基于AT89C51單片機電子體溫計設(shè)計說明書

word格式文檔word格式文檔專業(yè)整理專業(yè)整理1系統(tǒng)設(shè)計的目的意義目的體溫是生命活動的一種表現(xiàn)，是人體新陳代謝的一個重要生理參數(shù)。體溫既有生理學(xué)的意義，又有重要的臨床意義，是臨床診斷的一個重要指標。因此體溫計在現(xiàn)在的生活中有極為重要的作用。傳統(tǒng)的水銀體溫計易破碎，存在水銀污染的可能，測量時間較長，不易讀數(shù)，為此設(shè)計一種新型的體溫計，它的測量精度與傳統(tǒng)的水銀體溫計相媲美的情況下，大大地縮短了測量時間且攜帶方便，對環(huán)境幾乎沒有污染。它以 AT89C5仰片機為核心，結(jié)合溫度傳感器，LED模塊等外部設(shè)備，在軟件的控制下，實現(xiàn)智能化的體溫測量，不但能夠精確測溫，而且能夠?qū)囟冗M行邏輯判斷，并且通過 LED顯示器將測量結(jié)果顯示出來。若溫度高于38攝氏度系統(tǒng)就會自動報警，這就意味著所測得的溫度異于人體正常溫度，引起人們注意。本設(shè)計的創(chuàng)新點在于，不僅完成了電子體溫計的要求，而且還增加了一個報警裝置。當測量者的體溫高于人體正常體溫時，體溫計就會自動報警，人性化設(shè)計，為廣大客戶帶來方便。國內(nèi)外進展情況中國電子體溫計行業(yè)最早起源于1998年，以每年高于30%勺速度發(fā)展至今經(jīng)歷了十多年時間。高達數(shù)倍甚至十多倍的利潤空間、較低的政策壁壘和技術(shù)壁壘吸引了眾多企業(yè)進入該行業(yè)。目前國內(nèi)涌現(xiàn)了大小80多家電子體溫計品牌，既有“歐姆龍”、“嬰之侶”、“捷威”等行業(yè)領(lǐng)頭的外資品牌，也有“華辰”、“世佳”、“華安”、“康復(fù)”等迅速發(fā)展壯大的國內(nèi)品牌。今后試圖進去該行業(yè)的生產(chǎn)廠家將達到 50多家。由于行業(yè)逐步規(guī)范和新一輪電子體溫計產(chǎn)品消費熱潮的興起，2009年以后，電子體溫計產(chǎn)品行業(yè)進入了一個前所未有的高速發(fā)展時期，市場的快速發(fā)展孕育著巨大的商機。設(shè)計思路本系統(tǒng)可以使用ISIS畫出原理圖，打開ISIS軟件，單擊命令窗口file——newdesign,創(chuàng)建一個default模板，保存名稱為“基于 AT89C51單片機電子體溫計設(shè)計.DSN'。執(zhí)行菜單命令library pickdevice/symbol,添加所需元件。本程序中可以使用DS18B2流度傳感器，上面有“+”“-”可以模擬外界溫度變化。芯片選取74LS137,74LS373在原理圖編輯窗口中放置元件，再單擊工具箱中的“原件終端”圖標，在對象選擇中單擊POWERGROUND置電源和地。放置好元件后，布好線。左鍵雙擊各元件，設(shè)置好相應(yīng)參數(shù)，完成電路設(shè)計。設(shè)計的軟件部分在Keil中完成，具體操作步驟在后面仿真步驟中有詳細介紹，在此就不一一列出。2系統(tǒng)分析系統(tǒng)總體設(shè)計本系統(tǒng)采用AT89C51II片機、DS18B2溫度采集模塊和LED顯示器共同實現(xiàn)。AT89C51集合了溫度傳感器、放大器、A/D轉(zhuǎn)換器三者的作用。其中AT89C51?過P1.0和DS18B20進行單總線通信，啟動DS18B20S度采集功能并取出轉(zhuǎn)化后的體溫數(shù)值，最后將體溫值顯示在外接在P0口與P2口的四位共陰LED上。設(shè)計思路如圖2.1所示。圖2.1設(shè)計思路示意圖DS18B20基礎(chǔ)知識DS18B2Q1Dallas公司繼DS1820后推出的一種改進型智能數(shù)字溫度傳感器，與傳統(tǒng)熱敏電阻相比，只需一根線就能直接讀出被測溫度，并可根據(jù)實際需求編程實現(xiàn)9~12位數(shù)字值的讀數(shù)方式。DS18B20的封裝形式及引腳功能DS18B20t三種封裝形式：(1)采用3引腳TO-92的封裝形式。(2)采用6引腳TSOC寸裝形式。(3)采用8引腳SOIC封裝形式。DS18B20E片的引腳功能如下：GND電源地。DQ數(shù)字信號輸入/輸出端。VDD外接供電電源輸入端。采用寄生電源方式時，該引腳接地

