開題報(bào)告基于單片機(jī)的電子體溫計(jì)的設(shè)計(jì)

本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開題報(bào)告題目：基于單片機(jī)的電子溫度計(jì)的設(shè)計(jì)課題類型：設(shè)計(jì)□實(shí)驗(yàn)研究□論文eq\o\ac(□,√)學(xué)生姓名：學(xué)號(hào)：專業(yè)班級(jí)：學(xué)院：指導(dǎo)教師：開題時(shí)間：一、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)容及研究意義（價(jià)值）設(shè)計(jì)內(nèi)容：本課題的要求：以單片機(jī)為處理核心設(shè)計(jì)電子體溫計(jì)。顯示精度為0.1°C。當(dāng)溫度處在35°C——40°C之間時(shí)，根據(jù)系統(tǒng)的要求，我采用的是AT89S52單片機(jī)與數(shù)字溫度傳感器DS18B20相連,對(duì)其采集到的溫度電信號(hào)進(jìn)行處理,再經(jīng)過濾波和放大,把溫度的標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)提取出來進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換,最終在液晶顯示器(LCD)上顯示出來。研究意義：溫度測(cè)量在物理實(shí)驗(yàn)、醫(yī)療衛(wèi)生、食品生產(chǎn)等領(lǐng)域，尤其在熱學(xué)實(shí)驗(yàn)中，有特別重要的意義。傳統(tǒng)所使用的溫度計(jì)通常都是精度為1°C和0.1°C的水銀、煤油或酒精溫度計(jì)。這些溫度計(jì)的刻度間隔通常都緊密，不容易準(zhǔn)確分辨，讀數(shù)困難，而且他們的熱容量還比較大，達(dá)到熱平衡所需的時(shí)間較長(zhǎng)，因此很難讀準(zhǔn)，并且使用非常不方便。電子體溫計(jì)與傳統(tǒng)的溫度計(jì)相比，具有讀數(shù)方便，測(cè)溫范圍廣，測(cè)溫速度快、測(cè)溫準(zhǔn)確、攜帶方便等優(yōu)點(diǎn)，其輸出溫度采用數(shù)字顯示，主要用于對(duì)溫度比較準(zhǔn)確的場(chǎng)所，或科研實(shí)驗(yàn)室使用。電子體溫計(jì)和傳統(tǒng)的二、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)（文獻(xiàn)綜述）溫度計(jì)的發(fā)展很快，從原始的玻璃管溫度計(jì)發(fā)展到了現(xiàn)在的熱電阻溫度計(jì)、熱電偶溫度計(jì)、半導(dǎo)體集成數(shù)字溫度計(jì)等。在電子式溫度計(jì)中，傳感器是它的重要組成部分，溫度計(jì)的精度、靈敏度基本決定了溫度計(jì)的精度、測(cè)量范圍、控制范圍和用途等。溫度傳感器應(yīng)用極其廣泛，目前已經(jīng)研制出多種新型溫度傳感器，從而構(gòu)成性能優(yōu)良的溫度監(jiān)控系統(tǒng)。溫度傳感器的發(fā)展大致經(jīng)歷了以下3個(gè)階段：傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器(含敏感元件)；主要是能夠進(jìn)行非電量和電量之間轉(zhuǎn)換；模擬集成溫度傳感器/控制器；智能溫度傳感器。目前，國(guó)際上新型溫度傳感器正從模擬式向數(shù)字式、由集成化向智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器——熱電偶傳感器：熱電偶傳感器是工業(yè)測(cè)量中應(yīng)用最廣泛的一種溫度傳感器，它與被測(cè)對(duì)象直接接觸，不受中間介質(zhì)的影響，具有較高的精度；測(cè)量范圍廣，可從-50~1600℃進(jìn)行連續(xù)測(cè)量,特殊的熱電偶如金鐵——鎳鉻，最低可測(cè)到-269℃，鎢——錸最高可達(dá)模擬集成溫度傳感器：集成傳感器是采用硅半導(dǎo)體集成工藝制成的，因此亦稱硅傳感器或單片集成溫度傳感器。模擬集成溫度傳感器的主要特點(diǎn)是功能單一（僅測(cè)量溫度）、測(cè)溫誤差小、價(jià)格低、響應(yīng)速度快、傳輸距離遠(yuǎn)、體積小、微功耗等，適合遠(yuǎn)距離測(cè)溫，不需要進(jìn)行非線性校準(zhǔn)，外圍電路簡(jiǎn)單。智能溫度傳感器：智能溫度傳感器(亦稱數(shù)字溫度傳感器）是在20世紀(jì)90年代中期問世的。它是微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)測(cè)試技術(shù)的結(jié)晶。智能溫度傳感器能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關(guān)的溫度控制量，適配各種微控制器（MCU），并且可通過軟件來實(shí)現(xiàn)測(cè)試功能，即智能化取決于軟件的開發(fā)水平。智能溫度傳感器包括數(shù)字溫度傳感器和石英溫度傳感器。數(shù)字溫度傳感器被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、電子測(cè)溫計(jì)、醫(yī)療儀器等各種溫度控制系統(tǒng)中。用石英作為溫度傳感器的數(shù)字溫度計(jì)可實(shí)現(xiàn)多種功能：用于熱化療儀中對(duì)藥液的溫度進(jìn)行測(cè)量，能獲得較好的測(cè)溫效果；用于溫度檢測(cè)系統(tǒng)，測(cè)溫系統(tǒng)可用于各行各業(yè)中。電子溫度計(jì)的發(fā)展方向：由于水銀體溫計(jì)使用方便、精度高，因而應(yīng)用很廣。