基于单片机的电子体温计的设计与制作

2021年3月2日发(作者：女性大便带血)
基于单片机的电子体温计的设计与制作

目


录

摘


要
......................... .................................................. .................................................. ....................... I
ABSTRACT

................................................. .................................................. ..................................... II
1
绪


论
......................... .................................................. .................................................. ..................
1

1.1
课题的背景与意义

.
........................ .................................................. ..............................
1

1.2
体温的测量方法

.............................. .................................................. ..............................
1

1.3
体温计的发展历史与现状

.
..................... .................................................. .................
2

1.4
论
文的主要内容

.......................... .................................................. ..................................
3

2
方案设计

.
............................ .................................................. .................................................. .........
5

2.1
系统功能描述
....... .................................................. .................................................. ........
5

2.2
系统方案选择
........ .................................................. .................................................. .......
5

2.2.1

单片机的选择
... .................................................. .................................................. ......
5

2.2.
2
传感器的选择

.................................................. .................................................. .........
9

2.2.3

液晶显示器的选择
.................................................. ..................................................
9

2.2.4

语音模块简介
........... .................................................. ..............................................
1
7
2.2.5

无线发射接收模块简介
...... .................................................. .................................
2
0
2.3
本章小结

.
.................... .................................................. .................................................. ...
2
1
3
硬件设计

.
........ .................................................. .................................................. .........................
2
2
3.1
概述
....................................... .................................................. .............................................
2
2




3.2
单元模块设计
................................... .................................................. ............................
2
4
3.2.1

单片机最小系统电路

.
......... .................................................. ..................................
2
4
3.2.2

温度采集电路
..................... .................................................. ....................................
2
6
3.2.3

液晶显示电路
..................... .................................................. ....................................
2
6
3.2.4

语音模块电路
..................... .................................................. ....................................
2
7
基于单片机的电子体温计的设计与制作

3.2.5

无线发射接收模块电路
............................... .................................................. ........
2
7




3.3
本章小结

.
............................ .................................................. .............................................
2
9
4
软件设计

.
........... .................................................. .................................................. ........................
3
0
4.1

单片机开发环境介绍
................................ .................................................. ...............
3
0
4.2
子程序设计
.. .................................................. .................................................. .................
3
3
4.2.1
体温测量子程序
.................................. .................................................. ...................
3
1
4.2.2
液晶显示子程序
.................................. .................................................. ...................
3
3
4.2.3 SPI
通信子程序

.
........................ .................................................. ...............................
3
5
4.3
本章小结

.
............................ .................................................. .............................................
3
7
结束语
........................... .................................................. .................................................. ..................
3
8
致


谢
........................................ .................................................. .................................................. .....
3
9
参考文献

.
........... .................................................. .................................................. ............................
4
0
附


录
................................... .................................................. .................................................. ..........
4
2


基于单片机的电子体温计的设计与制作


基于单片机的电子体温计设计与制作


摘


要


体温是临床诊断各种疾病的重要依据。
目前，
临床上 测量体温主要采用护士用水
银体温计测量并记录的方法。
采用这种方法时，
体温测量用 时很长；水银体温计极易
损坏，泄漏的水银会造成二次伤害；读数时也不是十分方便。针对这些问题，促 进了
人们对更安全的电子体温计的设计与研究。

本文给出了无线电子体温计的设计原 理和方法，
主要包括测温模块、
无线发射接
收模块、显示模块、语音报温模块、蜂鸣器 报警、测量结果存储等，实现了准确、快
速、实时的监测体温的变化，并且能读出温度数值，蜂鸣器报警 等功能。论文的重点
研究内容包括单片机的使用、
温度传感器的选择与使用、
无线收发 模块的使用、
语音
报温模块的使用以及对测量的结果的实时显示等，
还有单片机对各个 模块控制程序的
编写方法。


关键词




温度；传感器；电子体温计；语音播报



I

基于单片机的电子体温计的设计与制作


THE DESIN AND SIMULATION OF ELECTRONIC
THERMOMETER BASED ON SINGLE-CHIP
MICROCOMPUTER


ABSTRACT

Temperature is an important clinical diagnosis of various diseases basis. Currently, the
main
measure
temperature
using
the
method
in
clinical
nurse
mercury
thermometers
to
measure
and
record.
When
using
this
method,
the
temperature
measured
by
a
very
long
time;
mercury
thermometers
are
easily
damaged,
leaking
mercury
can
cause
secondary
damage;
When
reading
is
not
very
convenient.
To
solve
these
problems,
and
have
been
designed to promote the study of more secure electronic thermometer.
This
paper
presents
the
design
of
wireless
electronic
thermometer
principles
and
methods, including temperature measurement module, wireless transmitter receiver module,
display
module,
voice
reporting
temperature
module,
buzzer
alarm,
the
measurement
results
are
stored,
to
achieve
an
accurate,
rapid,
real-time
monitor
changes
in
body
temperature, and read the temperature value, the buzzer alarm. This paper focuses on the
content,
including
the
use
of
single-chip,
using
the
selection
and
use
of
a
temperature
sensor, wireless transceiver modules, voice modules and report the results of temperature
measurements
in
real
time,
as
well
as
methods
for
the
preparation
of
each
module
microcontroller control program .
KEY WORDS



temperature; sensor; electronic thermometer; voice broadcast

II

基于单片机的电子体温计的设计与制作

1
绪


论

1.1

课题的背景与意义

社会发展到目前的信息化时代，
电子信息技术已经广泛的 应用到人们的生产和生
活中去了。
随着生活水平的不断提高，
人们对医疗保健的要求也 在逐步的提高，
对于
中国人口众多的现状来说，
医院里的工作十分的繁重，
尤 其是在医护人员短缺、
高危
病房监护、传染病隔离等工作中，这个问题显现的更为突出。因此， 提高医护人员的
工作效率是一个亟待解决的问题。