2.2.2DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)溫度傳感器DS18B20勺內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示，主要由64位ROM溫度傳感器及高速緩存器配置寄存器等部分組成，如圖2.2所示。下面對DS18B20勺相關(guān)部分進行簡單的描述。(1)64位ROM64位ROM!由廠家用激光刻錄一個64位的二進制ROMR:碼，是該芯片的標志號，如圖2.3所示。8位循劃、冗余檢驗48位序列號8位分類編號(10H)MSBLSBMSBLSBMSBLSB圖2.364位RO師意圖8位分類編號表示產(chǎn)品分類編號，DS18B20勺分類編號為10H;48號序列號是一個大于281x1012的十進數(shù)編碼，作為該芯片的唯一標志代碼；8位循環(huán)冗余檢驗為前56位的CRC1環(huán)冗余校驗碼(CRC=8+X5+X4+1)o由于每個芯片的64位ROM弋碼不同，因此在單總線上能夠并掛多個DS18B20S行多點溫度實時檢測。(2)溫度傳感器。溫度傳感器是DS18B20的核心部分，該功能部件可完成對溫度的測量。通過軟件編程可將-55~+125攝氏度范圍內(nèi)的溫度值按9位、10位、11位、12位的轉(zhuǎn)換精度進行量化，以上的轉(zhuǎn)換精度都包括一個符號位，因此對應(yīng)的溫度量化值分別為0.5、0.25、0.125、0.0625攝氏度，即最高轉(zhuǎn)換精度為0.0625攝氏度。芯片出廠時默認為12位的轉(zhuǎn)換精度。當接收到溫度轉(zhuǎn)換指令(44H)后，開始轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換完成后的溫度以16位帶符號擴展的二進制補碼形式表示，存儲在高速緩存器RAM勺第0、1字節(jié)中，二進制數(shù)的前5位是符號位。如果測得的溫度大于0,這5位為0,只要將測到的數(shù)值乘上0.0625即可得到實際溫度；如果溫度小于0,這5位為1,測到的數(shù)值需要取反加1再乘上0.0625即可得到實際溫度。(3)高速緩存器。高速緩存器包括一個高速暫存器RAM和一個非易失性可電擦除《PROM非易失性可電擦除E2PROMB于存放高溫觸發(fā)器TH低溫觸發(fā)器TL和配置寄存器中的信息。高速暫存器RAM1一個連續(xù)8字節(jié)的存儲器，前兩個字節(jié)是測得的溫度信息，第1個字節(jié)的內(nèi)容是溫度的低8位，第2個字節(jié)是溫度的高8位。第3個和第4個字節(jié)是高溫觸發(fā)器TT低溫觸發(fā)器TL的易失性復(fù)制，第5個字節(jié)是配置寄存器的易失性復(fù)制，以上字節(jié)的內(nèi)容在每一次上電復(fù)位時被刷新。第 6、7、8個字節(jié)用于暫時保留為1。(4)配置寄存器。配置寄存器的內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率。 DS18B20工作時按此寄存器的分辨率將溫度轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度的數(shù)值， 它是高速緩存器的第5個字節(jié)，該字節(jié)定義如圖2.4所示。TMR0R111111圖2.4r菖速緩存器的竊15個字節(jié)示意圖TM是測試模塊位，用于設(shè)置DS18B20ft工作模式還是在測試模式。在DS18B20B廠時，該位被設(shè)置為0,用戶不必改動；R1和R0用來設(shè)置分辨率；其余5位均固定為1。DS18B20I勺分辨率設(shè)置如表2.1所示。表2.1DS18B20的分辨率設(shè)置R1R0分辨率最大轉(zhuǎn)換時間(m§009位93.750110位187.51011位3751112位7502.2.3DS18B20的測溫原理DS18B2葉要由斜率累加器、溫度系數(shù)振蕩器、減法計數(shù)器、溫度寄存器等部分組成。斜率累加器用于補償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正減法計數(shù)器的預(yù)置值。溫度系數(shù)振蕩器用于產(chǎn)生減法計數(shù)脈沖信號，其中低溫度系數(shù)振蕩器受溫度的影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給減法計數(shù)器 1；高溫度系數(shù)振蕩器受溫度的影響較大，隨溫度的變化，其振蕩頻率明顯改變，產(chǎn)生的信號作為減法計數(shù)器 2的輸入脈沖。減法計數(shù)器對脈沖信號進行減法計數(shù)。溫度寄存器暫存溫度數(shù)值。在圖中還隱含著計數(shù)門，當計數(shù)門打開時， DS18B20ft對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖進行計數(shù)，從而完成溫度測量。計數(shù)門的開啟時間由高溫度系數(shù)振蕩器決定，每次測量前，首先將-55攝氏度多對應(yīng)的基數(shù)分別置入減法計數(shù)器1和溫度寄存器中，減法計數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在-55攝氏度所對應(yīng)的一個基數(shù)值。