0引言
　　
　　当身体不适时，常去医院就诊，*道程序就是领序号，并且要量好体温，以便给医生诊断时提供依据。使用的是传统的水银温度计，天冷时衣服穿得多，有时很担心放在腋下的温度计会不会折断，护士们也要费力地读取上面的分度值.为此设计了这样的一种仪器：测温安全、快捷、读数直观的测温仪，结构框图如图1。　　
　　图中:温度传感器采用LM35精密温度传感器，其输出的电压与摄氏温度成正比,共4路.
　　
　　放大器：采用CA3140构成放大电路，将LM35输出的m号放大为0~5V的直流电压信号,作为单片机的模拟输入信号。
　　
　　单片机：为PIC16C71单片机构成的微电脑控制系统.
　　
　　显示单元：为4位高亮度LED显示,其中*位红色显示通道号,后3位绿色显示保留1位小数的温度值。
　　
　　键盘:为4键,分别控制4个显示通道,初始状态默认为*通道的值.
　　
　　1PIC16C71单片机
　　
　　PIC单片机是由美国Microchip公司推出的,代表了当今世界微控制器的新趋势,采用了RISC精简指令集以及指令总线与数据总线分开的哈佛总线结构.PIC16C71为18脚双列直插集成器件,片内除CPU外,有36个8位的RAM、1k的EPROM、1个定时/计数器、13个双向可独立编程的I/O引脚,内置自振式看门狗,功耗低（除工作电流很小外,还具有SLEEP方式）,输出驱动能力强（可以直接驱动LED）.工作电压宽（2~6V）,特别是其内部具有一个4路高速8位A/D转换,其参考电压是软件可编程的,可以是芯片的电源电压,也可以选择RA3/AN3/VERF引脚上的电压.B口还具有电平变化中断功能（可直接外挂键盘）.与其它普通类型8位微处理器相比,CPU的体积小（18脚）、又无需外接RAM、E-PROM、A/D转换器、以及显示、键盘的外接接口和输出驱动芯片,大大简化了外围电路,缩小了体积,同时还可达2∶1的代码压缩和4∶1的运行速度的提高.其紫外线可擦除的陶瓷封装型用于开发十分理想,而低成本的一次性用户可编程型器件（OTP）则适用于批量产品.它在国外早已被广泛运用,在国内也有正在兴起之势.　　2LM35的应用
　　
　　LM35精密集成温度传感器是NS公司的产品,其输出的mV级电压与摄氏温度成正比,不需外部调整或校准就有很高的精度,可以单电源供电,电源电流只有60μA,外型很小,只有3个引脚（如图2所示）,VOUT是输出电压端,VS是电源端,GND为地.对于测温范围在12~150℃之间的,它无需负电源及外接下拉电阻.VS为4~20V直流.
　　
　　本仪器设置的测温范围为12~63.8℃,包含了人体体温的变化范围.设置12℃的原因是LM35在≥12℃时无需外接负电源;设置63.8℃是为了避免PIC单片机在运算方面的弱势（无乘除指令）,但可以左移两次达到乘4的目的,即为255,是8位A/D转换的zui大值.其输出为+10.0mV/℃,即37℃时输出为370mV.63.8℃对应LM35的输出为638mV,若将638mV放大到5V,PIC16C71可获得更高的精度.CA3140是美国无线电公司生产的高精度线性集成运算放大器,为CMOS输入,功耗低,双极型晶体管输出（可输出较大电流）,特别适合于与MCU连接的应用场合.具有低失调、低温漂和低噪声的性能,失调电压小于100μV,失调电流为10nA以下,温漂在1μV/℃以下,采用了如图3所示放大电路.由于放大器的输入电阻很高,该运放的增益为:AV=（R2+RW1）/R1而5V对应于638mV的放大倍数应为7.8,取R1为20kΩ;R2为150kΩ的标准电阻;RW1为10kΩ的多圈电位器进行放大倍数的调整.R为100Ω,RW2为10kΩ的多圈电位器进行零点校准.放大后的电压信号进入PIC16C71的RA1~RA3口作为模拟输入信号,5V经内部8位A/D转换的结果为255（0FFH）,为得到对应的温度值,需将A/D的结果除以4（255/4=63.8）,对于PIC单片机来说,除以4是很容易实现的,然后由二进制转换成BCD码显示出来,取两位整数和*位小数.由于LM35和CA3140都是高精度的线性器件,加上CA3140的零点和增益的可调特点,因此在37℃左右的范围内,且保留一位小数的情况下,*可以达到很高的精度.　　3显示及键盘
