0引言
　　
　　當身體不適時，常去醫院就診，*道程序就是領序號，并且要量好體溫，以便給醫生診斷時提供依據。使用的是傳統的水銀溫度計，天冷時衣服穿得多，有時很擔心放在腋下的溫度計會不會折斷，護士們也要費力地讀取上面的分度值.為此設計了這樣的一種儀器：測溫安全、快捷、讀數直觀的測溫儀，結構框圖如圖1。　　
　　圖中:溫度傳感器采用LM35精密溫度傳感器，其輸出的電壓與攝氏溫度成正比,共4路.
　　
　　放大器：采用CA3140構成放大電路，將LM35輸出的m號放大為0~5V的直流電壓信號,作為單片機的模擬輸入信號。
　　
　　單片機：為PIC16C71單片機構成的微電腦控制系統.
　　
　　顯示單元：為4位高亮度LED顯示,其中*位紅色顯示通道號,后3位綠色顯示保留1位小數的溫度值。
　　
　　鍵盤:為4鍵,分別控制4個顯示通道,初始狀態默認為*通道的值.
　　
　　1PIC16C71單片機
　　
　　PIC單片機是由美國Microchip公司推出的,代表了當今世界微控制器的新趨勢,采用了RISC精簡指令集以及指令總線與數據總線分開的哈佛總線結構.PIC16C71為18腳雙列直插集成器件,片內除CPU外,有36個8位的RAM、1k的EPROM、1個定時/計數器、13個雙向可獨立編程的I/O引腳,內置自振式看門狗,功耗低（除工作電流很小外,還具有SLEEP方式）,輸出驅動能力強（可以直接驅動LED）.工作電壓寬（2~6V）,特別是其內部具有一個4路高速8位A/D轉換,其參考電壓是軟件可編程的,可以是芯片的電源電壓,也可以選擇RA3/AN3/VERF引腳上的電壓.B口還具有電平變化中斷功能（可直接外掛鍵盤）.與其它普通類型8位微處理器相比,CPU的體積小（18腳）、又無需外接RAM、E-PROM、A/D轉換器、以及顯示、鍵盤的外接接口和輸出驅動芯片,大大簡化了外圍電路,縮小了體積,同時還可達2∶1的代碼壓縮和4∶1的運行速度的提高.其紫外線可擦除的陶瓷封裝型用于開發十分理想,而低成本的一次性用戶可編程型器件（OTP）則適用于批量產品.它在國外早已被廣泛運用,在國內也有正在興起之勢.　　2LM35的應用
　　
　　LM35精密集成溫度傳感器是NS公司的產品,其輸出的mV級電壓與攝氏溫度成正比,不需外部調整或校準就有很高的精度,可以單電源供電,電源電流只有60μA,外型很小,只有3個引腳（如圖2所示）,VOUT是輸出電壓端,VS是電源端,GND為地.對于測溫范圍在12~150℃之間的,它無需負電源及外接下拉電阻.VS為4~20V直流.
