智能水杯軟件設(shè)計(jì)說明

1、目錄1.前言.22.總體設(shè)計(jì)框架.22.1實(shí)現(xiàn)的功能 .22.2總體程序流程圖 .33.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寫周期 .83.4 DS18B20讀周期 .93.5溫度讀取程序 .114.顯示模塊程序設(shè)計(jì) .144.1 LCD1602初始化 .144.2 LCD1602寫周期 .165.定時(shí)模塊程序設(shè)計(jì) .185.1定時(shí)器設(shè)置 .195.2定時(shí)器中斷子程序 .206.中斷模塊程序設(shè)計(jì) .216.1 外部中斷設(shè)置.22.6.2 鍵盤掃描中斷子程序 .237.整體編程的實(shí)現(xiàn) .248.設(shè)計(jì)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(huì)進(jìn)步與經(jīng)濟(jì)發(fā)展，人們對(duì)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(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，

3、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.下載可編輯 .定時(shí)開啟按鍵設(shè)置外部中斷定時(shí)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(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)開啟和定時(shí)時(shí)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(shí)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(cè)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(lán)燈亮定時(shí)時(shí)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(shí)時(shí)間減少， LCD 顯示NTR0=0?Y關(guān)閉計(jì)時(shí)器開啟計(jì)時(shí)器， LCD顯示定時(shí)器符號(hào)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(shí)器中斷 ?Y中斷計(jì)數(shù)加 1定時(shí)時(shí)間到達(dá) ?一分鐘

5、時(shí)間到達(dá) ?YY蜂鳴器提醒， 計(jì)數(shù)清零LCD 顯示定時(shí)時(shí)間減1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 單線數(shù)字溫度傳感器 ，即“一線器件 ”，其具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn) ：（1）采用單總線的接口方式 ，與微處理器連接時(shí) ，僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與 DS18B20 的雙向通訊 。單總線具有經(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°范C圍

6、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)在惟一的單線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)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(dāng)數(shù)據(jù)線上的時(shí)序滿足一定的要求時(shí)，可以不接外部電源 ，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)480 960 微秒的低電平脈沖 ，然后釋放總線變?yōu)楦唠娖剑⒃陔S后的 480 微秒時(shí)間內(nèi)對(duì)總線進(jìn)行檢測(cè)，如果有低電平出現(xiàn)說明總線上有器件已做出應(yīng)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(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(yīng)存在脈沖 ，告訴主機(jī)本器件已做好準(zhǔn)備。若沒有檢測(cè)到就一直在檢測(cè)等待 。 初始化時(shí)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(shí) 642usDsport=1;/然后拉高總線 ，若 DS18B20 做出反應(yīng)會(huì)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(zhǎng)不超過 120 微秒 。寫周期一開始做為主機(jī)先把總線拉低 1 微秒表示寫周期開始 。隨后若主機(jī)想寫 0，則將總線置為低電平 ，若主機(jī)想寫

9、1，則將總線置為高電平 ，持續(xù)時(shí)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(fù)。而 DS18B20 則在檢測(cè)到總線被拉底后等待 15 微秒然后從 15us 到 45us 開始對(duì)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(shí)序圖如圖6 所示 。圖 6 DS18B20 寫周期時(shí)序圖/* 函數(shù)名: Ds18b20WriteByte* 函數(shù)功能: 向 18B20 寫入一個(gè)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(gè)數(shù)據(jù) ，從最低位開始i=6;while(i-); /延時(shí) 68us，持續(xù)時(shí)間最少 60usDesport=1; / 然后釋放總線 ，至少 1us 給總線恢復(fù)時(shí)間才能接著寫入第二個(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(jī) DS18B20 在檢測(cè)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(jī)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(shí)間內(nèi)完成對(duì)總線進(jìn)行采樣檢測(cè) ，采樣期內(nèi)總線為低電平則確認(rèn)為0。 采樣期內(nèi)總線為高電平則確認(rèn)為 1。完成一個(gè)讀時(shí)序過程至少需要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*/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(shí) 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(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(shè)計(jì)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(guān)顯示00001DCBC=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N=1當(dāng)讀或?qū)懸粋€(gè)字符后地址指針加一，且光標(biāo)加一000001NSN=0當(dāng)讀或?qū)懸粋€(gè)字符后地址指

16、針減一，且光標(biāo)減一.下載可編輯 .S=1 當(dāng)寫一個(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，設(shè)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(shè)置顯示模式LcdWriteCom(0x0c);/ 開顯示不顯示光標(biāo) ，光標(biāo)不閃爍LcdWriteCom(0x06);/ 寫一個(gè)指針加 1

17、LcdWriteCom(0x01);/ 清屏LcdWriteCom(0x80);/ 設(shè)置數(shù)據(jù)指針起點(diǎn).下載可編輯 .4.2 LCD1602寫周期時(shí)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(shí)序圖（1）寫命令：/* 函數(shù)名: LcdWriteCom* 函數(shù)功能: 向 LCD 寫入一個(gè)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(gè)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(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

19、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 。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 INT

20、0 的觸發(fā)方式選擇位 。TMODD7D6D5D4D3D2D1D0功能GATEC/TM1M0GATEC/TM1M0GATE：門控制為 0 時(shí)僅有運(yùn)行控制位 TRx 來控制定時(shí) / 計(jì)數(shù)器的開啟 。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)）.下載可編輯 .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TCONTMODTF1D7T0引腳1M0D0申請(qǐng)TR1溢出10M1中斷TF0TH0TL00C/TTR08位8位GATE&機(jī)器周

21、期1M01M1C/TD0INT0引腳GATE D716 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)器并開始計(jì)時(shí)*輸入:無*輸出:無*/void Timer()TMOD=0X01;/ 定時(shí)器選擇工作模式1TH0 = 0x3C;/ 定時(shí)器賦初值.下載可編輯 .TL0 = 0xB0;/ 定時(shí) 50msEA = 1;/ 開啟中斷ET0 = 1;/ 開啟定時(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

22、 ；（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*輸出:無*/void Timer0() interrupt 1TH0 = 0x3C;TL0 = 0xB0;/ 定時(shí)器重新賦值Time+;k+;/ 中斷次數(shù)計(jì)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(shí)顯示剩余時(shí)間k=0;if (Ti

23、me=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).下載可編輯 .中斷是指 CPU 在執(zhí)行當(dāng)前程序的過程中，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)處理程序運(yùn)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(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: IntCo

24、nfiguration()* 函數(shù)功能: 設(shè)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(duì)應(yīng)按鍵的功能 。/* 函數(shù)名: Scankey()* 函數(shù)功能: 鍵盤掃描 ，并執(zhí)行對(duì)應(yīng)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(shí)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(cè)按鍵是否松開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).下載可編輯 .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(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