智能水杯軟件設(shè)計(共18頁)

1、目 錄1.前言32.總體設(shè)計框架32.1實現(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53.1 DS18B20簡介53.2 DS18B20的初始化63.3 DS18B20寫周期73.4 DS18B20讀周期83.5 溫度讀取程序94.顯示模塊程序設(shè)計114.1 LCD1602初始化114.2 LCD1602寫周期125. 定時模塊程序設(shè)計135.1定時器設(shè)置145.2 定時器中斷子程序156.中斷模塊程序設(shè)計166.1外部中斷設(shè)置166.2鍵盤掃描中斷子程序167.整體編程的實現(xiàn)178.設(shè)計過程中的問題及解決方案189.收獲與感悟191.前言隨著社會進步與經(jīng)濟發(fā)展，人們對生活質(zhì)量的

2、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(xí)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(yīng)控制在300ml，間隔時間為30到60分鐘。本課程設(shè)計就此設(shè)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，軟件編程在keil上操作。2.總體設(shè)計框架2.1實現(xiàn)的功能STC89C51控制器LCD溫度顯示溫度讀

3、入溫度提示燈DS18B20外部中斷定時開啟按鍵定時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(shè)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(yīng)定時開啟和定時時間加減的功能。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器中斷程序。流程圖如下圖所示。開始DS18B20檢測水溫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)閉計時器定時時間減少，LCD顯示定時時間增加，LCD顯示按鍵1按下?按鍵2按下?按鍵3按下?TR0=0?開啟計時器，LCD顯示定時器符號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，計數(shù)清零LCD顯示定時時間減1中斷計數(shù)加1定時器中斷?一分鐘時間到達?定時時間到達?YYY圖4 定時器中斷程序設(shè)計流程圖3.水溫采集模塊程序設(shè)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，

5、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(luò)，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°C 范圍內(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。（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

6、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(shè)定 912 位。3.2 DS18B20的初始化主機首先發(fā)出一個480960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(yīng)答。若無低電平出現(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初始化時序圖器件的DS18B20在一上電后就一直在檢測總線上是否有480960微秒的低電平出現(xiàn)，如果有，在總線轉(zhuǎn)為高電平后等待1560微秒后將總線電平拉低60240微秒做出響應(yīng)存在脈沖，告訴主機本器件已做好準備。若沒有檢

7、測到就一直在檢測等待。 初始化時序圖如圖5所示。/* 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;Desport=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(yīng)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

8、return 1;/初始化成功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(fù) 。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

9、個字節(jié)* 輸入 : com* 輸出 : 無*/void Ds18b20WriteByte(unsigned char dat)unsigned int i,j;for(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(fù)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，

10、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就把總線拉為低電平直到讀周期結(jié)束。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

11、 char Ds18b20ReadByte()unsigned char byte,bi;unsigned int i,j;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

12、溫度值的步驟如下：跳過ROM操作-發(fā)送溫度轉(zhuǎn)換命令-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：/* 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*/void Ds18b20ChangTemp()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

13、取溫度命令* 輸入 : com* 輸出 : 無*/void Ds18b20ReadTempCom()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4.1 LCD1602初始化表1 LCD1602指令表指令碼功能00001DCBD=1 開顯示； D=0 關(guān)顯示C=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000001NSN=1 當讀或?qū)懸粋€字符后地址指針加一，且光標加一N=0 當讀或?qū)懸粋€字符后地址

15、指針減一，且光標減一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，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* 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，光標不閃爍LcdWriteCom(0x06); /寫一個指針加1LcdWriteCom(0x01)

16、; /清屏LcdWriteCom(0x80); /設(shè)置數(shù)據(jù)指針起點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;GPIO_LCD=com;Delay1ms(10);E=1;Delay1ms(10);E=0;（2）寫數(shù)據(jù)/* 函數(shù)名 : LcdWri

17、teData* 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);E=0;5. 定時模塊程序設(shè)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)器的溢出使相應(yīng)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

18、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(guān)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(yīng)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(yīng)后標志位自動清零。IT1和IT0：INT1和INT0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

19、。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)）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16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(shè)置/* 函數(shù)名 : Timer * 函數(shù)功能 : 設(shè)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1 TH0 = 0x3C; /定時器賦初值 TL0 = 0xB0; /定時50ms EA = 1;/開啟中斷 ET0 = 1; /開啟定

20、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；（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(shè)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 1 TH0 = 0x3C; TL0 = 0xB0; /定時器重新賦值 Time+; k+; /中斷次數(shù)計數(shù) if(k=20) /20次中斷，即1s LCDwritecom(0xc2);

21、 LCDwritedat('0'+(-j)/10); LCDwritedat('0'+(j)%10); /定時顯示剩余時間 k=0; if (Time=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(shè)計中斷是指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(shè)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(yīng)的服務(wù)處理程序；當服務(wù)處理程序

22、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(shè)置/* 函數(shù)名 : IntConfiguration()* 函數(shù)功能 : 設(shè)置外部中斷* 輸入 : 無* 輸出 : 無*/void IntConfiguration()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(yīng)按鍵的功能。/* 函數(shù)名 : Scankey()* 函數(shù)功能 : 鍵盤掃描，并執(zhí)行對應(yīng)按鍵的程序* 輸入 : 無*

23、輸出 : 無*/void Scankey()if(key1=0) /判斷按鍵是否按下 Delay1ms(10); /延時消抖 if(key1=0) /判斷按鍵是否按下 for(;) if(key1=0) continue; else break; for(;) while(key1=0); /檢測按鍵是否松開 if(key1=0) continue; else break;. /執(zhí)行對應(yīng)按鍵的程序 7.整體編程的實現(xiàn)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(dǎo)入到實現(xiàn)搭建好的硬件proteus仿真，其效果圖11所示。8.設(shè)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