在对病人的治疗和护理中，
对病人的体温测量是必须要经常进行的一项工作，
有
助于医生对病人的病情作出正确的判断。
目前，
在我国许多的医院中，
对病人测量体
温的方式还是由护士每天定时到每 个病房中去给病人一一的测量体温，
并把结果记录
汇总并绘出体温变化曲线，
再交给医 生。
而且在测温的过程中使用的还是玻璃水银温
度计，测量体温的过程中所用的时间长，读数也 是很不如意，其中若有重症的病人，
更是要实时的测量体温的变化，
这样的话，
体温的 数据就不能实时的传到主治医生那
里去，医生就不能掌握病人的体温动态，严重时会影响到治疗
[1]
。

现在用的玻璃水银体温计极易损坏，
其一旦损坏其中的水银泄漏会 对病人造成二
次伤害，
也会对环境造成污染。
因为这一点，在许多的发达国家已经禁止 了对玻璃水
银温度计的使用。
针对以上提到的问题，
需要研究更好的、
更实用 的电子体温计的形
势已经迫不及待。

1.2

体温的测量方法

人体的体温是人体具有生命活动的表现，同时也是人体新陈代谢重要 的生理参
数。
体温不仅具有生理意义，
还具有重要的临床意义，
它是医生给病 人做出正确临床
诊断结果的主要依据之一。
正常人体体温是受人体的体温调节中枢来控制的，< br>并通过
神经、
体液等因素使产热和散热的过程呈动态平衡状态，
保持体温在相对 恒定的范围
内
[2]
。正常的体温是机体进行新陈代谢和生命活动的必要条件。体温是 人体内新陈代
谢活动的结果，也是病情变化的客观指征之一。


1

基于单片机的电子体温计的设计与制作

人体之所以发热就是由于人体产热大于人体散 热而引起的体温升高。
在体温调节
中枢的控制下，人体体温的正常范围保持在
36.2
摄氏度和
37.2
摄氏度之间，如果体
温高于正常范围
0.5
摄氏度者，我们就称其为发热。人体发热的原因有两个，即致热
原发热和非致热原发热
[3]
。当病原菌侵入机体后，使机体某一局部发生变化，通过神
经内分泌调节可以引起应激反应，< br>明显表现在体温的改变。
通过观测体温，
可以了解
机体内重要脏器活动、疾病的 动态情况。体温测量的准确性直接影响到疾病的诊断、
治疗和护理。体温是一个从临床医务人员那里获得 的一个十分重要的客观指标
,
对于
疾病历史收藏和数据处理也十分重要。与此同时，体 温是相对容易获取的生理参数，
温度测量的准确性和及时性直接影响着疾病的诊断和治疗。

1.3

体温计的发展历史与现状

温度是一个基本物理量，
其与我们的生活和生存有着密不可分的联系。
早期人类
对温度的认识只是处于自身的感觉，< br>只能定性的知道它的存在。
人们通过很长时间的
努力，想通过某种方式来认识温度、表达 温度，直到十七世纪，随着物理学的兴起，
[4-5]
人们对温度的认识才有了突破性的进展。
意大利人伽利略于
1592
年发明了最早的
的测量温度的温度计，
但 是这个温度计上没有刻度，
不能准确的表示温度的量值。
伽
利略的学生伏迪南在
1654
年用酒精代替了老师所用的水，并且把温度计的两端都封
闭起来，这也就是现在所用 的水银温度计的雏形
[9]
。而在三年后，又是一位意大利学
者利克得来米亚，
他用水银代替了酒精，
这种温度计与现在的水银温度计也就相差无
几了。
但是，现在用的摄氏温度计的摄氏刻度则是根据瑞典科学家摄尔塞提出的温标
改定的。

在
1709
年，德国的华伦海特在荷兰首次创立了温标，在此这后又经过了数年的
分度 研究，
在
1714
年制成了以水的冰点为
32
度、
沸点为< br>212
度、中间分为
180
等份
的水银温度计，也就是现在仍旧在用的 华氏温度计。
1742
年，瑞典的摄尔塞斯制成
了以水的冰点为
100
度、
沸点为
0
度的水银温度计，
后将两个固定点颠倒过来，
这种< br>水银温度计就是摄氏温度计。
这种温度计在测量体温时，
如果温度计离开了人体，
温
度计中的水银柱就会回落，在临床上使用很是麻烦。在
1865
年，英国的阿尔伯 特发
明了一种体温计，
这种体温计的水银细管中有一狭道，
当测量体温时，
水 银很快上升
到人体的实际体温处，
在离开人体后，
温度计的水银细管中的狭道断开，< br>使水银柱不

2

基于单片机的电子体温计的设计与制作
< br>会回落，
这种温度计受到的临床上的欢迎和普及应用。
但是随着温度测量要求的不断提高，这种体温计的反应慢，加之其使用的玻璃材质，极易损坏，另一方面就是其中
的水银一旦与大 气接触就会很快的形成汞蒸气，
其侵入人体后对全身的许多系统都有
影响，
危害性也很 大。
液体材料制成的温度计的技术的成熟，
促使有人开始尝试用金
属来作来作测温的材 料，
随着热电效应和电阻随温度变化规律的发现，
很快就出现了
热电偶温度计和热电阻 温度计。在
1876
年德国的西门子制造出了第一支铂电阻温度
计
[6]。电子温度测量技术是随着电子技术的发展而逐步发展起来的学科，它主要利用
的技术就是利用材料 随温度变化的参数转换成电信号对温度进行测量。
随着现在数字
集成电路的发展和数字信号处理 理论的成熟，新的电子体温计就以数字技术为主。