減法計數(shù)器1對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的脈沖信號進行減法計數(shù)，當減法計數(shù)器 1的預(yù)置值減到0時，溫度寄存器的值將加1。之后，減法計數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，減法計數(shù)器1重新開始對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的脈沖信號進行計數(shù)，如此循環(huán)，直到減法計數(shù)器2計數(shù)到0時，停止溫度寄存器的值的累加。此時，溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫度。斜率累加器不斷補償和修正測溫過程中的非線性，只要計數(shù)門未關(guān)閉就重復(fù)上述過程，直至溫度寄存器的值達到被測溫度值。由于DS18B2雋單總線芯片，在系統(tǒng)中若有多個單總線芯片，每個芯片的信息交換則是分時完成的，均有嚴格的讀/寫時序要求。系統(tǒng)對DS18B20的操作協(xié)議為：初始化DS18B20(發(fā)復(fù)位脈沖)一發(fā)ROMft能命令一發(fā)存儲器操作命令一處理數(shù)據(jù)。2.2.4DS18B20的ROIW令ReadROMt令彳t碼33H,允許主設(shè)備讀出DS18B20I勺64位二進制ROMR；碼。該命令只適用于總線上存在單只DS18B20MatchROM命令彳t碼55H,若主線上有多個從設(shè)備，使用該命令可以選中某一制定的DS18B20即可與64位二進制ROMft碼完全匹配的DS18B20t能響應(yīng)其操作。SkipROMOt令彳t碼CCH在啟動所有DS18B20專換之前或系統(tǒng)只有一個DS18B20時，該命令將允許主設(shè)備不提供64位二進制ROMi碼就使用寄存器操作命令。SearchR0嘛令彳t碼F0H,當系統(tǒng)初次啟動時，主設(shè)備可能不知總線上有多少個從設(shè)備或者它們的R0毗碼，使用該命令可確定系統(tǒng)中的從設(shè)備個數(shù)及 R0毗碼。AlarmROM命令代碼ECH該命令用于鑒別和定位系統(tǒng)中超出程序設(shè)定的報警溫度值。WriteScratchpad命令彳t碼4EH允許主設(shè)備向DS18B20勺寄存器寫入兩個字節(jié)的數(shù)據(jù)，其中第一個字節(jié)寫入TH中，第二個字節(jié)寫入TL中?？梢栽谌魏螘r刻發(fā)出復(fù)位命令中止數(shù)據(jù)的寫入。ReadScratchpad命令代碼BEH允許主設(shè)備讀取暫存器中的內(nèi)容。從第一個字節(jié)開始，直到CR豉完第九個字節(jié)。也可以在任何時刻發(fā)出復(fù)位命令中止數(shù)據(jù)的讀取操作。CopyScratchpad命令代碼48H,將高溫觸發(fā)器TH和低溫觸發(fā)器TL中的字節(jié)復(fù)制到非易失性E2PROM若主機在該命令之后又發(fā)出讀操作，而DS18B2QZ忙于將暫存器的內(nèi)容復(fù)制到E2PROW,DS18B2而會輸出一個“0”。若復(fù)制結(jié)束，則DS18B20俞出一個“1”。如果使用寄生電源，則主設(shè)備發(fā)出該命令后，立即發(fā)出強上拉并至少保持10ms以上的時間。ConvertT命令代碼44H,啟動一次溫度轉(zhuǎn)換。若主機在該命令之后又發(fā)出其他操作，而DS18B2N忙于溫度轉(zhuǎn)換，DS18B2蹴會輸出一個“0”。若轉(zhuǎn)換結(jié)束，則DS18B20輸出一個“1”。如果使用寄生電源，則主設(shè)備發(fā)出該命令之后，立即發(fā)出強上拉并至少保持500ms以上的時間。RecallE2命令代碼B8H將高溫觸發(fā)器TH和低溫觸發(fā)器TL中的字節(jié)從E2ROM中復(fù)制回到暫存器中。該操作是在DS18B201電時自動執(zhí)行，若執(zhí)行該命令后又發(fā)出讀操作，DS18B2除輸出溫度轉(zhuǎn)換忙標志：0為忙，1完成。ReadPowerSupply命令代碼B4H主設(shè)備將I命令發(fā)給DS18B20ft發(fā)出讀操作，DS18B2膾返回它的電源使用模式：0為寄生電源，1為外部電源。74LS137基礎(chǔ)知識74LS137是一種3線一8線譯碼器/解調(diào)器，在三個地址輸入端都加有地址鎖存器。當鎖存使能輸入是低電平時，電路就具有譯碼器/解調(diào)器的功能。當鎖存使能輸入從低電平轉(zhuǎn)換到高電平時，選擇輸入A、B和C中的地址便存儲在鎖存器中。只要鎖存使能輸入保持高電平，則可不再考慮地址的變化。輸出使能控制控制著輸出狀態(tài)，而不管選擇或鎖存使能狀態(tài)如何，除非一個輸出是高一個輸出是低，則所有輸出全是高。