再加上測(cè)溫方法及其結(jié)構(gòu)都已成熟，沒多大改進(jìn)余地，人們對(duì)它的研究失去了信心，至今幾乎沒有什么進(jìn)展。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嚴(yán)重等，為了正確測(cè)量人體局部溫度，促使人們開發(fā)了各種不同的測(cè)溫儀器和測(cè)溫方法。雖然水銀體溫計(jì)仍不愧是一個(gè)精度高、便宜、使用方便的測(cè)溫儀器?，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。這一事實(shí)至少表明，電子測(cè)溫儀器的性能已接近水銀溫度計(jì)的性能。它在穩(wěn)定性及響應(yīng)時(shí)間上比傳統(tǒng)的水銀體溫計(jì)有著顯著的優(yōu)勢(shì)，精度要求也能和傳統(tǒng)的水銀體溫計(jì)相媲美。進(jìn)入21世紀(jì)后，數(shù)字溫度傳感器正朝著高精度、多功能、總線標(biāo)準(zhǔn)化、高可靠性及安全性、開發(fā)虛擬傳感器和網(wǎng)絡(luò)傳感器、研制單片測(cè)溫系統(tǒng)等高科技的方向迅速發(fā)展。提高測(cè)溫精度和分辨力：20世紀(jì)90年代中期最早推出的智能溫度傳感器，采用的是8位A/D轉(zhuǎn)換器，其測(cè)溫精度較低，分辨力只能達(dá)到1℃。目前，國(guó)外已相繼推出多種高速度、高分辨力的智能溫度傳感器，所用的是9～12位A/D轉(zhuǎn)換器，分辨力一般可達(dá)0.5～0.0625增加測(cè)試功能：新型智能溫度傳感器的測(cè)試功能也在不斷增強(qiáng)。例如，DS1629型單線智能溫度傳感器增加了實(shí)時(shí)日歷時(shí)鐘（RTC），使其功能更加完善。另外，智能溫度傳感器正從單通道向多通道的方向發(fā)展，這就為研制和開發(fā)多路溫度測(cè)控系統(tǒng)創(chuàng)造了良好條件。智能溫度傳感器都具有多種工作模式可供選擇，主要包括單次轉(zhuǎn)換模式、連續(xù)轉(zhuǎn)換模式、待機(jī)模式，有的還增加了低溫極限擴(kuò)展模式，操作非常簡(jiǎn)便。智能溫度控制器適配各種微控制器，構(gòu)成智能化溫控系統(tǒng)，它們還可以脫離微控制器單獨(dú)工作，自行構(gòu)成一個(gè)溫控儀?？偩€技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化與規(guī)范化：目前，智能溫度傳感器的總線技術(shù)也實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化，所采用的總線主要有單線(1-Wire)總線、I2C總線、SMBus總線和spI總線。溫度傳感器作為從機(jī)可通過專用總線接口與主機(jī)進(jìn)行通信?？煽啃约鞍踩栽O(shè)計(jì)：傳統(tǒng)的A/D轉(zhuǎn)換器大多采用積分式或逐次比較式轉(zhuǎn)換技術(shù)，其噪聲容限低，抑制混疊噪聲及量化噪聲的能力比較差。新型智能溫度傳感器，普遍采用了高性能的Σ－Δ式A／Ｄ轉(zhuǎn)換器，它能以很高的采樣速率和很低的采樣分辨力將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再利用過采樣、噪聲整形和數(shù)字濾波技術(shù)，來提高有效分辨力。Σ－Δ式A／D轉(zhuǎn)換器不僅能濾除量化噪聲，而且對(duì)外圍元件的精度要求低，由于采用了數(shù)字反饋方式，因此比較器的失調(diào)電壓及零點(diǎn)漂移都不會(huì)影響溫度的轉(zhuǎn)換精度。這種智能溫度傳感器兼有抑制串模干擾能力強(qiáng)、分辨力高、線性度好、成本低等優(yōu)點(diǎn)。三、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）研究方案及工作計(jì)劃（含工作重點(diǎn)與難點(diǎn)及擬采用的途徑）研究方案：基于AT89S52單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的電子體溫計(jì)的具體方案如下圖所示。該方案主要包括了溫度傳感器、放大器、A/D轉(zhuǎn)換器、鍵盤控制電路、單片機(jī)電路、數(shù)碼管顯示電路等。根據(jù)溫度范圍和精度選擇DS18B20型的溫度傳感器，利用運(yùn)算放大器將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)。采集完成以后輸入單片機(jī)AT89S52的A/D口，對(duì)模擬量進(jìn)行采樣，轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，單片機(jī)對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行處理，根據(jù)采集的信號(hào)與溫度的數(shù)學(xué)關(guān)系，將電信號(hào)轉(zhuǎn)化為溫度值。用數(shù)碼管顯示出溫度值。單片機(jī)LCD顯示波形A/D單片機(jī)LCD顯示波形A/D轉(zhuǎn)換器溫度傳感器放大器數(shù)碼管顯示預(yù)置造值→→→→數(shù)碼管顯示預(yù)置造值鍵盤接口→鍵盤接口設(shè)計(jì)重點(diǎn)和難點(diǎn)：本論文的重點(diǎn)是設(shè)計(jì)一種基于單片機(jī)的電子溫度計(jì)控制系統(tǒng)。利用數(shù)字溫度傳感器DS18B20讀取被測(cè)溫度值，并進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。