基于AT89C51单片机电子体温计设计

1、.PAGE 11系统设计的目的意义1.1 目的体温是生命活动的一种表现，是人体新代的一个重要生理参数。体温既有生理学的意义，又有重要的临床意义，是临床诊断的一个重要指标。因此体温计在现在的生活中有极为重要的作用。传统的水银体温计易破碎，存在水银污染的可能，测量时间较长，不易读数，为此设计一种新型的体温计，它的测量精度与传统的水银体温计相媲美的情况下，大缩短了测量时间且携带方便，对环境几乎没有污染。它以AT89C51单片机为核心，结合温度传感器，LED模块等外部设备，在软件的控制下，实现智能化的体温测量，不但能够准确测温，而且能够对温度进展逻辑判断，并且通过LED显示器将测量结果显示出来。假设温

2、度高于38摄氏度系统就会自动报警，这就意味着所测得的温度异于人体正常温度，引起人们注意。本设计的创新点在于，不仅完成了电子体温计的要求，而且还增加了一个报警装置。当测量者的体温高于人体正常体温时，体温计就会自动报警，人性化设计，为广阔客户带来方便。1.2 国外进展情况中国电子体温计行业最早起源于1998年，以每年高于30%的速度开展至今经历了十多年时间。高达数倍甚至十多倍的利润空间、较低的政策壁垒和技术壁垒吸引了众多企业进入该行业。目前国涌现了大小80多家电子体温计品牌，既有“欧姆龙、“婴之侣、“捷威等行业领头的外资品牌，也有“华辰、“世佳、“华安、“康复等迅速开展壮大的国品牌。今后试图进去该

3、行业的生产厂家将到达50多家。由于行业逐步规和新一轮电子体温计产品消费热潮的兴起，2021年以后，电子体温计产品行业进入了一个前所未有的高速开展时期，市场的快速开展孕育着巨大的商机。1.3 设计思路本系统可以使用ISIS画出原理图，翻开ISIS软件，单击命令窗口filenew design，创立一个default模板，保存名称为“基于AT89C51单片机电子体温计设计.DSN。执行菜单命令librarypick device/symbol，添加所需元件。本程序中可以使用DS18B20温度传感器，上面有“+“-可以模拟外界温度变化。芯片选取74LS137，74LS373。在原理图编辑窗口中放置元

4、件，再单击工具箱中的“原件终端图标，在对象选择中单击POWER和GROUND放置电源和地。放置好元件后，布好线。左键双击各元件，设置好相应参数，完成电路设计。设计的软件局部在Keil中完成，具体操作步骤在后面仿真步骤中有详细介绍，在此就不一一列出。2系统分析2.1 系统总体设计本系统采用AT89C51单片机、DS18B20温度采集模块和LED显示器共同实现。AT89C51集合了温度传感器、放大器、A/D转换器三者的作用。其中AT89C51通过P1.0和DS18B20进展单总线通信，启动DS18B20温度采集功能并取出转化后的体温数值，最后将体温值显示在外接在P0口与P2口的四位共阴LED上。设

5、计思路如图2.1所示。DS18B20单片机LED显示器蜂鸣器图2.1 设计思路示意图2.2 DS18B20根底知识DS18B20是Dallas公司继DS1820后推出的一种改进型智能数字温度传感器，与传统热敏电阻相比，只需一根线就能直接读出被测温度，并可根据实际需求编程实现912位数字值的读数方式。 DS18B20的封装形式及引脚功能DS18B20有三种封装形式：采用3引脚TO-92的封装形式。采用6引脚TSOC封装形式。采用8引脚SOIC封装形式。DS18B20芯片的引脚功能如下：GND：电源地。DQ：数字信号输入/输出端。VDD：外接供电电源输入端。采用寄生电源方式时，该引脚接地。 DS1

6、8B20的部构造温度传感器DS18B20的部构造如下列图，主要由64位ROM、温度传感器及高速缓存器配置存放器等局部组成，如图2.2所示。VDDDQ64位ROM和单线接口高速缓存器温度传感器高温触发器TH低温触发器TL配置存放器存储与控制逻辑电源检测8位CRC发生器C图2.2 DS18B20内部构造示意图下面对DS18B20的相关局部进展简单的描述。 164位ROM。64位ROM是由厂家用激光刻录一个64位的二进制ROM代码，是该芯片的标志号，如图2.3所示。8位循环冗余检验48位序列号8位分类编号10H图2.3 64位ROM示意图 MSB LSB MSB LSB MSB LSB8位分类编号表

