基于SPI接口的溫度測量系統

摘要 設計了基于SPI接口的溫度測量系統，采用ATmega16單片機控制，TC72溫度傳感器采集溫度，以及1602液晶屏進(jìn)行數據顯示。系統主要由溫度傳感器電路、LCD液晶顯示模塊電路、矩陣式鍵盤(pán)電路、報警電路和ATmega16單片機控制電路5個(gè)模塊組成。ATmega16單片機根據TC72溫度傳感器檢測到的溫度，經(jīng)一定的控制算法給出控制信號，通過(guò)LCD顯示出檢測溫度的大??；矩陣鍵盤(pán)可以設定上限和下限溫度，當實(shí)時(shí)溫度超出設定范圍時(shí)，報警電路會(huì )發(fā)出警報，達到溫度測量和控制的目的。
關(guān)鍵詞 單片機；SPI接口；溫度測量

在當今農業(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(zhù)越來(lái)越重要的作用。隨著(zhù)科技的發(fā)展，人們對溫度測量的要求是越來(lái)越高，對溫度測量的范圍也越來(lái)越廣。因此，溫度測量和控制技術(shù)具有一定的必要性。

1 硬件電路設計
系統設計硬件電路分為：控制電路、鍵盤(pán)電路、傳感器電路、顯示電路和報警電路。AVR單片機接收到TC72溫度傳感器檢測到的溫度信號后，經(jīng)過(guò)控制運算給出控制信號，通過(guò)LCD顯示檢測溫度的大??；矩陣鍵盤(pán)可以設定溫度上下限值，當溫度超出設定范圍時(shí)，報警電路會(huì )發(fā)出警報，達到溫度測量和控制的目的。SPI溫控系統的工作原理如圖1所示。

1．1 控制電路模塊
AVR單片機由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，與51系列單片機相比，在內部資源和接口方面，AVR系列單片機更為豐富和強大。ATmega16單片機是AVR單片機系列中的一種。
ATmega16單片機是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，并且大多數指令只需要單時(shí)鐘周期就能執行完成。因此，ATmega16單片機的數據吞吐率可達1 MI／S·MHz，從而使系統在處理速度與功耗之間的矛盾得到了有效緩減。另外，AT mega16單片機的內核不但指令集豐富而且它的通用工作寄存器達32個(gè)。其中運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)鐘的周期內就可以同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)兩個(gè)獨立寄存器。這種結構形式不僅提高了代碼效率，而且其數據吞吐率比普通的CISC微控制器高10倍。
1．2 鍵盤(pán)電路模塊
矩陣式鍵盤(pán)，由行線(xiàn)和列線(xiàn)組成，按鍵位于行、列的交叉點(diǎn)上，行、列分別連接到按鍵開(kāi)關(guān)的兩端，列線(xiàn)通過(guò)上拉電阻接到高電平。無(wú)按鍵動(dòng)作時(shí)，列線(xiàn)處于高電平狀態(tài)；有按鍵按下時(shí)，交點(diǎn)的行線(xiàn)和列線(xiàn)接通，列線(xiàn)電平狀態(tài)將由與此列線(xiàn)相連的行線(xiàn)電平?jīng)Q定。行線(xiàn)電平如果為低，則列線(xiàn)電平為低；行線(xiàn)電平如果為高，則列線(xiàn)電平也為高。這一點(diǎn)是識別矩陣鍵盤(pán)按鍵是否被按下的關(guān)鍵。由于矩陣鍵盤(pán)中行、列線(xiàn)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(xiàn)信號配合適當處理，才能確定閉合鍵所在的位置。矩陣式鍵盤(pán)節省了大量I／O接口，適用于按鍵數量較多的場(chǎng)合。本系統矩陣式鍵盤(pán)功能設計如圖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，可與單片機直接連接，內部振蕩器完成4×4鍵盤(pán)矩陣掃描，外接電容用于消抖，鍵盤(pán)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。當有按鍵按下時(shí)，解碼芯片的DA引腳向連接單片機的引腳輸出高電平，同時(shí)封鎖其他按鍵，片內鎖存器將保持當前按鍵的4位編碼。單片機與74C922的硬件連接圖如圖3所示。