基于单片机的人体温度计的设计与实现课程设计.docx

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基于单片机的人体温度计的设计与实现课程设计

课程设计

题目：

基于单片机的人体温度计的设计与实现

毕业论文（设计）原创性声明

本人所呈交的毕业论文（设计）是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。

据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文（设计）不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。

对本论文（设计）的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。

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本论文（设计）作者完全了解**学院有关保留、使用毕业论文（设计）的规定，学校有权保留论文（设计）并向相关部门送交论文（设计）的电子版和纸质版。

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学校可以公布论文（设计）的全部或部分内容。

保密的论文（设计）在解密后适用本规定。

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指导教师签名：

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1.设计（论文）的内容包括：

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3）中文摘要（300字左右）、关键词

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引言（或绪论）、正文、结论

7）参考文献

8）致谢

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2.论文字数要求：

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3.附件包括：

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4.文字、图表要求：

1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写

2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。

图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画

3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印

4）图表应绘制于无格子的页面上

5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档

5.装订顺序

1）设计（论文）

2）附件：

按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订

3）其它

摘要

本检测系统硬件设计以AT89C52单片机为核心，用温度传感器DS18B20实现温度控制，用数码管显示实际温度和预设温度，制作数字温度计，并可以实现温度预警控制。

单片机系统的软件编程采用单片机汇编进行编程。

应用软件采用KEIL和PROTEUS仿真软件模拟实现控制过程。

温度控制系统是基于单片机的计算机检测技术的软硬件开发和面向对象的高级可视化程序开发的有机结合。

对温度控制的发展有很大的好处。

如果投入生产，不仅会创造良好的经济效益，还可提高温控的简单化。

关键词：

单片机；DS18B20；调节；温度

Abstract

Thisexaminationsystemhardwaredesigntakeat89C52monolithicintegratedcircuitasacore,realizesthetemperaturecontrolwithtemperaturesensorDS18B20,Demonstratestheactualtemperatureandthepreinstalltemperaturewiththenixietube，manufacturesthesimpleintelligencetemperaturecontrolsystem--digitthermometer，Andmayrealizethetemperatureearlywarningcontrol.

Themonolithicintegratedcircuitsystem'ssoftwareprogrammingusesthemonolithicintegratedcircuitassemblytocarryontheprogramming.ThesuperiormachineapplicationsoftwareusesKEILandthePROTEUSsimulationsoftwaresimulationrealizesthecontrolledprocess.

Thisarticledevelopstheintelligencetemperaturecontrolsystemisbasedonmonolithicintegratedcircuit'scomputerexaminationtechnologysoftwareandhardwaredevelopmentandfacetheobjecthigh-levelvisualizationproceduredevelopmentorganicsynthesis.Hastheverybigadvantagetotemperaturecontrol'sdevelopment.Ifplaceinoperation,notonlywillcreatethegoodeconomicefficiency,butmayalsoproposethesimplificationwhichthehightemperaturewillcontrol.