74LS373基礎(chǔ)知識引腳功能：1D~8D8位數(shù)據(jù)輸入端OE三態(tài)允許控制端(低電平有效)LE:鎖存允許端1Q~8Q8位數(shù)據(jù)輸出鎖存端74LS373的輸出端D0~D7可直接與總線相連。當三態(tài)允許控制端/OE為低電平時，Q0~Q次正常邏輯狀態(tài)，可用來驅(qū)動負載或總線。當 OE為高電平時，Q0~Q點高阻態(tài),即不驅(qū)動總線，也不為總線的負載，但鎖存器內(nèi)部的邏輯操作不受影響。當鎖存器允許端LE為高電平時，Q隨數(shù)據(jù)D而變；當LE為低電平時，D被鎖存在已建立的數(shù)據(jù)電平。LE端施密特觸發(fā)器的輸入滯后作用,使交流和直流噪聲抗擾度被改善 400mM原理圖設(shè)計本設(shè)計以AT89C5俾片機為核心，溫度傳感器給出相應(yīng)的溫度值，通過總線發(fā)送到芯片上，在LED顯示屏上顯示溫度傳感器上的溫度。當溫度高于 38攝氏度時，在顯示出溫度的同時，蜂鳴器發(fā)出警報聲。所需原件如表5.1所示。表2.2電子體溫計所用的元件單片機AT89C51瓷片電容CAP30PF麥克風SOUNDER電解電容CAP-ELEC晶振CRYSTAL12MHz三極管2N2905電阻RES滑動變阻器POT-LIN溫度傳感器DS18B20芯片74LS373芯片74LS137顯示屏7SEG-MPX4-CC原理圖如圖2.5所示hkMU限的而曲I^FRkHKlr丹規(guī)I陽。打必I〃舟L?^X>l口弦步HJIFEFiJinr加僭PJifliMW圖2.5原理圖示意圖3軟件設(shè)計流程圖設(shè)計通過對系統(tǒng)的分析，我們可以對本設(shè)計有個大體的了解。如想得到溫度，必須得先對DS18B20!行初始化處理。啟動定時器，設(shè)置延時，并開中斷，判斷經(jīng)過多長時間。若是沒經(jīng)過1.112ms,要對其繼續(xù)判斷是否是第一次采集溫度，如果是的話那就返回繼續(xù)判斷經(jīng)過1.112ms；如果不是那就將上次采集的溫度返回判斷經(jīng)過 1.112ms。以上判斷是采集溫度并判斷延時時間。如果經(jīng)過 1.112ms,那么程序繼續(xù)執(zhí)行，關(guān)中斷并令TR0=Q采集剛才的溫度，保存并在LED顯示屏上顯示出來。此時再判斷如果溫度高于38攝氏度，那么蜂鳴器報警；如果低于這個溫度程序則不報警，等待下次測量或者結(jié)束測量。根據(jù)以上分析，我們可以畫出流程圖如圖6.1所示。圖6.1流程圖示意圖源程序設(shè)計根據(jù)以上的分析，我們可以寫出程序如下:/****************************************************************//*顯示內(nèi)容：利用/*顯示內(nèi)容：利用18B20單線溫度檢測的應(yīng)用程序然后在數(shù)碼管可以顯示xx.xgC表示攝氏度*/****************************************************************/#include<reg51.h>#include<math.h>#include<intrins.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint/****************************************************************//*定義端口*//*定義端口*//****************************************************************/sbitseg1=P0A0;sbitseg2=P0A1；sbitseg3=P0A2;sbitDQ=P3A6;〃DS18B20端口sbitbeep=P2A0；//警報sfrdataled=0x90;// 顯示數(shù)據(jù)端口P1/****************************************************************//*全局變量*//*全局變量*//****************************************************************/uinttemp;ucharflag_get,count,num,minute,second;//ucharcodetab[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};//七段數(shù)碼管共陰

