基于51單片機(jī)的電子體溫計(jì)設(shè)計(jì)

1、 電子體溫計(jì)設(shè)計(jì)摘 要 本文設(shè)計(jì)一種基于單片機(jī)控制的電子體溫計(jì)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)測(cè)量顯示和語(yǔ)音播報(bào)與聲音報(bào)警的功能。主要由電源電路模塊，A/D轉(zhuǎn)換電路模塊，溫度控制模塊，自動(dòng)控制模塊，溫度設(shè)制、顯示及報(bào)警電路模塊，串行通信模塊和語(yǔ)音播放模塊組成。自動(dòng)控制模塊采用雙AT89S52構(gòu)成主從串行處理結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的自動(dòng)控制。溫度控制模塊選用AD590集成溫度傳感器來(lái)采集外界溫度，轉(zhuǎn)換為線性電壓信號(hào)。線性電壓經(jīng)由OP07構(gòu)成高精度低溫漂的放大電路處理后，由A/D轉(zhuǎn)換電路模塊中的ADC0809完成AD轉(zhuǎn)換，得到8位的數(shù)字信號(hào)送入自動(dòng)控制模塊的主機(jī)中。主機(jī)將采集到溫度值在LED數(shù)碼管上顯示出來(lái)，并通過(guò)串口通信將

2、溫度信號(hào)傳到從機(jī)。此外，主機(jī)完成溫度預(yù)制和報(bào)警電路模塊功能，從機(jī)完成溫度值的語(yǔ)音播放功能。關(guān)鍵詞 單片機(jī)； AD590； ADC0809； ISD25601 緒論溫度是存在于客觀世界的一個(gè)基本物理量，它與人類(lèi)的生活和生存有著密切的聯(lián)系。溫測(cè)量的歷史，可以追溯到l6世紀(jì)。當(dāng)時(shí)Saatorio用空氣熱膨脹的原理，制出了第一支測(cè)量口腔溫度的體溫計(jì)。本世紀(jì)初，開(kāi)始用水銀來(lái)制作體溫計(jì)，至今在臨床上得到了廣泛的應(yīng)用。根據(jù)1928年Ebstein的報(bào)告，當(dāng)時(shí)除測(cè)量口腔及腋下的溫度外，還可以測(cè)量直腸、頸部、大腿根部，外耳及尿溫。這些都是用被測(cè)皮膚溫度與玻璃球內(nèi)積存的水銀溫度相等的原理實(shí)現(xiàn)的。由于水銀體溫計(jì)使用

3、方便、精度高，因而應(yīng)用很廣。由于用水銀體溫計(jì)進(jìn)行體溫監(jiān)測(cè)很不方便，水銀的污染的可能也很?chē)?yán)重等，為了正確測(cè)量人體局部溫度，促使人們開(kāi)發(fā)了各種不同的測(cè)溫儀器和測(cè)溫方法?，F(xiàn)在已有許多醫(yī)院采用了電子體溫計(jì)，用其它電子儀器測(cè)量體溫也日益普及。電子溫度測(cè)量方式是隨著電子技術(shù)的興起而發(fā)展的一門(mén)學(xué)科。它利用材料隨溫度變化的參數(shù)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)1對(duì)溫度進(jìn)行測(cè)量。早期的電子溫度測(cè)量均采用模擬技術(shù)的方法，對(duì)傳感器的非線性補(bǔ)償采用分立式電路進(jìn)行各種方法的補(bǔ)償，線路復(fù)雜、體積龐大、可靠性低，應(yīng)用受到很大的制約，微電子技術(shù)的發(fā)展使這一希望逐步變成了現(xiàn)實(shí)?，F(xiàn)在數(shù)字集成電路技術(shù)和相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)處理理論相對(duì)成熟，開(kāi)發(fā)制造成本大幅下

4、降，為新一代電子體溫計(jì)的開(kāi)發(fā)創(chuàng)造了良好的先決條件，以數(shù)字技術(shù)為主要技術(shù)的新一代電子體溫計(jì)2,3又一次成為關(guān)注和研究的對(duì)象。因此，鑒于傳統(tǒng)的水銀體溫計(jì)汞的污染及其攜帶不方便易破碎，尤其是測(cè)量時(shí)間過(guò)長(zhǎng)等缺點(diǎn)，本課題設(shè)計(jì)出一種數(shù)字式電子體溫計(jì)。2 系統(tǒng)方案與論證2.1 方案論證與比較方案一：采用熱電偶溫差電路測(cè)溫，溫度檢測(cè)部分可以使用低溫?zé)崤?，熱電偶由兩個(gè)焊接在一起的異金屬導(dǎo)線所組成，通過(guò)將參考結(jié)點(diǎn)保持在已知溫度并測(cè)量該電壓，便可推斷出檢測(cè)結(jié)點(diǎn)的溫度。數(shù)據(jù)采集部分使用帶有A/D 通道的單片機(jī)，在將隨被測(cè)溫度變化的電壓或電流采集過(guò)來(lái)，進(jìn)行A/D 轉(zhuǎn)換后，就可以用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，在顯示電路上，就可