对电子体温计来说体温计最关键的部分是就 是温度传感器，
它的好与坏直接的影
响到体温计的测量温度的准确性。
就现在的信息技 术的发展，
其离不开三个基础，
第
一个是信息的采集，也就是传感器技术，第二个就是 信息的传输，也就是通信技术，
第三个就是信息的处理，
也可认为是计算机技术。
传感 器是信息技术的尖端产品，
尤
其是温度传感器被广泛的用于工农业的生产，科学的研究和日常的 生活等等的领域，
而且其数量也在各种的传感器之首。

近百年来，温度传感器的发展大致经历了三个大的阶段：

（
1
）传统的分立式的温度传感器（其中含有敏感元件）
；

（
2
）模拟集成温度传感器，其采用硅半导体集成工艺制成，也称其为硅传感器
或单 片集成温度传感器，是目前应用最为广泛的传感器；

（
3
）智能温度传感器 ，也称为数字温度传感器，是大二十世纪九十年代中期问
世的，它是微电子技术、计算机技术和自动测量 技术的结晶。

目前，
国际上新型温度传感器正从模拟式向数字式、
由集成化 向智能化、
网络化
的方向发展。进入到的新的世纪后，智能温度传感器正朝着高精度、多功能、 总线标
准化、
高可靠性和安全性、
开发虚拟传感器和网络传感器、
单片测温系 统等高科技的
方向迅速的发展
[7]
。

1.4
论文的主要内容

本课题所研究的无线电子体温计是现代电子技术和数据通信技术等在 医院病人
的体温数据采集方面的应用。
本设计旨在实现系统的使用简单、
实用性高、< br>灵敏度高、

3

基于单片机的电子体温计的设计与制作

误差小等优点。主要的研究内容有以下几个方面：

第一方面，
针对目前我国 医院体温采集的实际情况，
选择了集成度高的数字化温
度传感器
DS18B20
，测量温度的速度快，而且，这种传感器中自带
A/D
转换的精度
能达到
1 2
位，也能实现测温的灵敏度高的要求，而且也能使硬件电路设计简单，同
时也可以减少信号在 传输过程中的损失和干扰。

第二方面，
无线电子体温计采用分立式系统，
有 测温模块和监测模块两部分构成。
要完成的工作有：温度的采集、语音报温度值、温度数值的显示、蜂鸣 器报警和
C
语言编写程序。

第三方面，
保证体温测量模块和温度监 测模块的数据传输的正确进行，
通过数据
校验对传输的数据进行检错，提高无线传输过程中的抗 干扰能力。

第四方面，
在监测模块中，
要求对无线传输的体温数据进行显示 ，
语音报温度值，
蜂鸣器报警等，使用方便，使其功能尽可能的完善。








4

基于单片机的电子体温计的设计与制作

2

方案设计

2.1

系统功能描述

此次设计是基于
AT89C52< br>单片机来实现体温的测量与监控。在这里用到的温度
传感器是
DS18B20
， 用它实现体温的测量，并将测量到的温度信号传到单片机中进
行处理，在
LCD1602
上显示体温值，方便测量者观看体温。再经过无线收发模块实
现与医护人员那边的监测模块进行无线通 信，
把测量得到的数据传到监测模块上，
并
用
LCD2864
进行显 示，由医生判断测量者的体温情况，监测模块处有按键通过无线
控制在测温模块处显示出医生的诊断结果 ，
并对体温不正常的测量进行蜂鸣器报警提
示。

2.2

系统方案的选择

目前市场上出现的有电子体温计，
大多的电子体温计在使用 时也是很方便的，
但
是也有一些不太如意的地方。现有电子体温计也要人一个一个测量体温后再 记录结
果。
不方便主治医生对病人的实时观察，
在电子体温计中加上无线传输模块可以 实现
这一点，
主治医生只需要观察无线传输过来的数据，
就能得到病人的状况，
并且同时
可以实现对多人的监护。
不再需要一个一个病房的进行巡视。
电子体温计的 测量速度
要比玻璃水银温度计的快很多，并且其的分辨率也十分高的，再加上其有数显功能，
更 是方便的测温者。所以最终选择了无线电子体温计。

2.2.1

单片机的选择

单片机是一种高度集成的电路芯片，
其采用超大规模的集成电 路技术把具有数据
处理能力的中央处理器
CPU
（包含控制器和运算器）
、随 机存储器
RAM
、只读存储
器
ROM
、
I/O
对应 的输入接口和输出接口、中断控制器、定时器
/
计时器（
T/C
）和系
统时钟电路等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、
A/D
转 换器等电路等）
集成到一块芯片上构成的一个小而完善的计算机系统
[8]
。
其主
要的部件有：


5

基于单片机的电子体温计的设计与制作

一个
8
位的
CPU
；

8KB
程序存储器 ，采用
ROM
或
EPROM(8031
无
ROM)
；

128B
通用数据存储器；

21
个特殊功能寄存器（
SFR
）
；

4
个
8
位并行口，其中
P0
、
P2
、
P3
是 复用口（
P0
和
P2
为地址
/
数据线，可以寻
址< br>64KB ROM
和
64KB RAM
）
；

一个可编程的全双工串行口；

5
个中断源，两个优先级嵌套。
< br>单片机除了具备体积小、价格低、性能强大、速度快、用途广、灵活性强、可靠
性高等优点外，< br>它与通用微型计算机相比，
在硬件结构和指令功能方面还具有存储器
ROM
和< br>RAM
严格分工、采用面向控制的指令系统、
I/O
端口引脚具有复用功能、品
种规格系列化、硬件功能具有广泛的通用性等很多的优点。

