舌体湿分含量测量仪的设计与研究 第8页
3.4单片机最小系统
单片机系统是测量仪的核心。ATMEL公司的AT89S8252是一个低功耗、高
性能的CMOS 8位单片机，正常运行时的最大电源电流为25mA，其主要特性如
下[28,29]：
片内含有8KB的Flash程序内存和256字节的片内RAM。
具有32线可编程I/O口（P0，P1，P2和P3）。
含有3个定时器T0，T1和T2。
中断系统是含9个中断源、6个中断向量、2级中断优先权的中断结构。
可编程的UART串行通信口。
低功耗节电方式为空闲模式和掉电模式。
3级程序锁定位。
工作电源为4～6V，最高工作频率为24MHZ。
可编程看门狗定时器WDT。
双数据指针DPTR0和DPTR1。
SPI外围扩展串行口。
特别的是AT89S8952不需要加装内存，2KB的EEPROM可以用来存储各种
校正和补偿表格，采集的温度和湿度数据以及LCD显示字符表。
单片机的最小系统包括了晶振、复位电路等模块，如图3-4所示。
图3-4 AT89S8252单片机最小系统
-19-天津大学硕士学位论文第三章[硬件电路设计]
使用于电路中，其主要模块的功能分配为：I/O口P1.0和P1.1模拟I
2
C总线用
于温湿度测量；外部中断1作电池欠压监测；TXD口实现RS-232的单向通信；
外部中断0以及I/O口P2.1到P2.5用做键盘中断；P0口和P2.6、P2.7驱动LCD液
晶显示；P1.2到P1.4实现时钟功能。
3.5 RS-232串行接口设计
为了对采集到的舌体湿度和温度信息进行深入处理，需要将数据从测量仪送
至计算机中。
PC机的串口一般采用RS－232接口，+3V～＋15V表示逻辑0，－3V～－
15V表示逻辑1。RS－232在空闲时处于逻辑1状态，在开始传送时，首先产生
一个起始位，起始位时一个宽度的逻辑0，紧随其后为要传送的数据，所要传送
的数据由最低位开始依次送出，并以一个结束位标志该字节传送结束，结束位为
一个宽度的逻辑1状态。PC机一般采用9针的接插件将串行口的信号送出，该
插座的信号定义如表3-1所示。
表3-1 PC机9针插座信号定义
DB9信号名称方向含义
1 DCB输入资料载波检测
2 RXD输入数据接收端
3 TXD输出资料发送端
4 DTR输出数据终端准备就绪（计算机）
5 SG－信号地
6 DSR输入数据设备准备就绪
7 RTS输出请求发送（计算机要求发送数据）
8 CTS输入清除发送（MODEM准备接收资料）
9 RI输入响铃指示
表3-1中信号在通讯过程中可能会被全部或部分使用，由于本测量仪的通信
方式比较简单，只需向计算机发送数据，且通信距离短，因此可以在满足使用要
求的前提下，对RS－232接口做了适当简化，仅使用了其中的RXD及SG两个信
号，其它的握手信号做适当处理或直接悬空，以达到降低功耗的目的[30]。
AT89S8252单片机有一个全双工的串行通讯口，所以单片机和上位机之间可
以方便地进行串口通讯。但是，单片机的串口是采用TTL接口电平的，因此两
-20-天津大学硕士学位论文第三章[硬件电路设计]
者之间必须有一个电平转换电路，这里采用MAXIM公司生产的MAX232芯片。
该芯片内部有一个电源电压变换器，可以把输入的＋5V电源电压变换成为
RS-232输出电平所需的±10V电压。
MAX232接口串行电路原理图如图3－5所示。
在实际应用中，器件对电源噪声很敏感。因此，Vcc必须要对地加去耦电容
C8，其值为0.1μF。电容C4，C5，C6，C7取同样数值的但电容10μF/16V，用以
提高抗干扰能力，在连接时尽量靠近器件。图3-5 MAX232接口串行电路原理图
3.6人机界面
