智能水杯軟件設(shè)計(jì)(共18頁(yè))

1、目 錄1.前言32.總體設(shè)計(jì)框架32.1實(shí)現(xiàn)的功能32.2總體程序流程圖43.水溫采集模塊程序設(shè)計(jì)53.1 DS18B20簡(jiǎn)介53.2 DS18B20的初始化63.3 DS18B20寫(xiě)周期73.4 DS18B20讀周期83.5 溫度讀取程序94.顯示模塊程序設(shè)計(jì)114.1 LCD1602初始化114.2 LCD1602寫(xiě)周期125. 定時(shí)模塊程序設(shè)計(jì)135.1定時(shí)器設(shè)置145.2 定時(shí)器中斷子程序156.中斷模塊程序設(shè)計(jì)166.1外部中斷設(shè)置166.2鍵盤(pán)掃描中斷子程序167.整體編程的實(shí)現(xiàn)178.設(shè)計(jì)過(guò)程中的問(wèn)題及解決方案189.收獲與感悟191.前言隨著社會(huì)進(jìn)步與經(jīng)濟(jì)發(fā)展，人們對(duì)生活質(zhì)量的

2、要求越來(lái)越高，每天的飲水量是衡量健康的重要指標(biāo)。但有多少人因?yàn)槊β档墓ぷ鞫焱浐人慨?dāng)你感到口渴想要喝水的時(shí)候，體內(nèi)的失水已經(jīng)達(dá)到2%，口渴本身其實(shí)是體內(nèi)已經(jīng)嚴(yán)重缺水的表現(xiàn)，這是造成 “亞健康”狀態(tài)的致命習(xí)慣之一。同時(shí)，越不注意喝水，喝水的欲望就會(huì)越低，人就會(huì)變得越來(lái)越缺水。研究表明，通常情況下，正常人每次喝水應(yīng)控制在300ml，間隔時(shí)間為30到60分鐘。本課程設(shè)計(jì)就此設(shè)計(jì)出一款智能水杯，用來(lái)智能顯示水溫和提醒喝水，既方便了生活，又保持了健康。本報(bào)告針對(duì)智能水杯的軟件系統(tǒng)進(jìn)行闡述，軟件編程在keil上操作。2.總體設(shè)計(jì)框架2.1實(shí)現(xiàn)的功能STC89C51控制器LCD溫度顯示溫度讀

3、入溫度提示燈DS18B20外部中斷定時(shí)開(kāi)啟按鍵定時(shí)器中斷蜂鳴器提醒設(shè)置硬件結(jié)構(gòu)框架圖如圖1所示。圖1 硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖（1）水溫檢測(cè)使用DS18B20溫度傳感器，完成水溫的時(shí)時(shí)檢測(cè)功能。（2）水溫及定時(shí)時(shí)間顯示使用LCD1602液晶顯示屏，完成水溫及定時(shí)時(shí)間的顯示功能。（3）智能提醒使用定時(shí)器0，開(kāi)啟定時(shí)器中斷，蜂鳴器提醒。（4）定時(shí)時(shí)間設(shè)置使用外部中斷0擴(kuò)展電路，用三個(gè)按鍵觸發(fā)中斷，完成對(duì)應(yīng)定時(shí)開(kāi)啟和定時(shí)時(shí)間加減的功能。2.2總體程序流程圖總體程序流程圖分為主程序和中斷程序兩部分，其中中斷程序分為外部中斷程序和定時(shí)器中斷程序。流程圖如下圖所示。開(kāi)始DS18B20檢測(cè)水溫LCD1602顯示水溫結(jié)束

