单片机智能体温计课程设计(共24页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上 数理与信息工程学院单片机原理及应用期末课程设计 题 目： 智能体温计 专 业： 电子信息工程 班 级： 电信061 姓 名： 学 号： 指导老师： 成 绩： ( 2008.12 )目 录 第1节 引 言31.1 智能体温计概述 31.2 本次设计要求 41.3 系统主要功能 4第2节 系统主要硬件电路设计 52.1 主要模块的设计方案论证52.1.1 温度传感器的选择52.1.2 A/D转换器的选择52.1.3 语音提示模块52.2 总系统设计方案 62.2.1 系统设计框图62.2.2 系统整体硬件电路6 2.3 系统硬件组成 8 2.3.1 电源电路模块8 2.

2、3.2 温度检测和放大模块8 2.3.3 A/D转换模块9 2.3. 4 温度设置、显示及报警电路模块 10 2.3.5 串行通信模块 10 2.3.6 语音播放模块 11第3节 系统软件设计 13 3.1 系统主程序设计133.2 程序清单14第4节 结束语 24参考文献25智能体温计数理与信息工程学院 06电子信息工程 陶如红指导教师：余水宝 第1节 引 言 随着人们生活水平的不断提高,单片机控制无疑是人们追求的目标之一，它在日用电子产品中的应用越来越广泛，给人带来的方便也是不可否定的，其中智能体温计就是一个典型的例子，但人们对它的要求越来越高，要为现代人工作、科研、生活、提供更好的更方便

3、的设施就需要从单片机技术入手，一切向着数字化控制，智能化控制方向发展。传统的温度计有反应速度慢、读数麻烦、测量精度不高、误差大等缺点，温度传感器AD590具有线性优良、性能稳定、灵敏度高、抗干扰能力强、使用方便等优点，广泛应用于冰箱、空调器、粮仓等日常生活中温度的测量和控制。本论文利用集成温度传感器AD590设计并制作了一款基于AT89S52的3位数码管显示的智能体温计，其电路简单，软硬件结构模块化，易于实现。1.1 智能体温计概述 随着时代的进步和发展，单片机技术已经普及到我们生活，工作，科研，各个领域，已经成为一种比较成熟的技术,本文将介绍一种基于单片机控制的智能体温。本智能体温计采用 A

4、T89S52作为核心器件实现对系统的自动控制，采用双单片机串行处理结构。外界温度经 AD590 集成温度传感器采集，温度变化转换为线性电压信号，再经由 OP07 构成高精度低温漂的放大电路处理后，作为 ADC0809 的模拟输入信号，由ADC0809 完成 AD转换，得到 8位的数字信号送入单片机 1（AT89S52）。单片机 1 将采集到温度值在 LED数码管上显示出来， 也通过串口通信将温度信号传到单片 2 （AT89S52） 。此外温度预置， 报警电路模块功能也由单片机 1完成。 单片机2 完成温度值的语音播放功能。通过系统的设计与实现说明本设计方案切实可以，能够完成题目所要求的基本功能

5、部分，并留有相应的接口，为完成扩展功能打下基础。 1.2 本次设计要求单片机在日用电子产品中的应用越来越广泛，温度则是人们日常生活中常常需要测量和控制的一个量。本论文通过AT89S52单片机和温度传感器AD590从硬件和软件两方面进行了设计。 本次设计的设计要求：（1）基本范围0-50；（2）精度误差小于0.1；（3）LED数码直读显示；扩展功能：（1）实现语音报温功能； （2）实现报警功能；1.3系统主要功能 本设计完成了以下功能： （1）温度信号的采集与归一化处理； （2）AD转换； （3）温度值的显示，显示的误差与实际的温度值误差在0.1 内； （4）语音播报温度与声音报警功能。 第2节

