智能儀器儀表論文

1、課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)分院（系）信息科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)測(cè)控技術(shù)與儀器學(xué)生姓名學(xué)號(hào)設(shè)計(jì)題目 智能紅外體溫計(jì) 軟/硬件設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求：內(nèi)容：1、 測(cè)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)，選擇器件2、 利用軟件畫(huà)原理圖3、 熟悉軟件編程語(yǔ)言，編寫(xiě)程序4、 系統(tǒng)調(diào)試要求：1. 利用溫度傳感器（TPS434）測(cè)量某一環(huán)境的溫度并由數(shù)碼管顯示出結(jié)果2. 測(cè)量范圍為-55125，精度為0.5進(jìn)度安排:（20天）1、 查找資料（2天）2、 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)（6天）3、 軟件編程與調(diào)試（6天）4、 系統(tǒng)聯(lián)調(diào)（3天）5、 撰寫(xiě)報(bào)告（3天）指導(dǎo)教師（簽字）：年 月 日 學(xué)院院長(zhǎng)（簽字）：年 月 日目錄第一章 緒論1.1體溫計(jì)的發(fā)展與現(xiàn)狀

2、 11.2紅外測(cè)溫技術(shù) 11.3整體方案概述 3第二章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.1 電源設(shè)計(jì) 82.2 信號(hào)調(diào)理電路 112.3 AD轉(zhuǎn)換電路122.4 圖形點(diǎn)陣式LCD顯示電路 142.5 語(yǔ)音播報(bào)電路172.6 在線編程(ISP)電路 182.7 按鍵功能設(shè)計(jì)19第三章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3.1 軟件工作流程203.2驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì) 21總結(jié) 24參考文獻(xiàn) 25第一章 緒 論1.1 體溫計(jì)的發(fā)展與現(xiàn)狀體溫計(jì)是一種測(cè)量人體溫度、輔助疾病診斷的常用醫(yī)療器具，它是人類(lèi)日常生活的必需品。隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展,新材料、新工藝的運(yùn)用,各式各樣的體溫計(jì)陸續(xù)出現(xiàn),探測(cè)方式在不斷改進(jìn)。人們熟悉的傳統(tǒng)的體溫計(jì)是水銀(汞)體溫計(jì)

3、,它是根據(jù)汞受熱膨脹的原理制成的。由于受到體溫的影響，水銀體積的膨脹使管內(nèi)水銀柱的長(zhǎng)度發(fā)生明顯的變化。近幾年來(lái)，智能體溫計(jì)越來(lái)越多地應(yīng)用在各個(gè)行業(yè)：冶金、玻璃制造以及體溫測(cè)量等領(lǐng)域。許多醫(yī)院也采用了智能體溫計(jì)，雖然其性能暫不能與傳統(tǒng)的體溫計(jì)相比，但因其擁有快速、無(wú)需接觸被測(cè)者等的優(yōu)點(diǎn)而被廣泛采用。體溫測(cè)試是在實(shí)際生活中經(jīng)常會(huì)遇到的問(wèn)題，傳統(tǒng)的體溫計(jì)也就是我們的水銀體溫計(jì)有其很多的不足之處，如：測(cè)溫時(shí)間長(zhǎng)，讀取結(jié)果不方便，體溫計(jì)易被損壞并且其材料汞有毒等。針對(duì)以上問(wèn)題，本文提出一種新型的測(cè)量體溫儀器,它優(yōu)于傳統(tǒng)的體溫計(jì)的一個(gè)很大的特點(diǎn)就是測(cè)溫時(shí)間相對(duì)較短,并且此智能紅外體溫計(jì)有自動(dòng)播報(bào)體溫、統(tǒng)計(jì)

4、人數(shù)、顯示日期及環(huán)境溫度等功能。解決了傳統(tǒng)體溫計(jì)讀數(shù)不便、用途單一的問(wèn)題，無(wú)汞害，靈敏度高，清晰播報(bào)，方便攜帶，壽命較長(zhǎng)，臺(tái)式設(shè)計(jì)使體溫計(jì)放置時(shí)不會(huì)晃動(dòng)，避免溫計(jì)被損壞，尤其適用于小孩與老年人，其方便性大大超越水銀式體溫計(jì)。1.2紅外測(cè)溫技術(shù)測(cè)量體溫的方法有很多，水銀、熱電偶、熱敏電阻、晶體管的PN結(jié)、液晶、石英晶體均可作為測(cè)溫元件來(lái)制造體溫計(jì)。這些測(cè)溫技術(shù)均屬接觸式測(cè)溫，容易產(chǎn)生交叉感染，并且當(dāng)測(cè)溫元件接觸被測(cè)部位時(shí)，將影響其溫度場(chǎng)的分布，對(duì)精度造成影響，而且響應(yīng)時(shí)間也較長(zhǎng)。若采用非接觸式測(cè)溫的方法，則可以較好地解決這些缺點(diǎn)。1.2.1紅外測(cè)溫背景隨著工農(nóng)業(yè)、國(guó)防事業(yè)、醫(yī)學(xué)的發(fā)展 ,對(duì)溫度測(cè)