5、以將被測(cè)溫度顯示出來(lái)。系統(tǒng)包括對(duì)A/D的數(shù)據(jù)采集，溫度的顯示等，這幾項(xiàng)功能信號(hào)通過(guò)輸入輸出電路由單片機(jī)處理。4此外還有復(fù)位電路，晶振電路等?，F(xiàn)場(chǎng)輸入硬件有手動(dòng)復(fù)位鍵、A/D 轉(zhuǎn)換芯片，處理芯片為51 芯片，執(zhí)行機(jī)構(gòu)有數(shù)碼管、報(bào)警器等。系統(tǒng)框圖如圖 2-1所示。數(shù)碼管報(bào)警電路測(cè)溫點(diǎn)路晶振電路復(fù)位電路按鍵防抖動(dòng)單 片 機(jī)數(shù)據(jù)傳送圖 2-1 熱電偶溫差電路測(cè)溫系統(tǒng)框圖方案二：采用數(shù)字溫度芯片DS18B20 測(cè)量溫度，輸出信號(hào)全數(shù)字化。該系統(tǒng)利用單片機(jī)控制溫度傳感器DS18B20進(jìn)行實(shí)時(shí)溫度檢測(cè)并顯示，能夠?qū)崿F(xiàn)快速測(cè)量環(huán)境溫度，并可根據(jù)需要設(shè)定上下限報(bào)警溫度。該系統(tǒng)擴(kuò)展性非常強(qiáng)，在數(shù)據(jù)處理同時(shí)顯示時(shí)間

6、，利用鍵盤(pán)來(lái)進(jìn)行調(diào)時(shí)和溫度查詢(xún)，獲得的數(shù)據(jù)可通過(guò)MAX232芯片與RS232接口進(jìn)行串口通信，方便采集和整理時(shí)間溫度數(shù)據(jù)。系統(tǒng)框圖如圖 2-2所示。按鍵輸入電路驅(qū)動(dòng)電路報(bào)警電路測(cè)溫電路時(shí)鐘電路復(fù)位電路擴(kuò)展接口：對(duì)時(shí)間和溫度信息定點(diǎn)存儲(chǔ)，并與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換顯示電路單 片 機(jī)圖 2-2 DS18B20溫度測(cè)溫系統(tǒng)框圖方案三：外部溫度信號(hào)經(jīng)過(guò)集成溫度傳感器采集轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓信號(hào)，經(jīng)過(guò)信號(hào)放大后成為模擬輸入信號(hào)，AD將該模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，通過(guò)并口送入到主機(jī)。主機(jī)處理這些信號(hào)后通過(guò)LED數(shù)碼管顯示出來(lái)，同時(shí)還處理按鍵和報(bào)警模塊的程序。溫度值由主機(jī)通過(guò)串行通信傳送給聰機(jī)，從機(jī)控制語(yǔ)音芯片報(bào)出對(duì)

7、應(yīng)的溫度值。系統(tǒng)框圖如圖 2-3所示。放大電路AD溫度采集A/D轉(zhuǎn)換電路模塊鍵盤(pán)預(yù)制、報(bào)警電路模塊主機(jī)串行通信語(yǔ)音播放模塊從機(jī)顯示模塊圖 2-3 系統(tǒng)框圖2.2 方案選擇方案一：熱電偶在測(cè)溫范圍內(nèi)熱電性質(zhì)穩(wěn)定，比熱小，導(dǎo)電率高，但熱電偶的體積較大，使用不易，價(jià)格高5,6。而電子體溫計(jì)的溫度傳感器要求易用，方便攜帶，體積小，故不用采用。方案二：測(cè)溫裝置電路簡(jiǎn)單、精確度較高、實(shí)現(xiàn)方便，但DS18B20一般用于工業(yè)測(cè)溫度，故不采用。方案三：采用集成溫度傳感器。集成溫度傳感器一般且有具有線性好、精度高、靈敏度高、體積小、使用方便等優(yōu)點(diǎn)如上所述，故選用方案三來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)電子體溫計(jì)主要

8、由電源電路模塊，A/D轉(zhuǎn)換電路模塊，溫度控制模塊，自動(dòng)控制模塊，溫度設(shè)制、顯示及報(bào)警電路模塊，串行通信模塊和語(yǔ)音播放模塊組成。3.1 自動(dòng)控制模塊 3.1.1 單片機(jī)的概述 單片機(jī)，又稱(chēng)為微控制器。是一種集成在電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)時(shí)器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D 轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)7,8。單片機(jī)的主要特點(diǎn)：有優(yōu)異的性能價(jià)格比；集成度高、體積小、可靠性高；控制功能強(qiáng)；低電壓、低功耗。單片機(jī)的主要

9、應(yīng)用領(lǐng)域有:工業(yè)控制、儀器儀表、電信技術(shù)、辦公自動(dòng)化和計(jì)算機(jī)外部設(shè)備、汽車(chē)和節(jié)能、制導(dǎo)和導(dǎo)航等。9,10 3.1.2 AT89S52芯片自動(dòng)控制模塊選用AT89S52，它是一種低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲(chǔ)器。使用Atmel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52在眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。11 (1) 標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash,256字節(jié)RAM,32位I/

