数字体温计的设计毕业设计(论文)(编辑修改稿)

数字体温计的设计毕业设计(论文)(编辑修改稿)内容摘要：

单片微型计算机单片机。 是一种集成电路芯片，将 CPU、存储器、定时计数器、 I/O 接口电路等集成在一个芯片。 是 STC 公司推出的新一代高速、使用、低功耗、超强抗干扰的单片机，在系统内部具有 8K 的可编程 Flash 存储器。 STC89C52使用经典的 MCS51 内核， MCS51 内核与传统 51 单片机有很大区别，其增进了 51 单片机没有的功能，使应用的范围更广 [2]。 在其内部的芯片上，拥有便于操作的 8 位 CPU 和 可编程 Flash 存储器， 512 字节 RAM， 32 位 I/O 口线， 看门狗定时器 ，内置 4KB EEPROM， MAX810 复位电路， 3 个 16 位 定时器 /计数器， 4 个外部中断，一个 7 向量 4 级中断结构（兼容传统 51的 5向量 2级中断结构），全双工 串行口。 另外 STC89C52 可降至 0Hz 静态逻辑操作，支持 2 种软件可选择节电模式。 空闲模式下，CPU 停止工作，允许 RAM、定时器 /计数器、串口、中断继续工作。 掉电保护方式下， RAM 内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。 最高运作频率 35MHz， 6T/12T可选。 显然在众多单片机控制系统中 STC89C52RC 具有很高的灵活性、使编程更加方便，更有利于实际操作并 运行 [3]。 STC89C52 的管脚配置和内部结构 STC89C52 单片机片内除了包含中央处理单元（ CPU）、程序处理器（ Flash）、数据存储器（ SRAM）、定时 /计数器、 UART 串口、 I/O接口、 EEPROM、看门狗等重要模块外，还包含了指针、累加器、锁存器、驱动器、地址生成器、以及控制单元等，它差不多涵盖了数据采集和控制中所需要的各种单元模块，可称得上一个片上系统。 四个端口中两个端口就能够满足设计需要电路系统，设计为使用该系统非常适合用于便携式手持产品。 总之， STC89C52 的内部比较复 杂，但是在进行过程控制或数据处理时却有条不紊，而且非常高效快速，性能优越。 STC89C52 的管脚比较多，各个管脚的功能也不相同。 除此之外单片机 STC89C52 有两种模数字体温计的设计 9 式，空闲模式和掉电模式。 在空闲模式下， CPU 停止，但 RAM，定时器，计数器，串行口和中断系统仍在工作。 在掉电模式，保存 RAM 的内容，并冻结振荡器，禁止使用其他芯片功能，直到下一个硬件复位。 它们共同作用，相互协同，一起实现单片机的功能。 图 32 STC89C52 芯片的引脚图 单片机 STC89C52 具有 40 个引脚，这 40 个引脚按其功能 可以分为3 类： （ 1）电源及时钟引脚 —— VCC、 GND， XTAL XTAL2； （ 2）控制引脚 —— PSEN、 ALE、 EA、 RST； （ 3） I/O 接口引脚 —— P0、 P P P3，为 4 个 8 位 I/O 口的外部引脚。 在这 40 个引脚中，有的引脚功能较为单一，有的引脚却具有双重功能，如 P3 这 8 个引脚。 对于具有双重功能的引脚，它们分别在高、低电平的作用下具有不同的功能。 STC89C52 单片机 的管脚图如图 32所示。 P3 口也可作为 STC89C52 的一些特殊功能口，如下表 31 所示： 数字体温计的设计 10 表 31 P3 口 特 殊引脚功能介绍 单片机最小系统的设计 单片机最小系统在电子电路设计中应用的最为广泛，是实现单片机设计的基础。 单片机最小系统是能使单片机正常工作的最小硬件单元电路，单片机最小系统电路是以单片机 STC89C52 作为 MCU。 系统包括时钟电路，复位电路和下载电路，单片机最小系统复位电路的极性电容C1 的大小直接影响单片机的复位时间，一般采用 10~30uF， 51 单片机最小系统容值越大需要的复位时间越短。 单片机最小系统起振电容 CC3 一般采用 15~33pF，并且电容离晶振越近越好，晶振离单片机越近越好 [4]。 