智能水杯软件设计

1、目录1.前言22.总体设计框架22.1 实现的功能22.2 总体程序流程图33.水温采集模块程序设计43.1 DS18B20 简介43.2 DS18B20 的初始化53.3 DS18B20 写周期63.4 DS18B20 读周期73.5 温度读取程序84.显示模块程序设计104.1 LCD1602 初始化104.2 LCD1602 写周期115. 定时模块程序设计125.1 定时器设置135.2 定时器中断子程序136.中断模块程序设计146.1 外部中断设置156.2 键盘扫描中断子程序157.整体编程的实现168.设计过程中的问题及解决方案179.收获与感悟17精选文库1.前言随着社会进步

2、与经济发展， 人们对生活质量的要求越来越高， 每天的饮水量是衡量健康的重要指标。 但有多少人因为忙碌的工作而全天忘记喝水？当你感到口渴想要喝水的时候，体内的失水已经达到 2%，口渴本身其实是体内已经严重缺水的表现，这是造成 “亚健康 ”状态的致命习惯之一。同时，越不注意喝水，喝水的欲望就会越低，人就会变得越来越缺水。研究表明，通常情况下，正常人每次喝水应控制在 300ml，间隔时间为 30到 60分钟。本课程设计就此设计出一款智能水杯， 用来智能显示水温和提醒喝水， 既方便了生活，又保持了健康。 本报告针对智能水杯的软件系统进行阐述， 软件编程在 keil 上操作。2.总体设计框架2.1 实现

3、的功能定时开启按键设置外部中断定时器中断蜂鸣器提醒STC89C51温度读入温度提示灯控制器DS18B20LCD 温度显示硬件结构框架图如图1 所示。图 1 硬件结构简图（1）水温检测使用 DS18B20 温度传感器，完成水温的时时检测功能。（2）水温及定时时间显示使用 LCD1602 液晶显示屏，完成水温及定时时间的显示功能。-2精选文库（3）智能提醒使用定时器 0，开启定时器中断，蜂鸣器提醒。（4）定时时间设置使用外部中断 0 扩展电路，用三个按键触发中断， 完成对应定时开启和定时时间加减的功能。2.2 总体程序流程图总体程序流程图分为主程序和中断程序两部分，其中中断程序分为外部中断程序和定

4、时器中断程序。流程图如下图所示。开始初始化DS18B20 检测水温外部 0中断?LCD1602 显示水温Y执行按键扫描程序N水温 >40?Y按键 1 按下?N高温提示灯红灯亮Y定时时间增加， LCD 显示N按键 2 按下?水温 <20?N按键 3 按下?YY定时时间减少， LCD 显示低温提示灯蓝灯亮TR0=0?N适宜水温黄灯亮Y关闭计时器开启计时器， LCD显示定时器符号结束图 2 主程序流程图图 3 外部按键中断流程图-3精选文库定时器中断 ?Y中断计数加 1定时时间到达 ?一分钟时间到达 ?YY蜂鸣器提醒， 计数清零LCD 显示定时时间减1图 4 定时器中断程序设计流程图3.

5、水温采集模块程序设计3.1 DS18B20 简介DS18B20 单线数字温度传感器，即“一线器件 ”，其具有独特的优点：（1）采用单总线的接口方式，与微处理器连接时，仅需要一条口线即可实现微处理器与 DS18B20 的双向通讯。单总线具有经济性好，抗干扰能力强，适合于恶劣环境的现场温度测量， 使用方便等优点， 使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。（2）测量温度范围宽，测量精度高DS18B20 的测量范围为-55 +125 ； 在 -10+ 85 C° 范围内，精度为±0.5 C°。（4）持多点组网功能 多个 DS18B20 可以并联在惟一的

6、单线上，实现多点测温。（5）供电方式灵活 DS18B20 可以通过内部寄生电路从数据线上获取电源。因此，当数据线上的时序满足一定的要求时，可以不接外部电源，从而 使系统结构更趋简单，可靠性更高。（6）测量参数可配置DS18B20 的测量分辨率可通过程序设定912 位。-4精选文库3.2 DS18B20 的初始化主机首先发出一个480960 微秒的低电平脉冲， 然后释放总线变为高电平，并在随后的 480 微秒时间内对总线进行检测， 如果有低电平出现说明总线上有器件已做出应答。 若无低电平出现一直都是高电平说明总线上无器件应答。作为从图 5 DS18B20 初始化时序图器件的 DS18B20在一上

