11/13大連交通大學信息工程學院畢業(yè)設計(論文)調研報告學生姓名宋昱專業(yè)班級自動化07-4指導教師薛旭職稱工程師所在單位自動化教研室教研室主任魏慶濤完成日期20調研報告1.AVR單片機簡介AVR單片機是ATMEL公司研制開發(fā)的一種新型單片機，它與51單片機、PIC單片機相比具有一系列的優(yōu)點：

1：在相同的系統(tǒng)時鐘下AVR運行速度最快；

2:芯片內部的Flash、EEPROM、SRAM容量較大；

3：所有型號的Flash、EEPROM都可以反復燒寫、全部支持在線編程燒寫(ISP)；

4：多種頻率的內部RC振蕩器、上電自動復位、看門狗、啟動延時等功能，零外圍電路也可以工作；

5：每個IO口都可以推換驅動的方式輸出高、低電平，驅動能力強；

6：內部資源豐富，一般都集成AD、DA模數器；PWM；SPI、USART、TWI、I2C通信口；豐富的中斷源等。

目前支持AVR單片機編譯器的語言主要有匯編語言、C語言、BASIC語言等。其中C編譯器主要有CodeVisionAVR、AVRGCC、IAR、ICCAVR等，C語言編譯器由于它具有功能強大、運用靈活、代碼小、運行速度快等先天性的優(yōu)點，使得它在專業(yè)程序設計上具有不可代替的地位。

AVR單片機是1997年由ATMEL公司研發(fā)出的增強型內置Flash的RISC(ReducedInstructionSetCPU)精簡指令集高速8位單片機。AVR的單片機可以廣泛應用于計算機外部設備、工業(yè)實時控制、儀器儀表、通訊設備、家用電器等各個領域。

2.AVR的主要特性

高可靠性、功能強、高速度、低功耗和低價位,一直是衡量單片機性能的重要指標，也是單片機占領市場、賴以生存的必要條件。

早期單片機主要由于工藝及設計水平不高、功耗高和抗干擾性能差等原因，所以采取穩(wěn)妥方案：即采用較高的分頻系數對時鐘分頻，使得指令周期長，執(zhí)行速度慢。以后的CMOS單片機雖然采用提高時鐘頻率和縮小分頻系數等措施，但這種狀態(tài)并未被徹底改觀(51以及51兼容)。此間雖有某些精簡指令集單片機(RISC)問世,但依然沿襲對時鐘分頻的作法。

AVR單片機的推出，徹底打破這種舊設計格局，廢除了機器周期，拋棄復雜指令計算機(CISC)追求指令完備的做法；采用精簡指令集，以字作為指令長度單位，將內容豐富的操作數與操作碼安排在一字之中(指令集中占大多數的單周期指令都是如此)，取指周期短，又可預取指令，實現(xiàn)流水作業(yè)，故可高速執(zhí)行指令。當然這種速度上的升躍，是以高可靠性為其后盾的。

AVR單片機硬件結構采取8位機與16位機的折中策略，即采用局部寄存器存堆(32個寄存器文件)和單體高速輸入/輸出的方案(即輸入捕獲寄存器、輸出比較匹配寄存器及相應控制邏輯)。提高了指令執(zhí)行速度(1Mips/MHz)，克服了瓶頸現(xiàn)象，增強了功能；同時又減少了對外設管理的開銷，相對簡化了硬件結構，降低了成本。故AVR單片機在軟/硬件開銷、速度、性能和成本諸多方面取得了優(yōu)化平衡，是高性價比的單片機。

AVR單片機內嵌高質量的Flash程序存儲器，擦寫方便，支持ISP和IAP，便于產品的調試、開發(fā)、生產、更新、以及嵌長壽命的EPROM可長期保存關鍵數據，避免斷電丟失。片內大容量的RAM不僅能滿足一般場合的使用，同時也更有效的支持使用高級語言開發(fā)系統(tǒng)程序,并可像MCS-51單片機那樣擴展外部RAM。

AVR單片機的I/O線全部帶可設置的上拉電阻、可單獨設定為輸入/輸出、可設定（初始）高阻輸入、驅動能力強（可省去功率驅動器件）等特性，使的得I/O口的資源靈活、功能強大、可充分利用。

AVR單片機片內具備多種獨立的時鐘分頻器，分別供URAT、I2C、SPI使用。其中與8/16位定時器配合的具有多達10位的預分頻器，可通過軟件設定分頻系數提供多種檔次的定時時間。AVR單片機獨有的“以定時器/計數器（單）雙向計數形成三角波，再與輸出比較匹配寄存器配合，生成占空比可變、頻率可變、相位可變方波的設計方法(即脈寬調制輸出PWM)”更是令人耳目一新。

增強性的高速同/異步串口，具有硬件產生校驗碼、硬件檢測和校驗偵錯、兩級接收緩沖、波特率自動調整定位（接收時）、屏蔽數據幀等功能，提高了通信的可靠性，方便程序編寫，更便于組成分布式網絡和實現(xiàn)多機通信系統(tǒng)的復雜應用，串口功能大大超過MCS-51/96單片機的串口，加之AVR單片機高速，中斷服務時間短，故可實現(xiàn)高波特率通訊。