4、水溫>40?高溫提示燈紅燈亮適宜水溫黃燈亮低溫提示燈藍(lán)燈亮YN水溫<20?YN初始化外部0中斷?執(zhí)行按鍵掃描程序關(guān)閉計(jì)時(shí)器定時(shí)時(shí)間減少，LCD顯示定時(shí)時(shí)間增加，LCD顯示按鍵1按下?按鍵2按下?按鍵3按下?TR0=0?開(kāi)啟計(jì)時(shí)器，LCD顯示定時(shí)器符號(hào)YYYNNYN圖2 主程序流程圖 圖3 外部按鍵中斷流程圖蜂鳴器提醒，計(jì)數(shù)清零LCD顯示定時(shí)時(shí)間減1中斷計(jì)數(shù)加1定時(shí)器中斷?一分鐘時(shí)間到達(dá)?定時(shí)時(shí)間到達(dá)?YYY圖4 定時(shí)器中斷程序設(shè)計(jì)流程圖3.水溫采集模塊程序設(shè)計(jì)3.1 DS18B20簡(jiǎn)介DS18B20 單線(xiàn)數(shù)字溫度傳感器，即“一線(xiàn)器件”，其具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：（1）采用單總線(xiàn)的接口方式，

5、與微處理器連接時(shí)，僅需要一條口線(xiàn)即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊。單總線(xiàn)具有經(jīng)濟(jì)性好，抗干擾能力強(qiáng)，適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量，使用方便等優(yōu)點(diǎn)，使用戶(hù)可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測(cè)量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念。（2）測(cè)量溫度范圍寬，測(cè)量精度高 DS18B20 的測(cè)量范圍為 -55 + 125 ； 在 -10+ 85°C 范圍內(nèi)，精度為 ± 0.5°C 。（4）持多點(diǎn)組網(wǎng)功能 多個(gè)DS18B20 可以并聯(lián)在惟一的單線(xiàn)上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫。（5）供電方式靈活DS18B20 可以通過(guò)內(nèi)部寄生電路從數(shù)據(jù)線(xiàn)上獲取電源。因此，當(dāng)數(shù)據(jù)線(xiàn)上的時(shí)序滿(mǎn)足一定的要求時(shí)，可以不接外部電

6、源，從而 使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨簡(jiǎn)單，可靠性更高。（6）測(cè)量參數(shù)可配置DS18B20 的測(cè)量分辨率可通過(guò)程序設(shè)定 912 位。3.2 DS18B20的初始化主機(jī)首先發(fā)出一個(gè)480960微秒的低電平脈沖，然后釋放總線(xiàn)變?yōu)楦唠娖?，并在隨后的480微秒時(shí)間內(nèi)對(duì)總線(xiàn)進(jìn)行檢測(cè)，如果有低電平出現(xiàn)說(shuō)明總線(xiàn)上有器件已做出應(yīng)答。若無(wú)低電平出現(xiàn)一直都是高電平說(shuō)明總線(xiàn)上無(wú)器件應(yīng)答。作為從圖5 DS18B20初始化時(shí)序圖器件的DS18B20在一上電后就一直在檢測(cè)總線(xiàn)上是否有480960微秒的低電平出現(xiàn)，如果有，在總線(xiàn)轉(zhuǎn)為高電平后等待1560微秒后將總線(xiàn)電平拉低60240微秒做出響應(yīng)存在脈沖，告訴主機(jī)本器件已做好準(zhǔn)備。若沒(méi)有檢

7、測(cè)到就一直在檢測(cè)等待。 初始化時(shí)序圖如圖5所示。/* 函數(shù)名 : Ds18b20Init* 函數(shù)功能 : 初始化* 輸入 : 無(wú)* 輸出 : 初始化成功返回1，失敗返回0*/unsigned char Ds18b20Init()unsigned int i;Desport=0; /將總線(xiàn)拉低480us960usi=70;while(i-);/延時(shí)642usDsport=1;/然后拉高總線(xiàn)，若DS18B20做出反應(yīng)會(huì)將在15us60us后將總線(xiàn)拉低i=0;while(Desport)/等待DS18B20拉低總線(xiàn)i+;if(i>50000)/等待>50MSreturn 0;/初始化失敗

