本科毕业设计,毕业论文,电子体温计的研制(4)

2019-06-11 12:27

电子体温计的研制 13

(7)共模范围扩展到负电源; (8)行业标准的引脚排列; (9)输入端具有静电保护功能。

图2-12 LM324的引脚图

图2-13 温度传感器经过LM324放大电路

温度传感器LM35输出的电压经过LM324反相端输入放大电路将电压放大5倍。

2.4 恒流源电路

电子体温计的研制 14

图2-14 电子工具箱搭建的恒流源电路

图2-15用PROTEL画的恒流源电路

这是最简单的偏置电路,偏置电流IB自电源VCC(取VCC=5V)经过10kΩ,电阻流通。即这一电路的偏置电流IB可用下式表示:

IB=(VCC-UBE)/10=(5-0.7)/10= 0.43mA (2-4)

式中UBE的值对锗晶体三极管而言约为0.2V,对硅晶体三极管而言约为0.6~0.7V。 因此,一旦给定VCC的值,由该电路中的IB就基本决定,所以该电路称为固定偏置电路。它虽电路简单且功耗小,但由于对温度的稳定性能差,故用于像玩具那样的放大

电子体温计的研制 15

倍数不高、保真度要求低的场合。

对于NPN管来说,三个电极的电位关系是:UC> UB > UE; 对于PNP管来说,三个电极的电位关系是:UC< UB < UE。

对于三极管,它由基极、集电极和发射极组成。其中三者关系可以用一下公式来表示:

IE= IC+ IB (2-5)

当IB=0(将基极开路)时,IE= IC此时电流由集电区穿过基区流入发射区[12]。上图中

IE=(1.2-0.7)/4.3K=0.1mA (2-6) 所以,IE= IC=0.1 mA,而热敏电阻两端的电压URT=10K×0.1mA=1V,然后再将热敏电阻两端的电压输送到单片机的AD转换器的C1口。

图2-16 总电路原理图

上图为本设计电子体温计的总原理图,以单片机为核心,温度传感器和1602LCD液晶显示屏为辅件,完成整个电路图的搭建。

电子体温计的研制 16

3 ATmega16单片机

3.1 ATmega16单片机硬件介绍

ATmega16是基于增强的AVR RISC结构的低功耗8位CMOS微控制器。由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间,ATmega16的数据吞吐率高达1 MIPS/MHz,从而可以缓减系统在功耗和处理速度之间的矛盾[15]。

ATmega16 AVR 内核具有丰富的指令集和32个通用工作寄存器。所有的寄存器都直接与算逻单元(ALU)相连接,使得一条指令可以在一个时钟周期内同时访问两个独立的寄存器。这种结构大大提高了代码效率,并且具有比普通的CISC 微控制器最高至10倍的数据吞吐率。

ATmega16有如下特点:16K字节的系统内可编程Flash(具有同时读写的能力,即RWW),512字节EEPROM,1K字节SRAM,32个通用I/O 口线,32个通用工作寄存器,用于边界扫描的JTAG接口,支持片内调试与编程,三个具有比较模式的灵活的定时器/计数器(T/C),片内/外中断,可编程串USART,有起始条件检测器的通用串行接口,8路10位具有可选差分输入级可编程增益(TQFP 封装) 的ADC ,具有片内振荡器的可编程看门狗定时器,一个SPI 串行端口,以及六个可以通过软件进行选择的省电模式。

工作于空闲模式时CPU停止工作,而USART、两线接口、A/D 转换器、SRAM、T/C、SPI 端口以及中断系统继续工作;掉电模式时晶体振荡器停止振荡,所有功能除了中断和硬件复位之外都停止工作;在省电模式下,异步定时器继续运行,允许用户保持一个时间基准,而其余功能模块处于休眠状态;ADC噪声抑制模式时终止CPU 和除了异步定时器与ADC 以外所有I/O 模块的工作,以降低ADC 转换时的开关噪声;Standby 模式下只有晶体或谐振振荡器运行,其余功能模块处于休眠状态,使得器件只消耗极少的电流,同时具有快速启动能力;扩展Standby 模式下则允许振荡器和异步定时器继续工作。

本芯片是以Atmel 高密度非易失性存储器技术生产的。片内ISP Flash允许程序存储器通过ISP 串行接口,或者通用编程器进行编程,也可以通过运行于AVR 内核之中的引导程序进行编程。引导程序可以使用任意接口将应用程序下载到应用Flash存储区(ApplicationFlash Memory)。在更新应用Flash存储区时引导Flash区(Boot Flash Memory)的程序继续运行,实现了RWW操作。通过将8 位RISC CPU 与系统内可编程的Flash 集成在一个芯片内,ATmega16 成为一个功能强大的单片机,为许多嵌入式控制应用提供了灵活而低成本的解决方案。ATmega16具有一整套的编程与系统开发工具,包括:C 语言编译器、宏汇编、 程序调试器/软件仿真器、仿真器及评估板[16]。

电子体温计的研制 17

3.1.1 ATmega16产品特性

高性能、低功耗的8位AVR微处理器; 先进的RISC结构; 131条指令;

大多数指令执行时间为单个时钟周期; 32个8位通用工作寄存器; 全静态工作;

工作于16MHz时性能高达16MIPS; 只需两个时钟周期的硬件乘法器; 非易失性程序和数据存储器;

16K字节的系统内可编程Flash,擦写寿命: 10,000次;

具有独立锁定位的可选Boot代码区,通过片上Boot程序实现系统内编程,真正的同时读写操作;

512 字节的EEPROM,擦写寿命: 100,000次; 1K字节的片内SRAM;

可以对锁定位进行编程以实现用户程序的加密; JTAG 接口(与IEEE 1149.1标准兼容); 符合JTAG标准的边界扫描功能; 支持扩展的片内调试功能;

通过JTAG接口实现对Flash、EEPROM、熔丝位和锁定位的编程[17]。 (1)外设特点:

两个具有独立预分频器和比较器功能的8位定时器/计数器; 一个具有预分频器、比较功能和捕捉功能的16位定时器/计数器; 具有独立振荡器的实时计数器RTC; 四通道PWM;

8路10位ADC,8个单端通道,2个具有可编程增益(1x, 10x, 或200x)的差分通道;

面向字节的两线接口; 两个可编程的串行USART;

可工作于主机/从机模式的SPI串行接口; 具有独立片内振荡器的可编程看门狗定时器; 片内模拟比较器; (2)特殊的处理器特点: 上电复位以及可编程的掉电检测; 片内经过标定的RC振荡器;


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