智能水杯软件设计

目录前言2总体设计框架22.1实现的功能22.2总体程序流程图3水温采集模块程序设计5DS18B20简介5DS18B20的初始化6DS18B20写周期8DS18B20读周期103.5温度读取程序12显示模块程序设计15LCD1602初始化15LCD1602写周期16定时模块程序设计195.1定时器设置205.2定时器中断子程序21中断模块程序设计236.1外部中断设置236.2键盘扫描中断子程序24整体编程的实现26设计过程中的问题及解决方案26收获与感悟27前言随着社会进步与经济发展，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。总体设计框架2.1实现的功能图1硬件结构简图水温检测使用DS18B20温度传感器，完成水温的时时检测功能。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。智能提醒使用定时器0，开启定时器中断，蜂鸣器提醒。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时器中断程序。流程图如下图所示。

图2图2主程序流程图图3外部按键中断流程图图4定时器中断程序设计流程图水温采集模块程序设计3.1DS18B20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°C~+125°C；在-10~+85°C范围内，精度为土0.5°C。（4）持多点组网功能多个DS18B20可以并联在惟一的单线上，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9~12位。3.2DS18B20的初始化主机首先发出一个480-960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，如果有低和蛉化过品I?棚嘎城冲”4S0牌［rikwum和蛉化过品I?棚嘎城冲”4S0牌［rikwum知1居matimtjm柱割器版4M皓ininimufflDS1S20虬?4叩$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5DS18B20初始化时序图器件的DS18B20在一上电后就一直在检测总线上是否有480-960微秒的低电平出现，如果有，在总线转为高电平后等待15-60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“““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““*******************************************************"""""""""/*********unsignedcharDs18b20Init(){unsignedinti;Desport=0; //将总线拉低480us~960usi=70;while(i--);//延时642usDsport=1;//然后拉高总线，若DS18B20做出反应会将在15us~60us后将总线拉低i=0;while(Desport)//等待DS18B20拉低总线{i++;if(i>50000)//等待>50MSreturn0;//初始化失败}return1;//初始化成功}3.3DS18B20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6DS18B20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“““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““*******************************************************"""""""""/*********voidDs18b20WriteByte(unsignedchardat){unsignedinti,j;for(j=0;j<8;j++){Desport=0; //每写入一位数据之前先把总线拉低1usi++;Desport=dat&0x01;//然后写入一个数据，从最低位开始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;3.4DS18B20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7DS18B20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“““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““*******************************************************"""""""""/*********unsignedcharDs18b20ReadByte(){unsignedcharbyte,bi;unsignedinti,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--);}returnbyte;}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“““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““************************************************************/voidDs18b20ChangTemp(){Ds18b20Init();Delay1ms(1);Ds18b20WriteByte(0xcc); //跳过ROM操作命令Ds18b20WriteByte(0x44); //温度转换命令Delay1ms(100);}温度读取指令/""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""/******************************************************""""""*******函数名 ：Ds18b20ReadTempCom*函数功能：发送读取温度命令*输入 ：com*输出 ：无“““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““************************************************************/voidDs18b20ReadTempCom(){Ds18b20Init();Delay1ms(1);Ds18b20WriteByte(0xcc);//跳过ROM操作命令Ds18b20WriteByte(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“““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““*******************************************************""""""""""""""""""/******************intDs18b20ReadTemp(){unsignedinttemp=0;unsignedchartmh,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二Ds18b20ReadByte();//读取温度值共16位，先读低字节tmh=Ds18b20ReadByte();//再读高字节temp二tmh;temp<<=8;temp|=tml;returntemp;显示模块程序设计4.1LCD1602初始化表1LCD1602指令表指令码功能00001DCBD=1开显示； D=0关显示C-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000001NSN-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，40H-67H)设置数据地址/""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""/******************************************************““““““““““***********函数名:LcdInit()*函数功能:初始化LCD屏*输入:无*输出:无"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""*******************************************************"""""""""/*********voidLcdInit() //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}4.2LCD1602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8LCD1602写时序图写命令：/*****************************************************************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****************************************************************voidLcdWriteCom(unsignedcharcom) //写入命令{RS=0;RW=0;GPIO_LCD=com;Delay1ms(10);E=1;Delay1ms(10);E=0;}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“““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““*******************************************************"""""""""""""""""""/*******************voidLcdWriteData(unsignedchardat) //写入数据{RS=1;RW=0;GPIO_LCD=dat;Delay1ms(10);E=1;Delay1ms(10);E=0;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7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：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时选为计数器模式。方式1的计数位数是16位，由TL0作为低8位、TH0作为高8位，TCOND0D7组成了16TCOND0D7组成了16位加1计数器。如图9所示。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:无输入输出:无**************************************************************************voidTimer(){TMOD=0X01;//定时器选择工作模式1TH0=0x3C; //定时器赋初值TL0=0xB0;//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：定时器重新赋初值；统计中断次数，并在LCD上显示剩余时间；判断是否达到定时终点以启动蜂鸣器。/""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""/******************************************************""""""""""""""""""""*********************函数名 ：Timer0()interrupt1*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*输出 ：无“““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““*******************************************************"""""""""""""""""""/*******************/voidTimer0()interrupt1{TH0=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1s{LCDwritecom(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}}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。InQTOTPFiIIIXInQTOTPFiIIIXRX中聒榇志高缴中都谐或康低^中断请求WuD，「D图10中断系统结构图6.1外部中断设置

/""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""/******************************************************""""""""""""""""""""********************函数名:IntConfiguration()函数功能函数名:IntConfiguration()函数功能:设置外部中断:无输入输出:无“““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““*******************************************************"""""""""""""""""""/*******************voidIntConfiguration()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，并执行对应按键的程序*输入 ：无*输出 ：无"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""*******************************************************"""""""""""""""""""/*******************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;elsebreak;}for(;;){while(key1==0); //检测按键是否松开if(key1==0)continue;elsebreak;……. //执行对应按键的程序

整体编程的实现 lfiH