基于msp430的体温测量仪设计-学位论文

本科生毕业论文(设计) 题 目 基于MSP430的体温测量仪设计 学生姓名 高兴乐 学 号 20121321030 学 院 电子与信息工程学院专 业 电子科学与技术指导教师 李敏二一 六 年 5 月 20 日基于MSP430的体温测量仪的设计高兴乐南京信息工程大学电子与信息工程学院，江苏 南京 210044摘要：随着人们生活水平的提高，对于自身的健康问题变得越来越关注。而体温作为检测人体健康状况的一个必备的体征数据一直以来都备受关注。传统体温计无法快速测出人体体温，故设计一种基于msp430单片机控制的电子体温计，实现了实时、快速、简易地测量与显示人体温度的功能。本设计主要由MSP430单片机控制模块、电源电路模块、温度检测和A/D转换电路模块，温度值液晶显示模块组成，单片机控制模块采用msp430单片机实现对系统的自动控制。温度采集模块是通过NTC热敏电阻来采集外界温度，然后转换为电压信号。电压信号由数字和模拟转换电路中的AD7799芯片完成数字信号和模拟信号两者之间的转换，数字信号通过采集电路采集进入单片机内。然后单片机将接受的温度大小显示在LCD1602液晶显示屏。关键词：MSP430单片机；AD7799；NTC热敏电阻；温度The Design Of The Thermometer Based On MSP430 Xingle gao Electronic and Information Engineering College，NUIST，Nanjing 210044，ChinaAbstract:Because of the continuous improvement of the quality of life, people pay more and more attention to their health.Body temperature as an essential sign of the human bodys health condition has been concerned about all the time. The traditional thermometer can not measuring body temperature quickly.So the design of an electronic thermometer based on MSP430 singlechip is necessary . realize a real-time, fast and easy to measure and display the temperature of the human body function. This design is mainly composedo the singlechip module、power supply circuitmodule 、 temperature detection and / D conversion circuit modulethe temperature module Gathering outside temperaturebyNTC thermistor.the MCU control module using MSP430 single chip microcomputer to realize the automatic control of the system. The module selects NTC thermistor to collect the external temperature and converts to the linear voltage signal. Linear voltage signal by the A/D conversion circuit module in the AD7799 complete A/D conversion, the digital signal is sent to the host of the automatic control module. The temperature number will be displayed on the LCD screen.Key words: MSP430 MCU; AD7799; NTC Thermistor; Temperature目 录目 录3第1章 绪论41.1 研究背景及意义41.2 功能及方案分析4第2章 设计方案论证52.1 设计方案的选择52.2 各模块部分的基本设计原理72.2.1单片机主控模块72.2.2体温测量模块72.2.3显示模块83.