本次毕业设计中选用的单 片机是由
AT
公司生产的
AT89C52
，
这种单片机是一种
带
8K
字节闪烁可编程可擦除只读存储器（
FPEROM-Flash
Programable
and
Erasable
Read
Only
Memory
）的低电压，高性能
comos8
的微型 处理器。该器件采用
Atmel
公司高密度非易失存储器制造技术制造，
与工业标准的
MCS-51
指令集和输出管脚相
兼容。

标准功能：
8k
字节
Flash
，
256
字节
RAM
，
3 2
位
I/O
口线，看门狗定时器，
2
个
数据指针，三个16
位定时器
/
计数器，一个
6
向量
2
级中断 结构，全双工串行口，片
内晶振及时钟电路。另外，
AT89C52
可降至
0 Hz
静态逻辑操作，支持
2
种软件可选
择节电模式。空闲模式下，
C PU
停止工作，允许
RAM
、定时器
/
计数器、串口中断继
续工作。掉电保护方式下，
RAM
内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，
直到下一个中断或硬件复位为止。

在外部结构上，
AT89C52
单片机和
MCS-51
系列单片机的结构相同，
有三种封装
形式，分别是
PD IP
形式，为
40
针脚；
PLCC
形式，为
44
针 脚；
TAFP
形式，也为
44
针脚。其中，常用的为
PDIP
形式（如图
2-1
）
。

AT89C52
内部有一个用于 构成振荡器的高增益反相放大器，引脚
RXD
和
TXD
分别是此放大器的输入 端和输出端。
单片机工作用的时钟可以由内部方式产生和外部

方式两种方式产生。内 部方式的时钟电路是在
XTAL1
和
XTAL2
引脚上外接定时元


6

基于单片机的电子体温计的设计与制作



图
2-1 AT89C52
的引脚图

件，
内部振荡器就产 生自激振荡。
定时元件通常采用石英晶体和电容组成的并联谐振
回路。晶体振荡频率可以在1.2
～
12MHz
之间选择，电容值在
5
～
30pF
之间选择，电
容值的大小可对频率起微调的作用，如图
2-2
（
a< br>）所示。

外部方式的时钟电路是由
XTAL1
接地，
XTA L2
接外部振荡器。
对外部振荡信号
无特殊要求，只要求保证脉冲宽度，一般采用频率 低于
12MHz
的方波信号。片内时
钟发生器把振荡频率两分频，产生一个两相时钟< br>P1
和
P2
，供单片机使用，如图
2-2
（
b
）所示。


（
a
）内部方式时钟电路










（
b
）外部方式时钟电路

图
2-2
时钟电路

复位是单片机的初始化操作。其主要功能是把
PC
初始化 为
0000H
，使单片机从
0000H
单元开始执行程序。
除了进入 系统的正常初始化之外，
当由于程序运行出错或
操作错误使系统处于死锁状态时，
为摆 脱困境，
也需按复位键重新启动。
除
PC
之外，
复位操作还对其他一 些寄存器有影响，它们的复位状态如表
2-1
所示。

RST
引脚是 复位信号的输入端。复位信号是高电平有效，其有效时间应持续
24
个振荡周期
(即二个机器周期
)
以上。若使用颇率为
6MHz
的晶振，则复位信号持续 时

7

基于单片机的电子体温计的设计与制作

间应超过
4us
才能完成复位操作。寄存器的复位状态如表
2-1
。

表
2-1

寄存器的复位状态

寄存器

PC
ACC
PSW
SP
DPTR
P0-P3
IP
IE
TMOD
复位状态

0000H
00H
00H
07H
0000H
FFH
XX000000B
0X000000B
00H
寄存器

TCON
TL0
TH0
TL1
TH1
SCON
SBUF
PCON

复位状态

00H
00H
00H
00H
00H
00H
不定

0XXX0000B

整个复位电路包括芯片内、外两部分。外部电路产生的复位信 号
(RST)
送至施密
特触发器，再由片内复位电路在每个机器周期的
S5P 2
时刻对施密特触发器的输出进
行采样，然后才得到内部复位操作所需要的信号
[8]
。

复位操作有上电自动复位相和按键手动复位两种方式。
上电自动复位是通 过外部
复位电路的电容充电来实现的，在时钟电路工作后，在
RST
端连续给出两个机 器周
期的高电平就能完成复位操作，其电路如图
2-3
（
a
）所示。

按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。
其中，
按键电平复位是通过使复 位端
经电阻与
Vcc
电源接通而实现的，其电路如图
2-3
（
b
）所示；而按键脉冲复位则是
利用
RC
微分电路产生的正脉冲来实现的， 其电路如图
2-3
（
c
）所示。


（
a
）上电复位







（
b
）按键电平复位






（
c
）按键脉冲复位

图
2-3

复位电路


8

基于单片机的电子体温计的设计与制作

2.2.2

传感器的选择

方案一：
采用热电偶温差电路测温，
温度检测部分可 以使用低温热偶，
热电偶由
两个焊接在一起的异金属导线所组成，通过将参考结点保持在已知温 度并测量该电
压，便可推断出检测结点的温度。数据采集部分使用带有
A/D
通道的单片机，在将
随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行
A/D
转换后，就可以用单片机进行数
据的处理。

方案二：
外部温度信号 经过集成温度传感器采集转换成相应的电压信号，
经过信
号放大后成为模拟输入信号，
AD
将该模拟信号转换成数字信号，通过并口送入到单
片机进进行数据的处理。

方案二：采用数字温度芯片
DS18B20
测量温度，输出信号全数字化。利用单片
机控制温度传感器
DS18B20
进行实时温度检测并显示，
能够实现快速测 量环境温度。

