某信息工程学院毕业设计调研报告范本.doc

交通大学信息工程学院毕业设计(论文)调研报告学生** 宋昱 专业班级自动化07-4 指导教师 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 2011年04月8日. z.-调研报告1.AVR单片机简介AVR单片机是ATMEL公司研制开发的一种新型单片机，它与51单片机、PIC单片机相比具有一系列的优点：1：在一样的系统时钟下AVR运行速度最快；2: 芯片内部的Flash、EEPROM、SRAM容量较大；3：所有型号的Flash、EEPROM都可以反复烧写、全部支持编程烧写(ISP)；4：多种频率的内部RC振荡器、上电自动复位、看门狗、启动延时等功能，零外围电路也可以工作；5：每个IO口都可以推换驱动的方式输出高、低电平，驱动能力强； 6：内部资源丰富，一般都集成AD、DA模数器；PWM；SPI、USART、TWI、I2C通信口；丰富的中断源等目前支持AVR单片机编译器的语言主要有汇编语言、C语言、BASIC语言等。

其中C编译器主要有CodeVisionAVR、AVRGCC、IAR、ICCAVR等，C语言编译器由于它具有功能强大、 运用灵活、代码小、运行速度快等先天性的优点，使得它在专业程序设计上具有不可代替的地位AVR单片机是1997年由ATMEL公司研发出的增强型内置Flash的RISC(Reduced Instruction Set CPU) 精简指令集高速8位单片机AVR的单片机可以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的主要特性高可靠性、功能强、高速度、低功耗和低价位 , 一直是衡量单片机性能的重要指标，也是单片机占领市场、赖以生存的必要条件早期单片机主要由于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：即采用较高的分频系数对时钟分频，使得指令周期长，执行速度慢以后的 CMOS单片机虽然采用提高时钟频率和缩小分频系数等措施，但这种状态并未被彻底改观(51以及51兼容)此间虽有*些精简指令集单片机(RISC)问世,但依然沿袭对时钟分频的作法AVR单片机的推出，彻底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)追求指令完备的做法；采用精简指令集，以字作为指令长度单位，将内容丰富的操作数与操作码安排在一字之中(指令集中占大多数的单周期指令都是如此)，取指周期短，又可预取指令，实现流水作业，故可高速执行指令。

当然这种速度上的升跃，是以高可靠性为其后盾的AVR单片机硬件构造采取8位机与16位机的折中策略，即采用局部存放器存堆(32个存放器文件)和单体高速输入/输出的方案(即输入捕获存放器、输出比较匹配存放器及相应控制逻辑)提高了指令执行速度(1Mips/MHz)，抑制了瓶颈现象，增强了功能；同时又减少了对外设管理的开销，相对简化了硬件构造，降低了本钱故AVR单片机在软/硬件开销、速度、性能和本钱诸多方面取得了优化平衡，是高性价比的单片机AVR单片机内嵌高质量的Flash程序存储器，擦写方便，支持ISP和IAP，便于产品的调试、开发、生产、更新、以及嵌长寿命的EPROM可长期保存关键数据，防止断电丧失片内大容量的RAM不仅能满足一般场合的使用，同时也更有效的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 RAMAVR单片机的I/O线全部带可设置的上拉电阻、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〕等特性，使的得I/O口的资源灵活、功能强大、可充分利用AVR单片机片内具备多种独立的时钟分频器，分别供URAT、I2C、SPI使用其中与8/16位定时器配合的具有多达10 位的预分频器，可通过软件设定分频系数提供多种档次的定时时间。

AVR单片机独有的“以定时器/计数器〔单〕双向计数形成三角波，再与输出比较匹配存放器配合，生成占空比可变、频率可变、相位可变方波的设计方法(即脉宽调制输出PWM)〞更是令人耳目一新增强性的高速同/异步串口，具有硬件产生校验码、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〕、屏蔽数据帧等功能，提高了通信的可靠性，方便程序编写，更便于组成分布式网络和实现多机通信系统的复杂应用，串口功能大大超过MCS-51/96单片机的串口，加之AVR单片机高速，中断效劳时间短，故可实现高波特率通讯面向字节的高速硬件串行接口TWI、SPITWI与I2C接口兼容，具备ACK信号硬件发送与识别、地址识别、总线仲裁等功能，能实现主/从机的收/发全部4种组合的多机通信SPI支持主/从机等4种组合的多机通信AVR单片机有自动上电复位电路、独立的看门狗电路、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)，可设置的启动后延时运行程序，增强了嵌入式系统的可靠性AVR单片机具有多种省电休眠模式，且可宽电压运行〔5-2.7V〕，抗干扰能力强，可降低一般8位机中的软件抗干扰设计工作量和硬件的使用量。