面向字節(jié)的高速硬件串行接口TWI、SPI。TWI與I2C接口兼容，具備ACK信號硬件發(fā)送與識別、地址識別、總線仲裁等功能，能實現(xiàn)主/從機的收/發(fā)全部4種組合的多機通信。SPI支持主/從機等4種組合的多機通信。

AVR單片機有自動上電復位電路、獨立的看門狗電路、低電壓檢測電路BOD，多個復位源(自動上下電復位、外部復位、看門狗復位、BOD復位)，可設置的啟動后延時運行程序，增強了嵌入式系統(tǒng)的可靠性。

AVR單片機具有多種省電休眠模式，且可寬電壓運行（5-2.7V），抗干擾能力強，可降低一般8位機中的軟件抗干擾設計工作量和硬件的使用量。AVR單片機技術體現(xiàn)了單片機集多種器件(包括FLASH程序存儲器、看門狗、EEPROM、同/異步串行口、TWI、SPI、A/D模數轉換器、定時器/計數器等)和多種功能(增強可靠性的復位系統(tǒng)、降低功耗抗干擾的休眠模式、品種多門類全的中斷系統(tǒng)、具輸入捕獲和比較匹配輸出等多樣化功能的定時器/計數器、具替換功能的I/O端口……)于一身，充分體現(xiàn)了單片機技術的從“片自為戰(zhàn)”向“片上系統(tǒng)Sac”過渡的發(fā)展方向。3.熱電阻工作原理熱電阻是中低溫區(qū)最常用的一種溫度檢測器。它的主要特點是測量精度高，性能穩(wěn)定。其中鉑熱是阻的測量精確度是最高的，它不僅廣泛應用于工業(yè)測溫，而且被制成標準的基準儀。與熱電偶的測溫原理不同的是，熱電阻是基于電阻的熱效應進行溫度測量的，即電阻體的阻值隨溫度的變化而變化的特性。因此，只要測量出感溫熱電阻的阻值變化，就可以測量出溫度。目前主要有金屬熱電阻和半導體熱敏電阻兩類。

金屬熱電阻的電阻值和溫度一般可以用以下的近似關系式表示，即

Rt=Rt0*[1+α*（t-t0）]

式中，Rt為溫度t時的阻值；Rt0為溫度t0（通常t0=0℃）時對應電阻值；α為溫度系數。

半導體熱敏電阻的阻值和溫度關系為

Rt=A。e*B/t

式中Ret為溫度為t時的阻值；Ace、B取決于半導體材料的結構的常數。

相比較而言，熱敏電阻的溫度系數更大，常溫下的電阻值更高（通常在數千歐以上），但互換性較差，非線性嚴重，測溫范圍只有-50~300℃左右，大量用于家電和汽車用溫度檢測和控制。金屬熱電阻一般適用于-200~5004.I2C總線介紹：

由于大規(guī)模集成電路技術的發(fā)展，在單個芯片集成CPU以及組成一個單獨工作系統(tǒng)所必須的ROM、RAM、I/O端口、A/D、D/A等外圍電路和已經實現(xiàn)，這就是常說的單片機或微控制器。目前，世界上許多公司生產單片機，品種很多：包括各種字長的CPU，各種容量和品種的ROM、RAM，以及功能各異的I/O等等。但是，單片機品種規(guī)格有限，所以只能選用某種單片機再進行擴展。擴展的方法有兩種：一種是并行總線，另一種是串行總線。由于串行總線連線少，結構簡單，往往不用專用的母板和插座而直接用導線連接各個設備即可。因此，采用串行總線大大簡化了系統(tǒng)硬件設計。PHILIPS公司早在十幾年就前推出了I2C串行總線，它是具備多主機系統(tǒng)所需的包括裁決和高低速設備同步等功能的高性能串行總線。4.1編輯本段I2C總線定義I2C(Inter－IntegratedCircuit)總線是一種由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備。I2C總線產生于在80年代，最初為音頻和視頻設備開發(fā)，如今主要在服務器管理中使用，其中包括單個組件狀態(tài)的通信。例如管理員可對各個組件進行查詢，以管理系統(tǒng)的配置或掌握組件的功能狀態(tài)，如電源和系統(tǒng)風扇?？呻S時監(jiān)控內存、硬盤、網絡、系統(tǒng)溫度等多個參數，增加了系統(tǒng)的安全性，方便了管理。4.2編輯本段I2C總線特點I2C總線最主要的優(yōu)點是其簡單性和有效性。由于接口直接在組件之上，因此I2C總線占用的空間非常小，減少了電路板的空間和芯片管腳的數量，降低了互聯(lián)成本?？偩€的長度可高達25英尺，并且能夠以10Kbps的最大傳輸速率支持40個組件。I2C總線的另一個優(yōu)點是，它支持多主控，其中任何能夠進行發(fā)送和接收的設備都可以成為主總線。一個主控能夠控制信號的傳輸和時鐘頻率。當然，在任何時間點上只能有一個主控。編輯本段I2C總線工作原理