5、量越來(lái)越迫切。在某些場(chǎng)合 ,溫度測(cè)量逐步上升為主要矛盾 ,引起了各方面的普遍重視。例如：在不停機(jī)的情況下對(duì)機(jī)械設(shè)備、電力設(shè)備、生產(chǎn)設(shè)備等進(jìn)行溫度測(cè)量;在不能造成產(chǎn)品的污染或損壞的情況下對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中或倉(cāng)庫(kù)里的產(chǎn)品溫度進(jìn)行測(cè)量;在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域內(nèi) ,為了了解病人的身體狀況 ,需對(duì)病人身體各個(gè)部分的溫度進(jìn)行安全的測(cè)量。在這種背景下 ,使用方便、可快速對(duì)物體溫度進(jìn)行非接觸、無(wú)損測(cè)量的紅外測(cè)溫技術(shù)得到了極大的發(fā)展。目前，紅外測(cè)溫技術(shù)在已有著廣泛的應(yīng)用，其測(cè)量范圍可從常溫到達(dá)上千攝氏度。國(guó)內(nèi)外非接觸紅外測(cè)溫技術(shù)的發(fā)展極為迅速，各國(guó)均研制出了具有有較高水平的用于各類(lèi)場(chǎng)合的紅外輻射式計(jì)，例如：美國(guó)RAYTEK公司的

6、Ranynger系列、WAHL公司的DHS系列等。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)紅外測(cè)儀的廠家和研究所有上海自動(dòng)化三廠、云南儀表廠以及中國(guó)科學(xué)自動(dòng)化所等。1.2.2紅外測(cè)溫原理紅外測(cè)溫法是指利用人體自身的紅外輻射來(lái)測(cè)定其表面溫度的一種測(cè)量溫度的方法。紅外測(cè)溫是非接觸式測(cè)溫中應(yīng)用較為廣泛的一種技術(shù)，它由光學(xué)系統(tǒng)、光電探測(cè)器、信號(hào)放大器及信號(hào)處理、顯示輸出等部分組成。光學(xué)系統(tǒng)匯集其視場(chǎng)內(nèi)目標(biāo)的紅外輻射能量，視場(chǎng)的大小由測(cè)溫儀的光學(xué)零件以及位置決定。紅外能量聚焦在光電探測(cè)儀上并轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電信號(hào),該電信號(hào)經(jīng)過(guò)放大器和信號(hào)處理電路后可以經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后，由微控制器按照內(nèi)部的算法來(lái)計(jì)算目標(biāo)的表面溫度值。信號(hào)調(diào)理電路放大器光電轉(zhuǎn)換

7、溫度傳感器目標(biāo)物圖1.1智能紅外體溫計(jì)的測(cè)溫原理是基于黑體輻射定律的，黑體是一種理想化的輻射體，它在任何溫度下都能全部地吸收投射到其表面的任何波長(zhǎng)的輻射能量，其表面吸引率為1。為了弄清和獲得紅外輻射分布的規(guī)律，普朗克提出了體腔輻射的量子化振子模型，從而導(dǎo)出了普朗克黑體輻射定律，其表達(dá)式為：（式1-1）式中，c為真空中的光速;k為波爾茲曼常數(shù)，由上式可出在溫度T時(shí)黑體在全部波長(zhǎng)范圍內(nèi)的輻射出度為： （式1-2）由式1-2可知：黑體總的輻射出度與黑體的絕對(duì)溫度T的四次方成正比。因此，可能通過(guò)對(duì)物體輻射的測(cè)量進(jìn)而求出物體的溫度。1.2.3 智能紅外測(cè)溫的優(yōu)點(diǎn)傳統(tǒng)的體溫計(jì)如水銀體溫計(jì)雖然價(jià)格便宜，但是

8、有許多的弊端：水銀體溫計(jì)遇熱或安置不當(dāng)，容易破裂;人體若接觸水后會(huì)中毒，惡心、頭痛、腹瀉、脫發(fā)等隨之而來(lái)，嚴(yán)重者會(huì)造成血液凝固;測(cè)溫時(shí)間長(zhǎng)等。智能紅外體溫計(jì)則避免了上述的缺點(diǎn)，它有著如下的優(yōu)點(diǎn)：1 測(cè)量不干擾被測(cè)溫場(chǎng)，不影響溫場(chǎng)分布，從而具有較高的測(cè)量準(zhǔn)確度。2 測(cè)溫范圍寬，在理論上無(wú)測(cè)量上限，可以測(cè)量相當(dāng)高的溫度。3 探測(cè)器的響應(yīng)時(shí)間短，反應(yīng)速度快，易于快速與動(dòng)態(tài)測(cè)量;4 不必接觸被測(cè)物體，操作方便;5 可以測(cè)量微小目標(biāo)的溫度;1.3整體方案概述 本文旨在利用紅外熱釋電溫度傳感器、MS51單片機(jī)以及其器件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)非接觸式測(cè)溫，使之達(dá)到響應(yīng)時(shí)間最長(zhǎng)不超過(guò)1s、溫度測(cè)量范圍 3442攝氏度,精度