6、 系统主要硬件电路设计2.1 主要模块的设计方案论证 2.1.1 温度传感器的选择 方案一：采用热敏电阻。热敏电阻价格便宜，对温度灵敏，原理简单，但线性度不好，如不进行线性补偿，对于本设计归一化输出的要求，难以达到设计精度；如要对非线性进行补偿，则电路结构复杂，难以调整。故不采用。 方案二：采用热电偶。热电偶在测温范围内热电性质稳定，不随时间变化而变化，电阻温度系数小，导电率高，比热小，但热电偶一般体积较大，使用不方便，价格相对较高。作为一个智能体温计的温度传感器，要求体积小，使用方便，便于携带，故此方案不合适。 方案三：采用集成温度传感器。集成温度传感器一般且有具有线性好、精度高、灵敏度高、

7、体积小、使用方便等优点。根据实验室现有材料可选取 AD590。AD590 的测温范围为-55+150，能满足本设计的 050 度测量要求。根据相关技术资料：AD590线性电流输出为 1 A/K,正比于绝对温度；AD590 的电源电压范围为 4V30V，并可承受 44V正向电压和 20V反向电压，因而器件反接也不会被损坏。该方案能完全满足此设计的要求，故采用此方案。 2.1.2 AD 转换器的选择 方案一：选用 AD574。AD574 的数字量位数可设成 8 位也可以设为 12位，且无需外接 CLOCK时钟，转换时间达到 25s，输出模拟电压可以是单极性的 010V或020V，也可以是双极性的5

8、V或10V之间。AD574精度高，但与 8 位的单片机接口较复杂，且价格昂贵，考虑到体温计是对温度的测量，其响应时间的要求不高。故不选用此方案。方案二：选用 ICL7135。这类芯片比较适合于低速测量仪器，适用于精度高，速度要求不高的系统设计中。ICL7135 的输出为动态扫描 BCD码，与单片机的接口较复杂。且它的满量程输入为 2V电压，如在本设计中使用要进行衰减，较难保证转换精度。 方案三：选用 ADC0809。ADC0809数字量是 8位，转换时间为 100s，输入模拟电压为单极性的 05V。由于本设计的要求精度不是很高，ADC0809 可以达到要求，故选用此方案。 2.1.3 语音提示

9、模块 方案一：通过 A/D转换器、单片机，存储器，DA转换器实现声音信号的采样、处理、存储和实现。首先将声音信号放大，通过 AD转换器采样将语音模拟信号转换成数字信号，并由单片机和处理存放到存储器中，实现录音操作。在录、放音过程中由单片机控制 D/A转换器，将存储器中的数据转化成声音信号。此方案安装调试复杂，集成度低。 方案二：采用 ISD2560语音录放集成电路。该芯片采用多电平直接模拟量存储专利技术，每个采样值可直接存储在片内单个 EEPROM单元中，因此能够非常真实、自然地再现语音、音乐、音调和效果声。此外，ISD2560 还省去了 A/D和 D/A转换器。其集成度较高，内部包括前置放大

10、器、内部时钟、定时器、采样时钟、滤波器、自动增益控制、逻辑控制、模拟收发器、解码器和 480K 字节的 EEPROM。ISD2560可不分段，也可按最小段长为单位来任意组合分段。因此，选择方案二。 22 总系统设计方案2.2.1系统设计框图根据设计要求，可将系统分为若干模块，以单片机为核心，完成多项功能。图2-1 系统框图系统框图如图2- 1，AD590 把采集的外部温度信号转换成相应的电压，再经过 OP07 运放放大后作为 ADC0809的模拟输入信号，ADC0809 将此模拟信号转换成数字信号，通过并口送入到单片机1。单片机1把这些信号处理后通过 LED 数码管显示出来。同时单片机1还处理