7、电后就一直在检测总线上是否有480960 微秒的低电平出现，如果有，在总线转为高电平后等待1560 微秒后将总线电平拉低 60 240 微秒做出响应存在脉冲，告诉主机本器件已做好准备。若没有检测到就一直在检测等待。初始化时序图如图 5 所示。/*函数名: Ds18b20Init*函数功能: 初始化*输入: 无*输出: 初始化成功返回1，失败返回 0*/unsigned char Ds18b20Init()unsigned int i;Desport=0;/将总线拉低 480us960usi=70;while(i-);/ 延时 642usDsport=1;/然后拉高总线，若DS18B20 做出反

8、应会将在15us60us后将总线拉低i=0;while(Desport)/等待 DS18B20 拉低总线i+;-5精选文库if(i>50000)/ 等待 >50MSreturn 0;/初始化失败return 1;/初始化成功3.3 DS18B20 写周期写周期最少为 60 微秒，最长不超过120 微秒。写周期一开始做为主机先把总线拉低 1 微秒表示写周期开始。随后若主机想写0，则将总线置为低电平，若主机想写 1，则将总线置为高电平，持续时间最少60 微秒直至写周期结束，然后释放总线为高电平至少 1 微秒给总线恢复 。而 DS18B20 则在检测到总线被拉底后等待 15 微秒然后从

9、15us 到 45us 开始对总线采样，在采样期内总线为高电平则为 1，若采样期内总线为低电平则为 0。写周期时序图如图 6 所示。图 6 DS18B20 写周期时序图/* 函数名: Ds18b20WriteByte* 函数功能: 向 18B20 写入一个字节* 输入: com*输出:无*/ void Ds18b20WriteByte(unsigned char dat) unsigned int i,j;for(j=0;j<8;j+)Desport=0;/每写入一位数据之前先把总线拉低1us-6精选文库i+;Desport=dat&0x01; /然后写入一个数据，从最低位开始

10、i=6;while(i-); / 延时 68us，持续时间最少60usDesport=1; /然后释放总线，至少 1us 给总线恢复时间才能接着写入第二个数值dat>>=1;3.4 DS18B20 读周期读周期是从主机把单总线拉低 1 微秒之后就得释放单总线为高电平，以让 DS18B20 把数据传输到单总线上。作为从机 DS18B20 在检测到总线被拉低1 微秒后，便开始送出数据， 若是要送出 0 就把总线拉为低电平直到读周期结束。若要送出 1 则释放总线为高电平。主机在一开始拉低总线 1 微秒后释放总线，然后在包括前面的拉低总线电平 1 微秒在内的 15 微秒时间内完成对总线进行

11、采样检测，采样期内总线为低电平则确认为 0。采样期内总线为高电平则确认为 1。完成一个读时序过程至少需要 60 微秒才能完成。其读周期的时序图如图 7 所示。图 7 DS18B20 读周期时序图/* 函数名: Ds18b20ReadByte* 函数功能: 读取一个字节* 输入: com*输出:无*/ unsigned char Ds18b20ReadByte() -7精选文库unsigned char byte,bi;unsigned int i,j;for(j=8;j>0;j-)Dsport=0;/先将总线拉低 1usi+;Dsport=1;/然后释放总线i+;i+;/ 延时 6us

12、等待数据稳定bi=Dsport;/读取数据，从最低位开始读取byte=(byte>>1)|(bi<<7); /* 将 byte 左移一位，然后与上右移7 位后的bi，注意移动之后移掉那位补0。*/i=4;/读取完之后等待48us 再接着读取下一个数while(i-);return byte;3.5 温度读取程序简单的读取温度值的步骤如下：跳过 ROM 操作 -发送温度转换命令 -跳过 ROM 操作 -发送读取温度命令-读取温度值（1）温度转换指令：/* 函数名: Ds18b20ChangTemp* 函数功能: 让 18b20 开始转换温度* 输入: com*输出:无*/

