单片机课程设计 豆浆机

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：201240220326

姓名：李越

同组人：陈俊亚

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

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）

本次设计采用单片机AT89S52来实现全智能豆浆机各个功能的控制，只要功能内容如下：

1. 针对食品原料的物理特性不同，在加工处理时采用三种不同的工作模式，其主要区别在于粉碎和加热时间长短不同，用蓝色、黄色LED灯分别来表示加热、粉碎过程。

2. 不同的工作模式、温度、加热与粉碎设定时间，以及其剩余时间都用数码管显示出来。

3. 当液位溢出或干烧状态时，实现立即停止工作，蜂鸣器发出声音产生报警（以中断方式采用拨码开关来模拟）。

4.每个模式工作完成后自动报警。

1.总体方案

1.1 引言

随着我们生活水平的提高，五谷杂粮成为了当今人们的健康理念。豆浆越来越受到大家的喜爱，豆浆不仅营养价值高，更是许多爱美、养生人士的必备补品。

今天就来介绍由单片机AT89C52来控制的全智能豆浆机。豆浆机的工作过程主要是加热和粉碎，通过键盘来选择三种工作模式，区别仅仅是加热、粉碎时间不同。豆浆机出现干烧、溢出时采用外部中断INT0（P3^2)和INT1(P3^3)来实现，设为高优先级中断，豆浆机立即停止工作，产生报警。加热与粉碎分别用不同颜色的LED灯来显示，同时工作模式、粉碎加热时间以及温度显示都用数码管一一显示。每个工作模式完成后，蜂鸣器便会发出声音来提醒用户豆浆做好了。

1.2 设计思路

本次设计的智能豆浆机主要由温度传感器、防溢防干烧电路、复位电路、按键电路、加热粉碎电路、报警电路以及六位数码管组成。其中防溢防干烧电路以中断方式采用拨码开关来模拟，采用蜂鸣器与红色LED灯进行声光报警。加热粉碎电路中，分别采用两个不同颜色的LED灯来显示，在工作状态时，LED灯点亮。设定工作模式有三种，模式1：上电后按键按下1（工作模式1），豆浆机自动检测有无溢出、干烧状况，确保无误后开始正常工作，否则产生报警。工作过程是加热----粉碎----加热----粉碎----加热。加热3分钟，粉碎3分钟，一共是45分钟。在程序中用1s代替1分钟，也就是45s，每个工作模式完成后豆浆机以报警来提醒用户，三种工作模式区别仅在于加热粉碎时间长短不同。键盘上设置了1~4按键，按键1~3是用来选择工作模式，按键4是用来显示温度。设计中采用DS18B20是一线式数字温度传感器，通过键盘扫描，当四键按下时测量液体温度，并将温度显示五秒，显示之后为初始值。六位LED动态显示数码管，第一位来显示工作模式，第二三位显示加热粉碎设置时间，后三位则是正计时。

1.3 原理框图

本智能豆浆机控制系统设计原理如下图所示:

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：AT89C52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P1.0~P1.2口接74LS138的A,B,C 端口，P1.3口接温度传感

器通过数码管来显示温度，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；P3.2

与P3.3两个外部中断来处理溢出、干烧的状况；P3.6~P3.7接两个LED 灯分别

表示加热和粉碎。

2.系统硬件设计

2.1单片机AT89C52

AT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes 的可反

复擦写的Flash 只读程序存储器和256 bytes 的随机存取数据存储器（RAM ），

器件采用ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令

系统，片内置通用8位中央处理器和Flash 存储单元，AT89C52单片机在电子行

业中有着广泛的应用。

RST:复位输入。当振荡器工作时，RST 引脚出现两个机器周期以上高电平将

使单片机复位。

EA/VPP:外部访问允许。欲使CPU 仅访问外部程序存储器（地址为AT89C52 蜂鸣报警

防干烧电路

复位电路

按键

加热电路

防溢电路 温度传感器

计时模块

0000H—FFFFH），EA 端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1 被编程，复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平（接VCC端），CPU 则执行内部程序存储器中的指令。Flash存储器编程时，该引脚加上+12V 的编程允许电源VPP，当然这必须是该器件是使用12V编程电压VPP。

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。

功能部件及特性：

1、兼容MCS51指令系统

2、8kB可反复擦写(大于1000次）Flash ROM；

3、32个双向I/O口；

4、256x8bit内部RAM；

5、3个16位可编程定时/计数器中断；

6、时钟频率0-24MHz；

7、2个串行中断，可编程UART串行通道；

8、2个外部中断源，共8个中断源；

9、2个读写中断口线，3级加密位；

10、低功耗空闲和掉电模式，软件设置睡眠和唤醒功能；

11、有PDIP、PQFP、TQFP及PLCC等几种封装形式，以适应不同产品的需求。

本次设计使用到的功能有：

1）复位信号输入端RST，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。

2）P1口作为单功能的I/O口，P1.0~P1.2接到138译码器的输入端，输出端又接245总线收发器，通过245总线收发器连接数码管的位选端。P1.3接到温度传感器的输入端DQ,来驱动温度显示。