7、示产品分类编号，DS18B20的分类编号为 10H;48号序列号是一个大于281*1012的十进数编码，作为该芯片的唯一标志代码；8位循环冗余检验为前56位的CRC循环冗余校验码CRC=*8+*5+*4+1。由于每个芯片的64位ROM代码不同，因此在单总线上能够并挂多个DS18B20进展多点温度实时检测。2温度传感器。温度传感器是DS18B20的核心局部，该功能部件可完成对温度的测量。通过软件编程可将-55+125摄氏度围的温度值按9位、10位、11位、12位的转换精度进展量化，以上的转换精度都包括一个符号位，因此对应的温度量化值分别为0.5、0.25、0.125、0.0625摄氏度，即最高转

8、换精度为0.0625摄氏度。芯片出厂时默认为12位的转换精度。当接收到温度转换指令44H后，开场转换，转换完成后的温度以16位带符号扩展的二进制补码形式表示，存储在高速缓存器RAM的第0、1字节中，二进制数的前5位是符号位。如果测得的温度大于0，这5位为0，只要将测到的数值乘上0.0625即可得到实际温度；如果温度小于0，这5位为1，测到的数值需要取反加1再乘上0.0625即可得到实际温度。3高速缓存器。高速缓存器包括一个高速暂存器RAM和一个非易失性可电擦除E2PROM。非易失性可电擦除E2PROM用于存放高温触发器TH、低温触发器TL和配置存放器中的信息。高速暂存器RAM是一个连续8字节的

9、存储器，前两个字节是测得的温度信息，第1个字节的容是温度的低8位，第2个字节是温度的高8位。第3个和第4个字节是高温触发器TH、低温触发器TL的易失性复制，第5个字节是配置存放器的易失性复制，以上字节的容在每一次上电复位时被刷新。第6、7、8个字节用于暂时保存为1。4配置存放器。配置存放器的容用于确定温度值的数字转换分辨率。DS18B20工作时按此存放器的分辨率将温度转换为相应精度的数值，它是高速缓存器的第5个字节，该字节定义如图2.4所示。图2.4 高速缓存器的第5个字节示意图TMR0R111111TM是测试模块位，用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式。在DS18B20出厂时，该位

10、被设置为0，用户不必改动；R1和R0用来设置分辨率；其余5位均固定为1。DS18B20的分辨率设置如表2.1所示。表2.1 DS18B20的分辨率设置R1R0分辨率最大转换时间ms009位93.750110位187.51011位3751112位750 DS18B20的测温原理DS18B20主要由斜率累加器、温度系数振荡器、减法计数器、温度存放器等局部组成。斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正减法计数器的预置值。温度系数振荡器用于产生减法计数脉冲信号，其中低温度系数振荡器受温度的影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器1；高温度系数振荡器受温度的影响较大，随温度的

11、变化，其振荡频率明显改变，产生的信号作为减法计数器2的输入脉冲。减法计数器对脉冲信号进展减法计数。温度存放器暂存温度数值。在图中还隐含着计数门，当计数门翻开时，DS18B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲进展计数，从而完成温度测量。计数门的开启时间由高温度系数振荡器决定，每次测量前，首先将-55摄氏度多对应的基数分别置入减法计数器1和温度存放器中，减法计数器1和温度存放器被预置在-55摄氏度所对应的一个基数值。减法计数器1对低温度系数振荡器产生的脉冲信号进展减法计数，当减法计数器1的预置值减到0时，温度存放器的值将加1。之后，减法计数器1的预置将重新被装入，减法计数器1重新开场对低温度系数

12、振荡器产生的脉冲信号进展计数，如此循环，直到减法计数器2计数到0时，停顿温度存放器的值的累加。此时，温度存放器中的数值即为所测温度。斜率累加器不断补偿和修正测温过程中的非线性，只要计数门未关闭就重复上述过程，直至温度存放器的值到达被测温度值。由于DS18B20是单总线芯片，在系统中假设有多个单总线芯片，每个芯片的信息交换则是分时完成的，均有严格的读/写时序要求。系统对DS18B20的操作协议为：初始化DS18B20发复位脉冲发ROM功能命令发存储器操作命令处理数据。 DS18B20的ROM命令1Read ROM命令代码33H,允许主设备读出DS18B20的64位二进制ROM代码。该命令只适用于

13、总线上存在单只DS18B20。2Match ROM命令代码55H，假设主线上有多个从设备，使用该命令可以选中*一制定的DS18B20，即可与64位二进制ROM代码完全匹配的DS18B20才能响应其操作。3Skip ROM命令代码CCH，在启动所有DS18B20转换之前或系统只有一个DS18B20时，该命令将允许主设备不提供64位二进制ROM代码就使用存放器操作命令。4Search ROM命令代码F0H，当系统初次启动时，主设备可能不知总线上有多少个从设备或者它们的ROM代码，使用该命令可确定系统中的从设备个数及ROM代码。5Alarm ROM命令代码ECH，该命令用于鉴别和定位系统中超出程序设

