基于avr单片机的风速测量仪设计毕业论文(编辑修改稿)

基于avr单片机的风速测量仪设计毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

采集传感器。 脉冲式风速传感器的最大优点是原理简单、体积小、质量小， 同时能够将风速模拟量直接转换成电子脉冲数，因其与单片机相连，只要在程序中建立“数”脉冲的程序，就能方便地实现风速的测量，省去了一般风速传感器还需要配置的Ａ／Ｄ转换模块的程序，大大提高了检测装置的便携性。 脉冲式风速检测传感器的基本工作原理是风速带动感应元件 ——— 叶片转动，叶片转动引发光电编码器输出脉冲信号，通过对单位时间内脉冲信号的计数，实现风速的测量。 红外传感计数器 检测方法 传感器采用工程塑料叶片作为感应元件，当有风吹过时，带动叶片跟着转动，通过叶片轴部的光电编码器对转动的圈数进行标记和计数，同时 每转动一圈，光电编码器输出一个阶跃脉冲信号，通过设计将光电编码器的输出与主ＭＣＵ单片机的输入管脚连接在一起，通过单片机内部的计数器即可实现对阶跃脉冲信号的计数，从而实现风速的测量，同时，也省略了Ａ／Ｄ转换模块，简化了风速检测系统的外围电路 长春理工大学毕业设计 8 第四章 技术 介绍 本 系统在设计过程中需要用到 mega16 单片机，系统扩展、接口技术， 三总线，中断技术等。 mega16 单片机 AVR 系列单片机中比较典型的芯片是 ATmega16。 这款芯片具备了 AVR 系列单片机的主要的特点和功能，不仅适合应 用于产品设计，同时也方便初学入门。 其主要特点有： （ 1）采用先进 RISC 结构的 AVR 内核 131 条机器指令，且大多数指令的执行时间为单个系统时钟周期； 32 个 8 位通用工作寄存器； 工作在 16MHz 时具有 16MIPS 的性能。 配备只需要 2 个时钟周期的硬件乘法器 （ 2）片内含有较大容量的非易失性的程序和数据存储器 16K 字节在线可编程（ ISP） Flash 程序存储器（擦除次数 1 万次），采用 Boot Load技术支持 IAP 功能； 1K 字节的片内 SRAM 数据存储器，可实现 3 级锁定的程序加密； 512 个字 节片内在线可编程 EEPROM 数据存储器（寿命 10 万次）； （ 3）片内含 JTAG 接口 支持符合 JTAG 标准的边界扫描功能用于芯片检测； 支持扩展的片内在线调试功能 可通过 JTAG 口对片内的 Flash、 EEPROM、配置熔丝位和锁定加密位实施下载编程； （ 4）外围接口 2 个带有分别独立、可设置预分频器的 8 位定时器 /计数器； 1 个带有可设置预分频器、具有比较、捕捉功能的 16 位定时器 /计数器； 片内含独立振荡器的实时时钟 RTC； 4 路 PWM 通道； 8 路 10 位 ADC 面向字节的两线接口 TWI（兼容 I2C 硬件接口）； 1 个可编程的增强型全双工的，支持同步 /异步通信的串行接口 USART； 1 个可工作于主机 /从机模式的 SPI 串行接口（支持 ISP 程序下载）； 片内模拟比较器； 内含可编程的，具有独立片内振荡器的看门狗定时器 WDT； 长春理工大学毕业设计 9 （ 5）其它的特点 片内含上电复位电路以及可编程的掉电检测复位电路 BOD； 片内含有 1M/2M/4M/8M，经过标定的、可校正的 RC 振荡器，可作为系统时钟使用； 多达 21 个各种类型的内外部中断源； 有 6 种休眠模式支持省电方式工作； （ 6）宽电压、高速度、低功耗 工作电压范围宽 ： ATmega16L —， ATmega16 —； 运行速度： ATmega16L 0—8M， ATmega16 0—16M； 低功耗： ATmega16L工作在 1MHz、 3v、 25度时的典型功耗为，正常工作模式 ，空闲工作模式 ，掉电工作模式 1uA； （ 7）芯片引脚和封装形式 ATmega16 共有 32 个可编程的 I/O 口（脚），芯片封装形式有 40 引脚的 PDIP、 44引脚的 TQFP 和 44 引脚的 MLF 封装。 4． 2 系统扩展、接口技术 (1) 系统扩展： 单片 机虽然各功能部件齐全，但容量较小，如：片内 ROM、 RAM、 I/O 口，不够用时需要扩展，扩展三总线、 ROM、 RAM、 I/O 口。 (2) 系统接口 微机与外设连接因速度不匹配、信号类型不同（脉冲、模拟）、传输方式不同（串、并）， 接口是计算机与外设信息交换的桥梁。 接口电路应具备如下功能： （ 1） 输入有缓冲、输出有锁存； （ 2）有应答联络信号； （ 3）有片选、控制信号； （ 4）有编程选择工作方式功能。 本系统 Atmega16 单片机系统的扩展接口原理图如下： 长春理工大学毕业设计 10 A t m a g e 1 6数 据 存 储 器 程 序 存 储 器 I / O 接 口I / O 接 口I / O 设 备 I / O 设 备地 址 总 线数 据 总 线控 制 总 线 图 2 mega16 单片机系统的扩展接口原理图 4． 3 三总线概述 三总线为：地址、数据、控制总线。 （ 1） 总线：我们知道，一个电路总是由元器件通过电线连接而成的，在模拟电路中 ，连线并不成为一个问题，因为各器件间一般是串行关系，各器件之间的连线并不很多，但计算机电路却不一样，它是以微处理器为核心，各器件都要与微处理器相连，各器件之间的工作必须相互协调。 所以就需要的连线就很多了，如果仍如同模拟电路一样 ，在各微处理器和各器件间单独连线线，则线的数量将多得惊人，所以在微处 理机中引 入了总线的概念，各个器件共同享用连线，所有器件的 8 根数据线全部接到 8 根公用的线上，即相当于各个器件并联起来，但仅这样还不行，如果有两 个 器件同时送出数据，一个为 0，一个为 1，那么，接收方接收到的究竟是什么呢。 这种情况是是不允许的。 所以 ， 要通过控制线进行控制，使器件分时工作，任何时候只能有一个器件发送数据（可以有多个器件同时接收）。 器件的数据线也就被称为数据总线，器件所有的控制线被称 ： 控制总线。 在单片机内部或者外部存储器及其它器件中有存储单元，这些存储单元要被分配地址，才能 用，分配地址也是以电信号的形 式 给出的，由于存储单元比较多，所以 ，用于地址分的线也较多，这些线被称为地址总线。 （ 2）地址总线：由 P2 口提供高 8 位地址线（ A8―― A15），此口具有输出锁长春理工大学毕业设计 11 存的功能，能保留地址信息。 由 P0 口提供低 8 位地址线。 由于 P0 口是地址、数据分时使用的通道口，所以为保存地址信息，需外加地址锁存器锁存低 8 位的地址信息。 一般都用 ALE 正脉冲信号的下降沿控制锁存时刻 （ 3）数据总线：由 P0 口提供。 此口 是双向、输入三态控制的通道口。 （ 4）控制总线：扩展系统时常用的控制信号为地址锁存信号 ALE，片外程序存储器取指信号以及数据存储器 RAM 和外设接口共用的读写控制信号等。 单片机与数据存储器的连接方法和程序存储器连接方法大致相同，简述如下： ，与程序存储器连法相同。 ，与程序存储器连法相同。 ，主要有下列控制信号： 存储器输出信号和单片机读信号相连即和 相连。 存储器写信号和单片机写信号相连即和 相连。 ALE：其连接方法与程序存储器相同。 使用 时应注意，访问内部或外部数据存储器时，应分别使用 MOV 及 MOVX指令。 4． 4 中断技术 引发中断请求的源头称为中断源，中断源的多少反映计算机处理中断的能力，终端系统必须具备正确判断中断源的功能，一般有两种识别方式：查询终端和向量中断。 查询中断的方式是通过软件逐个查询各中断源的中断请求标志，其查询顺序反映出中断源的优先顺序。 先查询的优先级高，后查询的优先级低，顺序排队。 其缺点是软件查询循环占用一定的时间，每次必须经过从优先级最高的中断源查询开始，逐级向低优先级查询，影响主机响应中断的效率。 外部中断 源： INT0 ：外部中断 0 请求输入端口（ PD2） ，低电平或负跳变激活中断请求 IE0 位，当 INT0 中断请求有效， 采用中断技术一般具有以下优点： 可使多种功能或设备同时工作，只有需占用主机时才等待主机安排处理，因此大大提高了计算机系统的速度和主机的效率。 有利于实时处理，有利于随机故障处理。 在实际应用中注意：由于中断的发生随机，因而使得由中断驱动的中断服务程序难以把握、检测和调试，这就要求在设计中断中力求谨慎。 长春理工大学毕业设计 12 在输入 /输出的数据处理频度很高或实时处理要求很高时，不宜采用中断方式。 MEGA 系列单片机提供的 5~6 个中断源中，两个中断请求信号由外部产生并输入请求信号，称之为外部中断源。 本设计外部传感器产生的脉冲信号输入就如此，其余的中断请求信号均由内部产生并激活中断请求信号，故称为内部中断源。 各中断请求信号分别由中断控制寄存器 TCON 进行控制。 中断均可通过软件对其中断请求标志位进行置位 /复位，这与内部硬件自动置位复位的效果一样，亦即可通过软件产生中断请求或将挂起的中断请求撤销，此即所谓的软件中断。 在禁止中 断情况下，可采用软件查询方式进行处理。 MEGA 系列单片机的中断是可编程的，即通过软件可实现对中断系统功能的设置与控制。 ，其中断响应为两级控制， EA 为总的中断响应控制位，各中断源还有相应得中断响应控制位。 外部中断电平触发方式：对于电平触发方式的外部中断，其中断请求信号应持续保持请求有效（低电平）直至主机响应该中断请求为止，这是因为中断系统对中断请求不做记忆。 而且还必须在该中断服务程序返回前撤销中断请求（ INTX 变为高电平），以免再次进入中断而出错。 为保证能被正确采样， INTX 端口中断请求有效信号（低电平）应至少保持两个机器周期。 中断响应一般分为如下几个步骤： （ 1） 保护断点，即保存下一将要执行的指令的地址，就是把这个地址送入堆栈。 （ 2） 寻找中断入口，根据 5 个不同的中断源所产生的中断，查找 5 个不同的入口地址。 以上工作是由计算机自动完成的，与编程者无关。 在这 5 个入口地址处存放有中断处理 程序（ 这是程序编写时放在那儿的，如果没把中断程序放在那儿，就错了，中断程序就不能被执行到）。 （ 3） 执行中断处理程序。 （ 4） 中断返回：执行完中断指令后，就从中断处返回到主程序，继续执行。 长春理工大学毕业设计 13 第五章 软件 设计 测频法与测周法 在软件上为了在测量精度和。