難點(diǎn)是對(duì)采集到的溫度電信號(hào)進(jìn)行處理,（濾波和放大）把溫度的標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)提取出來進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換,最終在液晶顯示器(LCD)上顯示出來，以及如何實(shí)現(xiàn)人機(jī)互動(dòng)等。擬采用的途徑：本設(shè)計(jì)擬采用AT89S52單片機(jī)作為主控制模塊，溫度采集由DS18B20來完成，轉(zhuǎn)換為毫伏級(jí)的電壓信號(hào)，經(jīng)過信號(hào)放大電路將弱電壓信號(hào)放大到單片機(jī)可以處理的范圍內(nèi)輸入到A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)輸入單片機(jī)。在單片機(jī)中對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣處理。為了進(jìn)一步提高測(cè)量精度，采樣后對(duì)信號(hào)再進(jìn)行數(shù)字濾波。此信號(hào)經(jīng)過數(shù)字濾波、標(biāo)度轉(zhuǎn)換后，就可以通過LCD顯示出來。設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)度計(jì)劃：第1周：系統(tǒng)學(xué)習(xí)傳感器以及單片機(jī)的相關(guān)知識(shí)。第2周：接收畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書，了解設(shè)計(jì)內(nèi)容。第3周：查閱相關(guān)的資料（包括圖書館查閱和網(wǎng)上檢索），熟悉畢業(yè)設(shè)計(jì)題目，并且整理消化所查閱資料，寫開題報(bào)告和計(jì)劃進(jìn)度表。第4~5周：準(zhǔn)備開題，寫開題報(bào)告講稿。第6~8周：熟悉相關(guān)硬件電路，掌握protel的使用，設(shè)計(jì)電子溫度計(jì)的硬件電路并繪制相關(guān)電氣原理圖。第9~11周：學(xué)習(xí)匯編語言，掌握keil軟件的使用，并書寫軟件程序。第12~13周：軟、硬件調(diào)試。第14周：根據(jù)論文撰寫規(guī)范，寫出論文框架。并以前期所做的成果為依據(jù)，撰寫論文。第15周：撰寫論文。第16周：根據(jù)老師指導(dǎo)，改善不足之處，完善論文。第17周：完成論文。第18周：查閱資料，找出知識(shí)點(diǎn)，準(zhǔn)備答辯。主要參考文獻(xiàn)[1]黃繼昌.傳感器工作原理及應(yīng)用實(shí)例[M].人民郵電出版社，1998[2]黃智偉.全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽訓(xùn)練教程[M].電子工業(yè)出版社,2005。[3]謝嘉奎.電子線路[M].4版.北京:高等教育出版社,2000。[4]沈國(guó)彥,宋平.紅外溫度計(jì)測(cè)量體溫方法探討[J].儀表技術(shù),2003(3)。[5]丁化成,耿德根,李君凱.AVR單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2002。[6]滕召勝，李繼鋒，黃大春，等.基于數(shù)字溫度傳感器DS1620的儲(chǔ)糧溫度自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)[J].儀表技術(shù)和傳感器，2000。[7]周美娟.單片機(jī)技術(shù)及系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2007。[8]王幸之鐘愛琴等.《AT89系列單片機(jī)原理與接口技術(shù)》[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2004[8]沈紅衛(wèi).基于單片機(jī)的智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[M].北京：電子工業(yè)出版社,2005.1。[9]NationalSemiconductorInc.LM35_datasheet[Z/OL].www.nationa.lcom,(2006-05-19)[2008-04-15].[10]DanielBurton.TemperatureSensorCircuitProvidesDuaislopeOutput[Z/OL].http://www.nationa.lcom/nationaledge/may02/863.htm,l(2005-03-12)[2008-04-15].譯文：AT89C51的介紹描述AT89C51是一個(gè)低電壓，高性能CMOS8位單片機(jī)帶有4K字節(jié)的可反復(fù)擦寫的程序存儲(chǔ)器（PENROM）。和128字節(jié)的存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），這種器件采用ATMEL公司的高密度、不容易丟失存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，并且能夠與MCS-51系列的單片機(jī)兼容。片內(nèi)含有8位中央處理器和閃爍存儲(chǔ)單元，有較強(qiáng)的功能的AT89C51單片機(jī)能夠被應(yīng)用到控制領(lǐng)域中。功能特性AT89C51提供以下的功能標(biāo)準(zhǔn)：4K字節(jié)閃爍存儲(chǔ)器，128字節(jié)隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，32個(gè)I/O口，2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，1個(gè)5向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，1個(gè)串行通信口，片內(nèi)震蕩器和時(shí)鐘電路。