单片机智能体温计课程设计

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1、槪注评紀犬曝”ZHEJIANG NORMAL UNIVERSITY数理与信息工程学院单片机原理及应用期末课程设计题 目智能体温计 专 业：电子信息工程 班 级：电信 061 姓 名： 学 号： 指导教师： 成 绩： 名目第 1 节引言31.1 智能体温计概述31.2 本次设计要求41.3 系统主要功能4第 2 节系统主要硬件电路设计52.1 主要模块的设计方案论证52.1.1 温度传感器的选择52.1.2 A/D 转换器的选择52.1.3 语音提示模块52.2 总系统设计方案62.2.12.2.2系统设计框图6系统整体硬件电路62.3 系统硬件组成82. 3. 1电源电路模块82. 3.2 温

2、度检测和放大模块82. 3.3A/D 转换模块92.3. 4 温度设置、显示及报警电路模块102. 3.5串行通信模块102. 3.6 语音播放模块11第 3 节系统软件设计133.1 系统主程序设计133.2 程序清单14第 4 节完毕语24参考文献25智能体温计数理与信息工程学院 06 电子信息工程 陶如红指导教师：余水宝第 1 节引 言随着人们生活水平的不断提高 , 单片机把握无疑是人们追求的目标之一，它在日 用电子产品中的应用越来越广泛， 给人带来的便利也是不行否认的， 其中智能体温计 就是一个典型的例子，但人们对它的要求越来越高，要为现代人工作、科研、生活、 供给更好的更便利的设施就

3、需要从单片机技术入手， 一切向着数字化把握， 智能化控 制方向进展。传统的温度计有反响速度慢、读数麻烦、测量精度不高、误差大等缺点，温度传感器AD590 具有线性优良、性能稳定、灵敏度高、抗干扰力量强、使用便利等优点， 广泛应用于冰箱、 空调器、粮仓等日常生活中温度的测量和把握。 本论文利用集成温 度传感器 AD590 设计并制作了一款基于 AT89S52 的 3 位数码管显示的智能体温计，其 电路简洁，软硬件构造模块 化，易于实现。1.1 智能体温计概述随着时代的进步和进展，单片机技术已经普及到我们生活，工作，科研，各个领域，已经 成为一种比较成熟的技术 , 本文将介绍一种基于单片机把握的智

4、能体温。本智能体温计承受 AT89S52 作为核心器件实现对系统的自动把握，承受双单片 机串行处理构造。外界温度经 AD590 集成温度传感器采集，温度变化转换为线性电 压信号，再经由OP07 构成高精度低温漂的放大电路处理后，作为 ADC0809 的模拟 输入信号，由 ADC0809 完成A / D 转换，得到 8 位的数字信号送入单片机1AT89S52。单片机 1 将采集到温度值在 LED 数码管上显示出来， 也通过串口通 信将温度信号传到单片 2AT89S52 。此外温度预置， 报警电路模块功能也由单片机 1 完成。 单片机 2 完成温度值的语音播放功能。 通过系统的设计与实现说明本 设

5、计方案切实可以， 能够完成题目所要求的根本功能局部， 并留有相应的接口， 为完 成扩展功能打下根底。1.2 本次设计要求 单片机在日用电子产品中的应用越来越广泛， 温度则是人们日常生活中经常需要 测量和把握的一个量。本论文通过 AT89S52 单片机和温度传感器 AD590 从硬件和软件 两方面进展了设计。本次设计的设计要求：(1) 根本范围 0C-50 C；(2) 精度误差小于 0.1 C；(3) LED 数码直读显示； 扩展功能：( 1 )实现语音报温功能； ( 2)实现报警功能；1.3 系统主要功能本设计完成了以下功能：(1) 温度信号的采集与归一化处理；(2) A/D 转换；(3) 温

