基于AT89C51單片機電子體溫計設計

沈陽理工大學課程設計PAGEPAGE51系統(tǒng)設計的目的意義1.1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AT89C51單片機為核心，結合溫度傳感器，LED模塊等外部設備，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，人性化設計，為廣大客戶帶來方便。1.2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%的速度發(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)領頭的外資品牌，也有“華辰”、“世佳”、“華安”、“康復”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。1.3設計思路本系統(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DS18B20溫度傳感器，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POWER和GROUND放置電源和地。放置好元件后，布好線。左鍵雙擊各元件，設置好相應參數(shù)，完成電路設計。設計的軟件部分在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。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，DS18B20就對低溫度系數(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和溫度寄存器被預置在-55攝氏度所對應的一個基數(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)門未關閉就重復上述過程，直至溫度寄存器的值達到被測溫度值。由于DS18B20是單總線芯片，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)復位脈沖）→發(fā)ROM功能命令→發(fā)存儲器操作命令→處理數(shù)據(jù)。2.2.4DS18B20的ROM命令（1）ReadROM命令代碼33H,允許主設備讀出DS18B20的64位二進制ROM代碼。該命令只適用于總線上存在單只DS18B20。（2）MatchROM命令代碼55H，若主線上有多個從設備，使用該命令可以選中某一制定的DS18B20，即可與64位二進制ROM代碼完全匹配的DS18B20才能響應其操作。（3）SkipROM命令代碼CCH，在啟動所有DS18B20轉(zhuǎn)換之前或系統(tǒng)只有一個DS18B20時，該命令將允許主設備不提供64位二進制ROM代碼就使用寄存器操作命令。（4）SearchROM命令代碼F0H，當系統(tǒng)初次啟動時，主設備可能不知總線上有多少個從設備或者它們的ROM代碼，使用該命令可確定系統(tǒng)中的從設備個數(shù)及ROM代碼。（5）AlarmROM命令代碼ECH，該命令用于鑒別和定位系統(tǒng)中超出程序設定的報警溫度值。（6）WriteScratchpad命令代碼4EH，允許主設備向DS18B20的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。可以在任何時刻發(fā)出復位命令中止數(shù)據(jù)的寫入。（7）ReadScratchpad命令代碼BEH，允許主設備讀取暫存器中的內(nèi)容。從第一個字節(jié)開始，直到CRC讀完第九個字節(jié)。也可以在任何時刻發(fā)出復位命令中止數(shù)據(jù)的讀取操作。（8）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)復制到非易失性E2PROM。若主機在該命令之后又發(fā)出讀操作，而DS18B20又忙于將暫存器的內(nèi)容復制到E2PROM時，DS18B20就會輸出一個“0”。若復制結束，則DS18B20輸出一個“1”。如果使用寄生電源，則主設備發(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。（9）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DS18B20又忙于溫度轉(zhuǎn)換，DS18B20就會輸出一個“0”。若轉(zhuǎn)換結束，則DS18B20輸出一個“1（10）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中復制回到暫存器中。該操作是在DS18B20上電時自動執(zhí)行，若執(zhí)行該命令后又發(fā)出讀操作，DS18B20會輸出溫度轉(zhuǎn)換忙標志：0為忙，1完成。（11）ReadPowerSupply命令代碼B4H，主設備將該命令發(fā)給DS18B20后發(fā)出讀操作，DS18B20會返回它的電源使用模式：0為寄生電源，1為外部電源。2.374LS137基礎知識74LS137是一種3線—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。2.474LS373基礎知識引腳功能：（1）1D~8D：8位數(shù)據(jù)輸入端（2）OE：三態(tài)允許控制端（低電平有效）（3）LE：鎖存允許端（4）1Q~8Q：8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~Q7為正常邏輯狀態(tài)，可用來驅(qū)動負載或總線。當OE為高電平時，Q0~Q7呈高阻態(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400mv。2.5原理圖設計本設計以AT89C51單片機為核心，溫度傳感器給出相應的溫度值，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所示圖2.5原理圖示意圖3軟件設計3.1流程圖設計通過對系統(tǒng)的分析，我們可以對本設計有個大體的了解。如想得到溫度，必須得先對DS18B20進行初始化處理。啟動定時器，設置延時，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，關中斷并令TR0=0，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。開始開始Y是否第一次采集DS18B20溫度是否經(jīng)過1.112ms初始化Y是否第一次采集DS18B20溫度是否經(jīng)過1.112ms初始化跳過讀DS18B20啟動定時器DS18B20啟動定時器0延時1.112ms開中斷N結束Y關中斷并使TR0為0結束Y關中斷并使TR0為0顯示溫度值采集DS18B20溫度值并保存是否超過38度蜂鳴器報警顯示上次所采集的溫度NYN圖6.1流程圖示意圖圖6.1流程圖示意圖3.2源程序設計根據(jù)以上的分析，我們可以寫出程序如下：/****************************************************************//*顯示內(nèi)容：利用18B20單線溫度檢測的應用程序然后在數(shù)碼管可以顯示XX.XC，C表示攝氏度*//****************************************************************/#include<reg51.h>#include<math.h>#include<intrins.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint/****************************************************************//*定義端口*//****************************************************************/sbitseg1=P0^0;sbitseg2=P0^1;sbitseg3=P0^2;sbitDQ=P3^6;//DS18B20端口sbitbeep=P2^0;//警報sfrdataled=0x90;//顯示數(shù)據(jù)端口P1/****************************************************************//*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)*//****************************************************************/voidmain(){unsignedcharTempH,TempL;TMOD|=0x01;//定時器設置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str[2]=tab[(TempH%100)/10];//十位溫度str[3]=tab[(TempH%100)%10]|0x80;//個位溫度，帶小數(shù)點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;}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{temp=ReadTemperature();if(temp&0x8000){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flag_get=0;}}}/****************************************************************//*定時器中斷*//****************************************************************/voidtim(void)interrupt1using1//中斷，用于數(shù)碼管掃描和溫度檢測間隔{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)*//****************************************************************/voiddelay(unsignedinti)//延時函數(shù){while(i--);}/****************************************************************//*初始化*//****************************************************************/voidInit_DS18B20(void){unsignedcharx=0;DQ=1;//DQ復位delay(8);//稍作延時DQ=0;//單片機將DQ拉低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);}/****************************************************************//*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*//****************************************************************/unsignedintReadTemperature(void){unsignedchara=0;unsignedintb=0;unsignedintt=0;Init_DS18B20();WriteOneChar(0xcc);//跳過讀序號列號的操作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(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4.1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AT89C51單片機電子體溫計設計.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project——buildtarget，編譯源程序，如果編譯成功，則在outputwindow窗口中顯示沒有錯誤，并創(chuàng)建了“基于AT89C51單片機電子體溫計設計.HEX”文件。在已繪制好的原理圖proteusisis菜單欄中，執(zhí)行菜單命令debug——useremoted