硬件系统设计93.1 主要元器件工作原理简介93.1.1 MSP430F149单片机93.1.2 NTC热敏电阻103.1.3 AD7799的原理113.1.4 LCD1602液晶显示器介绍133.2 硬件电路设计133.2.1电源稳压电路133.2.2MSP430复位电路143.2.3MSP430晶振电路153.2.4信号采集电路和信号与温度的转换电路153.2.5显示电路设计174.软件系统设计174.1系统整体主程序流程图174.2温度得测量与换算子程序流程图185. 系统测试195.1硬件测试205.1.1 分单元的模块测试205.1.2 系统的整体测试205.3 硬件与软件的进行联机测试205.4 测试的数据和结果分析205.4.1 测试数据205.4.2 结果分析21总结21致谢23第1章 绪论温度是客观存在的物理学标量，它不断影响着人民的生活，温度的概念可以说无处不在，小到一个具体事务，大到整个自然环境都有着自己的温度值。对于人体温度的测量始于l6世纪。那个时候赛特瑞发现，空气受到热量后会不断膨胀，研制出了第一支通过人的口腔温度来进行温度大小检测的设备(5)。20世纪初，人们发现水银的熔点和沸点都在常温以外，而且水银很容易受热膨胀，非常适合做温度计。因而水银开始被用来制作体温计，至到今天，水银体温计在临床测体温时还有着十分广泛的运用。但水银温度计的弊端随着它的大量使用也愈加明显，如水银的污染严重，测体温周期长，刻度读数精度不够等。所以现在人们也在积极的寻求一种方便快捷的测体温方式，这时，电子体温计应运而生。1.1 研究背景及意义由于人们的生活质量不断地改善，大家开始越来越重视自己的身体健康状态。与此同时，体温又是反映身体健康状况的一个必不可少的体征数据，这样一来，对体温的测量就显得尤为重要。由于利用水银测体温的原理和设计相对方简便、测量精度又足以满足日常使用，所以它的在很多邻域都有所应用。但是用它在进行体温测量时的流程比较复杂。例如，水银体温计每次使用时必须手动（大幅度甩动温度计）清除上次测量的数据残留，而且水银体温计大多用于直接接触人体腋下皮肤，这就使测量难免有点麻烦。同时最重要的是汞是一种重金属，它对人体的危害极大，体温计一旦不慎打碎，污染太严重等等其他问题，为了能够实现人体体温的精确测量，人们不断研制出各种设备。一直到现在，电子体温计已经走进了许多医院的大门，而其余相关电子仪器测量体温的方式也越来越受到关注。随着单片机技术的日趋成熟与各种传感器配合应用，市场上出现种类繁多的电子体温计（3)。按体温计原理分有电子体温计和红外遥感体温计两种。电子体温计和红外遥感体温计分别是利用热敏电阻和黑体辐射来判断温度。红外遥感温度计量程更加宽广多用于工业生产中而红外温度传感器与物体辐射式非线性关系，因此红外传感器测量误差较大(2)。而人体温度的测量中对于体温测量要求精度很高，故设计一款电子温度计利用高精度AD模块实现误差在0.05。1.2 功能及方案分析因此，鉴于传统的水银体温计诸多缺点，在运用数字集成电路技术和相应的数字信号处理技术的基础上，课题设计出一种数字式电子体温计。设计功能：当用采集数据的触头接触人体的腋窝处时仪器的显示屏能快速显示人体的体温，同时具有复位功能。设计原理：以MSP430单片机作为系统的主控核心，外接传感器、AD模块为辅助。对于体温测量，温度控制模块选用NTC热敏电阻来采集外界温度，通过事先设计的电路转来采集电压信号。通过外接的AD7799模块接受电压信号完成模数转换，将转化得到数字信号送入MSP430F149单片机的主机中，在单片机内部利用计算好的温度-电压公式反求温度，然后将温度值传输到LCD液晶屏上并显示出来。