单片机智能体温计课程设计

1、 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 3 1.1 智能体温计概述 3 1.2 本次设计要求 4 1.3 系统主要功能 4 第 2 节 系统主要硬件电路设计 5 2.1 主要模块的设计方案论证 5 2.1.1 温度传感器的选择 5 2.1.2 A/D 转换器的选择 5 2.1.3 语音提示模块 5 2.2 总系统设计方案 6 2.2.1 系统设计框图 6 2.2.2 系统整体硬件电路 6 2.3 系统硬件组成 8 2.3.1 电源

2、电路模块 8 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 13 3.2 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

3、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

4、，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 AT89S52 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 A D 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

5、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

6、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

7、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、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 0 50 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 4V 30V，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。

8、2.1.2 A D 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 25 s，输出模拟电压可以是单极性的 010V 或 020V，也可以是双极性的 5V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

9、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 100 s，输入模 拟电压为单极性的 0 5V。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

10、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

11、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

12、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、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

13、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 (-55 150 ) 。 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(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

14、273.2 A。而温度为 100 时，输出电流是 373.2 A。温度每升高 1 ，输出电流增加 1 A，其温度系数为 1 A/。 (2)温度检测、放大电路原理 AD590的温度系数为 1 A/。所以在 T( ) 时的电流 I1(T) 为 I1(T)=I1(0)+1 A/ *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)=273.2 A *10K? =2.732V(2-2) 则 T 时 V2(T)=V2(0)+10mV/*T(2-3 ) 如图 2-3 所示，

15、 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。

16、 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 组 成。 图 2-9 录音、放音电路图

17、（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址线 A0A9

18、、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

19、音段放置在前面的段落中， 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 1 600 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 BCD码转换、串行发 秒钟就启动 A/D 转换、 3 1 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、 送数据给单片机 2 。以定时器定时 1ms，每定时 100 次即 1 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

20、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， 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。 串口中断 串入口口中断 更新温度数据 返回 图 3-2 单片机 2 程序主流程图 图 3-3 3 2 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=0 xc0,0 xf9,0 xa4,0

21、 xb0, / 0, 1, 2, 3 0 x99,0 x92,0 x82,0 xf8,0 x80,0 x90; uchar data set_data3=0 x00,0 x07,0 x03; uchar data ad_data; /AD uchar data dis_buf3=0 x00,0 x00,0 x00; uchar data bcd_buf3=0 x00,0 x00,0 x00; uchar data TIMER0_NUM; / 4, 5, 6, 7, 8, 9, off / 预设 37.0 度 转换结果 / 显示缓冲区 / 十进制 BCD码转换存放 bit TIMER0_flag

22、; bit data set_flag=0; sbit ALE=P24; sbit OE=P25; sbit START=P26; sbit EOC=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; 小数点 sbit P17=P17; / uint data temp; /* /* 函数声明 void delay1ms(uchar t

23、); void adc(void); void BCD(void); void keyscan(void); void send_str(void); 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-) / 关蜂鸣器 for(k=254;k0;k-) bep=0; be

24、p=1; /* 延时 1ms 函数 void delay1ms(uchar t) uchar j,k; for(j=0;jt;j+) for(k=0;kset_data2) 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 /*/ / / / / / / 等待转换结束 读入转换数据 十位 个位 小数位 报警值检测 void keyscan(void) uchar data

25、 m; if(K1=0) /K1 设置键 延时 11ms 按键时响一声 设置标志位取反 若设置键按下 , 则检测 K2-K4 设置灯亮 十位加 1 延时 11ms 按键时响一声 个位加 1 延时 11ms 按键时响一声 小数位加 1 延时 11ms 按键时响一声 for(m=0;m100;m+) / display(); if(K1=0) beep2(); / set_flag=!set_flag; / if(set_flag=1) / SET_IND=0; / if(K2=0)/K2: for(m=0;m100;m+) / display(); if(K2=0) beep2(); / set