8、return 1;/初始化成功3.3 DS18B20寫(xiě)周期寫(xiě)周期最少為60微秒，最長(zhǎng)不超過(guò)120微秒。寫(xiě)周期一開(kāi)始做為主機(jī)先把總線(xiàn)拉低1微秒表示寫(xiě)周期開(kāi)始。隨后若主機(jī)想寫(xiě)0，則將總線(xiàn)置為低電平，若主機(jī)想寫(xiě)1，則將總線(xiàn)置為高電平，持續(xù)時(shí)間最少60微秒直至寫(xiě)周期結(jié)束，然后釋放總線(xiàn)為高電平至少1微秒給總線(xiàn)恢復(fù) 。而DS18B20則在檢測(cè)到總線(xiàn)被拉底后等待15微秒然后從15us到45us開(kāi)始對(duì)總線(xiàn)采樣，在采樣期內(nèi)總線(xiàn)為高電平則為1，若采樣期內(nèi)總線(xiàn)為低電平則為0。寫(xiě)周期時(shí)序圖如圖6所示。圖6 DS18B20寫(xiě)周期時(shí)序圖/* 函數(shù)名 : Ds18b20WriteByte* 函數(shù)功能 : 向18B20寫(xiě)入一

9、個(gè)字節(jié)* 輸入 : com* 輸出 : 無(wú)*/void Ds18b20WriteByte(unsigned char dat)unsigned int i,j;for(j=0;j<8;j+)Desport=0;/每寫(xiě)入一位數(shù)據(jù)之前先把總線(xiàn)拉低1usi+;Desport=dat&0x01; /然后寫(xiě)入一個(gè)數(shù)據(jù)，從最低位開(kāi)始i=6;while(i-); /延時(shí)68us，持續(xù)時(shí)間最少60usDesport=1;/然后釋放總線(xiàn)，至少1us給總線(xiàn)恢復(fù)時(shí)間才能接著寫(xiě)入第二個(gè)數(shù)值dat>>=1;3.4 DS18B20讀周期讀周期是從主機(jī)把單總線(xiàn)拉低1微秒之后就得釋放單總線(xiàn)為高電平，

10、以讓DS18B20把數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾慰偩€(xiàn)上。作為從機(jī)DS18B20在檢測(cè)到總線(xiàn)被拉低1微秒后，便開(kāi)始送出數(shù)據(jù)，若是要送出0就把總線(xiàn)拉為低電平直到讀周期結(jié)束。若要送出1則釋放總線(xiàn)為高電平。主機(jī)在一開(kāi)始拉低總線(xiàn)1微秒后釋放總線(xiàn)，然后在包括前面的拉低總線(xiàn)電平1微秒在內(nèi)的15微秒時(shí)間內(nèi)完成對(duì)總線(xiàn)進(jìn)行采樣檢測(cè)，采樣期內(nèi)總線(xiàn)為低電平則確認(rèn)為0。采樣期內(nèi)總線(xiàn)為高電平則確認(rèn)為1。完成一個(gè)讀時(shí)序過(guò)程至少需要60微秒才能完成。其讀周期的時(shí)序圖如圖7所示。圖7 DS18B20讀周期時(shí)序圖/* 函數(shù)名 : Ds18b20ReadByte* 函數(shù)功能 : 讀取一個(gè)字節(jié)* 輸入 : com* 輸出 : 無(wú)*/unsigned

11、 char Ds18b20ReadByte()unsigned char byte,bi;unsigned int i,j;for(j=8;j>0;j-)Dsport=0;/先將總線(xiàn)拉低1usi+;Dsport=1;/然后釋放總線(xiàn)i+;i+;/延時(shí)6us等待數(shù)據(jù)穩(wěn)定bi=Dsport; /讀取數(shù)據(jù)，從最低位開(kāi)始讀取byte=(byte>>1)|(bi<<7); /*將byte左移一位，然后與上右移7位后的bi，注意移動(dòng)之后移掉那位補(bǔ)0。*/ i=4;/讀取完之后等待48us再接著讀取下一個(gè)數(shù)while(i-);return byte;3.5 溫度讀取程序簡(jiǎn)單的讀取