第2章 设计方案论证体温数据测量仪的设计通常利用三种传感器来测量，下面是通过利用三种不同传感器设计三种不同的设计方案(13)。2.1 设计方案的选择方案一：利用热电偶组成的温差电路，温度检测元件通常使用低温的热电偶，它是将两根不同的金属导线焊接在一起，首先我们要将参考温度设置低于我们要测量的温度，通过测量此时热电偶两端的电压大小，便可通过相关公式推算出检测结点处的温度。数据采集模块是一自带A/D 转换通道的单片机，它的基本原理是将伴随着环境温度变化，导致的热电偶两端的电压或者电流的信号，反馈给单片机，单片机通过数字转换为模拟模块，就可以将采集的电压或电流信号转化为数字信号，再利用热电偶电压温度关系就能换算出实际温度，最后将被测温度显示于显示器上。系统包含模拟信号转换为数字信号，对采集的到的温度进行处理并且显示出温度的大小，这些功能作用由单片机的I/O口输入单片机进行处理。除此之外还有晶振和单片机复位的电路。用到的外设有，四脚按键进行手动复位，中央处理的芯片型号为51系列。控制的对象有数码管和报警装置电路。整体结构图，如下图 2-1所示。数码管报警电路测温电路晶振电路复位电路按键防抖动单 片 机数据传送图 2-1 热电偶温度采集整体电路图方案二：由DS18B20温度传感器进行温度测量。DS18B20温度传感器可以直接将温度转化为数字信号发送到单片机。系统可以利用单片机可以直接将温度传感器DS18B20测量得到的数字信号转化并传输到显示器上，可以快速测量环境温度。该系统易于扩展，将得到的数据信息，由max232和RS232两者之间进行串口数据通信，从而可以将采集到的数据进行快捷的处理(7)，系统总体框图如下图 2-2所示。按键输入电路时钟电路复位电路报警电路单 片 机驱动电路显示电路测温电路扩展接口：对时间和温度信息定点存储，并与计算机进行数据交换 图 2-2 DS18B20进行温度测量的整体结构图方案三：温度信号经过NTC热敏电阻传感器采集转换成相应的电压信号，经过AD7799模块将该模拟信号转换成数字信号，通过并口送入到主机。主机处理这些信号后得出此时的温度值，并通过LCD液晶显示屏显示出来。系统框图如图 2-3所示。热敏电阻模块单片机复位电路液晶显示模块热敏电阻模块单片机复位电路液晶显示模块热敏电阻模块单片机复位电路液晶显示模块热敏电阻模块单片机复位电路液晶显示模块热敏电阻模块单片机复位电路液晶显示模块图 2-3 NTC热敏电阻测温系统框图相比较而言：方案一：热电偶模块内部结构不复杂而且惯性小对于温度测量范围也相应宽广。但热电偶测温时容易受到外界环境的信号干扰，会出现比较大的实际误差，不适合测量微小的温度变化，并且它体积较大，价格高。而电子体温计设计的要求易用，方便携带，体积小，而且测量温度变化范围较小、精度要求要高，故不用采用。方案二：由于DS18B20温度传感器的功能相当强大，故该测温系统的电路设计相对简单、同时可测量的温度范围比较大、测量精度较高，但DS18B20精度很差，一般误差在0.1，对于人体体温计来说误差较大。方案三：采用集NTC热敏电阻。经过AD7799模块温度采集具有测量精度高、对温差灵敏度高、设备体积小、操作使用方便等优点。按照实际设计需求，采用方案三来进行设计电子体温计。2.2 各模块部分的基本设计原理由原系统理框图图2-3可以看出，本论文主要由以下几个部分组成：单片机控制部分，人体温度的测量部分和温度显示部分。2.2.1单片机主控模块本设计主控模块选用单片机MSP430F149。MSP430单片机是实验常用芯片之一，扩展性高，可以外接多种模块(8)。特点： 低电压、超低功耗。单片机的工作电压1.8V3.6V ，在待机时电流微弱，大大降低了温度计的功耗。延长温度计使用时间。 在使用时单片机激活使用实际时间只需要6S，提高了实际使用效率。 单片机命令周期125nS，可以更快的运行程序。2.2.2体温测量模块模块主要包含测温电路和信号转换的AD7799部分。下面主要介绍测量的原理和温度的换算方法(1)。（一）测温原理： 通过设计电路采集（将NTC热敏电阻与一个阻值为10K的电阻串联）其中热敏电阻上的电压信号，然后通过高精度的AD7799转换器将其转换成数字信号，再输入单片机中处理，利用实现编写的单片机内部的程序先计算此时热敏电阻的电阻值，最后再根据一定的换算公式求出此时对于的热敏电阻所处的环境的温度，并将之显示于液晶显示器上。