单片机智能豆浆机课程设计

电气与电子信息工程学院

《单片机》课程设计报告

题目：智能豆浆机

专业班级：电气工程及其自动化2012级（3）班学号： 201240220329 姓名：陈俊亚

同组人：李越

指导教师：胡蔷黄磊

设计时间：2014年12月15日-2014年12月19日设计地点： K2-407单片机、微机原理实验室

2014年10月

课程设计任务书

2014 ～2015 学年第1学期

一、课程设计题目：（智能豆浆机）

二、课程设计要求

1. 根据具体设计课题的技术指标和给定条件，以单片机为核心器件，能独立而正确地进

行方案论证和电路设计，完成仿真操作。要求概念清楚、方案合理、方法正确、步骤完整；

2. 熟悉、掌握各种外围接口电路芯片的工作原理和控制方法；

3. 熟练使用单片机汇编语言或C51进行软件设计；

4. 熟练使用Proteus、Keil软件进行仿真电路测试；

5. 熟练使用Protel软件设计印刷电路板；

6. 学会查阅有关参考资料和手册，并能正确选择有关元器件和参数；

7. 编写设计报告，参考毕业设计论文格式。

（1）根据课题要求确定系统设计方案；

（2）绘制系统框图、系统仿真原理图（印刷电路板图），列出元器件明细表；

（3）计算电路参数和选择元器件，画出软件流程图（列出程序清单）；

（4）打印仿真结果，根据测试结果进行误差分析与修改调整；

（5）对设计进行全面总结。

三、课程设计内容（含技术指标）

1.它能实现三种模式选择，同时模式、加热总时间、粉碎总时间依次在前三个数码管显示器上显示。选择模式完成后，按照规定的时间完成加热、粉碎、加热、粉碎、加热、显示温度到完成报警整个加工过程，加热和粉碎状态分别用P3^6和P3^7口接发光二级管模拟。

2.它能实现烧干、液体溢出容器的优先级断电报警和加热时水泡超过液位时的停止加热，延时等待水位下降后继续加热的液体控制功能。

3.扩展部分：它扩展实现了计时功能，用数码管的后三位动态显示，计时的目的是看在已选的模式下，看距离全过程完成还有多长时间；还可以通过现实的时间判断，报警是中途烧干，液体溢出容器的报警还是工作全过程结束的报警，有一定的智能性。

4.它能在上电、复位之后显示666666六位数字，可以通过改变初始值，实现显示任意六位数字或者其他字母。

5.温度显示模块，采用DS18B20芯片来显示，测量的温度为-55~125度。

目录

一绪论 (1)

1.1 引言 (1)

1.2 原理框图 (1)

二系统硬件电路设计 (2)

2.1单片机的选择 (2)

2.2 温度检测电路设计 (3)

2.2.1 DS-18B20数字温度传感器介绍 (3)

2.2.2 电路设计 (4)

2.3 复位电路的设计 (4)

2.4 报警电路的设计 (5)

2.5 按键电路的设计 (5)

2.6 关于芯片的介绍 (6)

2.6.1 芯片DIR 8286 (6)

2.6.2 芯片74LS245 (6)

2.6.3 芯片74LS138 (7)

2.6.4 共阴极数码管 (7)

三系统软件设计 (8)

3.1 加热粉碎完成报警及液位控制模块的流程图 (8)

3.2 计时模块框图 (8)

3.3定时程序框图 (9)

3.4总框图 (10)

四仿真结果及分析 (11)

4.1 上电和复位时的仿真 (11)

4.2 模式一的仿真结果 (11)

4.3 模式二的仿真结果 (12)

4.4 模式三的仿真结果 (12)

4.5 模式一报警时的仿真结果 (13)

4.6 按下四键的温度仿真 (13)

五.课程设计小结 (14)

一 绪论

1.1 引言

通过键盘来选择豆浆机的工作模式，加热粉碎有一定的延时时间，液位控制模块可用外部中断来实现，烧干、外部溢出可用中断INT0、P3^2来实现，设为高优先级的中断，加热液体控制模块也可用外部中断INT1、P3^3来实现，同时还具备显示温度模块及定时功能。

1.2 原理框图

本智能豆浆机控制系统设计原理如图1.1所示:

图1.1 智能豆浆机控制系统框图

系统主要有：显示模块、时钟模块、复位模块、定时控制模块、按键模块 。

说明：AT89S52的P0口接74LS245的A0~A7口，用来驱动数码管显示，完成数据传输；单片机的P2.1~P2.3接键盘的1、2、3来控制豆浆机模式的选择，P2.5~P2.7接键盘的A 、B 、C 端来控制温度显示、粉碎溢出的功能；单片机的P1.3口接温度传感器通过数码管来显示温度；P3.2与P3.3两个外部中断来实现加热烧干的功能；P3.6~P3.7接两个LED 灯分别表示加热和粉碎。

