数字体温计.docx

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数字体温计

毕业设计（论文）

（2012届）

2011年10月30日

题目：

数字体温计的设计与制作

专业名称：

应用电子工程技术

姓名：

冼洁晓

学号：

0910413011

班级：

09应用电子技术（电子产品技术）

指导教师：

吴小玲

目录

一引言1

二设计目标和要求2

三方案论证与设计2

方案论证..............................................................................................2

设计......................................................................................................2

（一）控制部分的方案选择2

（二）测温部分的方案选择2

（三）显示部分的方案选择2

四硬件设计3

（一）电路设计框图3

（二）系统硬件概述3

（三）主要单元电路设计3

1.AT89S52单片机简介4

2.单片机主控制模块的设计5

3.温度传感器电路设计8

4.显示模块的设计10

五软件设计10

（一）设计总流程图10

（二）温度程序流程图11

（三）数码管显示流程图12

六仿真与调试12

（一）Proteus软件运行流程12

（二）硬件调试结果12

七总结14

参考文献14

附录一：

系统程序15

致谢19

一、引言

温度测量在人们生活中、物理实验、医疗卫生、食品生产等领域有着特别重要的意义。

温度计的发展很快，从原始的玻璃管温度计发展到了现在的热电阻温度计、热电偶温度计、半导体集成数字温度计等。

在电子式温度计中，传感器是它的重要组成部分，温度计的精度、灵敏度基本决定了温度计的精度、测量范围、控制范围和用途等。

温度传感器应用极其广泛，目前已经研制出多种新型温度传感器，从而构成性能优良的温度监控系统。

为了正确测量人体局部温度，促使人们开发了各种不同的测温仪器和测温方法。

虽然水银体温计仍不愧是一个精度高、便宜、使用方便的测温仪器。

现在已有许多医院采用了电子体温计，用其它电子仪器测量体温也日益普及。

这一事实至少表明，电子测温仪器的性能已接近水银温度计的性能。

现在所使用的温度计还有很多是分辨力为1～0.1℃的水银、煤油或酒精温度计。

这些温度计的刻度间隔通常都很密，不容易准确分辨，读数困难，而且他们的热容量比较大，达到热平衡所需的时间较长，因此很难读准，使用非常不方便，并且水银会对环境污染严重等缺点。

随着科技的高速发展进步，人们开始研发了用数字温度计。

医院、家庭等随处可见，为了能更加满足人们的需要，数字体温计正在更新换代。

因此，鉴于传统的水银体温计汞的污染及其携带不方便易破碎，尤其是测量时间过长等缺点，本课题为解决此问题设计出一种数字式电子体温计。

它在稳定性及响应时间上比传统的水银体温计有着显著的优势，精度要求也能和传统的水银体温计相媲美。

并且具有读数方便，测温范围广，测温准确等优点，其输出温度采用数字显示，主要用于对测温比较准确的场所，或科研实验室使用。

新型电子体温计利用电子感温，灵敏度高，也适合无法长时间安静的儿童，且能在较短的时间内准确测试出体温，探热时间可快至1min。

它的测量精度可达±0.1℃，液晶屏直接显示体温数值。

二、设计目标和要求

1.用所学的单片机知识设计制作数字体温计；

2.测量温度范围：

误差小于0.1℃

3.所测的温度值可以由数码管直接显示

4.进一步熟悉Proteus，Protel软件的功能和使用方法

三、方案论证与设计

方案一、测温电路。

使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，将被测温度变化的电压或电流采集过来，进行A/D转换后，就可以用单片机进行数据的处理，通过数码管就可以将被测温度显示出来。

方案二、使用温度传感器。

现在流行使用单片机设计电路，所以可以采用一只温度传感器DS18B20，此传感器可以很容易就能读取到温度值。

论证：

方案一由于需要对被测温度变化的电压或者电流采集，以及进行A/D转换，感温度电路设计会比较麻烦，成本高。

而方案二设计只需一个单片机和一个DS18B20就能很容易读取温度值，电路设计简单，况且成本低，体积小，因而采用方案二。

（一）控制部分的方案选择

用可编程逻辑器件设计。

主控芯片使用AT89S52单片机，对温度传感器的数据进行采集以及传送给数码管显示。

（二）测温部分的方案选择

本方案采用美国DALLAS半导体公司继DS18B20之后推出的一种改进型智能温度传感器DS18B20作为检测元件，测温范围为-50~100°C，最大分辨率可达0.0625°C。

DS18B20可以直接读出被测温度值，而且采用3线制与单片机相连，减少了外部的硬件电路，具有低成本和易使用的特点。

（三）显示部分的方案选择

本方案采用七段数码管显示器。

其优点是设计简单，可视度高，成本低。

避免了LCD的成本高，不方便观察的缺点。

四、硬件设计

（一）电路设计框图

综上所述，按照系统设计功能的要求，确定硬件由主控制器、测温电路、显示模块、共3个模块组成，设计了硬件整体的框图：

图4.1数字体温计构成框图

用DS18B20来检测当前的环境温度；STC89S52单片机通过输出各种电脉冲信号来驱动控制各部分正常工作；温度等数据则最终通过数码管模块显示出来。

（二）系统硬件概述

本电路是以STC89C52单片机为控制核心，该芯片具有在线编程功能，功耗低，能在3.3V的超低压下工作；驱动部分采用74HC537，它是一款高性能、低功耗、，其工作电压为2.5V～5.5V；温度检测模块由DS18B20构成,它采用独特的单线接口仅需一个端口引脚进行通讯,具有测量精度高、测量范围广等优点,其测温范围在-55~+125℃,工作电压为3v~5.5v；显示部份使用七段数码管显示屏来实现,该显示具有亮度高的特点。