（二）温度换算的方法由上述原理可知，论文的一个关键部分在于，如何根据热敏电阻的实时电阻值来计算相应的环境温度。让我们先来介绍下NTC热敏电阻的所处的温度与其实时的电阻值的相应关系。先介绍一个NTC热敏电阻的专业概念-零功率电阻值 （）：是一个特定的温度下，在做到采集影响的误差对相比较整体的结果可以忽略的电子阻值，电阻的大小和温度波动的关系式为： （2-1） 2-1公式中，是热敏电阻在温度T下的阻值， 是热敏电阻在常温下的标称阻值； B值是热敏电阻的重要参数；这里T和指的是K度即开尔文温度，K度=273.15(绝对温度)+摄氏度；例如一个 GT502F2730型号的热敏电阻GT代表热敏电阻是玻璃封装，502 表示在25度时热敏电阻阻值为5K，F表示该电阻的阻值允偏差为1%，最后的2730表示该电阻的B值为2730K那它的=5000, =273.15+25，B=2730, , 在我们得出热敏电阻的其他系数时，当得到具体的温度值T就可以用公式求出在向对应热敏电阻的阻值。当然我们通常使用的温度都是摄氏度，而公式中使用的的是华氏度，所以先把摄氏度转化为K度再进行换算。例如摄氏度温度是零上30摄氏度，那么T华氏度就应该是(273.15+20)。反过来，由此次设计的原理可知，在采集到的T温度下的热敏电阻的阻值，由上述公式我们就能反求出这个温度T。当然求出的T是K度，还必须化为摄氏度。但是在实际情况中，热敏电阻的重要参数B值却不一定是恒定不变的，材料的差异导致其值就不尽相同。因而当测量环境的温差变化比较大时利用公式2-1但是总会有误差的存在。而且，若把公式2-1中的B的大小用式2-2所示方法计算出的值代替的话，则可明显提高测量值准确度，缩小与实际值之间的差异，二者是近似相等的。 (2-2）上面的公式中，C、D、E为常数。除此之外，由于B的大小很容易受到各种影响，从而使E的大小也发生不断地变化，但是按照电阻计算公式，在C、D不变的情况下，只要掌握来常数E的变化值也就可以知道B的值了。 对于C、D、E值的大小进行计算如下：C、D、E的数值大小，可以通过采集四个不同的点，获得它们的温度和电阻值，例如(, )、(, )、 (, ) 和 (, )，通过式2-32-6计算。首先由式2-3根据和、的电阻值求出、然后代入以下各式样。 （2-3） （2-4） (2-5） (2-6）这样一来对一个NTC热敏电阻在常温环境下可以先通过4组温度与电阻值的关系由式2-2求得B值，这样可以大大提高后面程序中计算温度时的精度。2.2.3显示模块在整个系统程序正常运行的情况下，必须得对温度进行实时一对一显示，但是比较常规的显示有下面两种方案(9)。方案一：用液晶进行温度显示。液晶屏（LCD1602）散发的热量小，而且功率很低，方便进行屏幕调节方便等优势符合体温计的硬件要求，同时屏幕的可视面积大，不仅仅能够显示数字还可以显示中文汉字及各种数量单位。在显示时可以明确表达出各种数据的涵义。方案二：使用传统的数码管显示。数码管是一种半导体发光器件，它是利用多个发光二极管来显示数字，可以通过对数码管不同的管脚输入相对的电流来使其发亮，发光，通过控制发光二极管发光的个数和位置来组成阿拉伯数字。能够显示包括时间、日期、温度在内的所有可用数字表示的参数。数码管价格实惠，在电器方面使用广泛，但无法显示除数字外其他内容，而且内容显示单一，实验时如果想显示人体的温度、人体的血压、还有人体的脉搏时，数码管不能正常显示。因为体温计设计的要求来看，最后还是选择1602LCD液晶显示器更加适合。3.硬件系统设计设计人体体温测量仪的硬件包括这几个模块：复位电路、电源稳压电路、晶振电路、体温测量电路和显示电路(16)。本设计采用单片机MSP430F149，NTC热敏电阻，高精度AD779，1602LCD液晶屏显示的部分。下面对本论文设计中用到的一些模块芯片进行介绍。3.1 主要元器件工作原理简介3.1.1 MSP430F149单片机MSP430单片机集成多个模拟电路、数字电路和微处理器。