14、定的报警温度值。6Write Scratchpad命令代码4EH，允许主设备向DS18B20的存放器写入两个字节的数据，其中第一个字节写入TH中，第二个字节写入TL中。可以在任何时刻发出复位命令中止数据的写入。7Read Scratchpad命令代码BEH，允许主设备读取暂存器中的容。从第一个字节开场，直到CRC读完第九个字节。也可以在任何时刻发出复位命令中止数据的读取操作。8Copy Scratchpad命令代码48H，将高温触发器TH和低温触发器TL中的字节复制到非易失性E2PROM。假设主机在该命令之后又发出读操作，而DS18B20又忙于将暂存器的容复制到E2PROM时，DS18B20就

15、会输出一个“0。假设复制完毕，则DS18B20输出一个“1。如果使用寄生电源，则主设备发出该命令后，立即发出强上拉并至少保持10ms以上的时间。9Convert T命令代码44H，启动一次温度转换。假设主机在该命令之后又发出其他操作，而DS18B20又忙于温度转换，DS18B20就会输出一个“0”。假设转换完毕，则DS18B20输出一个“1”。如果使用寄生电源，则主设备发出该命令之后，立即发出强上拉并至少保持500ms以上的时间。10Recall E2命令代码B8H，将高温触发器TH和低温触发器TL中的字节从E2ROM中复制回到暂存器中。该操作是在DS18B20上电时自动执行，假设执行该命令后

16、又发出读操作，DS18B20会输出温度转换忙标志：0为忙，1完成。11Read Power Supply命令代码B4H，主设备将该命令发给DS18B20后发出读操作，DS18B20会返回它的电源使用模式：0为寄生电源，1为外部电源。2.3 74LS137根底知识74LS137是一种3线8线译码器/解调器，在三个地址输入端都加有地址锁存器。当锁存使能输入是低电平时，电路就具有译码器/解调器的功能。当锁存使能输入从低电平转换到高电平时，选择输入A、B和C中的地址便存储在锁存器中。只要锁存使能输入保持高电平，则可不再考虑地址的变化。输出使能控制控制着输出状态，而不管选择或锁存使能状态如何，除非一个输

17、出是高一个输出是低，则所有输出全是高。2.4 74LS373根底知识引脚功能：11D8D：8位数据输入端2OE：三态允许控制端低电平有效3LE：锁存允许端41Q8Q：8位数据输出锁存端74LS373的输出端D0D7可直接与总线相连。当三态允许控制端/OE为低电平时，Q0Q7为正常逻辑状态，可用来驱动负载或总线。当OE为高电平时，Q0Q7呈高阻态，即不驱动总线，也不为总线的负载，但锁存器部的逻辑操作不受影响。当锁存器允许端LE为高电平时，Q随数据D而变；当LE为低电平时，D被锁存在已建立的数据电平。LE端施密特触发器的输入滞后作用，使交流和直流噪声抗扰度被改善400mv。2.5 原理图设计本设计

18、以AT89C51单片机为核心，温度传感器给出相应的温度值，通过总线发送到芯片上，在LED显示屏上显示温度传感器上的温度。当温度高于38摄氏度时，在显示出温度的同时，蜂鸣器发出警报声。所需原件如表5.1所示。表2.2 电子体温计所用的元件单片机AT89C51瓷片电容CAP 30PF麦克风SOUNDER电解电容CAP-ELEC晶振CRYSTAL 12MHz三极管2N2905电阻RES滑动变阻器POT-LIN温度传感器DS18B20芯片74LS373芯片74LS137显示屏7SEG-MP*4-CC原理图如图2.5所示图2.5 原理图示意图3 软件设计3.1 流程图设计通过对系统的分析，我们可以对本设

19、计有个大体的了解。如想得到温度，必须得先对DS18B20进展初始化处理。启动定时器，设置延时，并开中断，判断经过多长时间。假设是没经过1.112ms，要对其继续判断是否是第一次采集温度，如果是的话那就返回继续判断经过1.112ms；如果不是那就将上次采集的温度返回判断经过1.112ms。以上判断是采集温度并判断延时时间。如果经过1.112ms，则程序继续执行，关中断并令TR0=0，采集刚刚的温度，保存并在LED显示屏上显示出来。此时再判断如果温度高于38摄氏度，则蜂鸣器报警；如果低于这个温度程序则不报警，等待下次测量或者完毕测量。根据以上分析，我们可以画出流程图如图6.1所示。开 始Y是否第一

20、次采集DS18B20温度是否经过1.112ms初始化跳过读DS18B20启动定时器DS18B20启动定时器0延时1.112ms开中断N结 束Y关中断并使TR0为0显示温度值采集DS18B20温度值并保存是否超过38度蜂鸣器报警显示上次所采集的温度NYN图6.1 流程图示意图3.2 源程序设计根据以上的分析，我们可以写出程序如下：/*/* 显示容：利用18B20单线温度检测的应用程序 然后在数码管可以显示*.*C，C表示摄氏度* /*/*include*include*include*define uchar unsigned char*define uint unsigned int/*/*