二系统硬件电路设计

2.1单片机的选择

AT89S52是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes ISP的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，AT89S52在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。

RST ：AT89S52的复位信号输入引脚，高电位工作，当要对芯片又时，只要将此引脚电位提升到高电位，并持续两个机器周期以上的时间，AT89S51便能完成系统复位的各项工作，使得内部特殊功能寄存器的内容均被设成已知状态。

P0口(P0.0~P0.7)是一个8位漏极开路双向输入输出端口，当访问外部数据时，它是地址总线（低8位）和数据总线复用。外部不扩展而单片应用时，则作一般双向I／O口用。P0口每一个引脚可以推动8个LSTTL负载。

P2口(P2.0~P2.7)口是具有内部提升电路的双向I/0端口(准双向并行I/O 口)，当访问外部程序存储器时，它是高8位地址。外部不扩展而单片应用时，则作一般双向I／O口用。每一个引脚可以推动4个LSTL负载。

P1口(P1.0~P1.7)口是具有内部提升电路的双向I/0端口(准双向并行I/O 口)，其输出可以推动4个LSTTL负载。仅供用户作为输入输出用的端口。

P3口(P3.0~P3.7)口是具有内部提升电路的双向I/0端口(准双向并行I/O 口)，它还提供特殊功能，包括串行通信、外部中断控制、计时计数控制及外部随机存储器内容的读取或写入控制等功能。

主要性能特点：

1、4k Bytes Flash片内程序存储器；

2、128 bytes的随机存取数据存储器（RAM）；

3、32个外部双向输入/输出（I/O）口；

4、5个中断优先级、2层中断嵌套中断，6个中断源；

5、2个16位可编程定时器/计数器；

6、2个全双工串行通信口；

7、看门狗（WDT）电路；

8、片内振荡器和时钟电路,与MCS-51兼容；

9、全静态工作：0Hz-33MHz；

10、三级程序存储器保密锁定；

11、可编程串行通道,低功耗的闲置和掉电模式；

12、26个SFR 它们在RAM的80H-FFH中；

13、3个程序加密锁定位。AT89S51共有40个引脚，如果按照它们的功能来分类，它们可分为4大类。其中包括：

（1）VCC、VSS属于电源引脚；

（2）XTAL1和XTAL2属于时钟引脚；

（3）RST、EA/VPP、PSEN和ALE/PROG属于控制引脚；

（4）P0.0~0.7、P1.0~1.7、P2.0~2.7及P3.0~3.7这些引脚属于I/O口引脚。在本系统单片机使用的功能有：

1、中断控制用于实时监测和控制：

（1） INT0：外部中断请求0，中断请求信号由INT0引脚输入，中断请求标志为IE0，在豆浆机系统中表示液位过高而报警;

（2） INT1：外部中断请求1，中断请求信号由INT1引脚输入，中断请求标志为IE1，在豆浆机系统中表示液位过低而报警;

2、实现豆浆机定时计数的功能：

TMOD为工作方式控制寄存器，用于选择定时器/计数器的工作模式和工作方式，不能位寻址，在此电路中，豆浆机工作在方式1，M1=0，M2=1，此时为16位的定时器/计数器，TL x的低8位与TH x的高8位，TL x低8位溢出则向TH x的高8位进位，TH x计数溢出则把TCON中的溢出标志位TF x置1

3、读写控制位分别接两个LED灯来表示加热、粉碎，通过计数器的设置，加热粉碎轮流工作，

4、P0口作为地址/数据复用口，用作与外部存储器的连接，输出低8位地址和输出/输入8位数据，接两片74LS244,进而接数码管的阳极；P1口接译码器的三个通道，通过74LS245来进行数据传输，接数码管的阴极；P2口作为地址输出线使用，P2口可以输出外部存储器的高8位地址，与P0口输出的低8位地址一起构成16位地址，可以寻址64KB的地址空间，进而来控制键盘工作模式的选择，P3口可做外部中断和串行通信（P3.0~P3.1）

2.2 温度检测电路设计

当豆浆机正常工作时，需要先加热到90℃左右的温度，然后停止加热继续下一步的工作，所以这就需要一个温度传感器来检测水温，这里我选用的是DS-18B20数字温度传感器来模拟。其具有耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。

2.2.1 DS-18B20数字温度传感器介绍

DS18B20是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器，具有3引脚T0-92小体积封装形式，温度测量范围为-55度到+125度，可编程为9位-12位A/D转换精度，测温分辨率可达0.0625度，被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出。