13、voidDs18b20ChangTemp()Ds18b20Init();Delay1ms(1);Ds18b20WriteByte(0xcc);/跳过 ROM 操作命令Ds18b20WriteByte(0x44);/温度转换命令Delay1ms(100);（2）温度读取指令/*-8精选文库* 函数名: Ds18b20ReadTempCom* 函数功能: 发送读取温度命令* 输入: com*输出:无*/ void Ds18b20ReadTempCom() Ds18b20Init();Delay1ms(1);Ds18b20WriteByte(0xcc);/跳过 ROM 操作命令Ds18b20Writ

14、eByte(0xbe);/发送读取温度命令（3）读取温度：/* * 函数名: Ds18b20ReadTemp* 函数功能: 读取温度* 输入: com*输出:无*/int Ds18b20ReadTemp()unsigned int temp=0;unsigned char tmh,tml;Ds18b20ChangTemp();/先写入转换命令Ds18b20ReadTempCom();/然后等待转换完后发送读取温度命令tml=Ds18b20ReadByte(); /读取温度值共 16 位，先读低字节tmh=Ds18b20ReadByte();/再读高字节temp=tmh;temp<<

15、=8;temp|=tml;return temp;-9精选文库4.显示模块程序设计4.1 LCD1602 初始化表 1 LCD1602 指令表指令码功能D=1 开显示；D=0 关显示00001DCBC=1 显示光标； C=0 不显示光标B=1 光标闪烁； B=0 光标不显示N=1 当读或写一个字符后地址指针加一，且光标加一N=0 当读或写一个字符后地址指针减一，且光000001NS标减一S=1 当写一个字符时，整屏显示左移（N=1）或右移（ N=0），以得到光标不移动而屏幕移动的效果S=0 当写一个字符，整屏显示不移动01H显示清屏：所有显示清零80H+ 地 址 码 （ 0-27H ，设置数据

16、地址40H-67H）/*函数名: LcdInit()*函数功能: 初始化 LCD 屏*输入: 无*输出: 无*/void LcdInit()/LCD 初始化子程序LcdWriteCom(0x38);/设置显示模式LcdWriteCom(0x0c);/开显示不显示光标，光标不闪烁LcdWriteCom(0x06);/写一个指针加 1LcdWriteCom(0x01);/清屏LcdWriteCom(0x80);/设置数据指针起点-10精选文库4.2 LCD1602 写周期时序图如图 8 所示， RS=0 为写命令， RS=1 为写数据。在写周期， R/W=0，E 为写数据或命令使能输入。图 8 L

17、CD1602 写时序图（1）写命令：/* 函数名: LcdWriteCom* 函数功能: 向 LCD 写入一个字节的命令* 输入: com*输出:无*/void LcdWriteCom(unsigned char com)/写入命令RS=0;RW=0;GPIO_LCD=com;Delay1ms(10);E=1;Delay1ms(10);E=0;（2）写数据/* 函数名: LcdWriteData* 函数功能: 向 LCD 写入一个字节的数据* 输入: dat*输出:无*-11精选文库*/void LcdWriteData(unsigned char dat)/写入数据RS=1;RW=0;GPI

18、O_LCD=dat;Delay1ms(10);E=1;Delay1ms(10);E=0;5. 定时模块程序设计定时 /计数器实质上是一个加1 计数器。它随着计数器的输入脉冲进行自加1，也就是每来一个脉冲，计数器就自动加1，当加到计数器为全1 时，再输入一个脉冲就使计数器回零，且计数器的溢出使相应的中断标志位置1，向 CPU发出中断请求 （定时 /计数器中断允许时） 。如果定时 /计数器工作于定时模式， 则表示定时时间已到；如果工作于计数模式，则表示计数值已满。与定时器相关的寄存器如下：TCOND7D6D5D4D3D2D1D0功能TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0TF1 和 TF0