实验中可以利用单片机内部的电路控制其他模块，并在单片机内部实现数据的接受、处理和发送，所以单片机又被称为混合信号处理器(8)。（一）特性运算速度快：MSP430 系列单片机的指令周期只有40ns。因此使用430单片机时可以更快的执行程序。在接受、处理数据时拥有更高的反应速度，能够实时显示温度。超级低的功率损耗：因为msp430单片机很低的电压就可以正常工作，并提高运行时钟灵活性进而降低MSP430功耗。可以将AD7799工作电压和单片机的工作电压都设置为3.3V电压降低系统的繁琐程度。当单片机工作的时钟在1MHz时 ，那么我们可以单片机的工作电流保持在165uA左右。片内资源丰富：MSP430系列单片机内部带有非常多的中断源，我们通过对控制对象的需求进行合理的选择。减小实际使用过程中对于软件进行设计部分的工作量。 （二）单片机MSP430F149的最小系统部分如图3.1所示，第8根脚和第9根引脚外接一个晶体震荡设备，外接上电源，剩余的引脚可以作为输入和输出引脚使用。当单片机正常接好电路，单片机才可以正常工作。 图 3.1 MSP430单片机的最小系统原理图3.1.2 NTC热敏电阻（一）简要说明由于NTC拥有负的温度系数，该NTC的阻值大小会因为温度的不断地提高，出现阻值呈指数关系减小。这种NTC的电阻阻值大小、 温度的特性曲线相比于奇特电阻的阻值大小的变化波动小而对各种温度变化响应很快。可以实现快速将温度的变化转化为阻值的变化。图3-1为NTC热敏电阻实物图。图3-1 NTC热敏电阻（二） 基本的工作机理NTC意思是阻值大小伴随着温度的不断提高而出现阻值呈指数关系减小。NTC热敏电阻主要由多金属材料掺杂制成，与一些半导体材料的到点性能类似。NTC热敏电阻的载流子数随着问的提高而提高，阻值随着温度增加而降低。NTC热敏电阻的阻值在室温时阻值温度区间从一百到一百万之间变化。 它的电阻阻值大小温度曲线图如图3-2所示。图3-2 NTC电阻温度特性图3.1.3 AD7799的原理由于温度系统的测温分辨率及测量精度主要取决于A/D转换模块，本次设计选择高精度、宽动态范围、3通道24位型AD7799器件。其第三通道用于测温，其余用来测量另外的参数。（一） AD7799引脚图该器件具备完整的模拟前端，能够直接测量出传感器输出的微弱电压信号，转换精度达到24位无误码，采用三线串行口与主控芯片连接。AD7799具有以下特点：4.17-470 Hz的可编程输出数据速率；3个差分输入通道；50 Hz和60 Hz同步陷波，可以避开工频电源的干扰；极低的均方根（RMS）噪音；低功耗；采用16引脚TSSOP封装。如图3-3为AD7799的引脚配置图，图3-4为AD7799的引脚说明图 图3-3 AD7799引脚配置图图3-4 AD7799引脚说明图（二）AD7799内部结构AD7799内部由多路模拟开关(MUX)、可编程增益放大器(PGA), 调制器、数字滤器、基准电压输人、时钟电路及串行接口组成。如图3-5所示图3-6 AD7799内部结构图3.1.4 LCD1602液晶显示器介绍LCD1602是一种工业字符型液晶显示器(9)，能够同时在液晶屏幕上显示出32个字符（16行2列）。也能够用它来显示我们需要的字母，相应的符号、数字，还有中文的汉字。液晶屏的每一个字符位型号为57，字符位与字符位之间留有一个间隔，就是一个点的间距，通过这样的设置可以使各个字符分开，能够更加高效的传递所需要的信息。LCD1602液晶显示屏的型号，它的命名方式是服从于它所要显示的具体对象和内容，这种型号的液晶显示屏最大可以显示两行的内容，上下两行每行最多可以显示12个大小的字符量。图3-7 LCD1602实物图液晶显示屏（LCD）具有辐射小、耗能低、散热强、纤薄轻巧、精确还原图像、显示字符锐利和屏幕调节方便等优势，同时屏幕的可视面积大，屏幕分辨率越高，则表示能够显示的视觉感觉会更加的完美，而且其抗干扰的能力非常的强，它除了能够显示数字之外，还可以显示我们需要的数字和中文汉字，还有各种数量值的单位。它的引脚图如图3-8所示图3-8 LCD1602引脚图它的引脚介绍如下：1602采用标准的16脚接口，其中：第4脚：为寄存器选择。当接受的电压为高电平时，接通数据寄存器；低电平时，接通指令寄存器。