12、溫度值的步驟如下：跳過(guò)ROM操作-發(fā)送溫度轉(zhuǎn)換命令-跳過(guò)ROM操作-發(fā)送讀取溫度命令-讀取溫度值（1）溫度轉(zhuǎn)換指令：/* 函數(shù)名 : Ds18b20ChangTemp* 函數(shù)功能 : 讓18b20開(kāi)始轉(zhuǎn)換溫度* 輸入 : com* 輸出 : 無(wú)*/void Ds18b20ChangTemp()Ds18b20Init();Delay1ms(1);Ds18b20WriteByte(0xcc);/跳過(guò)ROM操作命令 Ds18b20WriteByte(0x44); /溫度轉(zhuǎn)換命令Delay1ms(100);（2）溫度讀取指令/* 函數(shù)名 : Ds18b20ReadTempCom* 函數(shù)功能 : 發(fā)送讀

13、取溫度命令* 輸入 : com* 輸出 : 無(wú)*/void Ds18b20ReadTempCom()Ds18b20Init();Delay1ms(1);Ds18b20WriteByte(0xcc); /跳過(guò)ROM操作命令Ds18b20WriteByte(0xbe); /發(fā)送讀取溫度命令（3）讀取溫度：/* 函數(shù)名 : Ds18b20ReadTemp* 函數(shù)功能 : 讀取溫度* 輸入 : com* 輸出 : 無(wú)*/int Ds18b20ReadTemp()unsigned int temp=0;unsigned char tmh,tml;Ds18b20ChangTemp();/先寫(xiě)入轉(zhuǎn)換命令Ds

14、18b20ReadTempCom();/然后等待轉(zhuǎn)換完后發(fā)送讀取溫度命令tml=Ds18b20ReadByte();/讀取溫度值共16位，先讀低字節(jié)tmh=Ds18b20ReadByte();/再讀高字節(jié)temp=tmh;temp<<=8;temp|=tml;return temp;4.顯示模塊程序設(shè)計(jì)4.1 LCD1602初始化表1 LCD1602指令表指令碼功能00001DCBD=1 開(kāi)顯示； D=0 關(guān)顯示C=1 顯示光標(biāo)； C=0 不顯示光標(biāo)B=1 光標(biāo)閃爍； B=0 光標(biāo)不顯示000001NSN=1 當(dāng)讀或?qū)懸粋€(gè)字符后地址指針加一，且光標(biāo)加一N=0 當(dāng)讀或?qū)懸粋€(gè)字符后地址

15、指針減一，且光標(biāo)減一S=1 當(dāng)寫(xiě)一個(gè)字符時(shí)，整屏顯示左移（N=1）或右移（N=0），以得到光標(biāo)不移動(dòng)而屏幕移動(dòng)的效果S=0 當(dāng)寫(xiě)一個(gè)字符，整屏顯示不移動(dòng)01H顯示清屏：所有顯示清零80H+地址碼（0-27H，40H-67H）設(shè)置數(shù)據(jù)地址/* 函數(shù)名 : LcdInit()* 函數(shù)功能 : 初始化LCD屏* 輸入 : 無(wú)* 輸出 : 無(wú)*/void LcdInit() /LCD初始化子程序 LcdWriteCom(0x38); /設(shè)置顯示模式LcdWriteCom(0x0c); /開(kāi)顯示不顯示光標(biāo)，光標(biāo)不閃爍LcdWriteCom(0x06); /寫(xiě)一個(gè)指針加1LcdWriteCom(0x01)

16、; /清屏LcdWriteCom(0x80); /設(shè)置數(shù)據(jù)指針起點(diǎn)4.2 LCD1602寫(xiě)周期時(shí)序圖如圖8所示，RS=0為寫(xiě)命令，RS=1為寫(xiě)數(shù)據(jù)。在寫(xiě)周期，R/W=0，E為寫(xiě)數(shù)據(jù)或命令使能輸入。圖8 LCD1602寫(xiě)時(shí)序圖（1）寫(xiě)命令：/* 函數(shù)名 : LcdWriteCom* 函數(shù)功能 : 向LCD寫(xiě)入一個(gè)字節(jié)的命令* 輸入 : com* 輸出 : 無(wú)*/void LcdWriteCom(unsigned char com) /寫(xiě)入命令RS=0;RW=0;GPIO_LCD=com;Delay1ms(10);E=1;Delay1ms(10);E=0;（2）寫(xiě)數(shù)據(jù)/* 函數(shù)名 : LcdWri