另外，AT89C51還可以進(jìn)行0HZ的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件的節(jié)電模式。閑散方式停止中央處理器的工作，能夠允許隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中的內(nèi)容，但震蕩器停止工作并禁止其它所有部件的工作直到下一個(gè)復(fù)位。引腳描述VCC：電源電壓GND：地P0口：P0口是一組8位漏極開路雙向I/O口，即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口時(shí)，每一個(gè)管腳都能夠驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL電路。當(dāng)“1”被寫入P0口時(shí)，每個(gè)管腳都能夠作為高阻抗輸入端。P0口還能夠在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，轉(zhuǎn)換地址和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，并在這時(shí)激活內(nèi)部的上拉電阻。P0口在閃爍編程時(shí)，P0口接收指令，在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令，需要接電阻。P1口：P1口一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL電路。對(duì)端口寫“1”，通過內(nèi)部的電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作為輸入口。因?yàn)閮?nèi)部有電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)輸出一個(gè)電流。閃爍編程時(shí)和程序校驗(yàn)時(shí)，P1口接收低8位地址。P2口：P2口是一個(gè)內(nèi)部帶有上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL電路。對(duì)端口寫“1”，通過內(nèi)部的電阻把端口拉到高電平，此時(shí)，可作為輸入口。因?yàn)閮?nèi)部有電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流。在訪問外部程序存儲(chǔ)器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2口線上的內(nèi)容在整個(gè)運(yùn)行期間不變。閃爍編程或校驗(yàn)時(shí)，P2口接收高位地址和其它控制信號(hào)。P3口：P3口是一組帶有內(nèi)部電阻的8位雙向I/O口，P3口輸出緩沖故可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL電路。對(duì)P3口寫如“1”時(shí)，它們被內(nèi)部電阻拉到高電平并可作為輸入端時(shí)，被外部拉低的P3口將用電阻輸出電流。P3口除了作為一般的I/O口外，更重要的用途是它的第二功能，如下表所示：端口引腳第二功能P3.0RXDP3.1TXDP3.2INT0P3.3INT1P3.4T0P3.5T1P3.6WRP3.7RDP3口還接收一些用于閃爍存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)震蕩器工作時(shí)，RET引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。ALE/：當(dāng)訪問外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。即使不訪問外部存儲(chǔ)器，ALE以時(shí)鐘震蕩頻率的1/16輸出固定的正脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過一個(gè)ALE脈沖時(shí)，閃爍存儲(chǔ)器編程時(shí)，這個(gè)引腳還用于輸入編程脈沖。如果必要，可對(duì)特殊寄存器區(qū)中的8EH單元的D0位置禁止ALE操作。這個(gè)位置后只有一條MOVX和MOVC指令A(yù)LE才會(huì)被應(yīng)用。此外，這個(gè)引腳會(huì)微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置ALE無效。PSEN：程序儲(chǔ)存允許輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)AT89C51由外部程序存儲(chǔ)器讀取指令時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個(gè)脈沖。在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的PSEN信號(hào)不出現(xiàn)。EA/VPP：外部訪問允許。欲使中央處理器僅訪問外部程序存儲(chǔ)器，EA端必須保持低電平。需要注意的是：如果加密位LBI被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平，CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。閃爍存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上+12V的編程允許電壓VPP，當(dāng)然這必須是該器件是使用12V編程電壓VPP。XTAL1：震蕩器反相放大器及內(nèi)部時(shí)鐘