经过三类传感器的比较最终选择由
DALLAS
公司生产的单 总线式的数字温度传
感器，即智能温度传感器，也是微电子技术、计算机技术和自动测试技术
( ATE)
的结
晶。
目前，
人们已开发出多种智能温度传感器系列产品。
智能温度传感器内部大都包
含温度传感器、
A/D
转换器、信号处理器、存储器(
或寄存器
)
和接口电路。
DS18B20
具有
3引脚
TO
－
92
小体积封装形式；
温度测量范围为－
5 5
℃～＋
125
℃，
可编程为
9
位～
12
位
A/D
转换精度，
测温分辨率可达
0.0625
℃，
被测 温度用符号扩展的
16
位数
字量方式串行输出，
其工作电源既可在远端引入，
也可采用寄生电源方式产生；
另外
多个
DS18B20
可以并联到< br>3
根或
2
根线上，
CPU
只需一根端口线就能与诸多
DS18B20
通信，
占用微处理器的端口较少，
可节省大量的引线和逻辑电路。温度数据直接以
―
单
总线
‖
的数字方式传输，大大提高了系统的 抗干扰性。

2.2.3

液晶显示器的选择

（
1
）

LCD1602
显示模块的简介

在大多数的单片机应用系统中，
人机对话是一个不可缺少的功能。
人机对话包括
人对 系统的状态干预、
数据输入以及系统向人报告状态和运行结果等。
显示屏是人机
对话的 输出设备，通过显示屏可以显示系统的运行状态以及运行结果。


9

基于单片机的电子体温计的设计与制作

液晶是介于液体和晶体固体之间的一种各向异 性凝聚流体，
它既不是液体也不是
晶体。
液晶既像液体那样具有流动性，
又像 晶体那样具有光学上的各向异性。
从微观
结构看，液晶材料的分子形状都是各向异性，一般总是 棒状、板状或圆盘状，并且有
固有的电矩，所以有极性。向列型液晶分子可以绕长轴转动，或平移。沿长 轴方向的
液晶是近乎透明的。
当受到外电场的作用时，
液晶会发生湍流，
棒状 分子沿长轴方向
的有序排列被打乱，而变成混浊状。撤除电场后，分子长轴又重拳平行起来，沿该方向又恢复透明。我们正是利用液晶的这种效应显示图像和字码的。

LCD
是液晶 显示屏，主要是用来做面显示，它本身不发光，通电后能通过电流
使屏幕产生各种颜色的浑浊现象，后置 光源发出来的光透过前面的
LCD
面板能使人
看到图案。
LED
是发 光二极管，它本身是点光源，就是说发出来的光不是一个面，
而是一个点。由于
LED
显示屏的分辨率远远的落后于
LCD
，而且
LED
仅适合于室
外以及 室内大屏幕且观看距离稍微远一点的情况，
另外还有一点就是
LED
与
LCD
的
功耗比大约为
10:1
，所以本设计的显示部分全部采用
LCD< br>显示。

液晶显示器（
LCD
）由于体积小、重量轻、耗电小等优点已 成为各种嵌入式系统
最常用的理想显示器。
近年来，
随着液晶显示器技术的迅猛发展，
大面积的液晶显示
器已开始取代
CRT
显示器，在使用电池供电的电子产品中 ，液晶显示器是首选的显
示器。

1602
字符型液晶显示模块是专门用于显 示字母、数字、符号等的点阵式
LCD
显
示器，目前常用的有
16X1
、
16X2
、
20X2
和
40X2
行等。下面介绍
1602
字符型液晶
显示器引脚及其用法如表
2-2
。

VL
（
VO
）引脚为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高。若对比度过高会产生“鬼影”
，使用时一般通过一只
10K
电阻来调整 液晶
显示屏的对比度。

RS
引脚为寄存器选择端，
RS
为 高电平时选择数据寄存器，
为低电平时选择指令
寄存器。

R/W
为 读写信号线，为高电平时进行读操作，为低电平时为写操作。当
RS
和
R/W
同为低电平时可以写人指令或者显示地址；
当
RS
为低电平、
R/W
为高电平时可
以读忙信号；当
RS
为高电平、
R/W
为低电平时可以 写入数据。

E
为使能端，当
E
端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。

D0
一
D7
为位双向数据线。


10

基于单片机的电子体温计的设计与制作

表
2-2 1602
的引脚说明

编号

1
2
3
4
5
6
7
8
符号

VSS
VDD
VL
RS
R/W
E
D0
D1
引脚说明

电源地

电源正极

液晶显示偏压信号

数据
/
命令选择端
(H/L)
读
/
写选择端
(H/L)
使能信号

Data I/O
Data I/O
编号

9
10
11
12
13
14
15
16
符号

D2
D3
D4
D5
D6
D7
BLA
BLK
引脚说明

Data I/O
Data I/O
Data I/O
Data I/O
Data I/O
Data I/O
背光源正极

背光源负极

1602
液晶模块的读 写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。表
2-3
为液晶模块内部的控制器的< br>11
条控制指令。

表
2-3 1602
液晶模块内部的控制器的
11
条控制指令

序号

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
指令

清显示

光标返回

置输入模式

显示开
/
关设
置

光标或字符
移位

置功能

置
字
符
发
生
存储器地址

置
数
据
存
储
器地址

读
忙
标
志
或
地址

写数到
CGRAM
或
DDRAM
从
CGRAM
或
DDRAM
读数

RS
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
R/W
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
D7
0
0
0
0
0
0
0
1
BF
D6
0
0
0
0
0
0
1
D5
0
0
0
0
0
1
D4
0
0
0
0
1
D3
0
0
0
1
S/C
D2
0
0
1
D
R/L
D1
0
1
I/D
C
*
D0
1
*
S
B
*
*
DL
N
F
*
字符发生存储器地址