9、達(dá)到0.2攝氏度，即可手動(dòng)測(cè)量，也可運(yùn)行在自動(dòng)模式下實(shí)時(shí)顯示體溫?cái)?shù)據(jù)，有溫度保持和清除功能，并能夠向終端(計(jì)算機(jī))發(fā)送測(cè)量到的數(shù)據(jù)以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、分析的功能擴(kuò)展。1.3.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖系統(tǒng)所采用的是紅外熱釋電溫度傳感器TPS434，人體輻射出的能量由TPS434轉(zhuǎn)換成微弱的電信號(hào)(只有0.71.5mv)。該電信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理電路后(包括前置放大和后級(jí)放大兩個(gè)功能模塊)送入ADC進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，進(jìn)而可以由單片機(jī)識(shí)別來(lái)計(jì)算被測(cè)物體的表面溫度。在計(jì)算完被測(cè)物體表面的溫度后，有兩種方式向使用者提供溫度信息：第一種方式是顯示在圖形點(diǎn)陣式LCD上;第二種方式是以語(yǔ)音的形式播放以告知使用者溫度信息。整體系統(tǒng)結(jié)

10、構(gòu)框圖如下圖所示：圖1.21.3.2核心器件簡(jiǎn)介在搭建實(shí)驗(yàn)板做相關(guān)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，合理地選擇器件可以給系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來(lái)方便。本小節(jié)就系統(tǒng)設(shè)計(jì)中涉及關(guān)鍵模塊的器件作以簡(jiǎn)要介紹，并在此基礎(chǔ)上描述了其優(yōu)點(diǎn)。1. 電源部分 如圖1-3所示, 本系統(tǒng)由220V交流電源供電，變壓器變壓后為6V交流電，經(jīng)硅橋BRIDGE2整流（硅橋的1,3引腳接變壓器的輸出端， 2,4引腳接78L05的輸入端）后交流變?yōu)橹绷?。因單片機(jī)需要5V供電電源，故用78L05穩(wěn)壓后再給單片機(jī)供電。對(duì)于語(yǔ)音芯片，接著用LM317進(jìn)行直流直流轉(zhuǎn)換后，將輸出的3V電壓給4004供電。液晶顯示芯片也用5V電源直接供電。 對(duì)于穩(wěn)壓器件LM317,

11、由其應(yīng)用公式(1-3)：V0=1.25（1+R2）， (1-3) 可知, 為了得到4004的3V供電電壓, 應(yīng)合理選取其外接電阻R1和R2的值. 這里取R2 為500歐，R1為240歐，可得從LM317的引腳2輸出電壓約為3V。易知，滑阻R2可用來(lái)調(diào)節(jié)引腳2輸出電壓大小。圖1-3 電源供電部分8051單片機(jī)MCS51是指由美國(guó)INTEL公司生產(chǎn)的一系列單片機(jī)的總稱，這一系列單片機(jī)包括了好多品種，如8031，8051，8751，8032，8052，8752等，其中8051是最早最典型的產(chǎn)品，該系列其它單片機(jī)都是在8051的基礎(chǔ)上進(jìn)行功能的增、減、改變而來(lái)的，人們習(xí)慣于用8051來(lái)稱呼MCS51系

12、列單片機(jī)。INTEL公司將MCS51的核心技術(shù)授權(quán)給了很多其它公司，很多公司在做以8051為核心的單片機(jī)，STC系列單片機(jī)就是其中的一種。它是由臺(tái)灣的宏晶科技有限公司開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)的，具有以下優(yōu)點(diǎn)： 超強(qiáng)抗干擾,輕松過(guò) 4KV 快速脈沖干擾(EFT) 高抗靜電(ESD)，6KV靜電可直接打在芯片管腳上 客戶的整機(jī)抗靜電測(cè)試，8KV / 15KV 就太輕松了 超低功耗，Power Down 0.1uA, 可外部中斷喚醒 中斷優(yōu)先級(jí)可設(shè)置成4級(jí)(IP,IPH) LQFP-44,PLCC-44封裝,有P4口(可以位尋址) 本系統(tǒng)中選用的單片機(jī)是STC89C51,它除了具有以上描述的優(yōu)點(diǎn)以外，還具有普通5