Keywordsmicrocontroller;DS18B20;measure;temperture

一、绪论

温度是存在于客观世界的一个基本物理量，它与人类的生活和生存有着密切的联系。

温度测量的历史，可以追溯到l6世纪。

当时Saatorio用空气热膨胀的原理，制出了第一支测量口腔温度的体温计。

本世纪初，开始用水银来制作体温计，至今在临床上得到了广泛的应用。

根据1928年Ebstein的报告，当时除测量口腔及腋下的温度外，还可以测量直肠、颈部、大腿根部，外耳及尿温。

这些都是用被测皮肤温度与玻璃球内积存的水银温度相等的原理实现的。

但是，水银体温计的汞危害很严重。

据悉，一支水银体温计含汞约1克。

被打碎后，外泄的汞全部蒸发，可使一间15平方米大、3米高的房间内空气汞的浓度达到22.2毫克/立方米。

中国规定汞在室内空气中的最大允许浓度为0.01毫克/立方米。

一般认为，人在汞浓度为1.2-8.5毫克/立方米的环境中就会很快引起汞中毒。

汞作为一种重金属，具有很强的毒性。

中科院地球化学研究所环境地球化学国家重点实验室副主任冯新斌表示，一旦汞蒸气被人吸入，会通过血液循环进入人体各器官组织，还可以通过血脑屏障，损坏人的中枢神经系统。

汞进入水体后转化成甲基汞，尤其对正在发育的胎儿和婴儿危害巨大。

并且甲基汞还会随着食物链上升而富集在动物和人体中，由此威胁到全球人类的健康。

“大家都在说节能灯会造成汞污染，事实上体温计的汞污染会更大。

”北京地球村负责人张弘博士表示，一支节能灯含汞5毫克，而一支体温计含汞约1克，约是节能灯含汞量200倍。

“水银体温计是用汞量非常高的单项产品，也是一个与人们日常生活及卫生健康紧密相关的汞污染源，不管是对于我们的生活，还是对于汞污染防治工作，都是非常不利的。

”张弘说。

由于水银体温计使用方便、精度高，因而应用很广。

但是用水银体温计进行体温监测很不方便，水银的污染的可能也很严重等，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。

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。

电子温度测量方式是随着电子技术的兴起而发展的一门学科。

它利用材料随温度变化的参数转换成电信号[1]对温度进行测量。

早期的电子温度测量均采用模拟技术的方法，对传感器的非线性补偿采用分立式电路进行各种方法的补偿，线路复杂、体积庞大、可靠性低，应用受到很大的制约，微电子技术的发展使这一希望逐步变成了现实。

现在数字集成电路技术和相应的数字信号处理理论相对成熟，开发制造成本大幅下降，为新一代电子体温计的开发创造了良好的先决条件，以数字技术为主要技术的新一代电子体温计[2,3]又一次成为关注和研究的对象。

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，本课题设计出一种数字式电子体温计。

二、体温计的发展与现状

体温测量的历史，可以追溯到l6世纪。

当时Saatorio用空气热膨胀的原理，制出了第一支测量口腔温度的体温计。

本世纪初，开始用水银来制作体温计，至今在临床上得到了广泛的应用。

根据1928年Ebstein的报告，当时除测量口腔及腋下的温度外，还可以测量直肠、颈部、大腿根部，外耳及尿温。

这些都是用被测皮肤温度与玻璃球内积存的水银温度相等的原理实现的。

由于水银体温计使用方便、精度高，因而应用很广。

再加上测温方法及其结构都已成熟，没多大改进余地，人们对它的研究失去了信心，至今几乎没有什么进展。

由于用水银体温计进行体温监测很不方便，水银的污染的可能也很严重等，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。

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。

三、数字体温计简介

丁易数字体温计

1、数字体温计的简单介绍

数字体温计是利用温度传感器将温度转换成数字信号，然后通过显示器（如液晶、数码管、LED矩阵等）显示以数字形式的温度，能快速准确地测量人体温度的最高值，与传统的水银体温计相比，具有读数字方便，测量时间短，测量精度高,能记忆并有提示音等优点，尤其是数字体温计不含水银，对人体及周围环境无害特别适合于医院，家庭使用。

2、数字体温计的特点

数字体温计具有以下特点：

（1）在使用温度范围内温度特性曲线要求达到的精度能符合要求:

为了能

在较宽的温度范围内进行检测，温度系数不宜过大，过大了就难以使用，但对

于狭窄的温度范围或仅仅定点的检测，其温度系数越大，检测电路也能越简单。

（2）为了将它用于电子线路的检测装置，要具有检测便捷和易于处理的特

性。

随着半导体器件和信号处理技术的进步，对温度传感器所要求的输出特性

应能满足要求。

（3）特性的偏移和蠕变越小越好，互换性要好。

（4）对于温度以外的物理量不敏感。

（5）体积小，安装方便:

为了能正确地测量温度，传感器的温度必须与被

测物体的温度相等。

传感器体积越小，这个条件越能满足。

（6）要有较好的机械、化学及热性能。

这对于使用在振动和有害气体的环

境中特别重要。

（7）无毒、安全以及价廉、维修、更换方便等。

温度测量的方法很多，根据温度传感器的使用方式，通常分为接触式测温

法与非接触式测温法两

四、系统主要组成

1）单片机

2）时钟振荡器

3）复位控制

4）显示器

5）温度传感器

6）报警装置

1、单片机AT89C52

AT89C52是51系列单片机的一个型号，它是ATMEL公司生产的。

AT89C52是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大的AT89C52单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。

AT89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线，AT89C52可以按照常规方法进行编程,但不可以在线编程（S系列的才支持在线编程）。