人机接口部分主要由键盘、液晶显示器和蜂鸣器三部分组成。
键盘是计算机系统的重要组成部分，同样也是任何一个单片机开发与应用系
统的重要组成部分。
在一般键盘电路设计中，按键按下闭合后应产生一个负的矩形脉冲，但是由
于在按动按键时总会有一些抖动，因此在负脉冲的开始和尾部总要出现一些毛齿
波。这种毛齿波将会影响对按键的识别。毛齿波的长短与按键开关的机械性能有
关，一般为5～10ms。除了按键抖动之外，还可能有重键。所谓重键是指一个按
键刚按下后，紧接着又按下一个键，或者两个按键“同时”按下。这些都需要采
取一定的措施加以消除。目前，用来消除抖动的方法有两种：一种是用硬件电路
来实现，即用RC滤波电路滤除抖动；另一种则是用软件延时的方式来解决。硬
-21-天津大学硕士学位论文第三章[硬件电路设计]
件滤波实际上是用RC电路充放电产生一定的延时，而将波形前后沿处的毛齿滤
除。软件延时则是通过执行延时程序来等候波形稳定，在波形稳定之后查询键码，
从而消除按键输入波前后沿处的抖动。
本课题所设计的系统的键盘电路原理图如图3-6所示。
图3-6键盘接线原理图XTAL11LCD是一种被动式显示器，由于它的功耗极低、抗干扰能力强，因而在低
功耗的单片机系统中大量使用。LCD本身不发光，它只是调节光的亮度，利用
液晶的扭曲一向列效应制成，这是一种电场效应，夹在两片导电玻璃电极间的液
晶经过一定处理，它内部的分子呈90度的扭曲，当线性偏振光透过其偏振面便
会旋转90度。
当在玻璃电极上加上电压后，在电场作用下，液晶的扭曲结构消失，其旋光
作用也消失，偏振光便可以直接通过。
当去掉电场后，液晶分子又恢复其扭曲结构。把这样的液晶置于两个偏振片
之间，改变偏振片相对位置，就可得到白底黑字或黑底白字的显示方式。
本课题所设计的系统的显示电路原理图如图3-7所示。
由于本设计中的按键数量只需要5个，而单片机的I/O口资源又十分丰富，
因此采用独立式按键结构，即直接用I/O口线构成单个按键电路。测量仪并不经
常需要键输入，所以为了进一步提升CPU效率，采用中断扫描工作方式，只有
在键盘有键按下时，才执行键盘扫描，执行该键功能程序。
LCD选用RT12864-10图形点阵液晶显示器，控制器部分逻辑电流最小值仅
为1mA，蓝色背光是主要的电流消耗，其工作电流的典型值为100mA
[31]
。控制
器为T6963C点阵式液晶图形显示控制器，可以图形方式、文本方式及图形和文
本方式进行显示，以及文本方式下的特征显示，还可以实现图形拷贝操作等等。
蜂鸣器由P1.5口经过反向器控制，原理图如图3-8所示。图3-8蜂鸣器接线原理图
通过键盘，仪器可选择“测量/通信”使用方式、可按键校时、设置参数、
启动采集、存储数据、查询操作记录等。LCD显示屏可显示舌体湿分含量和舌
表面温度、环境温湿度、工作状态、时间、超量程指示和电池欠电报警，从而大
大方便了用户。在测量完成后，蜂鸣器发出提示音提醒操作者测量结束。
3.7实时时钟
在医疗诊断时，经常需要记录某些具有特殊意义的数据及其出现的时间，这对
-23-天津大学硕士学位论文第三章[硬件电路设计]
分析病人的病症及病情的变化情况具有重要的意义。在传统的测量控制系统中，
数据记录方式是隔时采样或定时采样，没有具体的时间记录，因此只能记录数据
而无法准确记录其出现的时间；若采用单片机计时，一方面需要采用计数器，占
用硬件资源，另一方面需要设置中断、查询等，同样耗费单片机的资源。而在系
统中采用DS1302则能很好地解决这个问题。
[32]
DS1302是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、体积小、带RAM的实
时时钟芯片，它可以对年、月、日、周、时、分、秒进行计时，且具有闰年补偿