如图 33 所示 端口引脚 第二功能 说明 RXD 串行数据输入口 TXD 串行数据输出口 INT0 外部中断 0 输入 INT1 外部中断 1 输入 T0 定时器 0 外部计数输入 T1 定时器 1 外部计数输入 WR 外部数据存储器写选通输出 RD 外部数据存储器读选通输 数字体温计的设计 11 图 33 单片机最小系统设 计图 时钟电路 单片机可以看成是在时钟驱动下的时序逻辑电路。 单片机片内有一个高增益的反相放大器。 当外接晶振后，就构行一条指令，必须要用 12个时钟周期。 没有这个时钟，单片机就跑不起来。 单片机内部有一个振荡器，有两个引脚，输入引脚 XTAL1 和输出引脚 XTAL2，这两个引脚通过跨接石英振荡器和微调电容，以形成稳定的自激振荡，使该设备可以作为时钟控制信号工作的有序开展，有条不紊的进行工作 [5]。 下图34 是时钟电路图电路图。 图 34 时钟电路 数字体温计的设计 12 复位电路 单片机 复位电路 分为 两种方 式， 一个是 自动复位 还有一个手动复位。 第一种是自动复位方式， 只要在复位引脚 RST 端 加多于两个机器周期 的 高电平 就可以 ， 因此在复位端 加上一个电容器和电阻器用于充电和放电 就 可以实现。 如图 35 所示。 图 35 上电自动复位电路 图 36 手动复位电路 单片机电路还有 另一种 复位 方式，即 使用 手动复位方式。 当 按键SWPB 按下时 ， RST 端连接 电阻接地为 显示为 低电平， 此时 单片机正常工作，若按键 SWPB 按下 时， RST 端接 5V 高电平就实现 手动 复位， 复位实现起来 更加方便，如 上 图 36 所示。 数字体温计的设计 13 体温数据采集模 块 美国 DALLAS 半导体公司推出的智能型温度传感器 DS18B20，具有三个引脚，该传感器与其他热敏电阻温度测量设备相比，它具有的优点很多，比方说接线方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域，封装成后可应用于多种场合比如说可用于电缆沟测温，高炉水循环测温，锅炉测温，机房测温，现代农业大棚测温，洁净室测温，弹药库测温等多种非极限温度场合。 并且其耐磨耐碰，体积小，使用起来很方便，其次它还可以直接与单片机进行相连，可以便捷的读出被测温度。 DS18B20 是一个可编程的，通过单总线方式进行通信的数字温度传感器，它有一个存储在内部存储器唯一的 64 位的序列号，温度分辨率可以选择 9〜 12（二进制）的数字，而无需外部设备直接指示[6]。 其发送端和接收端通过一个只有一个电缆（加线）测得的温度值单线接口接收信号，经过 DS18B20 传感器处理的信号是数字信号，所以不需 A/ D 转换，在电路设计上是一个不错的选择。 同时单片机进行读写数据指令以及进行温度转换指令，都是通过数据总线这种方式传入DS18B20，无需外部电源供电，温度传感器能测量的温度范围是在 55℃至 125℃ 的。 温度传感器 DS18B20 有三个引脚，分别为 GND， DQ， VCC，封装体积小，下图 37 是 TO－ 92 封装的 DS18B20 的引脚 图，见 下图 37，其引脚功能描述见表 32 图 37 DS18B20 的引脚 数字体温计的设计 14 表 32DS18B20 详细引脚功能描述 的性能特点 温度传感器 DS18B20，体现了温度传感器的模块化，因此在测量温度过程中不需要借助任何外围元件，传感 器内部封装了传感元件，及温度采集电路，温度转换电路，温度处理电路集成在一个类似三极管的器件内，数字型温度传感器具有很多特点： （ 1）数据通信使用独特的单总线接口，只需要一个引脚就能实现； （ 2）可以 实现多点组网功能 ，支持 多个 DS18B20 信号采集 ； （ 3） 零待机功耗 ，并且 可通过数据线供电，电压范围为 ~； （ 4） 温度 分辨率可以选择 9~12 位 （二进制）的 数字； （ 5） 用户可 根据设计需要 定义报警设置； （ 6）保护功能， 接反时不会因发热而烧毁，但不能正常工作； 温度传感器 DS18B20 其内部结构框图 如下图， 如图 38 所示。 序号 名称 引脚功能描述 1 GND 接 地信号 2 DQ 温度信号 输入 /输出引脚。 