ucharstr[6];/****************************************************************//*函數(shù)聲明*//****************************************************************/voiddelay1(ucharMS);unsignedintReadTemperature(void);voidInit_DS18B20(void);unsignedcharReadOneChar(void);voidWriteOneChar(unsignedchardat);voiddelay(unsignedinti);/****************************************************************//*主函數(shù)*//*主函數(shù)*//****************************************************************/voidmain()unsignedcharTempH,TempL;TMOD|=0x01;//定時器設(shè)置TH0=0xef;TL0=0xf0;IE=0x82;TR0=1;P0=0x00;count=0;while(1)str[5]=0x39;//

顯示C符號str[1]=tab[TempH/100];//百位溫度十位溫度十位溫度str[2]=tab[(TempH%100)/10];//個位溫度，帶小數(shù)點elsebeep=0;//溫度高于38攝氏度就報警個位溫度，帶小數(shù)點elsebeep=0;//溫度高于38攝氏度就報警if(flag_get==1)//定時讀取當前溫度str[3]=tab[(TempH%100)%10]|0x80;//str[4]=tab[TempL];if((TempH%100)/10==3&&(TempH%100)%10>=5&&TempL>0||(TempH%100)/10==3&&(TempH%100)%10<8){beep=1;}temp=ReadTemperature();if(temp&0x8000)str[0]=0x40;//符號標志temp=~temp;〃取反加str[0]=0x40;//符號標志temp=~temp;〃取反加1temp+=1;elsestr[0]=0;TempH=temp>>4;TempL=temp&0x0f;TempL=TempL*6/10;//小數(shù)近似處理TempL=TempL*6/10;//小數(shù)近似處理flag_get=0;/****************************************************************//*定時器中斷*//*定時器中斷*//****************************************************************/中斷，用于數(shù)碼管掃描和溫度檢測間隔中斷，用于數(shù)碼管掃描和溫度檢測間隔voidtim(void)interrupt1using1//{TH0=0xef;//定時器重裝值TL0=0xf0;num++;if(num==50){num=0;flag_get=1;//標志位有效second++;if(second>=60){second=0;minute++;}}count++;if(count==1){P0=0;dataled=str[0];}//數(shù)碼管掃描if(count==2){P0=1;dataled=str[1];}if(count==3){P0=2;dataled=str[2];}if(count==4){P0=3;dataled=str[3];}if(count==5)

{P0=4;dataled=str[4];}if(count==6){P0=5;dataled=str[5];count=0;}/****************************************************************//*延時函數(shù)*//*延時函數(shù)*//****************************************************************/voiddelay(unsignedinti)//延時函數(shù)while(i--);/****************************************************************//****************************************************************/voiddelay(unsignedinti)//延時函數(shù)while(i--);/****************************************************************//*初始化*//*初始化*//****************************************************************/voidInit_DS18B20(void)unsignedcharx=0;DQ=1;//DQ復(fù)位delay(8);//稍作延時DQ=0