（三）主要单元电路设计

1、AT89S52单片机简介

AT89S52是一种低功耗、高性能的8位CMOS微控制器，具有8K的可编程Flash存储器。

使用高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。

片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。

在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在线系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。

AT89S52具有以下标准功能：

8K字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。

另外，AT89S52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。

空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。

掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。

引脚排列如图4.2所示。

图4.2AT89S52引脚图

从引脚功能来看，可将引脚分为三部分：

a、电源及时钟引脚

VCC：

接+5V电源；VSS：

接地；XTAL1和XTAL2：

时钟引脚，外接晶体引线端。

当使用芯片内部时钟时，此两引脚端用于外接石英晶体和微调电容；当使用外部时钟时，用于接外部时钟脉冲信号。

b、控制引脚

RST/VPT：

RST是复位信号输入端，VPT是备用电源输入端。

当RST输入端保持2个机器周期以上高电平时，单片机完成复位初始化操作。

当主电源VCC发生故障而突然下降到一定低电压或断电时，第2功能VPT将为片内RAM提供电源以保护片内RAM中的信息不丢失。

ALE/PROG：

地址锁存允许信号输出端。

在存取外存储器时，用于锁存低8位地址信号。

当单片机正常工作后，ALE端就会周期性地以时钟振荡频率的1/6固定频率向外输出正脉冲信号。

此引脚的第2功能PROG是对片内带有4K字节EPROM的8751固化程序时，作为编程脉冲输入端。

PSEN：

程序存储允许输出端。

是片外程序存储器的读选通信号，低电平有效。

CPU从外部程序存储器取指令时，PSEN信号会自动产生负脉冲，作为外部程序存储器的选通信号。

EA/VPP：

程序存储器地址允许输入端。

当EA为高电平时，CPU执行片内程序存储器指令，但当PC中的值超过0FFFFH时，将自动转向执行片外程序存储器指令；当EA为低电平时，CPU只执行片外程序存储器指令。

对8031单片机，EA必须接低电平。

在8751中，当对片内EPROM编程时，该端接21V的编程电压。

C、I/O口引脚

P0.0～P0.7：

P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。

作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。

对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。

当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。

P1.0～P1.7：

P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口。

作为输出口，每位能驱动4个TTL逻辑电平。

此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX）。

在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。

P2.0～P2.7:

P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口。

作为输出口，每位能驱动4个TTL逻辑电平。

在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器时，P2口送出高八位地址。

在使用8位地址访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。

在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。

P3.0～P3.7：

P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口。

作为输出口，每位能驱动4个TTL逻辑电平。

P3口亦作为AT89S52特殊功能（第二功能）使用。

在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。

2、单片机主控制模块的设计

本设计中单片机主要负责对外设的控制和各个功能模块间的协调，没有复杂的数据计算，因此，8位的51系列单片机足以胜任。

51单片机以其低廉的价格以及较出色的性能成了很多控制系统的首选。

它具有丰富的内部资源，较大的数据、程序存储区。

一个典型的单片机最小系统一般由时钟电路、复位电路、电源指示灯和外部扩展接口等部分组成，本系统也不例外，当单片机具备了这些最基本的条件后，就可以正常工作了。

单片机的最小系统如图4.3所示,单片机的XTAL0和XTAL1引脚用于连接晶振电路。

XTAL0接外部晶振和微调电容的一端,在片内它是振荡器倒相放大器的输入,XTAL1接外部晶振和微调电容的另一端,在片内它是振荡器倒相放大器的输出。

RESET为复位引脚,连接复位电路，它用于对单片机进行初始化。

复位电路包括复位电容（C6）、复位电阻（R3）和复位开关（S4）。

VSS为电源地,VCC为电源正。

图4.3单片机最小系统

单片机最小系统复位、晶振电路简介

（1）复位电路的设计

复位电路是使单片机的CPU或系统中的其他部件处于某一确定的初始状态，并从这上状态开始工作。

单片机常见的复位电路

通常单片机复位电路有两种：

上电复位电路，按键复位电路。

上电复位电路：

上电复位是单片机上电时复位操作，保证单片机上电后立即进入规定的复位状态。

它利用的是电容充电的原理来实现的。

按键复位电路：

它不仅具有上电复位电路的功能，同时它的操作比上电复位电路的操作要简单的多。

如果要实现复位的话，只要按下RESET键即可。

它主要是利用电阻的分压来实现的

在此设计中，采用的上电自动复位电路。

按键复位电路如图4.4所示。

图4.4复位电路

复位电路工作原理

上电复位要求接通电源后，单片机自动实现复位操作。

上电瞬间RESET引