11、按键、报警模块。单片机 1把温度值通过串行通信传送给单片机 2，控制语音芯片报出相对应的温度值。2.2.2系统整体硬件电路 如图 2-2 所示，该电路主要由电源电路，温度检测、放大电路，AD转换电路，双单片机串行通信电路，按键输入、报警电路，数码管扫描显示电路以及语音芯片电路组成。图2-2 系统电路原理图2.3 系统硬件组成2.3.1 电源电路模块图2-3 电源电压电路如图 2-3 所示，220V交流电经变压器市降压、桥式整流、电容滤波后经7812、7805、7905 三端集成稳压管分别得到12V、+5V、-5V电压，给整个电路供电。2.3.2 温度检测、放大模块图2-4 AD590 温度检测

12、、放大电路图如图2-4 所示，温度检测、放大电路主要器件的作用：OP1、OP2:电压跟随器；OP3：差分放大电路；AD590：温度传感器；SVR：零位调整。 （1）AD590 简介 AD590 是电流输出型的半导体温度感测组件，主要特性如下： 1.具有线性输出电流。 2.宽广的操作温度范围(-55150)。3.宽广的工作电压范围(+4V+30V)。 4.良好的隔离性。 AD590 的包装与等效电路如图 4 所示，是 TO-52 型金属外壳包装。他是两端子的半导体温度感测组件，另有一端子是外壳接脚，可接地以减少噪声干扰。 AD590 如同一个随温度而改变输出电流的定电流源，输出电流与外壳的开氏(

13、K)温度成正比。开氏温度与摄氏温度的单位相等，0等于 273.2K，100等于 373.2K。当温度为 0时，AD590 的输出电流是 273.2A。而温度为 100时，输出电流是 373.2A。温度每升高 1，输出电流增加 1A，其温度系数为 1A/。图2-5 AD590 包装与等效电路图（2）温度检测、放大电路原理 AD590的温度系数为 1A/。所以在 T()时的电流I1(T)为I1(T)=I1(0)+1A/*T (2-1)而温度每变化 1时，V2 的电压变化是为1A/*10K=10mV/，即温度每增加 1，V2 会增加 10mV。在 0时 V2就已经有电压存在，其值为V2(0)=273

14、.2A *10K=2.732V （2-2）则 T时 V2（T）=V2（0）+10mV/*T （2-3）如图 2-3 所示，OP3 组成差动放大器，电压增益为 R2/R1=100K/20K=5 (2-4)零位调整 SVR1则用于抵补 0的电压值，由差动放大器的公式V0=R2/R1*(V2-V1) (2-5)可得知，若调整 SVR1使V1的电压为2.732V，则 0时,差动放大器的输出 VO为0V。也就是说，若温度是在 0至50之间，则差动放大器的输出电压是在0V至5V之间，亦即每0.1V的输出代表温度上升 1。与设计要求相符合。2.3.3 A/D转换模块 如图 2-6：ADC0809 把从放大电

15、路传送过来的模拟信号转变成数字信号，并行传送给单片机的 P0 口，让单片机处理。图2-6 A/D转换电路图2.3.4 温度设制、显示及报警电路模块如图 2-7：通过按键可以事先设定报警温度值，当显示的温度值超过设定的温度值时，单片机就会从 INT0 脚发出一连串脉冲，驱动蜂鸣器发出报警声。图2-7 温度设制、显示及报警电路图2.3.5 串行通信模块如图 2-8 所示， 单片机 1 把温度值发送数据到单片机 2,单片机2 接收数据并控制语音芯片报出当前的温度值。图2-8 串行通信电路图2.3.6 语音播放模块语音播放模块如图 2-9所示。主要由单片机 AT89S51 与语音芯片 ISD2560

16、组成。图2-9 录音、放音电路图（1）录音、放音简介 如图2-9 所示，首先通过麦克风向语音ISD256录入“0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10，点，度”等音符。当单片机 2 接收到单片机串行发送过来的温度值时，就会自动地去寻找相对应音符的地址，并把这些音符通过扬声器播放出来。 （2）硬件电路设计 ISD 器件选用录音时间为 60s 的 ISD2560 器件，以单片机为处理机，外接控制每个语音段录音开始与停止按键，外部存储器 EEPROM 用于保存每个语音首地址。ISD 的外围电路及其与单片机连接的硬件电路如图 2-9 所示。 ISD2560 与 AT89S52 的接口部分包含输入地

