智能水杯軟件設計說明

1、目錄1.前言.22.總體設計框架.22.1實現(xiàn)的功能 .22.2總體程序流程圖 .33.水溫采集模塊程序設計 .53.1 DS18B20簡介 .53.2 DS18B20的初始化 .63.3 DS18B20寫周期 .83.4 DS18B20讀周期 .93.5溫度讀取程序 .114.顯示模塊程序設計 .144.1 LCD1602初始化 .144.2 LCD1602寫周期 .165.定時模塊程序設計 .185.1定時器設置 .195.2定時器中斷子程序 .206.中斷模塊程序設計 .216.1 外部中斷設置.22.6.2 鍵盤掃描中斷子程序 .237.整體編程的實現(xiàn) .248.設計過程中的問題及解決

2、方案 .259.收獲與感悟 .261.前言隨著社會進步與經(jīng)濟發(fā)展，人們對生活質(zhì)量的要求越來越高，每天的飲水量是衡量健康的重要指標。但有多少人因為忙碌的工作而全天忘記喝水？當你感到口渴想要喝水的時候，體內(nèi)的失水已經(jīng)達到 2%，口渴本身其實是體內(nèi)已經(jīng)嚴重缺水的表現(xiàn) ，這是造成 “亞健康 ”狀態(tài)的致命習慣之一 。 同時，越不注意喝水，喝水的欲望就會越低 ，人就會變得越來越缺水 。研究表明 ，通常情況下 ，正常人每次喝水應控制在300ml ，間隔時間為 30到60分鐘 。本課程設計就此設計出一款智能水杯，用來智能顯示水溫和提醒喝水，既方便了生活 ，又保持了健康 。本報告針對智能水杯的軟件系統(tǒng)進行闡述，

3、軟件編程在 keil 上操作 。2.總體設計框架2.1 實現(xiàn)的功能.下載可編輯 .定時開啟按鍵設置外部中斷定時器中斷蜂鳴器提醒STC89C51溫度讀入溫度提示燈控制器DS18B20LCD 溫度顯示硬件結(jié)構(gòu)框架圖如圖1 所示 。圖 1 硬件結(jié)構(gòu)簡圖（1）水溫檢測使用 DS18B20 溫度傳感器 ，完成水溫的時時檢測功能。（2）水溫及定時時間顯示使用 LCD1602 液晶顯示屏 ，完成水溫及定時時間的顯示功能。（3）智能提醒使用定時器 0，開啟定時器中斷 ，蜂鳴器提醒 。（4）定時時間設置使用外部中斷 0 擴展電路 ，用三個按鍵觸發(fā)中斷 ，完成對應定時開啟和定時時間加減的功能 。2.2 總體程序流

4、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器中斷程序。流程圖如下圖所示 。.下載可編輯 .開始初始化DS18B20 檢測水溫LCD1602 顯示水溫N水溫 >40?Y高溫提示燈紅燈亮外部 0 中斷?Y執(zhí)行按鍵掃描程序水溫 <20?NY按鍵 1 按下?YN低溫提示燈藍燈亮定時時間增加， LCD 顯示N按鍵 2按下?適宜水溫黃燈亮結(jié)束按鍵 3按下?Y定時時間減少， LCD 顯示NTR0=0?Y關閉計時器開啟計時器， LCD顯示定時器符號圖 2 主程序流程圖圖 3 外部按鍵中斷流程圖.下載可編輯 .定時器中斷 ?Y中斷計數(shù)加 1定時時間到達 ?一分鐘

5、時間到達 ?YY蜂鳴器提醒， 計數(shù)清零LCD 顯示定時時間減1圖 4 定時器中斷程序設計流程圖3.水溫采集模塊程序設計3.1 DS18B20簡介DS18B20 單線數(shù)字溫度傳感器 ，即“一線器件 ”，其具有獨特的優(yōu)點 ：（1）采用單總線的接口方式 ，與微處理器連接時 ，僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與 DS18B20 的雙向通訊 。單總線具有經(jīng)濟性好 ，抗干擾能力強 ，適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量，使用方便等優(yōu)點 ，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡，為測量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念。（2）測量溫度范圍寬 ，測量精度高DS18B20 的測量范圍為-55 +125 ； 在 -10+ 85°范C圍

6、內(nèi)，精度為 ± 0.5°。 C（4）持多點組網(wǎng)功能多個 DS18B20 可以并聯(lián)在惟一的單線上，實現(xiàn)多點測溫。.下載可編輯 .（5）供電方式靈活 DS18B20 可以通過內(nèi)部寄生電路從數(shù)據(jù)線上獲取電源。因此 ，當數(shù)據(jù)線上的時序滿足一定的要求時，可以不接外部電源 ，從而 使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨簡單 ，可靠性更高 。（6）測量參數(shù)可配置 DS18B20 的測量分辨率可通過程序設定912位。3.2 DS18B20的初始化主機首先發(fā)出一個480 960 微秒的低電平脈沖 ，然后釋放總線變?yōu)楦唠娖?，并在隨后的 480 微秒時間內(nèi)對總線進行檢測，如果有低電平出現(xiàn)說明總線上有器件已做出應答 。若

