数字体温计Word下载.docx
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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。
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。
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