第5脚：为读写信号线。高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。第714脚：为8位双向数据端。第1516脚：空脚或背灯电源。第15脚：背光正极。第16脚：背光负极。3.2 硬件电路设计3.2.1电源稳压电路MSP430单片机要给它外接3.3V的供电电源(17)，LCD1602液晶屏所需要的电压也是3.3V，热敏电阻的电压采集电路所加的也是3.3V电压，AD7799模块也是接的3.3V电压，复位电路也是需要供电3.3V的电压，因此必须将5V的供电电压，经过稳压芯片的转换，转换过程中要考虑负载的功率大小，选择相应的稳压芯片进行设计，否则不能工作，综上所述，我们VR1部分可以用AMS1117的稳压芯片。AMS1117芯片具体对所设计的电路进行过电流的保护和温度过热的保护，这样可以很大程度上提高芯片和整个电源系统稳定性能。AMS1117芯片具有比较先进的电压修正的技术，这样可以使它的输出的电压精度值在1%范围之内，并且它的误也非常的小。图3-9 整个电源稳压的电路原理图3.2.2MSP430复位电路复位电路的作用是清除之前的测量结果，把测量的电路设计还原到默认的状态。就相当于我们使用的计算器的设置为零的按钮，每当我们按下归零按钮后，整个计算器便回到零的位置，等待操作者再次输入相应的指令后，再重新运行。但是我们设计的这种复位的电路又不完全等同于某些计算器的归零按钮，因为我们设计的复位电路，其中复位操作在单片机刚上电后就进行一次上电复位。MSP430单片机其中配置有两种模式，一种模式是外置复位按钮，进行人工手动进行复位，第二种模式是可以通过程序设置和电路自动进入复位操作，这就是所谓的自动复位。如图3-9所表示的就是设计的MSP430单片机复位电路(16)。该复位电路利用对电容C8充电、放电控制RST处的电压变化进而实现单片机的复位功能实现。当电路接通供电后，电阻R1与电容串联，电容开始充电，使RST处获得高电压，单片机随即进入复位模式，经过几毫秒。电容C8的两端出现的电压差别消失了，这也就表示电容的充电过程已经结束，这时R1上的电流也不复存在，这个时候RST处的电压为零，RST便处于低电平，单片机便直接进入工作的状态。当系统工作的时候，这个时候如果按下复位的按钮，电容C8便会进行放电，此时电阻R1上面便获得了相应的电压。这个时候由于RST获得了C8的电压两端的一个高电平的电压，这个时候单片机便进入复位。如果这个时候再放开复位键，因为我们按下了复位键，此时电容两端电压差消失，但是RST仍然处于高电平，此时单片机便继续保持所处的复位状态。但是经过几个毫秒，电容C8便通过外部电路再次获得电压并且开始进行充电，等到全部充满电后，这个时候电阻R1上的电流便会消失，此时RST便恢复到原样，且这个时候处于低电平，随后msp430单片机进入了工作状态。图3-9 复位电路3.2.3MSP430晶振电路在单片机中经常使用的一种时钟元件是晶体震荡器，它在整个单片机系统中占到了非常重要的地位，就相当于人的心脏，如果心脏停止，人便会失去生命。单片机就是通过晶体震荡器产生的始终信号，一步一步的执行指令，执行指令和扫描的速度变取决于时钟信号的频率快慢。Msp430单片机它的晶振时钟电路便有两种生成的方式。其中一种是通过利用msp430单片机它的内部自行携带的内部振荡器。内部振荡器的基本结构便是由反相器构成的。另一种产生方式便是通过外接一个晶体振荡器产生，这种产生方式中，其中接地，便和外部连接的振荡源进行连接，这样便可以为单片机提供所需要地振荡源。而在本论文设计过程中。我们采用的是前者，因为前者产生的时钟源比内部振荡器产生的时钟源更准确，晶振震荡器的电路(16) 如图3-8所示。图3-8 晶体振荡器电路在晶体振荡器的电路设计中，我们所选择的石英晶振一般在033MHz范围内，我们所需要的瓷片电容的大小则是在1530pF这个范围内进行选择，而该设计中我采用的便是8MHz的石英晶振加上30pF大小的瓷片电容。3.2.4信号采集电路和信号与温度的转换电路本设计中采集信号的电路(16) 是将NTC热敏电阻与一个10K电阻串联，再外加3.3V电压，然后采集热敏电阻上的电压信号，将之送入AD7799模数转换器中转换为数字信号再送入单片机主控模块。