26、_data2+; if(set_data2=5) set_data2=0; if(K3=0) /K3: for(m=0;m100;m+) / display(); if(K3=0) beep2(); / set_data1+; if(set_data1=10) set_data1=0; if(K4=0) /K4: for(m=0;m100;m+) / display(); if(K4=0) beep2(); / / / / / / 设置键按下 , 则显示设置的数值 否则显示温度值 先关闭所有数码管 小数显示代码传送到 P1 口 位选 延时 1ms 个位显示代码传送到 P1 口 延时 1ms 十

27、位显示代码传送到 P1 口 延时 1ms set_data0+; if(set_data0=10) set_data0=0; else SET_IND=1; /*/ /* 显示函数 /*/ void display(void) if(set_flag) dis_buf0=set_data0; dis_buf1=set_data1; dis_buf2=set_data2; else dis_buf0=bcd_buf0; dis_buf1=bcd_buf1; dis_buf2=bcd_buf2; / P1 = 0 xff; P1 = dis_codedis_buf0; select2=1;sele

28、ct1=1;select0=0; delay1ms(1); / P1 = dis_codedis_buf1; select2=1; select1=0;select0=1; P17=0; / delay1ms(1); / P1 = dis_codedis_buf2; select2=0;select1=1;select0=1; delay1ms(1); / /*/ /* 串口发送一个字符函数 void send_str(void) SBUF = ad_data; while(TI=0); TI = 0; / / / 串口发送 AD 转换温度值 等待数据传送 清除数据传送标志 /* 主函数 vo

29、id main(void) TMOD = 0 x21; / 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 / TH0=15536/256; TL0=15536%256; TH1 = 0 xe1; TL1 = 0 xe1; SCON = 0 x50; PCON = 0 x00; TI=0; EA = 1; ET0 = 1; ET1=0; TR1 = 1; TR0 = 1; while(1) display(); keyscan(); if(TIMER0_flag) / 启动 T1 / 启动 T0 定时器 0 工作于方式 1, 产生 1s 的 AD 间隔时间 /T0 定时 50m

30、s / 波特率 1000 /设定串行口工作方式 1 /波特率不倍增 / 清除发送中断标志 / 开总中断 / 开 T0 中断 TIMER0_flag=0; adc(); BCD(); send_str(); /*T0 中断服务程序 /* 每秒钟 ADC 一次, 串口发送一次 void timer0(void) interrupt 1 TH0=15536/256; / TL0=15536%256; 重装初值 TIMER0_NUM+; if(TIMER0_NUM=20) TIMER0_NUM=0; TIMER0_flag=1; 单片机 2 程序 #include #include #include

31、#define uchar unsigned char #define uint unsigned int uchar data bcd_buf3=0 x00,0 x00,0 x00; /十进制 BCD码转换存放区 uchar code sound_add13=0 x00,0 x0a,0 x14,0 x1e,0 x28,0 x32,0 x3c, 0 x46,0 x50,0 x5a,0 x64,0 x6e,0 x78; /0,1,2,3,4,5, /6,7,8,9, /X / /1 uchar data order6; uchar ad_data; uint TIMER_NUM; sbit EO

32、M=P20; sbit PD=P21; sbit CE=P22; uchar i; uint data temp; /* /* 十进制 BCD码转换函数 /* void BCD(void) bcd_buf2=(ad_data/51); / 十, 点, 度 存放地址 十 X点 存放接收的 AD 转换数据 分钟计时 十位 temp=(ad_data%51); temp=(temp*10); 个位 小数位 节电控制端接低电平 , 正常工作 开始播放 bcd_buf1=(temp/51); / temp=(temp%51); temp=temp*10; bcd_buf0=(temp/51); / /*

33、 /* 语音芯片报温度函数 /* 调用一次报告一次温度 void sound_play(void) _nop_(); _nop_(); PD=0; / for(i=0;i6;i+) uchar data n=0; P0=sound_addorderi;/ CE=0; / _nop_(); _nop_(); CE=1; while(EOM); while(EOM=0); _nop_(); _nop_(); /* /* 主函数 void main(void) TMOD = 0 x21; / 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 工作与方式 1, 用于 1s 定时 TH1 = 0