其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。

兼容MCS51指令系统

·8k可反复擦写（>1000次）FlashROM

·32个双向I/O口

·256x8bit内部RAM

·3个16位可编程定时/计数器中断

·时钟频率0-24MHz

·2个串行中断

·可编程UART串行通道

·2个外部中断源

·共6个中断源

·2个读写中断口线

·3级加密位

·低功耗空闲和掉电模式·软件设置睡眠和唤醒功能

AT89C52P为40脚双列直插封装的8位通用微处理器，采用工业标准的C51内核，在内部功能及管脚排布上与通用的8xc52相同，其主要用于会聚调整时的功能控制。

功能包括对会聚主IC内部寄存器、数据RAM及外部接口等功能部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号IR的接收解码及与主板CPU通信等。

主要管脚有：

XTAL1（19脚）和XTAL2（18脚）为振荡器输入输出端口，外接12MHz晶振。

RST/Vpd（9脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。

VCC（40脚）和VSS（20脚）为供电端口，分别接+5V电源的正负端。

P0~P3为可编程通用I/O脚，其功能用途由软件定义，在本设计中，P0端口（32~39脚）被定义为N1功能控制端口，分别与N1的相应功能管脚相连接，13脚定义为IR输入端，10脚和11脚定义为I2C总线控制端口，分别连接N1的SDAS（18脚）和SCLS（19脚）端口，12脚、27脚及28脚定义为握手信号功能端口，连接主板CPU的相应功能端，用于当前制式的检测及会聚调整状态进入的控制功能。

P0口

P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，也即地址/数据总线复用口。

作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路，对端口P0写“1”时，可作为高阻抗输入端用。

在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。

在Flash编程时，P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。

P1口

P1口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。

对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。

作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。

与AT89C51不同之处是，P1.0和P1.1还可分别作为定时/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和输入（P1.1/T2EX），Flash编程和程序校验期间，P1接收低8位地址。

P2口

P2口是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。

对端口P2写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。

在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器（例如执行MOVX@DPTR指令）时，P2口送出高8位地址数据。

在访问8位地址的外部数据存储器（如执行MOVX@RI指令）时，P2口输出P2锁存器的内容Flash编程或校验时，P2亦接收高位地址和一些控制信号。

P3口

P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。

P3口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。

对P3口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。

此时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流（IIL）。

P3口除了作为一般的I/O口线外，更重要的用途是它的第二功能

P3口还接收一些用于Flash闪速存储器编程和程序校验的控制信号。

RST复位输入。

当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。

ALE/PROG

当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。

一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。

要注意的是：

每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。

对Flash存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。

如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作。

该位置位后，只有一条MOVX和MOVC指令才能将ALE激活。

此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE禁止位无效。

PSEN

程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C52由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲。

在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。

EA/VPP

外部访问允许。

欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H—FFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。

需注意的是：

如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。

如EA端为高电平（接Vcc端），CPU则执行内部程序存储器中的指令。

Flash存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源Vpp，当然这必须是该器件是使用12V编程电压Vpp。

XTAL1振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。

XTAL2振荡器反相放大器的输出端。

特殊功能寄存器

在AT89C52片内存储器中，80H-FFH共128个单元为特殊功能寄存器（SFE），SFR的地址空间映象如表2所示。

并非所有的地址都被定义，从80H—FFH共128个字节只有一部分被定义，还有相当一部分没有定义。

对没有定义的单元读写将是无效的，读出的数值将不确定，而写入的数据也将丢失。

不应将数据“1”写入未定义的单元，由于这些单元在将来的产品中可能赋予新的功能，在这种情况下，复位后这些单元数值总是“0”。

AT89C52除了与AT89C51所有的定时/计数器0和定时/计数器1外，还增加了一个定时/计数器2。

定时/计数器2的控制和状态位位于T2CONT2MOD，寄存器对（RCAO2H、RCAP2L）是定时器2在16位捕获方式或16位自动重装载方式下的捕获/自动重装载寄存器。

定时/计数器2控制寄存器T2CON

TF2：

定时器2溢出标志。

定时器2溢出时，又由硬件置位，必须由软件清0，当RCLK=1或TCLK=1时，定时器2溢出，不对TF2置位。

EXF2：

定时器2外部标志。

当EXEN2＝1，且当T2EX引脚上出现负跳变而出现捕获或重装载时，EXF2置位，申请中断．此时如果允许定时器2中断，CPU响应中断，执行定时器2中断服务程序，EXF2必须由软件清除。

