基于SPI接口的溫度測(cè)量系統(tǒng)

摘要 設(shè)計(jì)了基于SPI接口的溫度測(cè)量系統(tǒng)，采用ATmega16單片機(jī)控制，TC72溫度傳感器采集溫度，以及1602液晶屏進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示。系統(tǒng)主要由溫度傳感器電路、LCD液晶顯示模塊電路、矩陣式鍵盤電路、報(bào)警電路和ATmega16單片機(jī)控制電路5個(gè)模塊組成。ATmega16單片機(jī)根據(jù)TC72溫度傳感器檢測(cè)到的溫度，經(jīng)一定的控制算法給出控制信號(hào)，通過(guò)LCD顯示出檢測(cè)溫度的大?。痪仃囨I盤可以設(shè)定上限和下限溫度，當(dāng)實(shí)時(shí)溫度超出設(shè)定范圍時(shí)，報(bào)警電路會(huì)發(fā)出警報(bào)，達(dá)到溫度測(cè)量和控制的目的。
關(guān)鍵詞 單片機(jī)；SPI接口；溫度測(cè)量

在當(dāng)今農(nóng)業(yè)和工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，溫度作為一個(gè)基本物理量起著越來(lái)越重要的作用。隨著科技的發(fā)展，人們對(duì)溫度測(cè)量的要求是越來(lái)越高，對(duì)溫度測(cè)量的范圍也越來(lái)越廣。因此，溫度測(cè)量和控制技術(shù)具有一定的必要性。

1 硬件電路設(shè)計(jì)
系統(tǒng)設(shè)計(jì)硬件電路分為：控制電路、鍵盤電路、傳感器電路、顯示電路和報(bào)警電路。AVR單片機(jī)接收到TC72溫度傳感器檢測(cè)到的溫度信號(hào)后，經(jīng)過(guò)控制運(yùn)算給出控制信號(hào)，通過(guò)LCD顯示檢測(cè)溫度的大小；矩陣鍵盤可以設(shè)定溫度上下限值，當(dāng)溫度超出設(shè)定范圍時(shí)，報(bào)警電路會(huì)發(fā)出警報(bào)，達(dá)到溫度測(cè)量和控制的目的。SPI溫控系統(tǒng)的工作原理如圖1所示。

1．1 控制電路模塊
AVR單片機(jī)由Atmel公司利用Flash新技術(shù)，研制的RISC精簡(jiǎn)指令集的高速8位單片機(jī)，與51系列單片機(jī)相比，在內(nèi)部資源和接口方面，AVR系列單片機(jī)更為豐富和強(qiáng)大。ATmega16單片機(jī)是AVR單片機(jī)系列中的一種。
ATmega16單片機(jī)是ATmega系列中一種高性能、低功耗的8位AVR RISC微處理器。它支持131條指令，并且大多數(shù)指令只需要單時(shí)鐘周期就能執(zhí)行完成。因此，ATmega16單片機(jī)的數(shù)據(jù)吞吐率可達(dá)1 MI／S·MHz，從而使系統(tǒng)在處理速度與功耗之間的矛盾得到了有效緩減。另外，AT mega16單片機(jī)的內(nèi)核不但指令集豐富而且它的通用工作寄存器達(dá)32個(gè)。其中運(yùn)算邏輯單元與所有寄存器相連，這樣一條指令在一個(gè)時(shí)鐘的周期內(nèi)就可以同時(shí)訪問(wèn)兩個(gè)獨(dú)立寄存器。這種結(jié)構(gòu)形式不僅提高了代碼效率，而且其數(shù)據(jù)吞吐率比普通的CISC微控制器高10倍。
1．2 鍵盤電路模塊
矩陣式鍵盤，由行線和列線組成，按鍵位于行、列的交叉點(diǎn)上，行、列分別連接到按鍵開關(guān)的兩端，列線通過(guò)上拉電阻接到高電平。無(wú)按鍵動(dòng)作時(shí)，列線處于高電平狀態(tài)；有按鍵按下時(shí)，交點(diǎn)的行線和列線接通，列線電平狀態(tài)將由與此列線相連的行線電平?jīng)Q定。行線電平如果為低，則列線電平為低；行線電平如果為高，則列線電平也為高。這一點(diǎn)是識(shí)別矩陣鍵盤按鍵是否被按下的關(guān)鍵。由于矩陣鍵盤中行、列線為多鍵公用，各按鍵均影響該鍵所在行、列的電平，所以必須將行、列線信號(hào)配合適當(dāng)處理，才能確定閉合鍵所在的位置。矩陣式鍵盤節(jié)省了大量I／O接口，適用于按鍵數(shù)量較多的場(chǎng)合。本系統(tǒng)矩陣式鍵盤功能設(shè)計(jì)如圖2所示。

16鍵解碼芯片74C922采用CMOS工藝技術(shù)制造，工作電壓為3～15 V，具有二鍵鎖定功能，編碼為三態(tài)輸出，可與單片機(jī)直接連接，內(nèi)部振蕩器完成4×4鍵盤矩陣掃描，外接電容用于消抖，鍵盤矩陣的4行分別連接解碼芯片X1～X4引腳，4列分別連接Y1～Y4引腳。當(dāng)有按鍵按下時(shí)，解碼芯片的DA引腳向連接單片機(jī)的引腳輸出高電平，同時(shí)封鎖其他按鍵，片內(nèi)鎖存器將保持當(dāng)前按鍵的4位編碼。單片機(jī)與74C922的硬件連接圖如圖3所示。