AVR单片机技术表达了单片机集多种器件(包括FLASH程序存储器、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)和多种功能(增强可靠性的复位系统、降低功耗抗干扰的休眠模式、品种多门类全的中断系统、具输入捕获和比较匹配输出等多样化功能的定时器/计数器、具替换功能的I/O端口…… )于一身，充分表达了单片机技术的从“片自为战〞向“片上系统Sac〞过渡的开展方向3.热电阻工作原理热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器它的主要特点是测量精度高，性能稳定其中铂热是阻的测量准确度是最高的，它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪与热电偶的测温原理不同的是，热电阻是基于电阻的热效应进展温度测量的，即电阻体的阻值随温度的变化而变化的特性因此，只要测量出感温热电阻的阻值变化，就可以测量出温度目前主要有金属热电阻和半导体热敏电阻两类　　金属热电阻的电阻值和温度一般可以用以下的近似关系式表示，即　　Rt=Rt0*[1+α*〔t-t0〕]　　式中，Rt为温度t时的阻值；Rt0为温度t0〔通常t0=0℃〕时对应电阻值；α为温度系数　　半导体热敏电阻的阻值和温度关系为　　Rt=A。

e*B/t　　式中Ret为温度为t时的阻值；Ace、B取决于半导体材料的构造的常数　　相比较而言，热敏电阻的温度系数更大，常温下的电阻值更高〔通常在数千欧以上〕，但互换性较差，非线性严重，测温*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一般适用于-200~500℃*围内的温度测量，其特点是测量准确、稳定性好、性能可靠，在程控制中的应用极其广泛4.I2C总线介绍：      由于大规模集成电路技术的开展，在单个芯片集成CPU以及组成一个单独工作系统所必须的ROM、RAM、I/O端口、A/D、D/A等外围电路和已经实现，这就是常说的单片机或微控制器目前，世界上许多公司生产单片机，品种很多：包括各种字长的CPU，各种容量和品种的ROM、RAM，以及功能各异的I/O等等但是，单片机品种规格有限，所以只能选用*种单片机再进展扩展扩展的方法有两种：一种是并行总线，另一种是串行总线由于串行总线连线少，构造简单，往往不用专用的母板和插座而直接用导线连接各个设备即可因此，采用串行总线大大简化了系统硬件设计PHILIPS公司早在十几年就前推出了I2C串行总线，它是具备多主机系统所需的包括裁决和上下速设备同步等功能的高性能串行总线。

4.1 编辑本段I2C总线定义 I2C(Inter－Integrated Circuit)总线是一种由PHILIPS公司开发的两线式串行总线，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，如今主要在效劳器管理中使用，其中包括单个组件状态的通信例如管理员可对各个组件进展查询，以管理系统的配置或掌握组件的功能状态，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，增加了系统的平安性，方便了管理4.2 编辑本段I2C总线特点 I2C总线最主要的优点是其简单性和有效性由于接口直接在组件之上，因此I2C总线占用的空间非常小，减少了电路板的空间和芯片管脚的数量，降低了互联本钱总线的长度可高达25英尺，并且能够以10Kbps的最大传输速率支持40个组件I2C总线的另一个优点是，它支持多主控， 其中任何能够进展发送和接收的设备都可以成为主总线一个主控能够控制信号的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 总线的构成及信号类型 I2C总线是由数据线SDA和时钟SCL构成的串行总线，可发送和接收数据在CPU与被控IC之间、IC与IC之间进展双向传送，最高传送速率100kbps。

各种被控制电路均并联在这条总线上，但就像机一样只有拨通各自的才能工作，所以每个电路和模块都有唯一的地址，在信息的传输过程中，I2C总线上并接的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的功能CPU发出的控制信号分为地址码和控制量两局部，地址码用来选址，即接通需要控制的电路，确定控制的种类；控制量决定该调整的类别〔如比照度、亮度等〕及需要调整的量这样，各控制电路虽然挂在同一条总线上，却彼此独立，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：开场信号、完毕信号和应答信号 开场信号：SCL为高电平时，SDA由高电平向低电平跳变，开场传送数据 完毕信号：SCL为高电平时，SDA由低电平向高电平跳变，完毕传送数据 应答信号：接收数据的IC在接收到8bit数据后，向发送数据的IC发出特定的低电平脉冲，表示已收到数据CPU向受控单元发出一个信号后，等待受控单元发出一个应答信号，CPU接收到应答信号后，根据实际情况做出是否继续传递信号的判断假设未收到应答信号，由判断为受控单元出现故障 这些信号中，起始信号是必需的，完毕信号和应答信号，都可以不要。

目前有很多半导体集成电路上都集成了I2C接口带有I2C接口的单片机有：CYGNAL的 C8051F0**系列，PHILIPSP87LPC7**系列，MICROCHIP的PIC16C6**系列等很多外围器件如存储器、监控芯片等也提供I2C接口 I2C 总线是一种用于IC器件之间连接的双向二线制总线，所谓总线它上面可以挂多个器件，并且通过两根线连接，占用空间非常的小，总线的长度可长达25英尺，并且能够以10Kbps的最大传输速率支持4个组件它的另一优点是多主控，只要能够进展接收和发送的设备都可以成为主控制器，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〕任何时候时钟信号都是由主控器件产生编辑本段I2C总线操作 I2C规程运用主/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都可以工作于接收和发送状态 总线必须由主器件〔通常为微控制器〕控制，主器件产生串行时钟〔SCL〕控制总线的传输方向，并产生起始和停顿条件SDA线上的数据状态仅在SCL为低电平的期间才能改变，SCL为高电平的期间，SDA状态的改变被用来表示起始和停顿条件。

控制字节 在起始条件之后，必须是器件的控制字节，其中高四位为。