7、無低電平出現(xiàn)一直都是高電平說明總線上無器件應答。作為從圖 5 DS18B20 初始化時序圖器件的 DS18B20 在一上電后就一直在檢測總線上是否有480 960 微秒的低電平出現(xiàn) ，如果有，在總線轉(zhuǎn)為高電平后等待15 60 微秒后將總線電平拉低60240 微秒做出響應存在脈沖 ，告訴主機本器件已做好準備。若沒有檢測到就一直在檢測等待 。 初始化時序圖如圖5 所示 。.下載可編輯 ./* 函數(shù)名: Ds18b20Init* 函數(shù)功能: 初始化*輸入:無* 輸出: 初始化成功返回 1，失敗返回 0*/unsigned char Ds18b20Init()unsigned int i;Despor

8、t=0;/ 將總線拉低 480us960usi=70;while(i-);/ 延時 642usDsport=1;/然后拉高總線 ，若 DS18B20 做出反應會將在 15us60us 后將總線拉低i=0;while(Desport) /等待 DS18B20 拉低總線i+;if(i>50000)/等待 >50MSreturn 0;/ 初始化失敗return 1;/ 初始化成功.下載可編輯 .3.3 DS18B20寫周期寫周期最少為 60 微秒，最長不超過 120 微秒 。寫周期一開始做為主機先把總線拉低 1 微秒表示寫周期開始 。隨后若主機想寫 0，則將總線置為低電平 ，若主機想寫

9、1，則將總線置為高電平 ，持續(xù)時間最少60 微秒直至寫周期結(jié)束 ，然后釋放總線為高電平至少1 微秒給總線恢復。而 DS18B20 則在檢測到總線被拉底后等待 15 微秒然后從 15us 到 45us 開始對總線采樣 ，在采樣期內(nèi)總線為高電平則為 1，若采樣期內(nèi)總線為低電平則為0。寫周期時序圖如圖6 所示 。圖 6 DS18B20 寫周期時序圖/* 函數(shù)名: Ds18b20WriteByte* 函數(shù)功能: 向 18B20 寫入一個字節(jié)* 輸入: com*輸出:無.下載可編輯 .*/void Ds18b20WriteByte(unsigned char dat)unsigned int i,j;f

10、or(j=0;j<8;j+)Desport=0;/ 每寫入一位數(shù)據(jù)之前先把總線拉低1usi+;Desport=dat&0x01; /然后寫入一個數(shù)據(jù) ，從最低位開始i=6;while(i-); /延時 68us，持續(xù)時間最少 60usDesport=1; / 然后釋放總線 ，至少 1us 給總線恢復時間才能接著寫入第二個數(shù)值dat>>=1;3.4 DS18B20讀周期讀周期是從主機把單總線拉低1 微秒之后就得釋放單總線為高電平，以讓DS18B20 把數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾慰偩€上。作為從機 DS18B20 在檢測到總線被拉低1 微秒后，便開始送出數(shù)據(jù) ，若是要送出0 就把總線拉為

11、低電平直到讀周期結(jié)束。.下載可編輯 .若要送出 1 則釋放總線為高電平 。主機在一開始拉低總線1 微秒后釋放總線，然后在包括前面的拉低總線電平1 微秒在內(nèi)的 15 微秒時間內(nèi)完成對總線進行采樣檢測 ，采樣期內(nèi)總線為低電平則確認為0。 采樣期內(nèi)總線為高電平則確認為 1。完成一個讀時序過程至少需要60 微秒才能完成 。其讀周期的時序圖如圖7所示。圖 7 DS18B20 讀周期時序圖/* 函數(shù)名: Ds18b20ReadByte* 函數(shù)功能: 讀取一個字節(jié)* 輸入: com*輸出:無*/unsigned char Ds18b20ReadByte()unsigned char byte,bi;unsi

12、gned int i,j;.下載可編輯 .for(j=8;j>0;j-)Dsport=0;/先將總線拉低 1usi+;Dsport=1;/然后釋放總線i+;i+;/ 延時 6us 等待數(shù)據(jù)穩(wěn)定bi=Dsport;/ 讀取數(shù)據(jù) ，從最低位開始讀取byte=(byte>>1)|(bi<<7); /*將 byte 左移一位 ，然后與上右移 7 位后的 bi ，注意移動之后移掉那位補0。*/i=4;/ 讀取完之后等待48us 再接著讀取下一個數(shù)while(i-);return byte;3.5 溫度讀取程序簡單的讀取溫度值的步驟如下：跳過 ROM 操作 - 發(fā)送溫度轉(zhuǎn)換命