6、度值的显示，显示的误差与实际的温度值误差在 0.1 C 内； ( 4)语音播报温度与声音报警功能。第 2 节系统主要硬件电路设计2.1 主要模块的设计方案论证2.1.1 温度传感器的选择方案一 ：承受热敏电阻。热敏电阻价格廉价，对温度灵敏，原理简洁，但线性度不好，如不进展线性补偿，对于本设计归一化输出的要求，难以到达设计精度；如要对非线性进展补偿，则电路构造简单，难以调整。故不承受。方案二 ：承受热电偶。热电偶在测温范围内热电性质稳定， 不随时间变化而变化， 电阻温度系数小，导电率高，比热小，但热电偶一般体积较大，使用不便利，价格相对较高。作为 一个智能体温计的温度传感器，要求体积小，使用便利

7、，便于携带，故此方案不适宜。方案三 ：承受集成温度传感器。集成温度传感器一般且有具有线性好、精度高、 灵敏度高、体积小、使用便利等优点。依据试验室现有材料可选取AD590。AD590 的测温范围为-55 C+150C,能满足本设计的 050 度测量要求。依据相关技术资料： AD590 线性电流输出为 1 卩 A/K,正比于确定温度；AD590 的电源电压范围为 4V 30V,并可承受 44V 正向电压和 20V 反向电压，因而器件反接也不会被损坏。 该方案 能完全满足此设计的要求,故承受此方案。2.1.2 A D 转换器的选择方案一：选用 AD574。 AD574 的数字量位数可设成 8 位也

8、可以设为 12 位,且 无需外接CLOCK 寸钟，转换时间到达 25 卩s，输出模拟电压可以是单极性的 0 10V 或 0 20V,也可以是双极性的土 5V 或土 10V 之间。AD574 精度高，但与 8 位的单片 机接口较简单， 且价格昂贵，考虑到体温计是对温度的测量， 其响应时间的要求不高。 故不选用此方案。方案二：选用 ICL7135。这类芯片比较适合于低速测量仪器，适用于精度高，速 度要求不高的系统设计中。ICL7135 的输出为动态扫描 BCD 码，与单片机的接口较 简单。且它的满量程输入为 2V 电压，如在本设计中使用要进展衰减，较难保证转换精度。方案三：选用 ADC0809 A

9、DC0809 数字量是 8 位，转换时间为 100 卩s,输入模 拟电压为单极性的 0 5V。由于本设计的要求精度不是很高，ADC0809 可以到达要求， 应选用此方案。2.1.3 语音提示模块方案一：通过 A/D 转换器、单片机，存储器，DA 转换器实现声音信号的采样、 处理、存储和实现。首先将声音信号放大，通过AD 转换器采样将语音模拟信号转换成数字信号，并由单片机和处理存放到存储器中，实现录音操作。在录、放音过程中由单片机把握 D/A 转换器，将存储器中的数据转化成声音信号。此方案安装调试简单，集成度低。方案二：承受 ISD2560 语音录放集成电路。该芯片承受多电平直接模拟量存储专利技

10、术，每个采样值可直接存储在片内单个EEPROM 单元中，因此能够格外真实、自然地再现语音、音乐、音调和效果声。此外，ISD2560 还省去了 A/D 和 D/A 转换 器。其集成度较高，内部包括前置放大器、内部时钟、定时器、采样时钟、滤波器、 自动增益把握、规律把握、模拟收发器、解码器和480K 字节的 EEPROM ISD2560可不分段，也可按最小段长为单位来任意组合分段。因此，选择方案二。2. 2 总系统设计方案2.2.1 系统设计框图依据设计要求，可将系统分为假设干模块，以单片机为核心，完成多项功能。图 2-1 系统框图系统框图如图 2- 1, AD590 把采集的外部温度信号转换成相