10、O口線，看門(mén)狗定時(shí)器，2個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，AT89S52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下,RAM內(nèi)容被保存,振蕩器被凍結(jié),單片機(jī)一切工作停止,直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。 (2) 在外部結(jié)構(gòu)上,AT89S52單片機(jī)和MCS-51系列單片機(jī)的結(jié)構(gòu)相同，有三種封裝形式，分別是PDIP形式，為40針腳；PLCC形式，為44針腳；TAFP形式，也為44針腳。其中，常用的為PDIP形式，如圖3-1所示。圖3-1

11、 AT89S52的引腳圖3.2串行通信模塊 串行通信模塊的主要功能是主機(jī)把溫度值數(shù)據(jù)發(fā)送到從機(jī),從機(jī)接收數(shù)據(jù)并控制語(yǔ)音芯片報(bào)出當(dāng)前的溫度值。主機(jī)與從機(jī)串行通信電路圖如圖3-2所示。 圖3-2 主機(jī)與從機(jī)串行通信電路圖3.3 電源電路模塊如圖3-3所示，220V交流電經(jīng)變壓器降壓、橋式整流、電容濾波后由7905、7805、7812三端集成穩(wěn)壓管分別得到-5V、+5V、12V電壓，整個(gè)系統(tǒng)供電。圖3-3 電源電路圖3.4 溫度控制模塊溫度控制模塊選用AD590，主要功能是負(fù)責(zé)采集溫度，把溫度值進(jìn)過(guò)放大后傳送給A/D轉(zhuǎn)換電路模塊3.4.1 AD590概述 集成溫度傳感器AD590 是美國(guó)模擬器件公司

12、生產(chǎn)的集成兩端感溫電流源。AD590 屬于電流型集成溫度傳感器，電流型集成溫度傳感器是一個(gè)輸出電流與溫度成比例的電流源，由于電流很容易變換成電壓，故使用十分方便。AD590 集成溫度傳感器的輸出電流是整個(gè)電路的電源電流，而這個(gè)電流與施加在這個(gè)電路上的電源電壓幾乎無(wú)關(guān)。12,13 AD590主要特性如下： (1) 具有線性輸出電流。 (2) 寬廣的操作溫度范圍(-55150)。 (3) 寬廣的工作電壓范圍(+4V+30V)。 (4) 良好的隔離性。 AD590的包裝與等效電路如圖3-4所示。圖3-4 AD590外形及符號(hào)AD590是電流型溫度傳感器，通過(guò)對(duì)電流的測(cè)量可得到所需要的溫度值。根據(jù)特性

13、分擋，AD590的后綴以I，J，K，L，M表示。AD590L，AD590M一般用于精密溫度測(cè)量電路，它采用金屬殼3腳封裝，其中1腳為電源正端V；2腳為電流輸出端I0；3腳為管殼，一般不用。它是兩端子的半導(dǎo)體溫度感測(cè)組件，另有一端子是外殼接腳，可接地以減少噪聲干擾。AD590如同一個(gè)隨溫度而改變輸出電流的定電流源，輸出電流與外殼的開(kāi)氏(K)溫度成正比。開(kāi)氏溫度與攝氏溫度的單位相等，0等于273.2K，100等于373.2K。當(dāng)溫度為0時(shí)，AD590的輸出電流是273.2A。而溫度為100時(shí)，輸出電流是373.2A。溫度每升高1，輸出電流增加1A，及溫度系數(shù)為1 A/。3.4.2 溫度檢測(cè)、放大電

14、路原理AD590當(dāng)溫度增加1時(shí)，其輸出電流會(huì)增加1A。即AD590的溫度系數(shù)為1A/。所以在T()時(shí)的電流I1(T)為 （式3.1）而溫度每變化1時(shí)，V2的電壓變化是為 （式3.2） 表示溫度每增加1，V2會(huì)增加10mV。在0時(shí)V2就已經(jīng)有電壓存在，其值為 （式3.3） 則T()時(shí) ， （式3.4）如圖3-3所示，OP3組成差動(dòng)放大器，電壓增益為 （式3.5）零位調(diào)整SVR1則用于抵補(bǔ)0的電壓值，由差動(dòng)放大器的公式 （式3.6）可得知，若調(diào)整SVR1使V1的電壓為2.732V，則0時(shí)，差動(dòng)放大器的輸出VO為0V。也就是說(shuō)，若溫度是在0至50之間，則差動(dòng)放大器的輸出電壓是在0V至5V之間，亦即每

15、0.1V的輸出代表溫度上升1。與設(shè)計(jì)要求相符合。3.4.3 溫度檢測(cè)與放大電路該模塊的主要功能是實(shí)時(shí)檢測(cè)溫度并轉(zhuǎn)換放大，傳送給A/D轉(zhuǎn)換電路。溫度檢測(cè)、放大電路主要器件的作用：OP1:設(shè)置溫度閥值；OP2：采集AD590轉(zhuǎn)換溫度數(shù)據(jù)；OP3：完成A/D數(shù)模轉(zhuǎn)換所需的模擬信號(hào)輸入；AD590：溫度傳感器；SVR：零位調(diào)整。如圖3-5所示。圖3-5 AD590溫度檢測(cè)、放大電路圖3.5 A/D轉(zhuǎn)換電路模塊A/D轉(zhuǎn)換電路模塊選用ADC0809，其功能是從溫度控制模塊接受數(shù)據(jù)后，經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換，把模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量傳送給主機(jī)進(jìn)行處理。3.5.1 ADC0809概述 ADC0809是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生