显示数据存储器地址

计数器地址

要写的数据内容

11
1
1
读出的数据内容


11

基于单片机的电子体温计的设计与制作

液晶显示模块是慢显示器件，
所以在 执行每条指令之前一定要确认模块的忙标志
为低电平即不忙，否则该指令失效。显示字符时，要先输人显 示字符址功上，即告诉
模块在哪里显示字符。例如，第二行第一个字符的地址是
40H
，那么是否直接写入
40H
就可以将光标定位在第二行第一个字符的位置呢这是不行的。
因为写入显示地址
时
要
求
最
高
位
D7
恒
定
为
高
电
平
，
所
以
实
际
写
入
的
数
据
应
该
是
010000 00B(40H)+10000000B
（
80H
）
，即
11000 000B
（
C0H
）
。

在对液晶模块进行初始化时，要先设置其显示模式，
在液晶模块显示字符时光标
是自动右移的，
无需人工干预。
每次输人指令前，
都要判断液晶模块是否处于忙状态。

1602
液 晶模块内部的字符发生存储器
（
CGROM
）
中已经存储了
160< br>个点阵字符
图形，如表
2-4
所示，每一个字符都有一个固定的代码。比如，大 写英文字母
A
的代
码是
01000001B
（
41H
）
，显示时，模块把地址
41H
中的点阵符图形显示出来，我们
就能看到字 母
A
。

表
2-4
基本操作时序表

读状态

写指令

输入

输入

RS=L
、
RW=H
、
E=H
RS=L
、
D0~D7=
指令
码、
E=
高脉冲

RS=H
、
E=H
RS=H
、
D0~D7=
数据、
E=
高脉冲

输出

输出

D0~D7=
状态
字

无

读数据

写数据

输入

输入

输出

输出

D0~D7=
数据

无


图
2-4
读操作时序


12

基于单片机的电子体温计的设计与制作


图
2-5
写操作时序

表
2-5
时序参数


（
2
）

LCD12864
显示模块的简介

LCD12864
是一种图形点 阵液晶显示器。
它主要采用动态驱动原理由行驱动控制
器和列驱动器两部分组成
128
（列）
*64
（行）
的全点阵液晶显示。
此显示器采用
CO B
的软封装方式，通过导电橡胶和压框连接
LCD
，使其的寿命长并且连接可靠。带中
文字库的
128X64
是一种具有
4
位
/8
位并行 、
2
线或
3
线串行多种接口方式，内部含
有国标一级、二级简体中文 字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为
128×
64
，
内置
8192
个
16*16
点汉字，
和
128
个
16* 8
点
ASCII
字符集。
利用该模块灵活的接口
方式和简单、方便的 操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。可以显示
8×
4
行
16×
16
点阵的汉字。也可完成图形显示。低电压低功耗是其又一显著特点。由该模块



13

基于单片机的电子体温计的设计与制作

表
2-6 LCD12864
各个管脚对应的名称和作用

管脚号

1
2
3
管脚名称

VSS
VCC
V0
电平

0V
3.0+5V
-
管脚功能描述

电源地

电源正

对比度（亮度）调整

RS=―H‖,
表示
DB7
——
DB0
为显示
4
RS(CS
）

H/L
数据；
RS=―L‖,
表 示
DB7
——
DB0
为显
示指令数据





R/W=―H‖,E=―H‖,
数据被读到
5
R/W(SID)
H/L
DB7
——
DB0
；
R/W=―L‖,E=―H→L‖,
DB7
——
DB0
的数据被写到
IR
或
DR
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
E(SCLK)
DB0
DB1
DB2
DB3
DB4
DB5
DB6
DB7
PSB
NC
/RESET
VOUT
A
K
H/L
H/L
H/L
H/L
H/L
H/L
H/L
H/L
H/L
H/L
-
H/L
-
VDD
VSS
使能信号

三态数据线

三态数据线

三态数据线

三态数据线

三态数据线

三态数据线

三态数据线

三态数据线

H
：
8
位或
4
位并口方式，
L
：串口方式

空脚

复位端，低电平有效

LCD
驱动电压输出端

背光源正端（
+5V
）

背光源负端

构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶显示模块相比，
不 论硬件电路结构或显
示程序都要简洁得多，
且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块。
如在实际

14

基于单片机的电子体温计的设计与制作

应用中仅使用串口通讯模式，
可将
PSB
接固定低电平，
也可以将模 块上的
J8
和
―GND‖
用焊锡短接。
模块内部接有上电复位电路，
因此在不需要经常复位的场合可将该端悬
空。如背光和模块共用一个电源，可以将模块上的JA
、
JK
用焊锡短接。

LCD12864
显示器控 制器接口信号说明如表
2-7
和表
2-8
：

表
2-7

RS
，
R/W
的配合选择决定控制界面的
4
种模式

RS
L
L
H
H
R/W
L
H
L
H
功能说明

MPU
写指令到指令暂存器（
IR
）

读出忙标志（
BF
）及地址记数器（
AC
）的状态

MPU
写入数据到数据暂存器（
DR
）

MPU
从数据暂存器（
DR
）中读出数据

表
2-8

E
信号

E
状态

高
——
>
低

高

低
/
低
——
>
高

执行动作

I/O
缓冲
——
>DR
DR
——
>I/O
缓冲

无动作

结果

配合
/W
进行写数据或指令

配合
R
进行读数据或指令


忙标志：
BF。
BF
标志提供内部工作情况。
BF=1
表示模块在进行内部操作，此< br>时模块不接受外部指令和数据。
BF=0
时，模块为准备状态，随时可接受外部指令和< br>数据。
利用
STATUS RD
指令，
可以将
BF
读 到
DB7
总线，
从而检验模块之工作状态。