13、1系列單片機(jī)所不具有的ISP功能，即在線編程功能。用戶可以將代碼通過(guò)串口電路直接燒錄進(jìn)單片機(jī)內(nèi)，而不需要專(zhuān)門(mén)的燒錄工具。紅外溫度傳感器紅外溫度傳感器是實(shí)現(xiàn)非接觸式紅外測(cè)溫的關(guān)鍵器件，本系統(tǒng)中選用的是PerkinElmer Optoelectronics的TPS434紅外熱釋電溫度傳感器。該傳感器具有很好的重復(fù)性和較高的靈敏度，它由溫差熱電堆和熱敏電阻丙部分構(gòu)成，如圖1.4所示： 圖1.4 熱電堆是半導(dǎo)體集成電路工藝和微機(jī)械電子工藝制造的，它由多個(gè)熱電偶串聯(lián)組成。熱電偶是由兩種電子密度不同的導(dǎo)體相連接組成的，它有冷熱兩個(gè)端點(diǎn)。在測(cè)量物體溫度時(shí)，熱端與被測(cè)物體接觸，冷端與測(cè)量?jī)x表接觸。熱電偶的同種

14、導(dǎo)體會(huì)因?yàn)榇嬖跍囟忍荻榷a(chǎn)生湯姆孫電動(dòng)熱，兩種金屬的連接處會(huì)因?yàn)殡娮用芏炔疃a(chǎn)生珀而粘電動(dòng)熱，會(huì)在熱電偶的兩個(gè)端產(chǎn)生溫差電動(dòng)勢(shì)。熱電堆輸出端的電壓信號(hào)是反映熱電偶冷熱兩端的溫度差，也就是被測(cè)物體與熱電堆冷端的溫度差，而不是反映被測(cè)物體的真實(shí)溫度。因此，還需要環(huán)境溫度補(bǔ)償，也就是要測(cè)出熱電堆冷端溫度。環(huán)境溫度補(bǔ)償是通過(guò)紅外傳感器中負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻完成的，它的阻值隨著溫度的升高中而降低，由此通過(guò)測(cè)量其阻值就可得知環(huán)境溫度。高精度運(yùn)放 本系統(tǒng)中所采用的前置運(yùn)算放大器是ADI公司的儀用運(yùn)算放大器AD620。該器件是低功耗、高精度運(yùn)算放大器，它只需一個(gè)外接電阻即可實(shí)現(xiàn)1到1000倍的增益。AD620

15、在內(nèi)部噪聲、功耗、輸入偏置電壓以及輸入漂移電壓等諸多方面有著出色的性能，特別適合用于微弱信號(hào)的放大。AD轉(zhuǎn)換器AD轉(zhuǎn)換器又稱ADC，它是實(shí)現(xiàn)模擬量到數(shù)字量轉(zhuǎn)換的器件，使控制器件可以通過(guò)判斷模擬量的大小達(dá)到控制的目的。按精度的高低，ADC可分為8位，10位等以滿足多種不同應(yīng)用場(chǎng)合;按與微控制器的接口方式，ADC可分為并行和串行。本系統(tǒng)所采用的是TLC0820AC系列的8位高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器，它是一款并行AD，擁有兩種模式供用戶使用：只讀模式(Read Mode)和讀寫(xiě)模式(Reand and Write)。TLC0820AC內(nèi)部擁有的Flash技術(shù)，內(nèi)部的取樣保持電路的采樣窗口為100ns，最大轉(zhuǎn)換

16、時(shí)間為2.5us，可滿足高速應(yīng)用的場(chǎng)合。語(yǔ)音芯片ISD系列語(yǔ)音芯片因其應(yīng)用方便、接口電路簡(jiǎn)單等特點(diǎn)而被廣泛采用，本系統(tǒng)采用的是ISD4003語(yǔ)音芯片，它有連續(xù)錄音6分鐘的能力，片內(nèi)信息存于閃爍存貯器中,可在斷電情況下保存100年(典型值),反復(fù)錄音10萬(wàn)次。芯片采用多電平直接模擬量存儲(chǔ)技術(shù), 每個(gè)采樣值直接存貯在片內(nèi)閃爍存貯器中,因此能夠非常真實(shí)、自然地再現(xiàn)語(yǔ)音、音樂(lè)、音調(diào)和效果聲,避免了一般固體錄音電路因量化和壓縮造成的量化噪聲和金屬聲，特別適用于移動(dòng)電話及其他便攜式電子產(chǎn)品中。第二章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.1 電源設(shè)計(jì) 任何一部電子產(chǎn)品，電源的設(shè)計(jì)是首當(dāng)其沖的，它是使電子產(chǎn)品正常、穩(wěn)定工作的必要