17、teData* 函數(shù)功能 : 向LCD寫(xiě)入一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)* 輸入 : dat* 輸出 : 無(wú)*/ void LcdWriteData(unsigned char dat)/寫(xiě)入數(shù)據(jù)RS=1;RW=0;GPIO_LCD=dat;Delay1ms(10);E=1;Delay1ms(10);E=0;5. 定時(shí)模塊程序設(shè)計(jì)定時(shí)/計(jì)數(shù)器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)加1計(jì)數(shù)器。它隨著計(jì)數(shù)器的輸入脈沖進(jìn)行自加1，也就是每來(lái)一個(gè)脈沖，計(jì)數(shù)器就自動(dòng)加1，當(dāng)加到計(jì)數(shù)器為全1時(shí)，再輸入一個(gè)脈沖就使計(jì)數(shù)器回零，且計(jì)數(shù)器的溢出使相應(yīng)的中斷標(biāo)志位置1，向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求（定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷允許時(shí)）。如果定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作于定時(shí)模式，則表示

18、定時(shí)時(shí)間已到；如果工作于計(jì)數(shù)模式，則表示計(jì)數(shù)值已滿(mǎn)。與定時(shí)器相關(guān)的寄存器如下：TCOND7D6D5D4D3D2D1D0功能TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0TF1和TF0：T1和T0的溢出標(biāo)志位，溢出后由硬件自動(dòng)置1發(fā)出定時(shí)器中斷請(qǐng)求。中斷響應(yīng)后標(biāo)志位自動(dòng)清零。IE1和IE0：INT1和INT0的標(biāo)志位，引腳狀態(tài)變化后由硬件自動(dòng)置1 發(fā)出外部中斷請(qǐng)求，中斷響應(yīng)后標(biāo)志位自動(dòng)清零。IT1和IT0：INT1和INT0的觸發(fā)方式選擇位。TMODD7D6D5D4D3D2D1D0功能GATEC/TM1M0GATEC/TM1M0GATE：門(mén)控制為0時(shí)僅有運(yùn)行控制位TRx來(lái)控制定時(shí)/計(jì)數(shù)器的開(kāi)啟

19、。為1時(shí)由TRx和外部中斷脈沖計(jì)數(shù)。（用于計(jì)算外部中斷負(fù)跳變 的次數(shù)）C/T：計(jì)數(shù)器模式和定時(shí)器模式選擇為0時(shí)選擇定時(shí)器模式，為1時(shí)選為計(jì)數(shù)器模式。方式1的計(jì)數(shù)位數(shù)是16位，由TL0作為低8位、TH0作為高8位，組成了16位加1計(jì)數(shù)器 。如圖9所示。圖9 定時(shí)器模式1示意圖5.1定時(shí)器設(shè)置/* 函數(shù)名 : Timer * 函數(shù)功能 : 設(shè)置定時(shí)器并開(kāi)始計(jì)時(shí)* 輸入 : 無(wú)* 輸出 : 無(wú)*/ void Timer() TMOD=0X01; /定時(shí)器選擇工作模式1 TH0 = 0x3C; /定時(shí)器賦初值 TL0 = 0xB0; /定時(shí)50ms EA = 1;/開(kāi)啟中斷 ET0 = 1; /開(kāi)啟定