其电路原理图如图3-9所示。图3-9 AD7799采集温度的电路原理图AD7799的采样电路图(16) 如上，AD7799的SCLK，CS，DIN，DOUT，四个引脚连接单片机。对AD7799的用法，主要就是读操作和写操作，单片机可以对AD7799进行写操作或者读出数据操作。下面讲讲是怎么进行读操作和写操作的如图3-9上所示，AD7799数字接口有四条线，CS是片选端口，SCLK串行同步时钟 ，DIN数据输入线 ，DOUT/RDY数据输出。DOUT/RDY 可以接主芯片的中端口，当AD转换结束时，DOUT/RDY输出会由高电平变为低电平，在变化的过程中会产生一个电压信号的下降沿。当单片机的中端口接收到下降沿时，就会触发中端，从而开始中断程序。当单片机进入中断服务程序时，会关闭外中断。此时通过对430单片机的 IO 口编程，让单片机读写 AD7799 中测得保存在各个寄存器的数据也就是电压信号。读写过程 CS 为低电平（因为只有在CS为低电平时表示选通了AD7799，相当于家里的大门钥匙，必须先开锁才能进入房间）。如图3-10所示，单片机读数过程为：单片机先发SCLK的下降沿，AD7799输出一位数据， 单片机读入（说明：即先选通AD7799，也就是说给CS端口写低电平，然后SCLK端口给一个时序方波，每到下降沿时，AD7799收到下降沿后通过DOUT输出一位数据，单片机便读入一位数据，直至读完数据为止）。写数过程为：单片机将数据发送到DIN口，再向 AD7799SCLK发上升沿，则 DIN的上 1 位数据移入 AD7799。图3-10 AD7799的读写时序图3.2.5显示电路设计1602液晶显示器是使用液晶显示屏显示，通过控制点阵的明亮来显示字母、数字和中文汉字。本设计的LCD1602连接的电路图(16)，如图3-11所示。根据图所示电路连接好电路便可以进行温度显示。图3-11 液晶显示电路图4.软件系统设计软件设计就是把需要硬件执行的内容用程序编程来控制硬件实现(11)。换而言之，软件设计就是编写计算机语言也就是相应的程序语言。好的程序在实现预期的设定要求基础上，还能让阅读者容易理解，而且程序语言也应该保证程序的高效性，缩短执行时间，并尽量少占用内存。但是如果我们只追求执行时令的时间很短的话，这样的方式是非常不明智的做法，如果我们非要这样做的话，或导致程序整体的可读性比较差，由于集成电路及集成芯片的发展速度非常快，单片机的芯片内存容量也在不断地增加，所以计算机需要执行指令的时间便会大大缩短。所以我们更加关注的是程序的可移植性和可读性。MSP430F149单片机是本系统的核心主控部分，在单片机控制下我们所设置的各个部分便会实现我们事先设置好的功能。本系统设计的软件部分有许多部分组成，其中包括整个系统的主程序、数字和模拟信号转换的子程序以及LCD1602液晶显示部分子程序，本章节经分别介绍各个部分的设计思路。4.1系统整体主程序流程图系统主程序的设计第一步是对我们所用到的器件和单片机端口进行初始化设置。接着进行体温测量部分，接着再在LCD上输出显示具体测量值(13)。主程序的流程框图如图4-1所示。图4-1 系统主程序流程图4.2温度得测量与换算子程序流程图本次系统软件部分采用的是设计语言是C语言。AD7799片内拥有三个寄存器，在编程时可以利用单片机对着三个寄存器进行编程，即通过写其中的寄存器来对AD7799进行通道选择和AD转换功能 。但是不管需要对A7799怎么操作都需要先写通信寄存器，然后才能控制单片机读或写哪个寄存器。软件设计流程如图 4.2所示。 图4-2 温度测量程序流程图5. 系统测试进行单片机的系统测试(4)的时候，既要对系统的硬件进行测试，同时也要对系统的软件进行测试，因为整个系统的软件和硬件是紧密联系的。我们首先根据我们设计的要求，进行硬件的设计，硬件设计好后，便通过软件程序实现对相应硬件的控制，达到软件控制硬件，并且软硬件结合的结果。软硬件结合进行系统测试，可以帮助我们很快的找到系统的问题和不足之处。我们进行系统设计时，比较科学的方法是，首先我们必须明确一点不能够出线很明显的软件错误和硬件故障，这是最基本的要求。