DS18B20的技术特性：

1、独特的单线接口方式，DS18B20在与单片机相连时仅需一条线即可实现单

片机与DS18B20的双向通讯，为读写以及温度转换可以从数据线本身获取能量，所以不需要外接电源。

2、测量温度范围为-55~125摄氏度；

3、工作电源为3.0~5.5V；

4、在使用中不需要任何外围元件；

5、测量结果以9~12位数字量方式串行传送；

6、每一个DS18B20包含一个特殊的序号，多个DS18B20可以同时存在于同一

条总线，可以对室温进行监测和控制。

2.2.2 电路设计

由于独特的一线接口，只需要一条口线通信，DS18B20可以使用外部电源VDD，也可以使用内部的寄生电源。当VDD端口接3.0V—5.5V的电压时是使用外部电源；当VDD端口接地时使用了内部的寄生电源。无论是内部寄生电源还是外部供电，电路图如图所示：

图2.1 DS18B20接口电路

2.3 复位电路的设计

整个复位电路包括芯片内、外两部分。外部电路产生的复位信号（RST）送斯密特触发器，再有片内复位电路在每个机器周期的S5P2时刻对斯密特触发器的输出进行采样，然后才得到内部复位操作所需的信号。

本设计中我们使用的是上电自动复位，其是通过外部复位电路的电容充电来实现的，只要电源Vcc的上升时间不超过1ms,就可以实现自动上电复位，即接通电源即可完成系统复位初始化。如图所示：

图2.2 豆浆机复位电路

2.4 报警电路的设计

在豆浆机控制系统的设计中，我们设计了当豆浆机干烧和豆浆制作完成两种情况的蜂鸣报警，声音信号电流从单片机的P3.2脚输入到蜂鸣器发出声音，通过事先编写的程序，在单片机的控制下，系统开始工作，当上述两种情况中的一种发生时，单片机P3.2脚自动输出一个高平，使蜂鸣器通电导通，于是蜂鸣器发出报警，提醒用户。

图2.3 豆浆机报警电路

2.5 按键电路的设计

单片机的P2.1~P2.3接键盘的3、2、1来

控制豆浆机模式的选择，按下键1时选择模式

一，按下键2时选择模式二，按下键3时选择

模式三；P2.5~P2.7接键盘的A、B、C端来控

制温度显示、粉碎溢出的功能。如右图所示：

图

2.4 豆浆机按键电路

2.6 关于芯片的介绍

2.6.1 芯片DIR 8286

总线收发器:当数据线负载大于CPU数据线扇出能力时，需要在CPU数据线上连接数据驱动器。在Intel系列芯片中，数据收发器为8位的，8286具有两组对称的数据引线A7～A0和B7～B0,为双向的输入／输出线且为三态。OE是输入/输出允许信号低电平有效。当OE为高电平时，A7～A0和B7～B0输出高阻。T 端则控制数据传送方向，T=1，表示数据从A流向B，T=0，表示数据从B流向A。因此，只需将8086的数据线连接8286的A组端口，8086的数据使能连接8286的OE#，8086的数据发送／接收控制DT/R#连接8286的数据传送方向控制端T，便实现了8086和数据驱动器的连接。同样，也可以采用通用器件，双向数据驱动器74LS245与8286可以相互替换。

图2.5 芯片DIR 8286

2.6.2 芯片74LS245

用来驱动led或者其他的设备，它是8路同相三态双向总线收发器，可双向传输数据。74LS245还具有双向三态功能，既可以输出，也可以输入数据。当AT89C52单片机的P0口输出到数码管，那就要考虑到数码管的亮度以及P0口带负载的能力，选用74LS245提高驱动能力。P0口的输出经过74LS245提高驱动后，输出到数码管显示电路，AB/BA端接高电平时表示数据传输从A到B，若接低电平是则表示数据传输从B到A。

2.6.3 芯片74LS138

1、工作原理：

①当一个选通端（E1）为高电平，另两个选通端（(/E2))和(/E3)）为低电平时，可将地址端（A0、A1、A2）的二进制编码在Y0至Y7对应的输出端以低电平译出。比如：A2A1A0=110时，则Y6输出端输出低电平信号。