13、令 - 跳過 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 ：/*.下載可編輯 .* 函數(shù)名: Ds18b20ChangTemp* 函數(shù)功能: 讓 18b20 開始轉(zhuǎn)換溫度* 輸入: com*輸出:無*/voidDs18b20ChangTemp()Ds18b20Init();Delay1ms(1);Ds18b20WriteByte(0xcc);/ 跳過 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)送讀取溫度命令* 輸入:

14、com*輸出:無*/.下載可編輯 .voidDs18b20ReadTempCom()Ds18b20Init();Delay1ms(1);Ds18b20WriteByte(0xcc);/ 跳過 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*/int Ds18b20ReadTemp()unsigned int temp=0;unsigned char tmh,tml;Ds18b20ChangTemp(); /先寫入轉(zhuǎn)換命令Ds18b20ReadT

15、empCom();/ 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).下載可編輯 .tmh=Ds18b20ReadByte();/ 再讀高字節(jié)temp=tmh;temp<<=8;temp|=tml;return temp;4.顯示模塊程序設計4.1 LCD1602初始化表 1 LCD1602 指令表指令碼功能D=1開顯示； D=0關顯示00001DCBC=1顯示光標 ； C=0不顯示光標B=1光標閃爍 ； B=0光標不顯示N=1當讀或?qū)懸粋€字符后地址指針加一，且光標加一000001NSN=0當讀或?qū)懸粋€字符后地址指

16、針減一，且光標減一.下載可編輯 .S=1 當寫一個字符時 ，整屏顯示左移 （ N=1 ）或右移 （ N=0 ），以得到光標不移動而屏幕移動的效果S=0 當寫一個字符 ，整屏顯示不移動01H顯示清屏 ：所有顯示清零80H+ 地址碼 （ 0-27H，設置數(shù)據(jù)地址40H-67H）/* 函數(shù)名: LcdInit()* 函數(shù)功能: 初始化 LCD 屏* 輸入: 無* 輸出: 無*/void LcdInit()/LCD初始化子程序LcdWriteCom(0x38);/ 設置顯示模式LcdWriteCom(0x0c);/ 開顯示不顯示光標 ，光標不閃爍LcdWriteCom(0x06);/ 寫一個指針加 1

17、LcdWriteCom(0x01);/ 清屏LcdWriteCom(0x80);/ 設置數(shù)據(jù)指針起點.下載可編輯 .4.2 LCD1602寫周期時序圖如圖8 所示 ， RS=0 為寫命令 ， RS=1 為寫數(shù)據(jù) 。 在寫周期 ，R/W=0 ， E 為寫數(shù)據(jù)或命令使能輸入。圖 8 LCD1602 寫時序圖（1）寫命令：/* 函數(shù)名: LcdWriteCom* 函數(shù)功能: 向 LCD 寫入一個字節(jié)的命令* 輸入: com*輸出:無*/void LcdWriteCom(unsigned char com)/ 寫入命令RS=0;RW=0;.下載可編輯 .GPIO_LCD=com;Delay1ms(10

18、);E=1;Delay1ms(10);E=0;（2）寫數(shù)據(jù)/* 函數(shù)名: LcdWriteData* 函數(shù)功能: 向 LCD 寫入一個字節(jié)的數(shù)據(jù)* 輸入: dat*輸出:無*/void LcdWriteData(unsigned char dat)/ 寫入數(shù)據(jù)RS=1;RW=0;GPIO_LCD=dat;Delay1ms(10);E=1;Delay1ms(10);.下載可編輯 .E=0;5. 定時模塊程序設計定時 / 計數(shù)器實質(zhì)上是一個加1 計數(shù)器 。它隨著計數(shù)器的輸入脈沖進行自加1，也就是每來一個脈沖 ，計數(shù)器就自動加1，當加到計數(shù)器為全1 時，再輸入一個脈沖就使計數(shù)器回零，且計數(shù)器的溢出使

19、相應的中斷標志位置1，向 CPU發(fā)出中斷請求（定時 / 計數(shù)器中斷允許時）。 如果定時 / 計數(shù)器工作于定時模式，則表示定時時間已到 ；如果工作于計數(shù)模式 ，則表示計數(shù)值已滿 。與定時器相關的寄存器如下：TCOND7D6D5D4D3D2D1D0功能TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0TF1 和 TF0：T1 和 T0 的溢出標志位 ，溢出后由硬件自動置 1 發(fā)出定時器中斷請求。 中斷響應后標志位自動清零 。IE1 和 IE0： INT1 和 INT0 的標志位 ，引腳狀態(tài)變化后由硬件自動置1 發(fā)出外部中斷請求 ，中斷響應后標志位自動清零 。IT1 和 IT0： INT1 和 INT