16、產(chǎn)的CMOS工藝8通道，8位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器。其內(nèi)部有一個(gè)8通道多路開(kāi)關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號(hào)，只選通8路模擬輸入信號(hào)中的一個(gè)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。是目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用最廣泛的8位通用A/D芯片14,15 （1）主要性能特點(diǎn) 8路8位A/D轉(zhuǎn)換器，即分辨率8位 具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫?轉(zhuǎn)換時(shí)間為100s 單個(gè)5V電源供電 模擬輸入電壓范圍05V，不需零點(diǎn)和滿(mǎn)刻度校準(zhǔn) 工作溫度范圍為-4085攝氏度 低功耗，約15mW （2）引腳特性IN0-IN7：8條模擬量輸入通道 ADC0809對(duì)輸入模擬量要求：信號(hào)單極性，電壓范圍是0-5V，若信號(hào)太小，必須進(jìn)行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過(guò)程中應(yīng)該保持不變

17、，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。 地址輸入和控制線：4條 ALE為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當(dāng)ALE線為高電平時(shí)，地址鎖存與譯碼器將A、B、C三條地址線的地址信號(hào)進(jìn)行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通.的模擬量進(jìn)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。A、B和C為地址輸入線，用于選通IN0-IN7上的一路模擬量輸入。數(shù)字量輸出及控制線：11條。ADC通道選擇表如表3-1所示。表3-1 ADC0809通擇表CBA選擇的通道000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7ST為轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)。當(dāng)ST上跳沿時(shí)，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時(shí)，開(kāi)始進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；在

18、轉(zhuǎn)換期間，ST應(yīng)保持低電平。EOC為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。當(dāng)EOC為高電平時(shí)，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。OE為輸出允許信號(hào)，用于控制三條輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)；OE0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。D7-D0為數(shù)字量輸出線。 CLK為時(shí)鐘輸入信號(hào)線。ADC0809的內(nèi)部沒(méi)有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號(hào)必須由外界提供，通常使用頻率為500KHZ。3.5.2 A/D轉(zhuǎn)換電路圖如圖3-6所示，ADC0809把從放大電路傳送過(guò)來(lái)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào)，并行傳送給單片機(jī)的P0口，讓單片機(jī)處理。圖3-6 A/D轉(zhuǎn)換電路圖3.6溫度設(shè)制、顯示及報(bào)警電路模塊該模塊通過(guò)按

19、鍵可事先設(shè)置報(bào)警溫度值，當(dāng)顯示的溫度值超過(guò)設(shè)定的溫度值時(shí)，單片機(jī)會(huì)從INT0腳發(fā)出一連串脈沖，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲。數(shù)據(jù)用3位LED顯示3.6.1 LED顯示器簡(jiǎn)介在顯示系統(tǒng)中，使用的顯示器件主要有LED發(fā)光二極管，LCD液晶顯示器，近年來(lái)也有使用簡(jiǎn)易形式的CRT接口，其中LED顯示器最為常見(jiàn)，具有成本低廉、配置靈活、與單片機(jī)的接口簡(jiǎn)單方便、易于編程等特點(diǎn)，在低端領(lǐng)域使用廣泛， LCD液晶顯示器多用于高端場(chǎng)合。在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，采用LED顯示器。LED顯示器是由發(fā)光二極管顯示字段促成的器件，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中通常使用的是七段LED，這種顯示器分共陰極和共陽(yáng)極兩種。其結(jié)構(gòu)圖如下圖3-7所示。 a）

20、共陰極 (b)共陽(yáng)極 (c)結(jié)構(gòu)圖圖3-7 3位LED結(jié)構(gòu)圖共陰極LED數(shù)碼管的發(fā)光二極管的陰極接地，當(dāng)發(fā)光二極管的陽(yáng)極為高電平時(shí)，發(fā)光二極管點(diǎn)亮；共陽(yáng)極LED數(shù)碼管的發(fā)光二極管的陽(yáng)極接+5V電源。N位的LED顯示器有N根位選線和8N根段選線，位選線控制顯示位的亮和暗，段選線控制字符的選擇。LED顯示器有兩種顯示方式靜態(tài)顯示方式和動(dòng)態(tài)顯示方式。在靜態(tài)工作方式下，共陰極接地或者共陽(yáng)極接5V，每一位的段選線（ag，dp）與一個(gè)8位的并行I/O口相連。在動(dòng)態(tài)工作方式中，要將所有位的段選線并接在一個(gè)I/O口上，共陰極或共陽(yáng)極分別由相應(yīng)的I/O口線控制。由于每一位的段選線都接在一個(gè)I/O口上，所以每送一

