基于mcs-51单片机的洗衣机控制系统设计(编辑修改稿)

基于mcs-51单片机的洗衣机控制系统设计(编辑修改稿)内容摘要：

洗衣机整体设计框图 （ 1）系统总体设计 在进行功能和技术指标对应用系统的可靠性、通用系统设计之前首先应根据对系统功能要求及其应用环境等确定 其 合理 性 、具体性、先进性、可维护性、以及成本等进行综合考虑以尽量 满足 并符合相应的标准。 然后根据市场上各种单片机的货源情况和单片机的性能及开发工具等因素选 择合适的机型。 接下来要根据系统中可能遇到的传感器、模拟电路、 I/O接口、存储器和显示器等器件和设备进行器件选择使之符合系统在精度、速度和可靠性等方面的要求。 最后确定硬件和软件的功能划分。 由于在系统设计中某功能用硬件和软件都能实现 ， 在设计中应综合考虑研制周期和成本等因素 ， 具 有 划分软硬件功能。 （ 2）系统硬件设计 硬件设计的任务是根据总体要求在所选的 MCU 和各个元器件型号的基础上设计出系统的电路原理图 ， 做一些必要的 以及工艺结构的设计加工印刷电路板的设计制作和样机的组装等。 在硬件设计中需要考虑系统总线的负载能力、 系统扩展时的片选方式、模拟电路的速度和精度等如需扩展存储器则尽量用一片完成这样既降低了成本又减小了线路板的面积同时提高了系统的可靠性。 （ 3）系统软件设计 显示灯 单 片 机 主 控 系 统 键盘 LED 显示 电 源 电 机 蜂鸣器 水位检测机构 XX 大学 毕业论文 7 单片机应用系统的软件设计是系统设计中最基本而且工作量较大的任务。 与系统机上操作系统支持下的纯软件不同 ， 单片机的软件设计是在裸机的条件下进行的而且随应用系统的不同而不同。 在软件中一般需考虑以下几个方面： 1） 根据要求确定软件的具体任务细节然后确定合理的软件结构。 一般系统软件的主程序和若干个子程序及中断服务程序组成详细划分主程序、子程序和中断服务程序的具体 任务确定各个中断的优先级。 主程序是一个顺序执行的无限循环的程序不停地顺序查询各种软件标志以完成对事务的处理。 在子程序和中断服务程序中要考虑现场的保护和恢复以及它们和主程序之间的信息交换方法。 2） 程序的结构用模块化结构即把监控程序分解为若干个功能相对独立的较小的程序模块分别设计以便于调试。 具体设计时可采用自底向上或自顶向下的方法。 3） 在进行程序设计时 ， 先根据问题的定义描述出各个输入变量和输出变量之间的数学关系即建立数学模型 ， 然后绘制流程图再根据流程图 ， 用汇编语言进行具体程序的编写。 4） 在程序设计完 成后利用相应的开发工具和软件进行程序的汇编生成程序的机器码。 基于 MCS51 单片机的洗衣机控制系统设计 8 第 3 章 硬件设计 该电路的主要组成部件由 AT89S51 单片机、 74LS138 译码器、与门、指示灯、水位检测机构、电动机、蜂鸣器、电控水龙头、 LED 显示器、以及 4 只按键组成。 水位检测机构由玻璃管、浮子、金属滑杆等组成。 玻璃管与洗衣机相连 ， 玻璃管中的水位就是洗衣桶内的水位 ， 在放水或进水的过程中浮子带动金属管上下移动 ， 当水位处于最高点或最低点时金属滑杆都与金属地相连致使引脚 INT1 处于 低电平向 CPU 申请中断否则INT1 被上拉电阻上拉为高电平。 74LS138 的输入端分别接 AT89S51 单片机的 、 、 输出端 Y0 控制 “洗衣剩余时间 ”指示灯 ， Y1 控制 “ 脱水剩余时间 ” 指示灯 ， Y2控制 “强洗 ”指示灯 ， Y3 控制 “弱洗 ”指示灯 ， Y4 控制 “洗涤次数 ”指示灯 ， Y5 控制 “洗衣定时 ”指 示灯 ， Y6 控制 “ 脱水定时 ” 指示灯。 