17、前提。本系統(tǒng)中所涉及的器件多，電源有很多種：5V，6V，-6V以及+3V。由于考慮到系列功耗和其他方面的原因，電源方案中采用的是傳統(tǒng)的由市電經(jīng)變壓器后，再通過(guò)直流穩(wěn)壓芯片實(shí)現(xiàn)以上各類(lèi)電壓。在這種電源設(shè)計(jì)方案中，主要由變壓器、硅橋、穩(wěn)壓芯片以及外圍器件來(lái)實(shí)現(xiàn)，在下面章節(jié)將作詳細(xì)的介紹。2.1.1 穩(wěn)壓芯片介紹為滿足系統(tǒng)電源方案的需要，我們選用了輸出電流大于1A的LM7805、LM7806以LM7906穩(wěn)壓芯片，此外還有輸出電壓可調(diào)的LM317，這三種芯片的封裝均為T(mén)O-220,如圖2.1所示： 圖2.13. LM7805、LM7806 LM78系列的穩(wěn)壓芯片的輸出的都是正電壓，它能夠?qū)崿F(xiàn)壓差超過(guò)

18、5V的電壓變換(大于5V則會(huì)使芯片發(fā)熱，必須加散熱片)。這種系列的穩(wěn)壓芯片可提供超過(guò)1A的輸出電流，無(wú)需外部電路，內(nèi)部有短路、過(guò)載保護(hù)電路等。經(jīng)其穩(wěn)壓后的電壓在標(biāo)準(zhǔn)電壓的4%左右，可滿足一般系統(tǒng)的要求。4. LM7906 LM79系列穩(wěn)壓芯片輸出的是負(fù)電壓，實(shí)現(xiàn)的是負(fù)電壓到負(fù)電壓的變換，壓差一般不超5V(超過(guò)5V則會(huì)致使芯片發(fā)熱，必須加散熱片)。這種系列的穩(wěn)壓芯片可提供超過(guò)1A的輸出電流，無(wú)需外部電路，內(nèi)部擁有短路、過(guò)載保護(hù)電路等。經(jīng)其穩(wěn)壓后的電壓在標(biāo)準(zhǔn)電壓的4%左右，可滿足一般系統(tǒng)的要求。5. LM317 LM317是一個(gè)三端穩(wěn)壓芯片，能夠提供大于1.5A的負(fù)載電流，輸出電壓可調(diào)：1.237

19、V，內(nèi)部有過(guò)載保護(hù)、短路電流限制等電路。2.1.2 原理概述電源的電路方案中，使用了三個(gè)硅橋完成整流，經(jīng)變換后的電壓有三種，其電路形式如下：6. +5V電源設(shè)計(jì)圖2.2其中，AC9_5VB、AC9_5VA是變壓器的交流輸出，經(jīng)硅橋整流、濾波、穩(wěn)壓后輸出+5V電壓。7. +6V、-6V電源設(shè)計(jì)這兩路電源設(shè)計(jì)中，硅橋的使用方法與5V電源稍有不同，它使用一個(gè)硅橋整流輸出兩個(gè)路直流電壓，經(jīng)LM7806和7906后穩(wěn)壓到6V和-6V。電路形式如下圖所示：圖 2.3 需要說(shuō)明的一點(diǎn)是，這里使用了變壓器的三根線：兩根是輸出的交流電，另一根是零線，也即地線，它與電路板中的地線共地。8. +3V電源設(shè)計(jì)LM31

20、7的輸出電壓是由兩個(gè)電阻來(lái)決定的，輸出電壓與這兩個(gè)電阻間的關(guān)系表達(dá)式為：(式2-1)圖 2.4其中，R2這里選用的是可變電阻，通過(guò)改變R2的阻值即可調(diào)節(jié)輸出電壓的大小。在式2-1中，由于十分小，因此在計(jì)算時(shí)可忽略此項(xiàng)。2.2 信號(hào)調(diào)理電路 非接觸式電子體溫計(jì)的關(guān)鍵電路莫過(guò)于信號(hào)調(diào)理電路，TPS434的輸出電壓一般在0.71.5mV，十分的小。因此，如何在有噪聲干擾的環(huán)境下來(lái)放大微弱信號(hào)成了信號(hào)調(diào)理要解決的關(guān)鍵問(wèn)題。 2.2.1 前置放大電路系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)中選用了AD620這款高精度、性能優(yōu)越的運(yùn)算放大器，使這一問(wèn)題得到了很好的解決，其引腳分布如下圖所示：圖2.5TPS434有四引腳，其中引腳3、