19、：T1 和 T0 的溢出标志位，溢出后由硬件自动置1 发出定时器中断请求。中断响应后标志位自动清零。IE1 和 IE0：INT1 和 INT0 的标志位，引脚状态变化后由硬件自动置1 发出外部中断请求，中断响应后标志位自动清零。IT1 和 IT0： INT1 和 INT0 的触发方式选择位。TMODD7D6D5D4D3D2D1D0功能GATEC/TM1M0GATEC/TM1M0GATE：门控制为 0 时仅有运行控制位 TRx 来控制定时 /计数器的开启。 为 1时由 TRx 和外部中断脉冲计数。（用于计算外部中断负跳变的次数）C/T：计数器模式和定时器模式选择为0 时选择定时器模式，为1 时选

20、为计数器模式。-12精选文库方式 1 的计数位数是16 位，由 TL0 作为低 8 位、 TH0 作为高 8 位，组成了16 位加 1 计数器 。如图 9 所示。TCONTMOD申请TF1D7T0引脚1M0D0TR110M1中断溢出TF0TH0TL00C/TTR08位8位GATE&机器周期1M01M1C/TD0INT0引脚GATED7图 9定时器模式 1 示意图5.1 定时器设置/* 函数名: Timer* 函数功能: 设置定时器并开始计时*输入:无*输出:无*/void Timer()TMOD=0X01;/定时器选择工作模式1TH0 = 0x3C;/定时器赋初值TL0 = 0xB0;

21、/ 定时 50msEA = 1;/开启中断ET0 = 1;/开启定时器中断TR0=1;/启动定时器5.2 定时器中断子程序定时器中断子程序完成的功能有：（1）定时器重新赋初值；（2）统计中断次数，并在LCD 上显示剩余时间；（3）判断是否达到定时终点以启动蜂鸣器。/* 函数名: Timer0() interrupt 1* 函数功能: 设置定时器中断执行程序，LCD 显示定时剩余时间*输入:无-13精选文库*输出:无*/void Timer0() interrupt 1TH0 = 0x3C;TL0 = 0xB0;/ 定时器重新赋值Time+;k+;/中断次数计数if(k=20)/20 次中断，即

22、1sLCDwritecom(0xc2);LCDwritedat('0'+(-j)/10);LCDwritedat('0'+(j)%10);/定时显示剩余时间k=0;if (Time=full)/判断是否达到定时时间for(i=0;i<100;i+)sound=1;/ 启用无源蜂鸣器Delay1ms(1);sound=0;Delay1ms(1);Time=0;j=full/20;/计数初始化6.中断模块程序设计中断是指 CPU 在执行当前程序的过程中，由于某种随机出现的外设请求或CPU 内部的异常事件 ,使 CPU 暂停正在执行的程序而转去执行相应的服务处理

23、程序；当服务处理程序运行完毕后，CPU 再返回到暂停处继续执行原来的程序。51 单片机的中断系统如图10 所示。-14精选文库图 10 中断系统结构图6.1 外部中断设置/* 函数名: IntConfiguration()* 函数功能: 设置外部中断*输入:无*输出:无*/void IntConfiguration()IT0=1;/ 外部中断0 跳变沿触发方式（下降沿）EX0=1;/ 打开 INT0 的中断允许。EA=1;/ 打开总中断6.2 键盘扫描中断子程序中断程序完成的功能有：（1）判断按键是否按下；（2）执行对应按键的功能。/* 函数名: Scankey()* 函数功能: 键盘扫描，并

24、执行对应按键的程序*输入:无*输出:无-15精选文库*/voidScankey()if(key1=0)/ 判断按键是否按下Delay1ms(10);/延时消抖if(key1=0)/判断按键是否按下for(;)if(key1=0)continue;else break;for(;)while(key1=0);/ 检测按键是否松开if(key1=0) continue;else break; ./执行对应按键的程序7.整体编程的实现软件编程在 keil 上操作，在各个模块的子程序完成后，在主程序按照流程图图 11 proteus仿真效果图-16精选文库调用各个子函数即可完成最终的编程。在经过编译之后， 将机器代码导入到实现搭建好的硬件 proteus 仿真，其效果图11 所示。8.设计过程中的问题及解决方案在确定了各种所需的元器件之后，对各种元器件的资料文档进行了仔细研读。采用分模块的方式，分别编写了温度读取子函数，温度显示子函数，定时器子函数，中断子函数，键盘扫描子函数。再用 keil 编写编译后，也出现了不少问题，但都问题不大