;//單片機將DQB低delay(80);//大于/****************************************************************/voidInit_DS18B20(void)unsignedcharx=0;DQ=1;//DQ復(fù)位delay(8);//稍作延時DQ=0;//單片機將DQB低delay(80);//大于480usDQ=1;//拉高總線delay(10);x=DQ;//稍作延時后，如果x=0,則初始化成功；如果x=1,則初始化失敗delay(5);/****************************************************************//*讀一個字節(jié)*//****************************************************************/unsignedcharReadOneChar(void)unsignedchari=0;unsignedchardat=0;for(i=8;i>0;i--)DQ=0;// 給脈沖信號dat>>=1;DQ=1;// 給脈沖信號if(DQ)dat|=0x80;delay(5);return(dat);/****************************************************************//*/****************************************************************//*讀一個字節(jié)*//****************************************************************/unsignedcharReadOneChar(void)unsignedchari=0;unsignedchardat=0;for(i=8;i>0;i--)DQ=0;// 給脈沖信號dat>>=1;DQ=1;// 給脈沖信號if(DQ)dat|=0x80;delay(5);return(dat);/****************************************************************//*寫一個字節(jié)*//****************************************************************/voidWriteOneChar(unsignedchardat)unsignedchari=0;for(i=8;i>0;i--)DQ=0;

DQ=dat&0x01;delay(5);DQ=1;dat>>=1;delay(5);/****************************************************************//*讀取溫度*//*讀取溫度*//****************************************************************/unsignedintReadTemperature(void)unsignedchara=0;unsignedintb=0;unsignedintt=0;Init_DS18B20();WriteOneChar(0xcc);//跳過讀序號列號的操作WriteOneChar(0xcc);//跳過讀序號列號的操作WriteOneChar(0x44);〃啟動溫度轉(zhuǎn)換WriteOneChar(0x44);〃啟動溫度轉(zhuǎn)換delay(200);Init_DS18B20();WriteOneChar(0xcc);//跳過讀序號列號的操作WriteOneChar(0xcc);//跳過讀序號列號的操作WriteOneChar(0xbe);//WriteOneChar(0xbe);//讀取溫度寄存器等（共可讀9個寄存器）前兩個就是溫度a=ReadOneChar();//低位b=ReadOneChar();//高位b<<=8;t=a+b;return(t);4系統(tǒng)仿真調(diào)試程序調(diào)試與運行打開keil程序，執(zhí)行菜單命令project newproject創(chuàng)建“基于AT89C51單片機電子體溫計設(shè)計”項目，并選擇單片機型號為 AT89C51執(zhí)行菜單命令file——new創(chuàng)建文件，輸入上述C程序，保存為“基于AT89C5111片機電子體溫計設(shè)計.C"。在project欄的file管理窗口中右擊文件組，選擇“addfiletogroup'sourcegroup1,將源程序添加到項目中。執(zhí)行菜單命令project opinionsfortarget'target1',在彈出的對話框中選擇output選項卡，選中createhexfile。在debug選項卡中，選中use：proteusVSMsimulator。執(zhí)行菜單命令