21、個(gè)段選碼，各位顯示器都顯示同一個(gè)字符，這樣的顯示器是不能用的，解決方法是利用人的視覺(jué)滯留，從段選線I/O口上按位次分別送顯示字符的段選碼，在位選控制口也按相應(yīng)的次序分別選通相應(yīng)的顯示位（共陰極送低電平，共陽(yáng)極送高電平），選通位就顯示相應(yīng)字符，并保持幾毫秒的延時(shí)，未選通位不顯示字符（熄滅），這樣對(duì)各位的顯示就是一個(gè)循環(huán)的過(guò)程。由于人的視覺(jué)滯留，這種動(dòng)態(tài)變化是觀察不到的，從效果看，各位顯示器能連續(xù)而穩(wěn)定的顯示不同字符。在實(shí)際使用中，多使用動(dòng)態(tài)顯示16方式。3.6.2 電路圖如圖3-8所示。圖3-8 溫度設(shè)制、顯示及報(bào)警電路圖3.7 語(yǔ)音播放模塊語(yǔ)音播放模塊采用采用ISD2560語(yǔ)音錄放集成電路，其

22、功能是進(jìn)行語(yǔ)音提示。3.7.1 ISD2650概述 （1） ISD2560是DIP器件封裝，有28腳，如圖3-9所示。圖3-9 ISD2560管腳圖 各引腳功能如下： 腳1腳7： A0/M0A6/M6地址/模式選擇； 腳8腳10： A7A9輸入地址線 ； 腳11： AUX IN輔助輸入； 腳12、腳13： VSSD、VSSA數(shù)字地和模擬地； 腳14、腳15： SP 、SP-揚(yáng)聲器輸出； 腳16： VCCA模擬信號(hào)電源正極； 腳17、腳18： M IC、MIC REF 麥克風(fēng)輸入端和輸入?yún)⒖级?； 腳19： AGC自動(dòng)增益控制； 腳20、腳21： ANA IN、ANA OUT 模擬信號(hào)輸入和輸出

23、； 腳22： OUF 溢出； 腳23： CE 片選（低電平允許芯片工作）； 腳24： PD 芯片低功耗狀態(tài)控制； 腳25： EOM 錄放音結(jié)束信號(hào)輸出； 腳26： XCLK 外部時(shí)鐘； 腳27： P/R 錄/放控制選擇； 腳28： VCCD 數(shù)字信號(hào)電源正極；（2）工作原理：ISD2560內(nèi)部存儲(chǔ)單元EEPROM均勻分為600行，有600個(gè)地址單元，每個(gè)地址單元指向其中一行，每一個(gè)地址單元分辨率為100ms 。ISD2560有10個(gè)地址輸入端A0A9，錄址能力達(dá)1024位，地址空間為01023。其分配情況是：地址0299作為分段用，地址600767未使用，地址7681023為工作模式選擇（即A

24、8、A9都為高）。當(dāng)最高位地址A8、A9都為高電平時(shí)（地址7681023），地址端A0A6就作為工作模式選擇端M0M6，對(duì)應(yīng)7種工作模式。當(dāng)A8、A9不都為高時(shí)（地址0599），只需在分段錄、放音操作前（不少于300ns）給地址A0A9賦值，操作就從該地址開(kāi)始。17 ISD2560將EEPROM分為600個(gè)信息段，每段800個(gè)字節(jié)。作為一個(gè)整體單位進(jìn)行尋址和控制，應(yīng)給每個(gè)信息段分配一個(gè)供外部控制的地址。每個(gè)語(yǔ)音段的尾部自動(dòng)增加一個(gè)結(jié)束標(biāo)志EOM，組合放音時(shí)，通過(guò)檢測(cè)EOM來(lái)控制各語(yǔ)音段的結(jié)束和下一段的開(kāi)始。 每個(gè)信息段錄放音時(shí)間等于總時(shí)間除以600。例如ISD2560總時(shí)間為60s，每個(gè)信息段

25、的錄放音時(shí)間為100ms。故可利用該時(shí)間長(zhǎng)度作為一個(gè)段地址，通過(guò)單片機(jī)定時(shí)器的計(jì)時(shí)平行地映射信息段的地址，得到每段錄音的起始地址。這樣，就需設(shè)置一個(gè)地址計(jì)數(shù)器。一般錄音從0地址開(kāi)始，首先通過(guò)CPU將它賦給A0A9，然后通過(guò)單片機(jī)控制ISD啟動(dòng)錄音，同時(shí)啟動(dòng)單片機(jī)的定時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)，每到一個(gè)信息段的時(shí)間，就給地址計(jì)數(shù)加1。當(dāng)單片機(jī)停止控制ISD錄音時(shí)，同時(shí)停止定時(shí)器計(jì)時(shí)。此時(shí)地址計(jì)數(shù)器的值即為該段語(yǔ)音的未地址，加1即為下一段語(yǔ)音首地址，并將它存在EEPROM中，為下一將放音提供地址信息。通過(guò)CPU將該地址賦給A0A9，即可錄制下一段語(yǔ)音。依次下去，即可在錄制完所有語(yǔ)音段的同時(shí)得到各段的起始地址。若