②利用 E1、E2和E3可级联扩展成 24 线译码器；若外接一个反相器还可级联扩展成 32 线译码器。

③若将选通端中的一个作为数据输入端时，74LS138还可作数据分配器。

④可用在8086的译码电路中，扩展内存。

2、引脚介绍：

A0~A2：地址输入端

STA（E1）：选通端

/STB（/E2）、/STC（/E3）：选通端（低电平有效）

/Y0~/Y7：输出端（低电平有效）

VCC：电源正

GND：地

A0~A7对应Y0~Y7；A0,A1,A2以二进制形式输入，然后转换成十进制，对应相应Y的序号输出低电平，其他均为高电平

要驱动多个数码管，采用74LS138的输出端，

如图所示：

图2.7 74LS138接口电路

2.6.4 共阴极数码管

用单片机驱动LED数码管有很多方法，按显示方式分，有静态显示和动态（扫描）显示，按译码方式可分硬件译码和软件译码之分。静态显示就是显示驱动电路具有输出锁存功能，单片机将所要显示的数据送出后就不再管，直到下一次显示数据需要更新时再传送一次新数据，显示数据稳定，占用很少的CPU时间。动态显示需要CPU时刻对显示器件进行数据刷新，显示数据有闪烁感，占用的CPU 时间多。这两种显示方式各有利弊；静态显示虽然数据稳定，占用很少的CPU 时间，但每个显示单元都需要单独的显示驱动电路，使用的硬件较多；动态显示虽然有闪烁感，占用的CPU时间多，但使用的硬件少，能节省线路板空间。硬件译码就是显示的段码完全由硬件完成，CPU只要送出标准的BCD码即可，硬件接线有一定标准。软件译码是用软件来完成硬件的功能，硬件简单，接线灵活，显示段码完全由软件来处理，是目前常用的显示驱动方式。

采用动态扫描法显示LED数码管，AT89C52的P1.0,P1.1,P1.2与74LS138的A,B,C连接74LS138通过74LS245与LED数码管的阴极相连来选择数码管，用P0口通过两片74LS244与数码管的阳极相连，P2口与键盘连接，传感器18B20与P1.3口相连构成温度控制。如图所示的连接电路：

图2.8 共阴极数码管接口电路

三系统软件设计

3.1 加热粉碎完成报警及液位控制模块的流程图：

图3.1 加热粉碎完成报警

3.2 计时模块框图：

图3.2 计时模块框图3.3定时程序框图：

3.4总框图：

图3.4 总程序框图

四仿真结果及分析

4.1 上电和复位时的仿真：

上电和复位后，设置数码管为666666，如图4.1所示：

图4.1 上电复位仿真图

4.2 模式一的仿真结果：

图4.2 豆浆机模式一仿真图

通过键盘选择模式一，第一位数码管显示为1，第二位数码管表示加热3分钟，第三位数码管表示粉碎3分钟，以4s代替一分钟，豆浆机经过加热-粉碎-加热-粉碎-加热五种模式，完成之后开始报警，即数码管后三位显示100，开始报警。数码管的后三位代表正计时。

4.3 模式二的仿真结果：

图4.3 豆浆机模式二仿真图

通过键盘选择模式二，第一位数码管显示为1，第二位数码管表示加热4分钟，第三位数码管表示粉碎4分钟，数码管后三位显示120，开始报警。数码管的后三位代表正计时。

4.4 模式三的仿真结果：

图4.4 豆浆机模式三仿真图

通过键盘选择模式二，第一位数码管显示为1，第二位数码管表示加热5分钟，第三位数码管表示粉碎5分钟，数码管后三位显示140，开始报警。数码管的后三位代表正计时。

4.5 模式一报警时的仿真结果：

图4.5 豆浆机模式一报警仿真图

选择模式一，加热3分钟，粉碎3分钟，仿真中用4s代替1分钟，所用时间刚好为1h，数码管后两位为秒加法计数，加到60时，自动进位，豆浆机报警，与计算的理论值相符合，选择模式二、三同理。

4.6 按下四键的温度仿真：

图4.6 按键4时的温度仿真

按下四键或者加热粉碎完成之后可以显示温度的仿真。

五.课程设计小结

通过这次单片机课程设计的实训，意识到了自己的的不足，从中也学到了很多。在做课设的时候，首先看着网上找好的资料，把原理图画好以及程序代码一点一点的写入了程序当中，完成之后，并没有仿真出我想要的结果，通过一点一点看程序以及同学的帮助下，终于完成了智能豆浆机可以实现的功能，总之很开心。在这个过程中，遇到了很多问题。比如说：仿真的时候，豆浆机不会定时报警，由于豆浆机的程序是汇编语言，于是就开始看单片机课本的第三章关于汇编语言的介绍，看的时候头都大了，也在同学的帮助下，把程序修改正确。还有就是由于两个人一组，两个人的设计不能完全一样，我在网上查找了很多资料，在原理图中找到可以用其他芯片替换，在答辩的过程中，老师提示了可以用CMOS 型的芯片来替代74LS245来当总线收发器，总之，在这过程中我学到了很多芯片的知识，受益匪浅。

在智能豆浆机的设计中，我觉得可以改进的地方就是，在每个模式完成之后报警，蜂鸣器不能自动断电，一直在叫，在以后的设计中，可以在程序中添加自动断电的程序，这样既可以节约电，还可以节约了主人的时间。