20、0 的觸發(fā)方式選擇位 。TMODD7D6D5D4D3D2D1D0功能GATEC/TM1M0GATEC/TM1M0GATE：門控制為 0 時僅有運行控制位 TRx 來控制定時 / 計數(shù)器的開啟 。為 1時由 TRx 和外部中斷脈沖計數(shù) 。（ 用于計算外部中斷負跳變的次數(shù)）.下載可編輯 .C/T：計數(shù)器模式和定時器模式選擇為0 時選擇定時器模式 ，為 1 時選為計數(shù)器模式 。方式 1 的計數(shù)位數(shù)是 16 位，由 TL0 作為低 8 位、TH0 作為高 8 位，組成了TCONTMODTF1D7T0引腳1M0D0申請TR1溢出10M1中斷TF0TH0TL00C/TTR08位8位GATE&機器周

21、期1M01M1C/TD0INT0引腳GATE D716 位加 1 計數(shù)器。如圖 9 所示。圖 9 定時器模式1 示意圖5.1 定時器設置/* 函數(shù)名: Timer* 函數(shù)功能: 設置定時器并開始計時*輸入:無*輸出:無*/void Timer()TMOD=0X01;/ 定時器選擇工作模式1TH0 = 0x3C;/ 定時器賦初值.下載可編輯 .TL0 = 0xB0;/ 定時 50msEA = 1;/ 開啟中斷ET0 = 1;/ 開啟定時器中斷TR0=1;/ 啟動定時器5.2 定時器中斷子程序定時器中斷子程序完成的功能有：（1）定時器重新賦初值 ；（2）統(tǒng)計中斷次數(shù) ，并在 LCD 上顯示剩余時間

22、 ；（3）判斷是否達到定時終點以啟動蜂鳴器。/* 函數(shù)名: Timer0() interrupt 1* 函數(shù)功能: 設置定時器中斷執(zhí)行程序， LCD 顯示定時剩余時間*輸入:無*輸出:無*/void Timer0() interrupt 1TH0 = 0x3C;TL0 = 0xB0;/ 定時器重新賦值Time+;k+;/ 中斷次數(shù)計數(shù).下載可編輯 .if(k=20)/20 次中斷 ，即 1sLCDwritecom(0xc2);LCDwritedat('0'+(-j)/10);LCDwritedat('0'+(j)%10);/ 定時顯示剩余時間k=0;if (Ti

23、me=full)/ 判斷是否達到定時時間for(i=0;i<100;i+)sound=1;/ 啟用無源蜂鳴器Delay1ms(1);sound=0;Delay1ms(1);Time=0;j=full/20;/ 計數(shù)初始化6.中斷模塊程序設計.下載可編輯 .中斷是指 CPU 在執(zhí)行當前程序的過程中，由于某種隨機出現(xiàn)的外設請求或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)行相應的服務處理程序；當服務處理程序運行完畢后， CPU 再返回到暫停處繼續(xù)執(zhí)行原來的程序 。51 單片機的中斷系統(tǒng)如圖10 所示 。圖 10 中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖6.1 外部中斷設置/* 函數(shù)名: IntCo

24、nfiguration()* 函數(shù)功能: 設置外部中斷*輸入:無*輸出:無*/void IntConfiguration().下載可編輯 .IT0=1;/ 外部中斷0 跳變沿觸發(fā)方式（下降沿 ）EX0=1;/ 打開 INT0 的中斷允許 。EA=1;/ 打開總中斷6.2 鍵盤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)行對應按鍵的功能 。/* 函數(shù)名: Scankey()* 函數(shù)功能: 鍵盤掃描 ，并執(zhí)行對應按鍵的程序*輸入:無*輸出:無*/voidScankey()if(key1=0)/ 判斷按鍵是否按下Delay1ms(10);/ 延時消抖.下載可編輯 .if(

25、key1=0)/ 判斷按鍵是否按下for(;)if(key1=0)continue;else break;for(;)while(key1=0);/ 檢測按鍵是否松開if(key1=0) continue;else break;./ 執(zhí)行對應按鍵的程序7.整體編程的實現(xiàn).下載可編輯 .軟件編程在keil 上操作，在各個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)用各個子函數(shù)即可完成最終的編程 。 在經(jīng)過編譯之后 ，將機器代碼導入到實現(xiàn)搭建好的硬件 proteus 仿真，其效果圖 11 所示 。8.設計過程中的問題及解決方案在確定了各種所需的元器件之后，對各種元器件的資料文檔進行了仔細研讀。采用分模塊的方式，分別編寫了溫度讀取子函數(shù)，溫度顯示子函數(shù) ，定時器子函數(shù) ，中斷子函數(shù) ，鍵盤掃描子函數(shù) 。再用keil 編寫編譯后 ，也出現(xiàn)了不少問題，但都問題不大