　　
　　本儀器設置的測溫范圍為12~63.8℃,包含了人體體溫的變化范圍.設置12℃的原因是LM35在≥12℃時無需外接負電源;設置63.8℃是為了避免PIC單片機在運算方面的弱勢（無乘除指令）,但可以左移兩次達到乘4的目的,即為255,是8位A/D轉換的zui大值.其輸出為+10.0mV/℃,即37℃時輸出為370mV.63.8℃對應LM35的輸出為638mV,若將638mV放大到5V,PIC16C71可獲得更高的精度.CA3140是美國無線電公司生產的高精度線性集成運算放大器,為CMOS輸入,功耗低,雙極型晶體管輸出（可輸出較大電流）,特別適合于與MCU連接的應用場合.具有低失調、低溫漂和低噪聲的性能,失調電壓小于100μV,失調電流為10nA以下,溫漂在1μV/℃以下,采用了如圖3所示放大電路.由于放大器的輸入電阻很高,該運放的增益為:AV=（R2+RW1）/R1而5V對應于638mV的放大倍數應為7.8,取R1為20kΩ;R2為150kΩ的標準電阻;RW1為10kΩ的多圈電位器進行放大倍數的調整.R為100Ω,RW2為10kΩ的多圈電位器進行零點校準.放大后的電壓信號進入PIC16C71的RA1~RA3口作為模擬輸入信號,5V經內部8位A/D轉換的結果為255（0FFH）,為得到對應的溫度值,需將A/D的結果除以4（255/4=63.8）,對于PIC單片機來說,除以4是很容易實現的,然后由二進制轉換成BCD碼顯示出來,取兩位整數和*位小數.由于LM35和CA3140都是高精度的線性器件,加上CA3140的零點和增益的可調特點,因此在37℃左右的范圍內,且保留一位小數的情況下,*可以達到很高的精度.　　3顯示及鍵盤
　　
　　3.1顯示
　　
　　由于PIC16C71的A口和B口都具有很高的吸入和供出電流的能力,每個I/O口都能吸入25mA和供出20mA的電流,B口總吸收/驅動電流為150/100mA,A口為80/50mA,此能力對于驅動7段LED顯示顯然是非常合適的.RB7~RB0與LED的每段及小數點連接,此時RA3~RA0定義為輸出,每個腳通過1只三極管與LED相接,4個中的一個導通來決定當前是哪一位顯示.LED為共陰高亮7段數碼管,每位顯示5ms,即掃描4位的顯示周期是20ms,頻率為50Hz,能夠滿足人眼觀察的需要.5ms的時基是由4.096MHz的振蕩經1∶32分頻得到,然后加到TRM0上,TRM0的初值置為96,（256-96）×（32×4/4096000）=5ms,因此TRM0每5ms產生一次中斷.當OPTION寄存器的低4位置為0100時,則可得到TRM0的預分頻倍率為1∶32.
　　
　　3.2鍵盤
　　
　　由于RB7~RB4具有電平變化中斷功能,所以利用B口就可接4×4=16個鍵盤.本設計只需4個鍵,分別定義為#1、#2、#3、#4.RB4設置為輸入,RB3~RB0設置為輸出.通過OPTION的zui高位使B口弱上拉允許,因此當沒有鍵按下時,RB4呈高電平.設RB2輸出為“0”,這時若按下“#2”,則RB4成為低電平,該電平的變化可引起B口電平變化,產生中斷.從RB3-RB0輪流輸出“0”,則可測出是否有鍵按下,當測試到某個鍵按下時,通過按鍵去抖處理,讀取鍵值.只有當按下的鍵釋放之后,才開始新一輪掃描,這樣的掃描方法可防止鍵盤的誤操作.
　　
　　4程序設計
　　
　　因為PIC單片機采用RISC精簡指令集,PIC16C71屬中檔PIC單片機,只有35條指令,除跳轉指令外,其余均為單周期指令.對于編程來說,它沒有統一的格式,且易學易用.如圖4、圖5給出了主程序和鍵盤服務子程序的流程圖.PIC單片機的程序容易編寫,但其程序調試又是必須的.調試的方法有兩種:一種是用實時在線的仿真器,一種是模擬的仿真軟件包.為了達到的全實時在線仿真,使用了福建高奇公司生產的PICMATE基本系統,配以PROBE71仿真模板進行仿真調試的,完夠達到設計的要求.
　　
　　5結束語
　　
　　本系統結合了PIC系列單片機和LM35傳感元件的特點,設計的一個外圍電路簡單、成本低、實用性強的多通道體溫測量儀.盡管如此,它還可以增強一些其它輔助功能,還可以通過少許的軟、硬件改動,作為其它方面的測量儀器使用.
　　
　　[參考文獻]
　　
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　　[3]武鋒.PIC單片機的開發應用技術[M].北京:北京航空航天大學出版社.1999.
　　
　　[4]上海電器科學研究所.實用電子元器件手冊[M].上海:上海科學技術出版社.1998.
　　
　　作者簡介:沈世斌,1967-,南京師范大學控制科學與工程系工程師、實驗師,主要從事檢測技術和自動控制方面的教學與研究.