　　
　　3.1显示
　　
　　由于PIC16C71的A口和B口都具有很高的吸入和供出电流的能力,每个I/O口都能吸入25mA和供出20mA的电流,B口总吸收/驱动电流为150/100mA,A口为80/50mA,此能力对于驱动7段LED显示显然是非常合适的.RB7~RB0与LED的每段及小数点连接,此时RA3~RA0定义为输出,每个脚通过1只三极管与LED相接,4个中的一个导通来决定当前是哪一位显示.LED为共阴高亮7段数码管,每位显示5ms,即扫描4位的显示周期是20ms,频率为50Hz,能够满足人眼观察的需要.5ms的时基是由4.096MHz的振荡经1∶32分频得到,然后加到TRM0上,TRM0的初值置为96,（256-96）×（32×4/4096000）=5ms,因此TRM0每5ms产生一次中断.当OPTION寄存器的低4位置为0100时,则可得到TRM0的预分频倍率为1∶32.
　　
　　3.2键盘
　　
　　由于RB7~RB4具有电平变化中断功能,所以利用B口就可接4×4=16个键盘.本设计只需4个键,分别定义为#1、#2、#3、#4.RB4设置为输入,RB3~RB0设置为输出.通过OPTION的zui高位使B口弱上拉允许,因此当没有键按下时,RB4呈高电平.设RB2输出为“0”,这时若按下“#2”,则RB4成为低电平,该电平的变化可引起B口电平变化,产生中断.从RB3-RB0轮流输出“0”,则可测出是否有键按下,当测试到某个键按下时,通过按键去抖处理,读取键值.只有当按下的键释放之后,才开始新一轮扫描,这样的扫描方法可防止键盘的误操作.
　　
　　4程序设计
　　
　　因为PIC单片机采用RISC精简指令集,PIC16C71属中档PIC单片机,只有35条指令,除跳转指令外,其余均为单周期指令.对于编程来说,它没有统一的格式,且易学易用.如图4、图5给出了主程序和键盘服务子程序的流程图.PIC单片机的程序容易编写,但其程序调试又是必须的.调试的方法有两种:一种是用实时在线的仿真器,一种是模拟的仿真软件包.为了达到的全实时在线仿真,使用了福建高奇公司生产的PICMATE基本系统,配以PROBE71仿真模板进行仿真调试的,完够达到设计的要求.
　　
　　5结束语
　　
　　本系统结合了PIC系列单片机和LM35传感元件的特点,设计的一个外围电路简单、成本低、实用性强的多通道体温测量仪.尽管如此,它还可以增强一些其它辅助功能,还可以通过少许的软、硬件改动,作为其它方面的测量仪器使用.
　　
　　[参考文献]
　　
　　[1]李东星,林培灿,陈小牧.PIC16CXX系列单片机应用设计[C].福州:高奇电子科技有限公司,1996.
　　
　　[2]俞光昀,王绮红,吴一锋.PIC系列单片机开发应用技术[M].北京:电子工业出版社.2000,4.
　　
　　[3]武锋.PIC单片机的开发应用技术[M].北京:北京航空航天大学出版社.1999.
　　
　　[4]上海电器科学研究所.实用电子元器件手册[M].上海:上海科学技术出版社.1998.
　　
　　作者简介:沈世斌,1967-,南京师范大学控制科学与工程系工程师、实验师,主要从事检测技术和自动控制方面的教学与研究.