20、時(shí)器中斷 TR0=1; /啟動(dòng)定時(shí)器 5.2 定時(shí)器中斷子程序定時(shí)器中斷子程序完成的功能有：（1） 定時(shí)器重新賦初值；（2） 統(tǒng)計(jì)中斷次數(shù)，并在LCD上顯示剩余時(shí)間；（3） 判斷是否達(dá)到定時(shí)終點(diǎn)以啟動(dòng)蜂鳴器。/* 函數(shù)名 : Timer0() interrupt 1* 函數(shù)功能 : 設(shè)置定時(shí)器中斷執(zhí)行程序，LCD顯示定時(shí)剩余時(shí)間* 輸入 : 無(wú)* 輸出 : 無(wú)*/ void Timer0() interrupt 1 TH0 = 0x3C; TL0 = 0xB0; /定時(shí)器重新賦值 Time+; k+; /中斷次數(shù)計(jì)數(shù) if(k=20) /20次中斷，即1s LCDwritecom(0xc2);

21、 LCDwritedat('0'+(-j)/10); LCDwritedat('0'+(j)%10); /定時(shí)顯示剩余時(shí)間 k=0; if (Time=full) /判斷是否達(dá)到定時(shí)時(shí)間 for(i=0;i<100;i+) sound=1; /啟用無(wú)源蜂鳴器 Delay1ms(1); sound=0; Delay1ms(1); Time=0; j=full/20; /計(jì)數(shù)初始化 6.中斷模塊程序設(shè)計(jì)中斷是指CPU在執(zhí)行當(dāng)前程序的過(guò)程中，由于某種隨機(jī)出現(xiàn)的外設(shè)請(qǐng)求或CPU內(nèi)部的異常事件,使CPU暫停正在執(zhí)行的程序而轉(zhuǎn)去 執(zhí)行相應(yīng)的服務(wù)處理程序；當(dāng)服務(wù)處理程序

22、運(yùn)行完畢后，CPU再返回到暫停處繼續(xù)執(zhí)行原來(lái)的程序。51單片機(jī)的中斷系統(tǒng)如圖10所示。圖10 中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖6.1外部中斷設(shè)置/* 函數(shù)名 : IntConfiguration()* 函數(shù)功能 : 設(shè)置外部中斷* 輸入 : 無(wú)* 輸出 : 無(wú)*/void IntConfiguration()IT0=1;/外部中斷0跳變沿觸發(fā)方式（下降沿）EX0=1;/打開(kāi)INT0的中斷允許。EA=1;/打開(kāi)總中斷6.2鍵盤(pán)掃描中斷子程序中斷程序完成的功能有：（1）判斷按鍵是否按下；（2）執(zhí)行對(duì)應(yīng)按鍵的功能。/* 函數(shù)名 : Scankey()* 函數(shù)功能 : 鍵盤(pán)掃描，并執(zhí)行對(duì)應(yīng)按鍵的程序* 輸入 : 無(wú)*

23、輸出 : 無(wú)*/void Scankey()if(key1=0) /判斷按鍵是否按下 Delay1ms(10); /延時(shí)消抖 if(key1=0) /判斷按鍵是否按下 for(;) if(key1=0) continue; else break; for(;) while(key1=0); /檢測(cè)按鍵是否松開(kāi) if(key1=0) continue; else break;. /執(zhí)行對(duì)應(yīng)按鍵的程序 7.整體編程的實(shí)現(xiàn)軟件編程在keil上操作，在各個(gè)模塊的子程序完成后，在主程序按照流程圖圖11 proteus仿真效果圖調(diào)用各個(gè)子函數(shù)即可完成最終的編程。在經(jīng)過(guò)編譯之后，將機(jī)器代碼導(dǎo)入到實(shí)現(xiàn)搭建好的硬件proteus仿真，其效果圖11所示。8.設(shè)計(jì)過(guò)程中的問(wèn)題及解決方案在確定了各種所需的元器件之后，對(duì)各種元器件的資料文檔進(jìn)行了仔細(xì)研讀。采用分模塊的方式，分別編寫(xiě)了溫度讀取子函數(shù)，溫度顯示子函數(shù)，定時(shí)器子函數(shù)，中斷子函數(shù)，鍵盤(pán)掃描子函數(shù)。再用keil編寫(xiě)編譯后，也出現(xiàn)了不少問(wèn)題