3）P0口在本次设计中作为低八位数据输出，由于P0口驱动负载能力有限，所以通过连接芯片245来驱动数码管。

4）P2口作为高八位地址输出线，它与P0口输出的低八位地址一起构成16位地址，可以寻址64KB的地址空间。在设计中用来控制键盘输入。

5）两个外部中断请求INT0和INT1,低电平有效。位于P3口的P3.2和

P3.3.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。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。P3.6、P3.7分别用来控制加热、粉碎电路。

2.2温度检测电路设计

图2-1 温度检测电路

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

条总线，可以对室温进行监测和控制，引脚DQ接单片机P1.3口。

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，电路图图所示。

2.3复位电路的设计

图2-2 复位电路

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

2.4 报警电路的设计

图2-3 报警电路

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。

2.5按键电路

图2-4 按键电路

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。如图所示

2.6芯片74LS245

图2-5 74LS245引脚图

在这里用来驱动数码管，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。

2.7芯片74LS138

图2-6 74LS138引脚图

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。A0~A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。

2.8共阴极数码管

图2-7 数码管驱动电路

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口通过一片74LS245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。

2.9防溢、防干烧电路

使用单片机P3.2和P3.3两个外部中断来处理水位溢出、干烧状况。（以中断方式采用拨码开关来模拟）加热和粉碎采用不同颜色的LED灯来显示工作状态。

图2-8 防溢防干烧电路3.系统软件设计

3.1系统程序流程图

图3-1 系统程序流程图

4.仿真结果及其分析

4.1仿真原理图

图4-1 仿真原理图

4.2仿真工作模式1

图4-2 模式1的仿真

按下按键1，则表示工作在模式1状态下，数码管第一位表示工作模式，第2、3位分别表示加热、粉碎的时间，后三位是正计时。工作1模式完成后，豆

浆机将自动报警提醒用户。图中可见，在工作第2秒时，加热状态LED灯点亮，豆浆机在加热状态，在随后的时间里会看到粉碎状态也会点亮。

4.3仿真工作模式2

图4-3 模式2的仿真

按下按键2，表示工作在模式2状态下，加热4分钟，粉碎四分钟，也就是数码管前三位244.后三位是正计时。加热LED灯与粉碎LED灯在工作状态时就会点亮。

4.4仿真工作模式3

图4-4 模式3的仿真

按下按键3，表示工作在模式3状态下，加热5分钟，粉碎5分钟，也就是数码管前三位355.后三位是正计时。加热LED灯与粉碎LED灯在工作状态时就会点亮。

4.5温度显示

图4-5 温度显示仿真

按下按键4，将显示此时工作温度。

4.6报警仿真

图4-6 报警仿真

任一个开关溢出或干烧合上，或是工作模式完成，则蜂鸣报警，如图可见，报警指示灯红灯点亮。

5.总结

本设计主要由单片机系统、数码管显示、键盘、报警系统组成。系统主要实现模式选择，在规定时间内完成加热、粉碎，温度显示，在豆浆机干烧、溢出和豆浆制作完成两种情况的蜂鸣报警等功能。

由于豆浆机是在单片机的控制下运行，所以在设计中，加热、粉碎电路是用两个LED灯来模拟显示的，灯亮就表示在工作状态。以及防止溢出、干烧电路以中断方式采用拨码开关来模拟。与实物设计存在一定差别。

第一次完成单片机设计，发现问题重重，自己在单片机学习上有待提高，以至于在体现豆浆机的智能性上不全面，比如，在豆浆机加热时，温度到达某一值时，系统将自动停止加热，而是保温。这样既省电又环保。另外，中断产生后系统不能回复原来的程序，只能重新工作。最后，关于每个工作模式完成后自动报警时，如果设置成报警蜂鸣器响3下，然后自动断电，这样在用户不能及时关掉电源时，蜂鸣器就不会一直响，噪音太大。

通过这次豆浆机的设计，受益匪浅，让我提高了对单片机的学习，keil和proteus是非常好用的工具用于单片机的编程和仿真。对软件prteus和keil的操作更进一步的熟悉，学习单片机的种种控制原理，对芯片功能，以及单片机是如何控制有了进一步的认识。这次的课程设计联系生活且非常有趣味，把理论知识应用到实践大大提高了动手能力，在老师和同学的帮助下，各种问题一一解决，豆浆机的设计完成比较早，做出了仿真的心情很激动。

单片机课程设计成绩评定表

设计题目：智能豆浆机

答辩记录：

1、报警的声音信号从哪儿来？

答：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

2、按键电路是如何控制数码管显示的？

答：按下按键1，则表示工作在模式1状态下，数码管第一位表示工作模式，第2、3位分别表示加热、粉碎的时间，后三位是正计时。按下按键2，表示工作在模式2状态下，加热4分钟，粉碎四分钟，也就是数码管前三位244.后三位是正计时。按下按键3，表示工作在模式3状态下，加热5分钟，粉碎5分钟，也就是数码管前三位355.后三位是正计时。按下按键4，将显示此时工作温度。

成绩评定考勤（10％）

答辩

（20％）

仿真或实物

测试

（20％）

设计报告

（50％）

总分

（百分制）

成绩

评语：

指导教师签字： 2014 年 12 月日