17、址线 A0A9、片选 CE（CE=0 选中 ISD芯片）、芯片低功耗状态控制 PD、录放音控制选择 P/R（P/R=0 为录音；P/R=1 为放音）、录放音结束信号输出 EOM，将它作为 AT89S51外部中断 0的输入信号，放音时通过它告知本语音段结束，便于单片机立即播放另一个语音段。 ISD2560引脚封装如图 2-10所示.图2-10 ISD2560管脚图 （3）本方法的特点 能进行在系统现场录音，随录随放，修改语音方便。修改录音内容时，可以从其中任意一段开始，修改其后的所有录音内容，不必从第一段开始全部修改。这对一些需要厂家固定一些语音段的系统很有好处，将固定的语音段放置在前面的段落中

18、， 允许用户录制的放在后面， 用户修改录音内容时只需修改后面的语音段即可，不影响厂家录制的语音。 分段灵活。单片 ISD2560 可分1600 个段，若多片级联还可更多；各个录音段的长度任意，只要总录音时间在所用器件的总时间之内即可。 第3节 系统的软件设计31 系统程序流程 如图 3-1：单片机 1 为主机，负责温度显示、按键扫描、BCD码转换、串行发送数据给单片机 2。以定时器定时 1ms，每定时 100 次即1 秒钟就启动 A/D转换、BCD码转换，串行发送 2 进制数给单片机 2。 图3-1 单片机1 程序主流程图如图 3-2，3-3所示：单片机 2 为从机，只负责接收数据并播报温度，

19、以 T0 定时器定时,结合延时程序定时1分钟， 使每1分钟更新一次语音音素地址， 即每1分钟更新一次温度值，并在中断程序处理过程度中报一次温度。 图3-2 单片机2程序主流程图 图3-3 单片机 2的T0中断程序流程图32 程序清单/*单片机1程序*/#include #include #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int uchar code dis_code10=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0, / 0, 1, 2, 3 0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90; / 4, 5

20、, 6, 7, 8, 9, off uchar data set_data3=0x00,0x07,0x03; /预设 37.0 度 uchar data ad_data; /AD转换结果 uchar data dis_buf3=0x00,0x00,0x00; / 显示缓冲区 uchar data bcd_buf3=0x00,0x00,0x00; /十进制 BCD码转换存放uchar data TIMER0_NUM; bit TIMER0_flag; bit data set_flag=0; sbit ALE=P24; sbit OE=P25; sbit START=P26; sbit EOC=

21、P27; sbit P30=P30; sbit select0=P37; sbit select1=P36; sbit select2=P35; sbit K1=P20; sbit K2=P21; sbit K3=P22; sbit K4=P23; sbit bep=P33; sbit SET_IND=P34; sbit P17=P17; /小数点 uint data temp; /*/ /*函数声明 /*/ void delay1ms(uchar t); void adc(void); void BCD(void); void keyscan(void); void send_str(voi

22、d); void beep(void);void display(void); /*/ /*按键蜂鸣函数 /*/ void beep2(void) uchar data j,k; for(j=26;j0;j-) for(k=254;k0;k-); bep=!bep; bep=1; /*/ /*蜂鸣报警 /*/ void beep(void) uchar data j,k; for(j=100;j0;j-) for(k=254;k0;k-) bep=0; bep=1; /关蜂鸣器 /*/ /*延时1ms 函数 /*/ void delay1ms(uchar t) uchar j,k; for(j

23、=0;jt;j+) for(k=0;kset_data2) /报警值检测 beep(); else if(bcd_buf2=set_data2) if(bcd_buf1set_data1) beep(); else if(bcd_buf1=set_data1) if(bcd_buf0set_data0) beep(); /*/ /*键盘扫描函数 /*/ void keyscan(void) uchar data m; if(K1=0) /K1 设置键 for(m=0;m100;m+) /延时 11msdisplay(); if(K1=0) beep2(); /按键时响一声 set_flag=!