字型产生
RO M
（
CGROM
）：字型产生
ROM
（
CGROM
）提供
8192
个此触发器
是用于模块屏幕显示开和关的控制。
DFF=1< br>为开显示（
DISPLAY ON)
，
DDRAM
的
内容就显 示在屏幕上，
DFF=0
为关显示
（
DISPLAY OFF)
。
DFF
的状态是指令
DISPLAY
ON/OFF
和
RST
信号控制的。

显示数据
R AM
（
DDRAM
）：模块内部显示数据
RAM
提供
64×
2
个位元组的空
间，最多可控制
4
行
16
字（64
个字）的中文字型显示，当写入显示数据
RAM
时，
可分别显示CGROM
与
CGRAM
的字型；此模块可显示三种字型，分别是半角英数
字型
(16*8)
、
CGRAM
字型及
CGROM
的中文 字型，三种字型的选择，由在
DDRAM
中写入的编码选择，在
0000H
—
0006H
的编码中（其代码分别是
0000
、
0002
、
0004
、

15

基于单片机的电子体温计的设计与制作

0006
共
4
个） 将选择
CGRAM
的自定义字型，
02H
—
7FH
的编码中 将选择半角英数
字的字型，至于
A1
以上的编码将自动的结合下一个位元组，组成两个 位元组的编码
形成中文字型的编码
BIG5
（
A140
—
D 75F
），
GB
（
A1A0-F7FFH
）。

字 型产生
RAM(CGRAM)
：字型产生
RAM
提供图象定义
(造字
)
功能，可以提供
四组
16×
16
点的自定义图象 空间，
使用者可以将内部字型没有提供的图象字型自行定
义到
CGRAM
中， 便可和
CGROM
中的定义一样地通过
DDRAM
显示在屏幕中。


地址计数器
AC
：地址计数器是用来贮存
DDRAM/CGRAM
之一的地址
,
它可由
设定指令暂存器来改变，之后只要读取或是写入
DDRAM/CGRAM
的值时，地址计
数器的值就会自动加一，
当
RS为
―0‖
时而
R/W
为
―1‖
时，
地址计数器 的值会被读取到
DB6
——
DB0
中。

当
IC1
在接受指令前，微处理器必须先确认其内部处于非忙碌状态，即读取
BF
标志时，BF
需为零，方可接受新的指令；如果在送出一个指令前并不检查
BF
标志，那么在前一个指令和这个指令中间必须延长一段较长的时间，
即是等待前一个指令确
实执行 完成。

使用前的准备
：
先给模块加上工作电压，再按照电路图的连接方法调 节
LCD
的
对比度，使其显示出黑色的底影。此过程亦可以初步检测
LCD< br>有无缺段现象。

字符显示
:
带中文字库的
128X64-0 402B
每屏可显示
4
行
8
列共
32
个
1 6×
16
点阵
的汉字，每个显示
RAM
可显示
1
个 中文字符或
2
个
16×
8
点阵全高
ASCII
码字 符，
即每屏最多可实现
32
个中文字符或
64
个
ASCII
码字符的显示。带中文字库的
128X64-0402B
内部提供
128×< br>2
字节的字符显示
RAM
缓冲
（
DDRAM
）
。
字符显示是
通过将字符显示编码写入该字符显示
RAM
实现的。根据写入 内容的不同，可分别在
液晶屏上显示
CGROM
（中文字库）、
HCGROM
（
ASCII
码字库）及
CGRAM
（自定
义字形）的内容 。三种不同字符
/
字型的选择编码范围为：
0000
～
0006H< br>（其代码分别
是
0000
、
0002
、
0004、
0006
共
4
个）显示自定义字型，
02H
～
7FH
显示半宽
ASCII
码字符，
A1A0H
～
F7F FH
显示
8192
种
GB2312
中文字库字形。字符显示
RAM
在液
晶模块中的地址
80H
～
9FH
。
字符 显示的
RAM
的地址与
32
个字符显示区域有着一一
对应的关系，其 对应关系如表
2-9
所示。

用带中文字库的
128X64
显示模块时应注意以下几点：

①

欲在某一个位置显示中文字符时，应先设定显示字符位置，即先设定显示地
址，再写入中文字符编码。


16

基于单片机的电子体温计的设计与制作

表
2-9
字符显示
RAM
的地址与
32
个字符显示区域的对应关系

80H
90H
88H
98H
81H
91H
89H
99H
82H
92H
8AH
9AH
83H
93H
8BH
9BH
84H
94H
8CH
9CH
85H
95H
8DH
9DH
86H
96H
8EH
9EH
87H
97H
8FH
9FH
②

显示
ASCII
字符过程与 显示中文字符过程相同。不过在显示连续字符时，只
须设定一次显示地址，
由模块自动对地址加
1
指向下一个字符位置，
否则，
显示的字
符中将会有一个空
ASCII
字符位置。

③

当字符编码为
2
字节时，应先写入高位字节，再写入低位字节。

④

模块在接收指令前，
向处理器必须先确认模块内部处于非忙状态，即读取
BF
标志时
BF
需为
―0‖
，方可接受新的指令。如果在送 出一个指令前不检查
BF
标志，则
在前一个指令和这个指令中间必须延迟一段较长的时 间，
即等待前一个指令确定执行
完成。指令执行的时间请参考指令表中的指令执行时间说明。< br>
⑤

―RE‖
为基本指令
集与扩充指令集的选择控制位。当 变更
―RE‖
后，以后的指令集将维持在最后的状态，
除非再次变更
―RE‖
位，否则使用相同指令集时，无需每次均重设
―RE‖
位。