当定时器2工作在向上或向下计数工作方式时（DCEN=1）,ExF2不能激活中断。

RCLK：

接收时钟允许。

RCLK=1时．用定时器2溢出脉冲作为串行口（工作于工作方式1或3时）的接收时钟，RCLK=0，用定时器l的溢出脉冲作为接收时钟。

TCLK：

发送时钟允许。

TCLK=1时，用定时器2溢出脉冲作为串行口（工作于工作方式1或3时）的发送时钟，RCLK=0．用定时器l的溢出脉冲作为发送脉冲。

EXEN2：

定时器2外部允许标志。

当EXEN2=1时，如果定时器2未用于作串行口的波特率发生器，在T2EX端出现负跳变脉冲时，激活定时器2捕获或重装载．EXEN2=0，T2EX端的外部信号无效．

TR2：

定时器2启动/停止控制位。

TR2=l时，启动定时器2。

C/T2：

定时器2定时方式或计数方式控制位。

C/T2＝0，选择定时方式。

C/T2＝1时，选择对外部事件计数方式（下降沿触发）。

CP/RL2：

捕获/重装载选择。

CP/RL2=l时，如EXEN2=l．且T2EN双端出现负跳变脉冲时发生捕获操作。

CP/RL2=0时，若定时器2溢出或EXEN2＝l条件下，T2EN双端出现负跳变脉冲，都会出现自动重装载操作。

当RCLK=1或TCLK=1时，该位无效，在定时器2溢出时强制其自动重装载。

中断寄存器：

AT89C52有6个中断源，2个中断优先级，lE寄存器控制各中断位，lP寄存器中6个中断源的每一个可定为2个优先级。

数据存储器：

AT89C52有256个字节的内部RAM,80H－FFH高128个字节与特殊功能寄存器（SFR）地址是重叠的，也就是高128字竹的RAM和殊功能寄存器的地址是相同的，但物理上它们是分开的。

当一条指令访问7FH以上的内部地址单元时，指令中使用的寻址方式是不同的，也即寻址方式决定是访问高128字节RAM还是访问特殊功能寄存器。

如果指令是直接寻址方式则为访问特殊功能寄存器。

定时器O和定时器1：

AT89C52的定时器O和定时器1的工作方式与AT89C51相同。

定时器2

定时器2是一个16位定时计数器。

它既可当定时器使用，也可作为外部事件计数器使用，其工作方式由特殊功能寄存器T2CON的C/T2位选择。

定时器2有三种工作方式：

捕获方式，自动重装载（向上或向下计数）方式和波特率发生器方式，工作方式由T2CON的控制位来选择。

定时器2由两个8位寄存器TH2和TL2组成，在定时器工作方式中，每个机器周期TL2寄存器的值加1，由于一个机器周期由12个振荡时钟构成，因此，计数速率为振荡频率的1/l2。

在计数工作方式时，当T2引脚上外部输入信号产生由1至O的下降沿时，寄存器的值加1，在这种工作方式下，每个机器周期的5SP2期间，对外部输入进行采样。

若在第一个机器周期中采到的值为1，而在下一个机器周期中采到的值为0,则在紧跟着的下一个周期的S3P1期间寄存器加l。

由于识别1至0的跳变需要2个机器周期（24个振荡周期），因此，最高计数速率为振荡频率的1/24．为确保采样的正确性，要求输入的电平在变化前至少保持一个完整周期的时间，以保证输入信号至少被采样一次。

2、时钟振荡器

AT89C52中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端。

这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起构成自激振荡器，振荡电路外接石英晶体（或陶瓷谐振器）及电容C1、C2接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路。

对外接电容C1、C2虽然没有十分严格的要求，但电容容量的大小会轻微影响振荡频率的高低、振荡器工作的稳定性、起振的难易程序及温度稳定性，如果使用石英晶体，我们推荐电容使用30pF±10pF，而如使用陶瓷谐振器建议选择40pF±10F。

用户也可以采用外部时钟。

采用外部时钟的电路如下图所示。

这种情况下，外部时钟脉冲接到XTAL1端，即内部时钟发生器的输入端，XTAL2则悬空。

由于外部时钟信号是通过一个2分频触发器后作为内部时钟信号的，所以对外部时钟信号的占空比没有特殊要求，但最小高电平持续时间和最大的低电平持续时