11、应的电压，再经过 OP07 运放放大后作为 ADC0809 的模拟输入信号，ADC0809 将此模拟信号转换成数字信号， 通过并口送入到单片机 1。单片机 1 把这些信号处理后通过 LED 数码管显示出来。 同时单片机 1 还处理按键、报警模块。单片机1 把温度值通过串行通信传送给单片 机 2，把握语音芯片报出相对应的温度值。2.2.2 系统整体硬件电路如图 2-2 所示，该电路主要由电源电路，温度检测、放大电路，A/D 转换电路， 双单片机串行通信电路，按键输入、报警电路，数码管扫描显示电路以及语音芯片电路组成。图 2-2 系统电路原理图2.3 系统硬件组成2.3.1 电源电路模块图 2-3

12、 电源电压电路如图 2-3 所示，220V 沟通电经变压器市降压、桥式整流、电容滤波后经7805、7905 三端集成稳压管分别得到+ 12V、+5V、-5V 电压，给整个电路供电。2.3.2 温度检测、放大模块7812、图 2-4 AD590 温度检测、放大电路图如图 2-4 所示，温度检测、放大电路主要器件的作用： OP3 差分放大电路；AD590 温度传感器；SVR 零位调整。(1) AD590 简介AD590 是电流输出型的半导体温度感测组件，主要特性如下：1. 具有线性输出电流。OP1 OP2：电压跟随器;2. 宽广的操作温度范围(-55 C 150C )。3. 宽广的工作电压范围(+

13、4V+30V)。4. 良好的隔离性。AD590 的包装与等效电路如图 4 所示，是 TO-52 型金属外壳包装。他是两端子 的半导体温度感测组件，另有一端子是外壳接脚，可接地以削减噪声干扰。AD590 如同一个随温度而转变输出电流的定电流源，输出电流与外壳的开氏 (K) 温度成正比。开氏温度与摄氏温度的单位相等，0C 等于 273.2K , 100C 等于 373.2K。 当温度为 0 C 时，AD590 的输出电流是 273.2 卩 A。而温度为 100 C 时，输出电流是 373.2 卩 A。温度每上升 1 C,输出电流增加 1 卩A,其温度系数为 1 卩 A/C。(2) 温度检测、放大电

14、路原理AD590 的温度系数为 1 卩 A/C。所以在 T( C)时的电流 I1(T)为l1(T)=l1(0)+1 卩 A/C*T(2-1)而温度每变化 1 C 时，V2 的电压变化是为1 卩 A/ C *10K=10mV/C，即温度每增加1C，V2 会增加 10mV,在 0 C 时 V2 就已经有电压存在，其值为V2(0)=273.2 卩 A *10K?=2.732V(2-2)则T C 时V2 (T) =V2 (0) +10mV/C *T(2-3)如图 2-3 所示，OP3 组成差动放大器，电压增益为R2/R1=100K/20K=5(2-4)零位调整 SVR1 则用于抵补 0 C 的电压值，

15、由差动放大器的公式V0=R2/R1*(V2-V1)(2-5)可得知，假设调整 SVR1 使 V1 的电压为 2.732V，则 0 C 时，差动放大器的输出 VO 为 0V。 也就是说，假设温度是在 0 C 至 50C 之间，则差动放大器的输出电压是在 0V 至 5V 之 间，亦即每 0.1V 的输出代表温度上升 1 C。与设计要求相符合。2.3.3 A/D 转换模块如图 2-6 : ADC0809 把从放大电路传送过来的模拟信号转变成数字信号，并行传送给单片机的 P0 口，让单片机处理。L7FK PH PI2 PI3 PM F15 FK PI7vrcPHBPTd IHE PtI5PDi P -

16、fptrP3D P2! P23pa |*女P2Kifc -J7SIi WTrtXIREfTX2D q_?pNH0RD WRATWS5Z语音播放模块如图 2-9 所示。主要由单片机 AT89S51 与语音芯片 ISD2560 组 成。（1） 录音、放音简介图 2-9录音、放音电路图L2U3ppppppppm QIQ2rRFFPPFPPPD4LJ* 06on,EhT TDnp如图 2-9 所示，首先通过麦克风向语音 ISD256 录入“0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10, 点，度”等音符。当单片机 2 接收到单片机串行发送过来的温度值时，就会自动地去查找相对应音符的地址，并把这些音符通过