24、set_flag; /设置标志位取反 if(set_flag=1) /若设置键按下,则检测 K2-K4 SET_IND=0; /设置灯亮 if(K2=0) /K2:十位加1 for(m=0;m100;m+) /延时 11ms display(); if(K2=0) beep2(); /按键时响一声 set_data2+; if(set_data2=5) set_data2=0; if(K3=0) /K3:个位加1 for(m=0;m100;m+) /延时 11ms display(); if(K3=0) beep2(); /按键时响一声 set_data1+; if(set_data1=10)

25、 set_data1=0; if(K4=0) /K4:小数位加1 for(m=0;m100;m+) /延时 11ms display(); if(K4=0) beep2(); /按键时响一声 set_data0+; if(set_data0=10) set_data0=0; else SET_IND=1; /*/*显示函数 /*/ void display(void) if(set_flag) /设置键按下,则显示设置的数值 dis_buf0=set_data0; dis_buf1=set_data1; dis_buf2=set_data2; else /否则显示温度值 dis_buf0=bc

26、d_buf0; dis_buf1=bcd_buf1; dis_buf2=bcd_buf2; P1 = 0xff; / 先关闭所有数码管 P1 = dis_codedis_buf0; / 小数显示代码传送到 P1 口 select2=1;select1=1;select0=0; / 位选 delay1ms(1); /延时 1ms P1 = dis_codedis_buf1; / 个位显示代码传送到 P1 口 select2=1; select1=0;select0=1; P17=0; delay1ms(1); /延时 1ms P1 = dis_codedis_buf2; / 十位显示代码传送到

27、P1 口 select2=0;select1=1;select0=1; delay1ms(1); /延时 1ms /*/ /*串口发送一个字符函数 /*/ void send_str(void) SBUF = ad_data; /串口发送 AD转换温度值 while(TI=0); / 等待数据传送 TI = 0; / 清除数据传送标志 /*/ /*主函数 /*/ void main(void) TMOD = 0x21; /定时器 1 工作于方式 2,8 位自动重载模式, 用于产生波特率 / 定时器 0 工作于方式 1,产生 1s 的 AD 间隔时间 TH0=15536/256; /T0定时 5

28、0ms TL0=15536%256; TH1 = 0xe1; / 波特率1000 TL1 = 0xe1; SCON = 0x50; / 设定串行口工作方式 1 PCON = 0x00; / 波特率不倍增 TI=0; /清除发送中断标志 EA = 1; / 开总中断 ET0 = 1; /开 T0 中断 ET1=0; TR1 = 1; / 启动T1 TR0 = 1; /启动T0 while(1) display(); keyscan(); if(TIMER0_flag) TIMER0_flag=0; adc(); BCD(); send_str(); /*/ /*T0 中断服务程序 /*每秒钟 A

29、DC 一次,串口发送一次 /*/ void timer0(void) interrupt 1 TH0=15536/256; /重装初值 TL0=15536%256; TIMER0_NUM+; if(TIMER0_NUM=20) TIMER0_NUM=0; TIMER0_flag=1; /*单片机2程序*/ #include #include #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int uchar data bcd_buf3=0x00,0x00,0x00; /十进制 BCD码转换存放区 uchar code sound_add13=0x00,0x0a,0x14,0x1e,0x28,0x32,0x3c, 0x46,0x50,0x5a,0x64,0x6e,0x78; /0,1,2,3,4,5, /6,7,8,9,十,点,度 存放地址 uchar data order6; /X十 X点uchar ad_data; /存放接收的 AD转换数据 uint TIMER_NUM; /1 分钟计时 sbit EOM=P20; sbit PD=P21; sbit CE=P22; uchar i; uint data temp; /* /*十进制 BCD码转换函数 /*/ void B