21、引腳4與AD620共地，引腳1與AD620的正向輸入端相連，引腳2與AD620的負(fù)向輸入端相連。電路原理如下：圖 2.6其中，R1是用于調(diào)整AD620的增益，增益與R1的關(guān)系如下：(式2-2)2.2.2 次級(jí)調(diào)理電路微弱的電信號(hào)經(jīng)過(guò)前置放大電路大概50倍放大處理后，該信號(hào)大概有3575mV。經(jīng)次級(jí)調(diào)理電路放大后，該信號(hào)最大值應(yīng)不超過(guò)ADC的電源電壓，也即+5V。因此次級(jí)放大電路中，要合理地選擇外圍器件參數(shù)，以使信號(hào)放大到最佳狀態(tài)，供ADC轉(zhuǎn)換，進(jìn)而由單片機(jī)內(nèi)部的算法來(lái)獲取溫度值。此部分電路采用了TLC0820,它是一個(gè)擁有雙運(yùn)放的運(yùn)算放大器，其性能足以滿足次級(jí)調(diào)理電路的需求，電路原理如下圖所示

22、：圖 2.72.3 AD轉(zhuǎn)換電路AD轉(zhuǎn)換模塊中采用的器件是TLC0820AC，它是一個(gè)高速的8位并行模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其轉(zhuǎn)換時(shí)間最大不超過(guò)2.5us，可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)測(cè)量或是多次測(cè)量求平均以減少誤差，提高測(cè)量的精度，其引腳分布如下圖所示： 圖 2.8其中，REF+、REF-是參考電壓引腳，若REF-接地，則REF+與電源電壓相同，否則REF-接-2.5V，REF+接+2.5V。MODE是模式選擇引腳，當(dāng)此端為低時(shí)，處理讀模式，相反時(shí)則為讀寫(xiě)模式。2.3.1 ADC與MCU接口設(shè)計(jì) 由于TLC0820AC是一個(gè)并行的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，因此其與單片機(jī)的接口方式也是并行的。在該模塊設(shè)計(jì)中，使用了ADC的MODE=0的

23、讀模式，并且REF-接地，參考電壓為+5.0V，其接口電路如下圖2.9所示：圖2.9 其中，RD、WR分別與單片機(jī)的相應(yīng)的引腳相連，用于讀取轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)，D0D7分別與單片機(jī)的P0.0P0.7相連。2.3.2 TLC0820AC工作時(shí)序在這一小節(jié)中，簡(jiǎn)要地介紹一下TLC0820AC的操作時(shí)序，在系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中將作詳細(xì)的描述。TLC0820AC的時(shí)序如下：圖 2.10其中，CS是片選信號(hào)，當(dāng)CS為低電平時(shí)選中該器件，RD是讀信號(hào)，在RD的下降沿時(shí)將啟動(dòng)AD轉(zhuǎn)換，并在最多不超過(guò)2.5us內(nèi)完成轉(zhuǎn)換，之后便可讀取數(shù)據(jù)并送入單片機(jī)。2.4 圖形點(diǎn)陣式LCD顯示電路2.4.1 圖形點(diǎn)陣式LCD-1286

24、4概述12864液晶顯示模塊是12864點(diǎn)陣型液晶顯示模塊，可顯示各種字符及圖形，可與MCU直接相連，具有8位標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)總線、6條控制線以及電源線，其性能參數(shù)如下表所示：參數(shù)范圍工作電壓4.5V5.5V工作溫度 0 55 度保存溫度-3080度圖表 2.112.4.2 圖形點(diǎn)陣式LCD-12864與MCU接口設(shè)計(jì)12864有標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)總線，可以與MCU通信。在這里選用了并行數(shù)據(jù)傳輸模式，也即把12864的數(shù)據(jù)總線與單片機(jī)的P0口直接相連。在前面章節(jié)講述的TLC0820AC中，也將P0端口作為并行數(shù)據(jù)傳輸端口，在編程時(shí)要特別注意共用數(shù)據(jù)總線的問(wèn)題。12864與單片機(jī)的接口如下圖所示：圖 2.12

25、12864接口圖需要說(shuō)明的一點(diǎn)是：在圖2.12的右邊的兩個(gè)+5V電源是有其他用途的，這里使用了雙排插針，其中只使用左邊的一排。2.4.3 圖形點(diǎn)陣式LCD-12864驅(qū)動(dòng)方法12864提供了7種指令供用戶使用，這些指令包括顯示開(kāi)/關(guān)設(shè)置指令、設(shè)置顯示起始行指令、設(shè)置頁(yè)地址、設(shè)置行地址、狀態(tài)檢測(cè)、寫(xiě)顯示數(shù)據(jù)和讀顯示數(shù)據(jù)，下面作以詳細(xì)介紹。1、 設(shè)置顯示開(kāi)/關(guān) 功能：設(shè)置屏幕顯示開(kāi)/關(guān)。DB0=H,開(kāi)顯示;DB0=L,關(guān)顯示。不影響顯示RAM(DD RAM)中的內(nèi)容。2、 設(shè)置顯示起始行 功能：執(zhí)行該命令后，所設(shè)置的行將顯示在屏幕的第一行。顯示起始行是由Z地址計(jì)數(shù)器控制的，該命令自動(dòng)將A0A5伴地