17、扬声器播放出来。（2） 硬件电路设计ISD 器件选用录音时间为 60s 的 ISD2560 器件，以单片机为处理机，外接把握 每个语音段录音开头与停顿按键，外部存储器 EEPROM 用于保存每个语音首地址。ISD 的外围电路及其与单片机连接的硬件电路如图 2-9 所示。ISD2560 与 AT89S52 的接口局部包含输入地址线 A0A9 片选 CE CE=0 选中 ISD 芯片、芯片低功耗状态把握 PD、录放音把握选择 P/R P/R=0 为录音；P/R=1 为 放音、录放音完毕信号输出 EOM，将它作为 AT89S51 外部中断 0 的输入信号，放音 时通过它告知本语音段完毕，便于单片机马

18、上播放另一个语音段。ISD2560 引脚封装如图 2-10 所示.AIJMD匚 1AIM匚2羁 M2匚 3A3/M3CZ4AWL匚A5M匚购幽匚A7C56?&2B =|VCCD27 OP/H26 nxcut25 =IRSfl2 ZIPS=iaan OVFM匸 9A9匚10AUXIN匚 11vsson畑匚SF+匚12131421 ANAour20 二 1 ANA14 nAscia ZIMCREF 17 TIMC1 ZIVbCAuZI5P-图 2-10ISD2560 管脚图(3) 本方法的特点能进展在系统现场录音，随录随放，修改语音便利。修改录音内容时，可以从其中任意一段开头，修改其后的全部录音内

19、容，不必从第一段开 始全部修改。这对一些需要厂家固定一些语音段的系统很有好处，将固定的语音段放置在前面的段落中，允许用户录制的放在后面， 用户修改录音内容时只需修改后面的语音段即可，不影响厂家录制的语音。 分段机敏。单片 ISD2560 可分 1 600 个段，假设多片级联还可更多；各个录音段的长度任意，只要总录音时间在所用器件的总时间之内 即可。3. 1 系统程序流程第 3 节系统的软件设计如图 3-1 :单片机 1 为主机，负责温度显示、按键扫描、 送数据给单片机 2。以定时器定时 1ms，每定时 100 次即 1 BCD 码转换，串行发送 2 进制数给单片机 2。BCD 码转换、串行发

20、秒钟就启动 A/D 转换、图 3-1 单片机 1 程序主流程图如图 3-2 , 3-3 所示：单片机 2 为从机，只负责接收数据并播报温度，以 TO 定 时器定时,结合延时程序定时 1 分钟，使每 1 分钟更一次语音音素地址， 即每 1 分钟更一次温度值，并在中断程序处理过程度中报一次温度。I串口中断J入口更温度数据返回图 3-2 单片机 2 程序主流程图图 3-33. 2 程序清单单片机 1 程序#in elude #in elude #i nclude vintrin s.h #define uchar un sig ned char #define uint un sig ned int

21、uchar code dis_code10=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0, 0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90; uchardata set_data3=0x00,0x07,0x03; uchar dataad_data;/A/ 0, 1,2, 3/ 4, 5, 6, 7, 8, 9, off/预设 37.0 度转换结果D/uchar data dis_buf3=0x00,0x00,0x00; uchar/ data bcd_buf3=0x00,0x00,0x00; uchar data TIMER0 NUM;显示缓冲区十进制 BCD 码转换存放bit TIM

22、ER0_flag; bit data set_flag=0; sbit ALE=P2A4;sbit OE=P2A5; sbit START=P2A6;sbit EOC=P2A7;sbit P30=P3A0; sbit select0=P3A7; sbit select1=P3A6; sbit select2=P3A5; sbit K1=P2A0;sbit K2=P2A1; sbit K3=P2A2; sbit K4=P2A3; sbit bep=P3A3;sbit SET_IND=P3A4;sbit P17=P1A7;/uint data temp;/*/* 函数声明void delay1ms