2.2.4

语音模块简介

ISD1760
是华邦公司新 推出的单片优质语音录放电路
ISD1700
系列芯片中的一
款。
这款芯片可 以用来替代已经停产的
ISD2560
芯片。
用户可以利用振荡电阻来自己
设 定芯片的采样频率，
从而决定芯片的录放时间
（
40s-120s
）
和录放音质
（
4k-12kHZ
）
。
相比过去的
ISD25 60
芯片来说，
ISD1760
在功能上集成了录放功能，
并增加了一些更< br>加人性化的提示功能以及对存储空间的精确操作功能，而且音质也有了明显的提高。

I SD1760
芯片提供的多项新功能包括内置多信息管理系统、
新信息提示
（
vAlert
）
、
双运作模式（独立模式和
SPI
模式）以及可以定 制的信息操作指示音效等。芯片内部
包含有自动增益控制、
麦克风前置扩大器、
扬声器 驱动线路、
振荡器与内存等全方位
整合系统功能。
此外，
该芯片还具有专利技 术的模拟处理存储方式，
且录放音质极佳，
背景噪音很小，
语音内容保存时间长且不易 丢失。
非常适用于公路收费站和公交车等
场合进行语音播报。



17

基于单片机的电子体温计的设计与制作

ISD1700系列芯片引脚图及说明如图
2-7
和表
2-10
：


图
2-7 ISD1700
系列芯片引脚图

表
2-10 ISD1700
系列芯片引脚说明

P
引脚名
DIP/S
称

OIC
封
装

VCCD
/LED
/RESET
1
2
3
22
23
24
数字电路电源

LED
指示信号输出

芯片复位

SPI
接口的串行输出。
ISD1700
在

SCLK
下降沿之前的
MISO
4
25
半个周期将数 据放置在
MISO
端。
数据在
SCLK
的下降沿时
移出
SPI
接口的数据输入端口。主控制芯片在
SCLK
上升沿
MOSI
5
26
之前的半个周期将数据放置在
MOSI
端。
数据 在
SCLK
上升
沿被锁存在芯片内。此管脚在空闲时，应该被拉高

SPI
接口的时钟。由主控制芯片产生，并且被用来同步
SCLK
6
27
芯片
MOSI
和
MISO
端各自的数据输入和输出。 此管脚空闲
时，必须拉高。

TSOP
引

脚

说

明

封装


18

基于单片机的电子体温计的设计与制作

为低时，选择该芯片成为当前被控制设备并且开启
SPI
/SS
7
28
接口。空闲时，需要拉高

VSSA
8
1
模拟地

芯片录音或直通时，辅助的模拟输入。需要一个交流耦
合电容（典型 值为
0.1uF
），并且输入信号的幅值不能超出
Anain
9
2
1.0Vpp
。
APC
寄存器的
D3
可以决定
Anain
信号被立刻录制
到存储器中，与
Mic
信号混合被录制到 存储器中，或者被缓
存到喇叭端并经由直通线路从
AUD/AUX
输出。

MIC+
MIC-
VSSP2
SP-
VCCP
SP+
VSSP1
10
11
12
13
14
15
16
3
4
5
6
7
8
9
麦克风输入
+
麦克风输入
-
负极
PWM
喇叭驱动器地

喇叭输出
-
PWM
喇叭驱动器电源

喇叭输出
+
正极
PWM
喇叭驱动器地

辅助输出，
决定于
AP C
寄存器的
D7
，
用来输出一个
AUD
或
AUX< br>输出。
AUD
是一个单端电流输出，而
AuxOut
是一
AU D/AUX
17
10
个单端电压输出。他们能够被用来驱动一个外部扬声器。出
厂默认设置为
AUD
。
APC
寄存器的
D9
可以使 其掉电

AGC
/VOL
ROSC
VCCA
18
19
20
21
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自动增益控制

音量控制

振荡电阻
ROSC
用一个电阻连接到地，
决定芯片的采样频率

模拟电路电源


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基于单片机的电子体温计的设计与制作

在独立按键模式下，
当
FT
一直为低，
Anain
直通线路被
激活。
Anain
信号被 立刻从
Anain
经由音量控制线路发射到
喇叭以及
AUD/AUX
输出。不过，当在
SPI
模式下，
SPI
无
/FT
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视这个输入，
而且直通线路被
APC
寄存器的
D0< br>所控制。
该
管脚有一个内部上拉和防抖动设计，允许使用按键开关来控
制开始和 结束。

/PLAY
/REC
/ERASE
/FWD
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播放控制端，有电平触发和脉冲触发两种模式

录音控制端，低电平有效

擦除控制端，低电平有效

快进控制端，低电平有效

一个开路输出。

Ready(
独立模式
)
：该管脚在录音，放音，擦除和指向操
RDY/INT
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作时保持为低，保持为高时进入掉电状态

Interrupt(SP I
模式
)
：在完成
SPI
命令后，会产生一个低
信号的中断 。一旦中断消除，该脚变回为高。

VSSD
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数字地

2.2.5

无线发射接收模块简介

N RF24L01
是
NORDIC
公司最近生产的一款无线通信通信芯片，
采用
FSK
调制，
内部集成
NORDIC
自己的
Enhance d Short Burst
协议。可以实现一对一或是一对多的
无线通信。
无线通信 速度可以达到
2M
（
bps
）
。
NORDIC
公司 提供通信模块的
GERBER
文件，
可以直接加工生产。
嵌入式工程师或是单 片机爱好者只需要为单片机系统预留
5
个
GPIO
，
1
个中 断输入引脚，
就可以很容易实现无线通信的功能，
非常适合用来为
MCU
系统 构建无线通信功能。

从单片机控制的角度来看，
我们只需要六个控制和数据信号，< br>分别为
CSN
、
SCK
、
MISO
、
MOS I
、
IRQ
、
CE
，
NRF24L01
的引脚图如 图
2-14
。

CSN
：芯片的片选线，
CSN
为低电平时芯片工作。


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