机品种规格有限，所以只能选择某种单片机再进行扩展。扩展方法有两种：一个是并行总线，另一个是串行总线。因为串行总线连线少，结构简单，往往不用专用母板和插座而直接用导线连接各个设备即可。所以，采取串行总线大大简化了系统硬件设计。PHILIPS企业早在十几年就前推出了I2C串行总线，它是含有多主机系统所需包含裁决和高低速设备同时等功效高性能串行总线。 4.1 编辑本段I2C总线定义 I2C(Inter－Integrated Circuit)总线是一个由PHILIPS企业开发两线式串行总线，用于连接微控制器及其外围设备。I2C总线产生于在80年代，最初为音频和视频设备开发，现在关键在服务器管理中使用，其中包含单个组件状态通信。比如管理员可对各个组件进行查询，以管理系统配置或掌握组件功效状态，如电源和系统风扇。可随时监控内存、硬盘、网络、系统温度等多个参数，增加了系统安全性，方便了管理。 4.2 编辑本段I2C总线特点 I2C总线最关键优点是其简单性和有效性。因为接口直接在组件之上，所以I2C总线占用空间很小，降低了电路板空间和芯片管脚数量，降低了互联成本。总线长度可高达25英尺，而且能够以10Kbps最大传输速率支持40个组件。I2C总线另一个优点是，它支持多主控，其中任何能够进行发送和接收设备全部能够成为主总线。一个主控能够控制信号传输和时钟频率。当然，在任何时间点上只能有一个主控。编辑本段I2C总线工作原理 4.3 总线组成及信号类型 I2C总线是由数据线SDA和时钟SCL组成串行总线，可发送和接收数据。在CPU和被控IC之间、IC和IC之间进行双向传送，最高传送速率100kbps。多种被控制电路均并联在这条总线上，但就像电话机一样只有拨通各自号码才能工作，所以每个电路和模块全部有唯一地址，在信息传输过程中，I2C总线上并接每一模块电路既是主控器（或被控器），又是发送器（或接收器），这取决于它所要完成功效。CPU发出控制信号分为地址码和控制量两部分，地址码用来选址，即接通需要控制电路，确定控制种类；控制量决定该调整类别（如对比度、亮度等）及需要调整量。这么，各控制电路即使挂在同一条总线上，却相互独立，互不相关。 I2C总线在传送数据过程中共有三种类型信号，它们分别是：开始信号、结束信号和应答信号。开始信号：SCL为高电平时，SDA由高电平向低电平跳变，开始传送数据。结束信号：SCL为高电平时，SDA由低电平向高电平跳变，结束传送数据。应答信号：接收数据IC在接收到8bit数据后，向发送数据IC发出特定低电平脉冲，表示已收到数据。CPU向受控单元发出一个信号后，等候受控单元发出一个应答信号，CPU接收到应答信号后，依据实际情况做出是否继续传输信号判定。若未收到应答信号，由判定为受控单元出现故障。这些信号中，起始信号是必需，结束信号和应答信号，全部能够不要。现在有很多半导体集成电路上全部集成了I2C接口。带有I2C接口单片机有：CYGNAL C8051F0XX系列，PHILIPSP87LPC7XX系列，MICROCHIPPIC16C6XX系列等。很多外围器件如存放器、监控芯片等也提供I2C接口 I2C 总线是一个用于IC器件之间连接双向二线制总线，所谓总线它上面能够挂多个器件，而且经过两根线连接，占用空间很小，总线长度可长达25英尺，而且能够以10Kbps最大传输速率支持4个组件。它另一优点是多主控，只要能够进行接收和发送设备全部能够成为主控制器，当然多个主控不能同一时间工作。 I2C总线有两根信号线，一根为SDA（数据线），一根为SCL（时钟线）。任何时候时钟信号全部是由主控器件产生。编辑本段I2C总线操作 I2C规程利用主/从双向通讯。器件发送数据到总线上，则定义为发送器，器件接收数据则定义为接收器。主器件和从器件全部能够工作于接收和发送状态。总线必需由主器件（通常为微控制器）控制，主器件产生串行时钟（SCL）控制总线传输方向，并产生起始和停止条件。SDA线上数据状态仅在SCL为低电平期间才能改变，SCL为高电平期间，SDA状态改变被用来表示起始和停止条件。控制字节在起始条件以后，必需是器件控制字节，其中高四位为器件类型识别符（不一样芯片类型有不一样定义，EEPROM通常应为1010），接着三位为片选，最终一位为读写位，当为1时为读操作，为0时为写操作。写操作写操作分为字节写和页面写成两种操作，对于页面写依据芯片一次装载字节不一样有所不一样。读操作读操作有三种基础操作：目前地址读、随机读和次序读。图4给出是次序读时序图。应该注意是：最终一个读操作第9个时钟周期不是“不关心”。为了结束读操作，主机必需在第9个周期内发出停止条件或在第9个时钟周期内保持SDA为高电平、然后发出停止条件。编辑本段I2C总线应用现在有很多半导体集成电路上全部集成了I2C接口。带有I2C接口单片机有：CYGNAL C8051F0XX系列，PHILIPSP87LPC7XX系列，MICROCHIPPIC16C6XX系列等。很多外围器件如存放器、监控芯片等也提供I2C接口。 4．4 功效和怎样实现 I2C总线控制器和I2C设备。I2C总线控制器为微控制器或微处理器提供控制I2C总线接口，它控制全部I2C总线特殊序列、协议、仲裁、时序，这里指MPC8250提供I2C总线控制接口。I2C设备是指经过I2C总线和微控制器或微处理器相连设备，如EEPROM、LCD驱动器等，这里指EEPROM。在一个串行数据通道中.I2C总线控制器能够配置成主模式或从模式。开发过程中，MPC8250I2C总线控制器工作在主模式，作为主设备；和总线相连I2C设备为AT24C01A型EEPROM，作为从设备。主设备和从设备全部能够工作于接收和发送状态。总线必需由主设备控制，主设备产生串行时钟控制总线传输方向，并产生起始和停止条件。 5进度表日　期计划完成内容第1周查阅资料，分解课题任务，完成进度表第2周整理完成3000字调研汇报第3周完成3000字外文翻译第4周熟悉AVR系列ATmega168单片机指令和硬件结构第5周熟悉传感器PT100型热电阻测温原理和I2C总线第6周温度控制系统总体方案设计第7周进行电路电子器件选型第8周温度控制系统硬件电路设计第9周进行电路模块测试第10周对设计总电路进行调试第11周整理资料，写毕业设计说明书第12周修改并完善毕业设计说明书第13周修改并完善毕业设计说明书第14周制作POWERPOINT,准备论文答辩 6参考文件 [1] 秦曾煌.电工学——电子技术.北京:高等教育出版社，. [2] 赵家贵.电子电路设计. 北京:中国计量出版社， [3] 王魁汉.温度测量技术发展.世界仪表和自动化编，1997，1(1)：25-29 [4] 蔡萍，赵辉. 现代检测技术和系统. 北京：高等教育出版社， [5] 周培森. 自动检测和仪表.北京：清华大学出版社，1996 [6] 李华. MCS-51系列单片机实用接口技术. 北京：北京航空航天大学出版社， [7] 李维计,郭强.液晶显示应用技术. 北京:电子工业出版社, [8] 江海波,王卓然,耿德根.深入浅出AVR单片机——从ATmega48/88/168开始.北京:中国电力出版社,. [9]曹越.刘超.冯进良.基于AVR单片机精明温度计控制系统设计.仪表用户，.6 [10]AtmelCorporation Atmega8DataSheet.

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