26、不是從0地址開(kāi)始的語(yǔ)音段，需將初始地址賦給A0A9，加上地址計(jì)數(shù)器的值，可得到語(yǔ)音段的末地址。3.7.2 電路原理圖語(yǔ)音播放模塊如圖3-10所示，主要由單片機(jī)AT89S52與語(yǔ)音芯片ISD2560組成。圖3-10 錄音、放音電路圖4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)程序流程圖圖4-1為主機(jī)程序流程圖，主要功能是顯示溫度、按鍵掃描、BCD碼轉(zhuǎn)換、串行發(fā)送數(shù)據(jù)給從機(jī)。定時(shí)器定時(shí)1ms，每定時(shí)100次即1秒鐘就啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換程序、BCD碼轉(zhuǎn)換程序，串行發(fā)送二進(jìn)制數(shù)給從機(jī)。圖4-2為從機(jī)程序流程圖，負(fù)責(zé)接收數(shù)據(jù)并且播報(bào)相應(yīng)的溫度值，T0定時(shí)器定時(shí)，結(jié)合延時(shí)程序定時(shí)1分鐘，使每1分鐘更新一次語(yǔ)音音素地址，即每1分

27、鐘更新一次溫度值 ，并在中斷程序處理過(guò)程度中播報(bào)一次溫度。開(kāi)始顯示溫度啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換按鍵掃描初始化BCD碼轉(zhuǎn)換串行發(fā)送1秒鐘到否NY開(kāi)始初始化二進(jìn)制轉(zhuǎn)十進(jìn)制BCD碼1分鐘到否播報(bào)一次溫度串口中斷入口返回更新溫度數(shù)據(jù)YN圖4-1 主機(jī)程序流程圖 圖4-2 從機(jī)程序流程圖4.2子程序流程圖T0中端人口計(jì)數(shù)變量清零Y播報(bào)一次溫度N返回1分鐘到否 圖4-3 從機(jī)的T0中斷程序流程圖5 系統(tǒng)測(cè)試5.1硬件測(cè)試 5.1.1 單元模塊測(cè)試 （1）電源測(cè)試：用數(shù)字萬(wàn)用表電壓檔測(cè)量各三端穩(wěn)壓管輸出的電壓值是否正常。測(cè)試相關(guān)測(cè)試點(diǎn)，三路電壓正常。 （2） 溫度采集模塊的測(cè)試：調(diào)節(jié)溫度變化，測(cè)試點(diǎn)的電壓值是否有相對(duì)

28、應(yīng)的改變。當(dāng)溫度變化時(shí)，測(cè)試點(diǎn)的電壓與溫度之間的線性關(guān)系比較好，如表所示。 （3）A/D 轉(zhuǎn)換模塊的測(cè)試：當(dāng)輸入為0V 和5V 以及中間若干電壓輸入時(shí)，測(cè)試A/D轉(zhuǎn)換是否正常。測(cè)試發(fā)現(xiàn)當(dāng)輸入為0V 時(shí)，ADC0809 的輸出為00H，為+5V 時(shí)為0FFH，當(dāng)輸入為2.5V 時(shí)，輸出為0EFH，測(cè)試結(jié)果表明A/D 轉(zhuǎn)換的功能完全實(shí)現(xiàn)。 （4）語(yǔ)音播放?？斓臏y(cè)試：通過(guò)撥碼開(kāi)關(guān)人工給語(yǔ)音芯片選地址，測(cè)試不同的地址是否有不同的發(fā)音，以檢驗(yàn)語(yǔ)音是否正確錄入及能否正常播放。根據(jù)設(shè)定，將12個(gè)語(yǔ)音信號(hào)分別放到指定的行地址上，當(dāng)按相應(yīng)的行地址撥開(kāi)關(guān)給ISD2560 時(shí)，能夠正常播放設(shè)定的12個(gè)語(yǔ)音，說(shuō)明語(yǔ)音

29、芯片的錄用存貯工作成功。接入系統(tǒng)，編程輸出相應(yīng)的行地址，ISD2560能夠正常播放各個(gè)語(yǔ)音，說(shuō)明語(yǔ)音播放?？斓挠布O(shè)計(jì)可行。 5.1.2 系統(tǒng)整體測(cè)試測(cè)試方法以水溫代替人的體溫，用一根水銀溫度計(jì)與所制作的體溫計(jì)探頭（捆綁）同時(shí)接觸被測(cè)熱水的同一點(diǎn)。（1）準(zhǔn)備一杯0攝氏度的冰水混合物和一杯熱水。從0度開(kāi)始記錄測(cè)試點(diǎn)的電壓值與溫度計(jì)對(duì)比較。記完一個(gè)數(shù)后，往杯中加熱水，這樣，每測(cè)一次，記錄一次數(shù)據(jù)，再加一次熱水，這樣使水溫漸漸升高，一直測(cè)到水溫為50攝氏度。 （2）檢測(cè)水溫高于50 攝氏度時(shí)測(cè)試點(diǎn)的電壓值?？词欠駷?V。結(jié)果顯示為+5V，說(shuō)明保護(hù)電路可行。5.2 軟件測(cè)試將各功能子程序進(jìn)行KAIL