26、址送入Z地址計(jì)數(shù)器，起始地址可以是063范圍內(nèi)任意一行。Z地址計(jì)數(shù)器具有循環(huán)計(jì)數(shù)功能，用于顯示行掃描同步，當(dāng)掃描一行后自動(dòng)加一。3、 設(shè)置頁(yè)地址 功能：執(zhí)行該指令后，下面的讀寫(xiě)操作將在指定頁(yè)內(nèi)，直到重新設(shè)置。頁(yè)地址就是DD RAM的行地址，頁(yè)地址存儲(chǔ)在X地址計(jì)數(shù)器中，A2A0可表示8頁(yè)，讀寫(xiě)數(shù)據(jù)對(duì)頁(yè)地址沒(méi)有影響，除本指令可改變頁(yè)地址外，復(fù)位信號(hào)可把頁(yè)地址計(jì)數(shù)器內(nèi)容清零。4、 設(shè)置行地址 功能：DD RAM的列地址存儲(chǔ)在Y地址計(jì)數(shù)器里，讀寫(xiě)數(shù)據(jù)對(duì)列地址有影響，在對(duì)DD RAM進(jìn)行讀寫(xiě)操作后，Y地址自動(dòng)加一。5、 狀態(tài)檢測(cè) 功能：讀忙信號(hào)標(biāo)志位BF、復(fù)位標(biāo)志位RST以及顯示狀態(tài)位ON/OFF。 B

27、F =H：內(nèi)部正在執(zhí)行操作; BF=L：空閑狀態(tài); RST =H：正處理復(fù)位初始化狀態(tài); RST=L：正常狀態(tài); ON/OFF=H：顯示關(guān)閉; ON/OFF=L：顯示開(kāi)。6、 寫(xiě)顯示數(shù)據(jù) 功能：寫(xiě)數(shù)據(jù)在DD RAM，DD RAM是存儲(chǔ)圖形顯示數(shù)據(jù)的，寫(xiě)指令執(zhí)行后Y地址計(jì)數(shù)器自動(dòng)加一。D7D0位數(shù)據(jù)為1表示顯示，數(shù)據(jù)為0表示不顯示。寫(xiě)數(shù)據(jù)到DD RAM前，要先執(zhí)行“設(shè)置頁(yè)地址”及“設(shè)置列地址”命令。7、 讀顯示數(shù)據(jù) 功能：從DD RAM中讀數(shù)據(jù)，讀指令執(zhí)行后Y地址計(jì)數(shù)器自動(dòng)加一，從DD RAM讀數(shù)據(jù)前要先執(zhí)行“設(shè)置頁(yè)地址”及“設(shè)置列地址”命令。2.5 語(yǔ)音播報(bào)電路2.5.1 ISD4003與MC

28、U接口設(shè)計(jì) ISD4003工作于SPI串行接口，SPI協(xié)議是一個(gè)同步串行數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議,協(xié)議假定微控制器的SPI移位寄存器在SCLK的下降沿動(dòng)作,因此對(duì)ISD4003而言,在時(shí)鐘止升沿鎖存MOSI引腳的數(shù)據(jù),在下降沿將數(shù)據(jù)送至MISO引腳。 ISD4003與單片機(jī)的接口電路如下圖所所：圖 2.13 ISD4003接口圖其中，SS、MOSI、MISO、RAC、SCLK、INT分別與單片機(jī)的P1.0,P1.1,P1.2，P1.3，P3.2相連。2.5.2 ISD4003驅(qū)動(dòng)方法ISD4003內(nèi)部有SPI串行傳輸總線，通過(guò)MOSI和MISO兩根線進(jìn)行數(shù)據(jù)的雙向傳送，具體的操作和實(shí)現(xiàn)方法在下面的系統(tǒng)軟件

29、設(shè)計(jì)中將作詳細(xì)描述。2.6 在線編程(ISP)電路2.6.1 ISP概述 ISP(In-System Programming)，即在系統(tǒng)可編程，它是指在可直接將用戶編寫(xiě)的可執(zhí)行的二進(jìn)制代碼或是十六進(jìn)制代碼直接寫(xiě)入器件中，而無(wú)需專(zhuān)門(mén)的燒錄器，也不需要將器件從電路板上取下來(lái)?？梢灶A(yù)言，ISP技術(shù)是未來(lái)單片機(jī)的發(fā)展方向。2.6.2 ISP電路與MCU接口設(shè)計(jì)本系統(tǒng)中所采用的ISP電路是在串口的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的，其電路原理如下：圖 2.14 ISP電路原理圖 使用一個(gè)電平轉(zhuǎn)換器件RS232和一個(gè)串口即可實(shí)現(xiàn)此功能，當(dāng)然所采用的單片機(jī)要支持ISP在系統(tǒng)可編程功能，本系統(tǒng)所采用的STC89C51就是很典型的一