3 VDD 可选择的 VDD 引脚。 当工作于寄生电源时，此引脚必须接地。 数字体温计的设计 15 图 38 温度传感器 DS18B20 其内部结构框图 DS18B20 有 64 位 ROM 结构，前 8 位是产品类型的编号 ， 接着 的48 位是每个器件的惟一的序号，最后 8 位是前面 序号 的 CRC 检验码，正因为 CRC 效验码才可以让 多个 DS18B20 可以 在 一 个总线 线进行通信的原因。 可通过软件写入 TH 和 TL， 设置温度区间，超出设置温度区间打出报警信号。 此外 DS18B20 通信功能 有 严格的时隙的概念，因此读取和写入 数据 时序是很重要的。 根据 DS18B20 协议各种操作系统协议：初始化 DS18B20（发送复位脉冲） → 发 ROM 功能命令 → 发送操作命令 →内存中的数据处理 温度显示模块 LCD1602 液晶显示屏 LCD1602 模块是工业字符型液晶 ， 1602 液晶模块内部的 字符 发生 存储器 可以 存储了 160 个不同的 点阵 字符图形， 像 阿拉伯数字、英文字母 、 常用的符号、和日文假名等。 目前 有多种显示字符模式使用 16*1,16*2,20*2 和 40*2 等。 LCD1602 按显示亮度 分为 两种，一种是 带背光 ，另外一种是 不带背光， 大多是基于控制器 HD44780，背光 的比较偏厚 ， 在应用中被没有太大差别 [7]。 数字体温计的设计 16 主 要技术 参数 主要技术参数如下表 33 所示 ： 表 33 主 要技术参数 显示容量 162 个字符 芯片工作电压 — 工作电流 () 模块最佳工作电压 字符尺寸 (WH)mm 引脚功能说明 一般 1602LCD 采用标准的 14 脚（无背光）或 16 脚（带背光）接口 LCD1602 的引脚分为如下几类： （ 1） 电源及接地引脚： VSS， VDD； （ 2） 使能以及读写引脚： E， RS， R/W； （ 3） 背光源 正 负极 引脚： BLA， BLK； （ 4） 数据传输引脚： D0， D1， D2， D3， D4， D5， D6， D7； 1602 液晶模块的 显示以及操作都需要指令代码的，比如 读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。 指令有很多， 分为几类：分别是指令 1 光标显示，指令 2 光标复位，指令 3 光标移动， 高电平右移，低电平左移 ， 指令 4 显示开关控制 ， 指令 5 光标或显示移位 ，高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标 ， 指令 6 功能设置命令 ，指令 7 字符发生器 RAM 地址设置 ， 指令 8DDRAM 地址设置 ， 指令 9读忙信号和光标地址 BF， 指令 10 写数据 ， 指令 11 读数据。 LCD1602 和单片机的接口是不需要转换电路 的，可以直接实现模块的对接， 1602 液晶显示模块可以和单片机 STC89C52 直接接口， 下面是数字体温计的设计 17 连接的 电路 图， 如图 39 所示 ，从下图能看到单片机的 IO 口可以直接和液晶显示器的数据传输接口对接，在硬件电路上可以很好设计。 图 39 1602 液晶模块和单片机 连接 报警电路的实现 当 温度传感器检测到的体温不在可检测的范围之内 ， 也就是说超出设定范围了，这时单片机处理这个信号，单片机外围接有源蜂鸣器，出现这种情况单片机给接有蜂鸣器那个引脚一个高电平脉冲信号，蜂鸣器接通 发出报警信号 ，起到实时监测控制功能。 数字体 温计上 有 三个独立按 键 ，可以通过按键设置需要的体温权限。 一共设置了三个按键，一个是复位选择按键，另外两个是温度上调和温度下调按键。 其次是复位电路上电复位和手动复位。 当程序运行外出 现意外时 ，可以手动复位，所以不要重新启动电源的微控制器，也可以是复位。 电源模块 电源模块采用直流 +5V 电源输入，符合单片机正常工作电压范围，数字体温计的设计 18 为了考虑到使用便捷，采用 USB 方式供电，电流输出稳定，波动小，同时使用 USB 供电使得数字体温计有了很好的便携性，有更好的应用型还可以随时方便测体温，便于监测。