30、C系統(tǒng)進(jìn)行軟件仿真，全部通過(guò)，再進(jìn)行硬件仿真，也能全部實(shí)現(xiàn)所要求實(shí)現(xiàn)的功能。 （1）數(shù)碼管顯示的測(cè)試：把放大器的輸出連接到ADC0809的輸入端，ADC0809 與單片機(jī)相連接，觀察數(shù)碼管顯示的數(shù)值是否與測(cè)試點(diǎn)所測(cè)值成歸一化關(guān)系。 （2）雙機(jī)串行通信測(cè)試：主機(jī)發(fā)送一個(gè)8位二進(jìn)制數(shù)，用示波器觀察從機(jī)是否接收到。5.3 硬件與軟件的聯(lián)機(jī)測(cè)試 將把程序經(jīng)編譯、下載到相應(yīng)的AT89S51 芯片中，構(gòu)建電路測(cè)試，比較數(shù)碼管顯示的數(shù)值與溫度計(jì)的值和測(cè)試點(diǎn)的值。5.4 測(cè)試數(shù)據(jù)和結(jié)果分析5.4.1 測(cè)試數(shù)據(jù)按照前述的測(cè)試方法，取得到測(cè)試結(jié)果如表5-1所示。表5-1 數(shù)碼顯示與測(cè)試點(diǎn)電壓隨溫度變化關(guān)系溫度值（

31、攝氏度）數(shù)碼管顯示值測(cè)試點(diǎn)電壓值（V）000.00.010.010.01.00119.019.01.90338.138.13.82047.847.84.80060.150.05.0035.4.2 結(jié)果分析根據(jù)上述測(cè)試結(jié)果，此系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基本取得成功。智能體溫計(jì)的測(cè)量范圍在,在測(cè)試溫度方面有一定的成效，測(cè)試誤差較小，通過(guò)表5-1的數(shù)據(jù)比較，顯示的誤差與實(shí)際的溫度值誤差在內(nèi)。數(shù)碼管顯示的數(shù)值是否與測(cè)試點(diǎn)所測(cè)值成歸一化關(guān)系。6 結(jié)論 本次設(shè)計(jì)采用AT89S52作為核心器件實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的自動(dòng)控制，采用雙單片機(jī)串行處理結(jié)構(gòu)。AD590集成溫度傳感器采集外界溫度，并將溫度變化轉(zhuǎn)換為線性電壓信號(hào)。線性電壓經(jīng)由O

32、P07構(gòu)成高精度低溫漂的放大電路處理后，作為ADC0809的模擬輸入信號(hào)，由ADC0809完成AD轉(zhuǎn)換，得到8位的數(shù)字信號(hào)送入主機(jī)（AT89S52）。主機(jī)將采集到溫度值在LED數(shù)碼管上顯示出來(lái)，并通過(guò)串口通信將溫度信號(hào)傳到單從機(jī)（AT89S52）。此外，主機(jī)完成溫度預(yù)制和報(bào)警電路模塊功能，主機(jī)完成溫度值的語(yǔ)音播放功能。比起水銀體溫計(jì)，電子體溫計(jì)利用電子感溫，靈敏度高，適合無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間安靜的兒童，且能在較短的時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)確測(cè)試出體溫，溫度播報(bào)時(shí)間可快至1min。它的測(cè)量精度可達(dá)0.1，LED直接顯示體溫?cái)?shù)值。參考文獻(xiàn)1 無(wú)銘基于89S52單片機(jī)的電子體溫計(jì)J電子制作，2008，(1)2 沙占友智能溫度

33、傳感器的發(fā)展趨勢(shì)J電子技術(shù)應(yīng)用，2005，(5)：6-73 莊春生，楊杰，劉宏偉新型智能電子體溫計(jì)的研究J河南科學(xué)，2004，22（6）4 王港元電工電子實(shí)踐指導(dǎo)M南昌：江西科學(xué)技術(shù)出版社，20055 支長(zhǎng)義，程志平，焦留成語(yǔ)音智能電子體溫計(jì)設(shè)計(jì)J微計(jì)算機(jī)信息，2007，23(1)6 金偉正單線數(shù)字溫度傳感器的原理及應(yīng)用J.電子技術(shù)應(yīng)用，2000，(6)7 柴衛(wèi)華，何文昌，孫慶安新型數(shù)字溫度傳感器DS18B20組成的溫度巡檢系統(tǒng)J傳感器世界，2001，(1)：458 李朝青單片機(jī)原理及接口技術(shù)(第1版)M北京：北京航空航于大學(xué)出版社，1999，（3）9 胡漢才單片機(jī)原理及系統(tǒng)設(shè)計(jì)M北京：清華大

34、學(xué)出版社，2001第一版10 孫育才單片微型計(jì)算機(jī)及其應(yīng)用M上海：東南大學(xué)出版社，200411 全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽組委會(huì)第五屆全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)獲獎(jiǎng)作品選編M北京：北京理工大學(xué)出版社，2003，(1)12 汪涵才集成溫度傳感器AD590構(gòu)成多溫度測(cè)試系統(tǒng)J電子技術(shù)應(yīng)用，1998，(6)，7-1313 馬凈，李曉光，寧偉幾種常用溫度傳感器的原理及發(fā)展J中國(guó)儀器儀表，2004，(6)：1-214 W.Wjciak，NAPIERALSKI AAn analogue temperature sensor integrated in the CMOStechnology.In:Proc.THERM