23、(uchar t); void adc(void);void BCD(void); void keyscan(void); void send_str(void); void beep(void); void display(void);/* /*按键蜂鸣函数void beep2(void) uchar data j,k; for(j=26;j0;j-)小数点for(k=254;k0;k-); bep=!bep;bep=1;*/* 蜂鸣报警void beep(void) uchar data j,k; for(j=100;j0;j-) for(k=254;k0;k-) bep=0; bep=1

24、; /关蜂鸣器*/* 延时 1ms 函数void delay1ms(uchar t) uchar j,k; for(j=0;jt;j+) for(k=0;kset_data2)beep;else if(bcd_buf2=set_data2)/等待转换完毕读入转换数据十位个位if(bcd_buf1set_data1)beep;/else if(bcd_buf1=set_data1)/小数位if(bcd_buf0set_data0)报警值检测beep;/*/* 键盘扫描函数/*/void keyscan(void)uchar data m;if(K1=0)/K1设置键for(m=0;m100;m+

25、) / display; if(K1=0) beep2; / set_flag=!set_flag; / if(set_flag=1) /延时 11ms按键时响一声设置标志位取反SET_IND=0; / if(K2=0)/K2:for(m=0;m100;m+) / display; if(K2=0)beep2; / set_data2+;if(set_data2=5) set_data2=0;if(K3=0) /K3:for(m=0;m100;m+) / display;假设设置键按下 , 则检测 K2-K4设置灯亮十位加 1延时 11ms按键时响一声if(K3=0) beep2; /set_

26、data1+; if(set_data1=10)set_data1=0;if(K4=0) /K4:for(m=0;m100;m+) / display; if(K4=0) beep2; /个位加 1延时 11ms按键时响一声小数位加 1延时 11msset_data0+;if(set_data0=10) set_data0=0;else SET_IND=1;/*/* 显示函数/*/ void display(void) if(set_flag)/dis_buf0=set_data0; dis_buf1=set_data1; dis_buf2=set_data2; else dis_buf0=b

27、cd_buf0; dis_buf1=bcd_buf1;/ dis_buf2=bcd_buf2;P1 = 0xff;/P1 = dis_codedis_buf0;select2=1;select1=1;select0=0; delay1ms(1); P1 = dis_codedis_buf1; select2=1;/ select1=0;select0=1;/P17=0;/delay1ms(1);/P1 = dis_codedis_buf2;/ select2=0;select1=1;select0=1;delay1ms(1); / /*/* 串口发送一个字符函数设置键按下 , 则显示设置的数值

28、否则显示温度值先关闭全部数码管小数显示代码传送到 P1 口位选延时 1ms个位显示代码传送到 P1 口延时 1ms十位显示代码传送到 P1 口延时 1msvoid send_str(void) SBUF = ad_data;/while(TI=0);/TI = 0;/* 主函数void main(void)串口发送 AD 转换温度值 等待数据传送 去除数据传送标志TMOD = 0x21; /定时器 1 工作于方式 2,8位自动重载模式用于产生波特率/ TH0=15536/256; TL0=15536%256; TH1 = 0xe1;TL1 = 0xe1;定时器 0 工作于方式 1, 产生 1s

29、 的 AD 间隔时间 /T0 定时 50ms/ 波特率 1000SCON = 0x50; PCON= 0x00; TI=0; EA = 1; ET0 = 1; ET1=0;TR1 = 1;TR0 = 1; while(1) display; keyscan; if(TIMER0_flag) TIMER0_flag=0; adc; BCD;send_str;/*T0 中断效劳程序/ 去除发送中断标志/ 开总中断/ 启动 T1/ 启动 T0/ 开 T0 中断设定串行口工作方式 1波特率不倍增/* 每秒钟 ADC 一次, 串口发送一次void timer0(void) interrupt 1TH0=

