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、矩陣式鍵盤電路、報警電路和ATmega16單片機控制電路5個模塊組成。ATmega16單片機根據TC72溫度傳感器檢測到的溫度，經一定的控制算法給出控制信號，通過LCD顯示出檢測溫度的大小；矩陣鍵盤可以設定上限和下限溫度，當實時溫度超出設定范圍時，報警電路會發出警報，達到溫度測量和控制的目的。
關鍵詞 單片機；SPI接口；溫度測量

在當今農業和工業生產過程中，溫度作為一個基本物理量起著越來越重要的作用。隨著科技的發展，人們對溫度測量的要求是越來越高，對溫度測量的范圍也越來越廣。因此，溫度測量和控制技術具有一定的必要性。

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，經過控制運算給出控制信號，通過LCD顯示檢測溫度的大小；矩陣鍵盤可以設定溫度上下限值，當溫度超出設定范圍時，報警電路會發出警報，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，研制的RISC精簡指令集的高速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。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時鐘的周期內就可以同時訪問兩個獨立寄存器。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、列的交叉點上，行、列分別連接到按鍵開關的兩端，列線通過上拉電阻接到高電平。無按鍵動作時，列線處于高電平狀態；有按鍵按下時，交點的行線和列線接通，列線電平狀態將由與此列線相連的行線電平決定。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。這一點是識別矩陣鍵盤按鍵是否被按下的關鍵。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、列線信號配合適當處理，才能確定閉合鍵所在的位置。矩陣式鍵盤節省了大量I／O接口，適用于按鍵數量較多的場合。本系統矩陣式鍵盤功能設計如圖2所示。

16鍵解碼芯片74C922采用CMOS工藝技術制造，工作電壓為3～15 V，具有二鍵鎖定功能，編碼為三態輸出，可與單片機直接連接，內部振蕩器完成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。當有按鍵按下時，解碼芯片的DA引腳向連接單片機的引腳輸出高電平，同時封鎖其他按鍵，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。