软禁调试我们主要是检查，有没有软件逻辑上的错误和语法的上的错误，因为这些错误是最低级的错误，不能够出现，否则会使问题变得很复杂，也给自己带来很大的麻烦；硬件调试，首先我们得确保我们所设计的硬件电路是合理的，其次要检查我们的接线是否正确，这是最基本的要求，如果一旦出错，必然会导致整个系统直接瘫痪，不能使用。在软件和硬件进行联合调试的过程中不断地完善程序设计和硬件电路的设计，直到找到最优的状态。5.1硬件测试5.1.1 分单元的模块测试 （1）电源测试(14)：我们首先接通电源，然后用万用表直流档进行电压的测量，看看输出电压是否稳定，是否是我们所需要的电压。经过测试相关点的电压，发现一切电压指标正常。 （2） 温度大小采集模块的测试：我们通过调节温度的变化，再检测我们设定的测试点处电压，看看温度值的变化会不会引起电压的变化，经过测量可以知道，温度变化与电压的变化成一定的线性关系。 （3）当温度改变时，采集的信号换算后得出的温度值能够实时显示在LCD1602液晶显示屏上面。5.1.2 系统的整体测试本设计采用的测试方法-我们用各种不同的水温代替人体温度值的变化，将一根水银温度计和我们自己所制作的电子体温计，两者的探头（将二者捆绑在一起）同时放置在我们需要测量的水温的同一个位置处。（1）提前准备好我们作为0摄氏度的冰水化合物，和一杯热的水。我们首先将探头放入冰水化合物中，测量测试点对应的电压值大小，并且同时将液晶屏显示的温度记录下来，列成一个表格进行记录。然后每加一次热水 ，重新测量一次，可以测量出许多数据，一直测到水温为50摄氏度。 （2）我们要测量当水温是50摄氏度时，对应的电压是否是3.3V，经过测量么结果完全吻合，所以检测成功。将各个相应的自称粗进行软件仿真，之后再进行硬件仿真，结果都符合设定的要求。5.3 硬件与软件的进行联机测试通过IAR软件惊程序进行编译后，下载到单片机内，搭建好外围的硬件电路，比较我们设计的液晶屏显示的数值与水银温度计的值以及测试点的电压值。5.4 测试的数据和结果分析5.4.1 测试数据我们根据前面的一些测试方法，能够取得到测试的对应结果，如表5-1所示。温度值（摄氏度）液晶屏显示值测试点电压值（V）000.00.010.010.00.10119.019.00.90338.138.11.82047.847.82.80060.150.03.003表5-1 数码显示与测试点电压随温度变化关系5.4.2 结果分析通过以上测试的结果来看，我们设计的硬件电路和相应的软件都比较合理，能够达到我们事先预定的结果，经过分析，我们可以得出体温计在0-50范围内,能够正常显示温度，并且误差很小，对表5-1的数据进行比较，液晶显示的误差与实际的测量温度值误差在0.05内。而且液晶屏显示的温度值与电压成线性关系。总结通过本次系统的设计，采用msp430单片机作为主控芯片，通过AD7799转换电路，NTC热敏电阻采集温度，并通过液晶显示屏显示测量的温度值大小，成功的完成了设定的要求。本次设计过程中遇到了各种麻烦，但是最终都一一克服了，这个过程是非常锻炼人的，因为只有在不断发现问题中，并且不断解决问题，最终得到提高。当我调试完程序，看到液晶屏上面显示出正常的温度值时，当时我是无比的激动，这一段时间的努力都没有白费。参考文献1 无铭基于89S52单片机的电子体温计J电子制作，2008，(1)2 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JournalJ，2001，32：869-873致谢本论文的顺利完成凝聚了许多人的心血。首先，向我的导师表示衷心的感谢和崇高的敬意。感谢老师您半年来对我学习上、生活上的关心和帮助。老师非常渊博的专业知识、活跃的学术思想、实事求是的治学态度以及无私默默奉献的敬业精神，将会永远铭刻在我的记忆中，并将会指导和照亮我未来的学习和工作生涯。在此，我谨向老师致以崇高的敬意和感谢！另外，在论文的完成的过程中，我还得到了许多同学的帮助，在此一并感谢这些同学对论文撰写中给予我莫大的帮助和指导！最后，我要感谢学院所有的老师，感谢各位老师在大学四年对我的悉心指导和关心！ 第 23 页