35、INIC95 WorkshopR，F(xiàn)rance:Grenoble，1995：15-20，25-2615 V.Szkely,RENCA M.CMOS temperature sensors and built-in test circuitry for thermal testing of ICs.Sensors and Actuators AJ，1998，71：10-1816 謝自美電子線路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試M.武漢：華中科技大學(xué)出版社，200017 P.Miribel-Catal,E.Montan.MOSFET-based temperature sensor for standard BCD s

36、mart power technology.Microelectronics JournalJ，2001，32：869-873Electronic thermometers designZhao Zhixiang(Department of Physics , Dezhou University , Dezhou,)Abstract As the era of progress and development, microcontroller technology has spread to our life, work, scientific research, etc, has becom

37、e a more mature technology, this paper introduces a kind of based on single chip microcomputer control, the electronic thermometers AT89S52 as the core device implements to the system automatic control, adopt double microcontroller serial processing structure. AD590 temperature sensors to collect ou

38、tside temperature integrated, and temperature change converted to linear voltages. OP07 constitutes high precision linear voltage temperature drift through the amplifier circuit, as ADC0809 after treatment by the analog input signal, ADC0809 finish A/D conversion, get eight digital signals into AT89

39、S52 SCM (1). SCM 1 temperature collected in LED digital display, and tube through serial communication will temperature signals to single Keywords Microcontroller； AD590； ADC0809； ISD2560 致 謝在論文完成之即，我要感謝我的導(dǎo)師張秀梅老師在論文題目的選定、研究方案的制定以及后期論文的修改工作中給出了許多寶貴的建議，并且給予了我極大的關(guān)心和幫助。沒(méi)有張老師的幫助也就沒(méi)有今天的論文。所以我要衷心的感謝張老師對(duì)我的幫

40、助。四年時(shí)間很快就要過(guò)去了，在學(xué)校里我不僅學(xué)到了專(zhuān)業(yè)知識(shí)，還學(xué)會(huì)了很多做人的技巧，再一次衷心的謝謝我的老師，謝謝你們給我的幫助。謝我的班主任魏勇老師，謝謝他在這四年中為我們?nèi)嗨龅囊磺?，他不求回?bào)，無(wú)私奉獻(xiàn)的精神很讓我感動(dòng)，再次向他表示由衷的感謝。同時(shí)還要謝謝同學(xué)們，在我論文設(shè)計(jì)過(guò)程中給予的幫助，使我能夠順利的完成論文設(shè)計(jì)最后，感謝我的母校德州學(xué)院四年來(lái)對(duì)我的大力栽培。我還要感謝含辛茹苦撫養(yǎng)我長(zhǎng)大的父母，謝謝您們!附錄1 系統(tǒng)總電路圖附錄2 電子體溫計(jì)程序#include #include #include #define uchar unsigned char#define uint un

41、signed intuchar code dis_code10=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,/ 0, 1, 2, 30x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90; / 4, 5, 6, 7, 8, 9, off uchar data set_data3=0x00,0x07,0x03; /預(yù)設(shè)37.0度uchar data ad_data; /AD轉(zhuǎn)換結(jié)果uchar data dis_buf3=0x00,0x00,0x00; / 顯示緩沖區(qū)uchar data bcd_buf3=0x00,0x00,0x00; /十進(jìn)制BCD碼轉(zhuǎn)換存放區(qū)uchar data TIMER0

42、_NUM;bit TIMER0_flag;bit data set_flag=0;sbit ALE=P24;sbit OE=P25;sbit START=P26;sbit EOC=P27;sbit P30=P30;sbit select0=P37;sbit select1=P36;sbit select2=P35;sbit K1=P20;sbit K2=P21;sbit K3=P22;sbit K4=P23;sbit bep=P33;sbit SET_IND=P34;sbit P17=P17; /小數(shù)點(diǎn)uint data temp;/*/*函數(shù)聲明/*/void delay1ms(uchar

43、t); void adc(void);void BCD(void);void keyscan(void);void send_str(void);void beep(void);void display(void);/*/*按鍵蜂鳴函數(shù)/*/void beep2(void) uchar data j,k; for(j=26;j0;j-) for(k=254;k0;k-); bep=!bep; bep=1; /*/*蜂鳴報(bào)警/*/void beep(void) uchar data j,k; for(j=100;j0;j-) for(k=254;k0;k-) bep=0; bep=1; /關(guān)蜂鳴

44、器 /*/*延時(shí)1ms函數(shù)/*/void delay1ms(uchar t) uchar j,k; for(j=0;jt;j+) for(k=0;kset_data2) /報(bào)警值檢測(cè) beep(); else if(bcd_buf2=set_data2) if(bcd_buf1set_data1) beep(); else if(bcd_buf1=set_data1) if(bcd_buf0set_data0) beep(); /*/*鍵盤(pán)掃描函數(shù)/*/void keyscan(void) uchar data m; if(K1=0) /K1設(shè)置鍵 for(m=0;m100;m+) /延時(shí)11msdisplay(); if(K1=0) beep2(); /按鍵時(shí)響一聲 set_flag=!set_flag; /設(shè)置標(biāo)志位取