30、款支持ISP 2.7 按鍵功能設(shè)計(jì)系統(tǒng)中設(shè)置了三個(gè)按鍵以完成對(duì)該儀器的操作，其中包括模式選擇鍵、測(cè)量鍵和復(fù)位鍵，其具體的功能描述如下。2.7.1 模式選擇功能模式選擇鍵用于選擇用戶使用儀器的方式，即是使用手動(dòng)測(cè)量方式還是自動(dòng)測(cè)量方式。在系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中，提供了兩種方式以適應(yīng)在不同場(chǎng)合的需求。在使用之前，應(yīng)該設(shè)置模式鍵以確定當(dāng)前的模式。2.7.2 測(cè)量功能測(cè)量鍵用于啟動(dòng)測(cè)量過(guò)程，并最終將測(cè)得的結(jié)果顯示或是播放給用戶。在系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中，還有一個(gè)用于擴(kuò)展系統(tǒng)功能的模塊，也即使用串口將測(cè)得的數(shù)據(jù)發(fā)送給終端以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)或是其他功能。2.7.3 復(fù)位功能復(fù)位鍵用于在系統(tǒng)出現(xiàn)故障或是程序跑飛時(shí)，使系統(tǒng)復(fù)位到

31、初始化狀態(tài)，以進(jìn)行體溫的測(cè)量。2.7.4輔助功能智能溫度計(jì)方便快捷的按鍵又可以輔助點(diǎn)擊并測(cè)量環(huán)境溫度、統(tǒng)計(jì)周?chē)^(guò)往人數(shù)、查看當(dāng)前日期等快捷的功能，此按鍵經(jīng)過(guò)程序系統(tǒng)化設(shè)計(jì)，使用簡(jiǎn)單方便，比其他同類(lèi)產(chǎn)品增加了更多的功能。按鍵經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，測(cè)試均可靈敏的反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了電子產(chǎn)品功能的多樣化、人性化、智能化、數(shù)字化、高效化、快捷化的結(jié)合和統(tǒng)一，由此給廣大使用者帶來(lái)了巨大的方便。第三章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)涉及了許多器件的驅(qū)動(dòng)，在基本器件驅(qū)動(dòng)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了手動(dòng)測(cè)量模式和自動(dòng)測(cè)量模式兩種適應(yīng)不同場(chǎng)合的需求的測(cè)量模式。系統(tǒng)中設(shè)置了三類(lèi)按鍵以供操作使用：模式選擇鍵用于模式選擇，測(cè)量鍵用于啟動(dòng)測(cè)量過(guò)程，復(fù)位鍵用

32、于系統(tǒng)復(fù)位。3.1 軟件工作流程系統(tǒng)軟件主要分為兩個(gè)模塊，即MODE=0和MODE=1,也即前面所講的手動(dòng)模式和自動(dòng)模式。軟件流程圖如下圖所示：統(tǒng)初始化系統(tǒng)上電YMODE=1N自動(dòng)測(cè)量模式手動(dòng)測(cè)溫模式信息提示&燈亮亮MEA=1NY測(cè)量,顯示,發(fā)送信息提示燈閃爍測(cè)量&顯示燈熄滅準(zhǔn)備下一次測(cè)量YNMEA=0圖3.1流程圖 3.2驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì) 在這一小節(jié)中，將會(huì)對(duì)系統(tǒng)中所采用的需要使用軟件來(lái)驅(qū)動(dòng)的器件的驅(qū)動(dòng)方法作以介紹，其中需要驅(qū)動(dòng)的器件有TLC0820AC，12864以及語(yǔ)音芯片等，下面將作詳細(xì)的描述。3.2.1 ADC - TLC0820AC驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)TLC0820AC是一個(gè)高速、并行8位AD轉(zhuǎn)換器，在本系統(tǒng)中采用的數(shù)據(jù)總線端口是P0口。該器件的操作時(shí)序如下圖所示：圖 3.2轉(zhuǎn)換器時(shí)序圖 圖3.2中所示的操作時(shí)序是TLC0820AC在Read模式下的，其中CS為片選信號(hào)，RD為讀信號(hào)，D0D7為數(shù)據(jù)，其驅(qū)動(dòng)步驟如下： 復(fù)位數(shù)據(jù)端口，即使P0=0xFF; 片選TLC0820AC，即使CS=0; 產(chǎn)生一個(gè)RD的下降沿以啟動(dòng)AD轉(zhuǎn)換; 最多不超過(guò)2.5us延時(shí); 把D7D0的