30、15536/256; / TL0=15536%256; TIMER0_NUM+; if(TIMER0_NUM=20) TIMER0_NUM=0;TIMER0_flag=1;重装初值单片机 2 程序#include #include #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned intuchar data bcd_buf3=0x00,0x00,0x00;/十进制 BCD 码转换存放区uchar code sound_add13=0x00,0x0a,0x14,0x1e,0x28,0x32,0x3c, 0x46,0x50,0x5

31、a,0x64,0x6e,0x78; /0,1,2,3,4,5,uchar data order6; uchar ad_data;uint TIMER_NUM; sbit EOM=P2A0; sbit PD=P2A1； sbit CE=P2A2; uchar i;uint data temp;/6,7,8,9,/“X/1十, 点, 度 存放地址 十X 点存放接收的 AD 转换数据分钟计时/*/*十进制 BCD 码转换函数/* void BCD(void)bcd_buf2=(ad_data/51);/十位temp=(ad_data%51); temp=(temp*10);bcd_buf1=(tem

32、p/51); / temp=(temp%51); temp=temp*10; bcd_buf0=(temp/51); /*/* 语音芯片报温度函数/* 调用一次报告一次温度I*void sound_play(void) _nop_;_nop_;PD=0; / for(i=0;i6;i+) uchar data n=0; P0=sound_addorderi;/CE=0; / _nop_;_nop_;CE=1; while(EOM); while(EOM=0);_nop_;_nop_;个位小数位节电把握端接低电平 , 正常工作开头播放/* /* 主函数I*void main(void) TMOD

33、 = 0x21;/TH1 =0xe1;/TL1 =0xe1;SCON= 0x50;/PCON= 0x00;/RI=0; EA = 1J/定时器 1 工作于方式 2,8用于产生波特率 . 定时器 0波特率为 1000设定串行口工作方式波特率不倍增去除接收中断标志/位自动重载模式 ,工作与方式 1, 用于 1s 定时开总中断ET0=1; ES=1;/PT0=1; TR0=1; TR1 = 1; while(1) B/C/D;order0=bcd_buf2; order1=0x0/a/T; 0 order2=bcd_buf1; order3=0x0b/;开 T0 中断 开串口中断 高优先级启动 T0

34、启动定时器 1order4=bcd_buf0; order5=0x0c/;/ /*/* 串口中断效劳程序/*/ void serial(void) interrupt 4 RI=0; ad_data=SBUF;RI=0; /*/*T0 中断效劳程序/*/void timer0(void) interrupt 1 TH0=0xec; /10ms TL0=0x78; TIMER_NUM+;if(TIMER_NUM=12022) / TIMER_NUM=0;sound_play;定时一分钟完毕语在学习单片机课程时，很多学问点虽然能理解，但到具体的电路设计与实现中， 会消灭很多一时无法理解的现象， 只

35、有通过不断的对自身实践动手力量的培育， 才能 用理论来指导实践，通过实践来进一步深入理解理论。从这次的课程设计中， 我真真正正的意识到， 在以后的学习中， 要理论联系实际， 把我们所学的理论学问用到实际当中， 学习单机片机更是如此， 程序只有在经常的写 与读的过程中才能提高。对于本次设计， 承受 2 片单片机虽然能完成设计要求， 但明显单片机 2 还有很多 I/O 口没有充分利用，对此，可以考虑通过单片机 1 进展并行 I/O 口扩展，如连接可 编程并行口 8255 芯片，这样既能省去一片单片机，削减本钱，降低功耗，还能削减因 2 片单片机串行通信而可能消灭的错误， 以及因 2 个晶振频率误差而可能产生串行 通信波特率的不同，因此我期望在下次的设计中能对此有所改进。参考文献1 李朝青 . 单片机原理及接口技术简明 . 杭州：北京航空航天大学出版社，2 胡汉才 . 单片机原理及系统设计 . 北京：清华大学出版社。 2022.013 王港元 . 电工电子实践指导 . 南昌：江西科学技术出版社 .2022.034 由集成温度传感器 AD590 构成的多温度测试系统 . 北京：电子技术应用 .20222022