功能，工作电压宽达2.5～5.5V，2.5V时消耗电流仅为0.3μＡ。采用三线接口与
CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数
据。DS1302内部有一个31×8的用于临时性存放数据的RAM寄存器，并设有主
电源／后背电源双电源引脚，同时提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力
[33]。
DS1302与CPU的连接仅需要三条线，即SCLK（7）、I/O（6）、RST（5）。DS1302
与CPU连接的电路原理图3-9所示。V在单电源与电池供电的系统中提供低
电源并提供低功率的电池备份。V在双电源系统中提供主电源，在这种运用
方式下，V连接到备份电源，以便在没有主电源的情况下能保存时间信息以
及数据。DS1302由V或V两者中的较大者供电。当V大于Vcc1+0.2V
时，V给DS1302供电。当V小于V时，DS1302由V供电。图3-9 AT89S8252单片机与DS1302的接口电路原理图
-24-天津大学硕士学位论文第四章[软件程序设计]
第四章软件程序设计
本章将详细介绍实现整体系统功能的相关程序设计，包括工作接口部分、测
量主程序部分、数字式温湿度传感器部分、串行通讯部分、按键控制和LCD显
示部分以及时钟部分。
4.1工作接口软件设计
4.1.1下位机工作软件设计
下位机工作接口是操作者测量的一个工作平台，通过LCD液晶屏，可以直
观地操作测量仪完成多项功能。
LCD液晶屏的显示软件设计会在后面做详细的说明。图4-1是下位机工作功
能菜单界面。
图4-1下位机工作功能菜单
下位机工作功能菜单软件设计的主要任务是：
（1）数据操作。包括查看历史数据和删除数据。通过液晶屏查看操作记录，
包括测量得出的舌体湿度和舌面温度值，测量时的环境湿度和温度，以及测量的
时间等信息。由于单片机的存储空间有限，所以历史数据只保存最新的20组资
料。通过删除数据功能可以清除掉过往不需要的数据资料。
（2）数据传输。分为上传1和上传2，分别对应上传最新操作记录和传递
-25-天津大学硕士学位论文第四章[软件程序设计]
所有历史数据。上传1，即上传最新操作记录功能会将最近一次测量的数据传递
到上位机；上传2，即上传所有测量数据功能会将存储空间中的最多20组数据
传递到上位机。通过这两个功能实现上下位机的通讯，对测量值进行更深一步的
分析处理。
（3）时钟设定。包括时间设定和日期设定。
4.1.2上位机工作软件设计
上位机工作接口是上位机的一个工作平台，通过这个工作平台，人们能方便
的查阅过往的操作记录并加以分析。
Visual Basic 6.0是面向对象的可视化编程语言中相对比较简单，比较容易使
用的语言，不必为接口的设计编写大量的代码就能方便地设计出良好的用户接
口。因此，系统设计中，我们采用Visual Basic 6.0编程上位机的工作接口。所
设计的上位机接收单个最新数据和群体历史数据的工作界面分别如图4-2和4-3
所示。
上位机工作接口软件设计的主要任务是：
（1）显示出每一次测量时得到的舌体湿分含量、舌面温度，测量时的环境
湿度和温度，以及测量时间和日期等数据，同时可以从上位机输入病人的其它基
本信息和病情，以及舌色、舌质的情况，辅助医师诊断病人当时的正气盛衰、病
情状况；图3-7 LCD接线原理图
上一页 [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] ... 下一页 >>
舌体湿分含量测量仪的设计与研究 第8页下载如图片无法显示或论文不完整，请联系qq752018766