4.3總線的構成及信號類型I2C總線是由數據線SDA和時鐘SCL構成的串行總線，可發(fā)送和接收數據。在CPU與被控IC之間、IC與IC之間進行雙向傳送，最高傳送速率100kbps。各種被控制電路均并聯(lián)在這條總線上，但就像電話機一樣只有撥通各自的號碼才能工作，所以每個電路和模塊都有唯一的地址，在信息的傳輸過程中，I2CI2C總線在傳送數據過程中共有三種類型信號，它們分別是：開始信號、結束信號和應答信號。開始信號：SCL為高電平時，SDA由高電平向低電平跳變，開始傳送數據。結束信號：SCL為高電平時，SDA由低電平向高電平跳變，結束傳送數據。應答信號：接收數據的IC在接收到8bit數據后，向發(fā)送數據的IC發(fā)出特定的低電平脈沖，表示已收到數據。CPU向受控單元發(fā)出一個信號后，等待受控單元發(fā)出一個應答信號，CPU接收到應答信號后，根據實際情況做出是否繼續(xù)傳遞信號的判斷。若未收到應答信號，由判斷為受控單元出現(xiàn)故障。這些信號中，起始信號是必需的，結束信號和應答信號，都可以不要。目前有很多半導體集成電路上都集成了I2C接口。帶有I2C接口的單片機有：CYGNAL的C8051F0XX系列，PHILIPSP87LPC7XX系列，MICROCHIP的PIC16C6XX系列等。很多外圍器件如存儲器、監(jiān)控芯片等也提供I2C接口I2C總線是一種用于IC器件之間連接的雙向二線制總線，所謂總線它上面可以掛多個器件，并且通過兩根線連接，占用空間非常的小，總線的長度可長達25英尺，并且能夠以10Kbps的最大傳輸速率支持4個組件。它的另一優(yōu)點是多主控，只要能夠進行接收和發(fā)送的設備都可以成為主控制器，當然多個主控不能同一時間工作。I2C總線有兩根信號線，一根為SDA（數據線），一根為SCL（時鐘線）。任何時候時鐘信號都是由主控器件產生。編輯本段I2C總線操作I2C規(guī)程運用主/從雙向通訊。器件發(fā)送數據到總線上，則定義為發(fā)送器，器件接收數據則定義為接收器。主器件和從器件都可以工作于接收和發(fā)送狀態(tài)。總線必須由主器件（通常為微控制器）控制，主器件產生串行時鐘（SCL）控制總線的傳輸方向，并產生起始和停止條件。SDA線上的數據狀態(tài)僅在SCL為低電平的期間才能改變，SCL為高電平的期間，SDA狀態(tài)的改變被用來表示起始和停止條件?？刂谱止?jié)在起始條件之后，必須是器件的控制字節(jié)，其中高四位為器件類型識別符（不同的芯片類型有不同的定義，EEPROM一般應為1010），接著三位為片選，最后一位為讀寫位，當為1時為讀操作，為0時為寫操作。寫操作寫操作分為字節(jié)寫和頁面寫成兩種操作，對于頁面寫根據芯片的一次裝載的字節(jié)不同有所不同。讀操作讀操作有三種基本操作：當前地址讀、隨機讀和順序讀。圖4給出的是順序讀的時序圖。應當注意的是：最后一個讀操作的第9個時鐘周期不是“不關心”。為了結束讀操作，主機必須在第9個周期內發(fā)出停止條件或者在第9個時鐘周期內保持SDA為高電平、然后發(fā)出停止條件。編輯本段I2C總線應用目前有很多半導體集成電路上都集成了I2C接口。帶有I2C接口的單片機有：CYGNAL的C8051F0XX系列，PHILIPSP87LPC7XX系列，MICROCHIP的PIC16C6XX系列等。很多外圍器件如存儲器、監(jiān)控芯片等也提供I2C接口。4．4功能和如何實現(xiàn)I2C總線控制器和I2C設備。I2C總線控制器為微控制器或微處理器提供控制I2C總線的接口，它控制所有I2C總線的特殊序列、協(xié)議、仲裁、時序，這里指MPC8250提供的I2C總線控制接口。I2C設備是指通過I2C總線與微控制器或微處理器相連的設備，如EEPROM、LCD驅動器等，這里指EEPROM。在一個串行數據通道中.I2C總線控制器可以配置成主模式或從模式。開發(fā)過程中，MPC8250的I2C總線控制器工作在主模式，作為主設備；與總線相連的I2C設備為AT24C01A5進度表日期計劃完成內容第1周查閱資料，分解課題任務，完成進度表第2周整理完成3000字調研報告第3周完成3000字的外文翻譯第4周熟悉AVR系列