21、定义端口 */*/sbit seg1=P00;sbit seg2=P01;sbit seg3=P02;sbit DQ=P36;/DS18B20端口sbit beep=P20;/警报sfr dataled=0*90;/显示数据端口P1/*/* 全局变量 */*/uint temp;uchar flag_get,count,num,minute,second;uchar code tab=0*3f,0*06,0*5b,0*4f,0*66,0*6d,0*7d,0*07,0*7f,0*6f; /七段数码管共阴uchar str6;/*/* 函数声明 */*/void delay1(uchar MS);

22、unsigned int ReadTemperature(void);void Init_DS18B20(void);unsigned char ReadOneChar(void);void WriteOneChar(unsigned char dat);void delay(unsigned int i);/*/* 主函数 */*/void main() unsigned char TempH,TempL; TMOD|=0*01;/定时器设置 TH0=0*ef; TL0=0*f0; IE=0*82; TR0=1; P0=0*00; count=0; while(1) str5=0*39;/显

23、示C符号 str1=tabTempH/100;/百位温度 str2=tab(TempH%100)/10;/十位温度 str3=tab(TempH%100)%10|0*80;/个位温度，带小数点 str4=tabTempL; if(TempH%100)/10=3&(TempH%100)%10=5&TempL0|(TempH%100)/10=3&(TempH%100)%104; TempL=temp&0*0f; TempL=TempL*6/10;/小数近似处理 flag_get=0; /*/* 定时器中断 */*/void tim(void) interrupt 1 using 1/中断，用于数码

24、管扫描和温度检测间隔 TH0=0*ef;/定时器重装值TL0=0*f0; num+; if(num=50) num=0; flag_get=1;/标志位有效 second+; if(second=60) second=0; minute+; count+; if(count=1) P0=0; dataled=str0;/数码管扫描 if(count=2)P0=1; dataled=str1; if(count=3) P0=2; dataled=str2; if(count=4) P0=3; dataled=str3; if(count=5) P0=4; dataled=str4; if(cou

25、nt=6) P0=5; dataled=str5; count=0;/*/* 延时函数 */*/void delay(unsigned int i)/延时函数 while(i-);/*/* 初始化 */*/void Init_DS18B20(void) unsigned char *=0; DQ=1;/DQ复位 delay(8);/稍作延时 DQ=0;/单片机将DQ拉低 delay(80);/大于480us DQ=1;/拉高总线 delay(10); *=DQ;/稍作延时后，如果*=0，则初始化成功；如果*=1，则初始化失败 delay(5);/*/* 读一个字节 */*/unsigned c

26、har ReadOneChar(void) unsigned char i=0; unsigned char dat=0; for(i=8;i0;i-) DQ=0;/给脉冲信号 dat=1; DQ=1;/给脉冲信号 if(DQ) dat|=0*80; delay(5); return(dat);/*/* 写一个字节 */*/void WriteOneChar(unsigned char dat) unsigned char i=0; for(i=8;i0;i-) DQ=0; DQ=dat&0*01; delay(5); DQ=1; dat=1; delay(5);/*/* 读取温度 */*/u

27、nsigned int ReadTemperature(void) unsigned char a=0; unsigned int b=0; unsigned int t=0; Init_DS18B20(); WriteOneChar(0*cc);/跳过读序号列号的操作 WriteOneChar(0*44);/启动温度转换 delay(200); Init_DS18B20(); WriteOneChar(0*cc);/跳过读序号列号的操作 WriteOneChar(0*be);/读取温度存放器等共可读9个存放器前两个就是温度 a=ReadOneChar();/低位 b=ReadOneChar(

28、);/高位 b=8; t=a+b; return(t);4 系统仿真调试4.1 程序调试与运行翻开keil程序，执行菜单命令projectnew project创立“基于AT89C51单片机电子体温计设计工程，并选择单片机型号为AT89C51。执行菜单命令filenew创立文件，输入上述C程序，保存为“基于AT89C51单片机电子体温计设计.C。在project栏的file管理窗口中右击文件组，选择“add file to groupsource group1,将源程序添加到工程中。执行菜单命令projectopinions for target target 1，在弹出的对话框中选择outp

29、ut选项卡，选中create he* file。在debug选项卡中，选中use：proteus VSM simulator。执行菜单命令projectbuild target，编译源程序，如果编译成功，则在output window窗口中显示没有错误，并创立了“基于AT89C51单片机电子体温计设计.HE*文件。在已绘制好的原理图proteus isis菜单栏中，执行菜单命令debuguse remote debug monitor将该项选中，是proteus与keil真正连接起来，使它们联合调试。在keil中执行菜单命令debugstart/stop debug session，进展keil调试环境