电动机有两个控制端一段控制电机正向运转该端与 相连 ， 另一端控制电机反向运转该端与 相连。 电控水龙头共两只一只为进水龙头受 控制 ， 另一只为出水龙头受 控制 ， 当电控水龙头的控制端为 “1”时水龙头打开 ， 当电控水龙头的控制端为 “0”时水龙头关闭。 显示器共有两只 P0 控制高位显示器 ， P2 控制低位显示器。 按键四只分别为 “编程选择 ”、 “增 ”、 “减 ”和 “启动键 ”这四只键组成的 2*2 键的矩阵式键盘 ， 该键盘使用引脚 INT0 向 CPU 申请中断 ， 和 为该键盘的行输出 ， 和 为该键盘的列输入。 蜂鸣器由 控制 ,当 输出为 “1”时蜂鸣器发声。 本系统采用 12M 的晶体振荡器定时器 0 和定时器 1 的初始值设置为每隔 100us 产生一次中断。 电源电路 系统电源部分电气原理图如图 31[2]所示。 市电 220V 经过变压器 T 变压为 12V 交流电压 通过 4 只二极管 1N4004 全桥整流 再经过电容 C 滤波后得到光滑的直流电压 经过三端稳压 7805 稳压后得到稳定的 +5V 电压给各器件供电。 T1 N 4 0 0 4 * 4V i n1GND2V o u t3N7 8 0 51234B R I D G E 10 .0 4 7 uC70 .0 4 7 uC9G N D1000u/25VC 1 01 0 0 uC81 2 VV C C 图 31 电源部分电气原理图 XX 大学 毕业论文 9 数字控制电路 AT89S51 单片机主控模块 （ 1） 单片机概述 单片机又称微控制器或称嵌入式控制器。 而现在的智能家电无一例外是采用微控制器来实现的所以家用电器是单片机应用最多的领域之一。 它是家用电器实现智能化 的心脏和大脑。 由于家用电器体积小故要求其控制器体积更小以便能嵌入其结构之中。 而家用电器品种多功能差异也大所以又要求其控制器有灵活的控制功能。 单片机以微小的体积和编程的灵活性而产生多种控制功能完全可以满足家用电器的需求。 单片机主要用于计算机外设、实时控制、仪器仪表、通信和家用电器等各个领域是计算机技术和电子技术的综合性应用在不同应用场合其技术要求各不相同 ， 因此设计方法和研制的步骤不完全一样。 单片机应用系统由硬件和软件组成。 硬件是指 MCU、存储器、 I/O 接口和外设等物理器件的有机组合。 软件是指系统监控程序 的总称。 在开发的过程中它们的设计不能完全分开二者需要互相配合、不断调整才能组成高性能的应用系统。 单片机应用系统的开发包括系统总体设计、硬件设计、软件设计、系统调试等几个阶段它们有时交叉进行。 单片机是现代电子设计中使用最广泛的电子元件。 它的价格低廉功能强大体积小性能稳定。 目前在各类产品中都能看到单片机的身影如门铃、报警器、玩具以及各类数据采集系统等。 （ 2） 单片机的应用 1）在智能仪表中的应用 这是单片机应用最多、最活跃的领域之一。 在各类仪器仪表中引入单片机使仪器仪表智能化提高 ， 测试的自动化程度和精度 ， 简化 仪器仪表的硬件结构提高其性能价格比。 2）在机电一体化中的应用 机电一体化产品是指集机械技术、微电子技术、计算机技术于一体 ， 使其产品具有智能化特征的电子产品它是机械工业发展的方向。 3）在实时控制系统中的应用 单片机广泛用于各种实时过程控制系统中 ， 例如工业过程控制、过程监测、航空航天、机器人系统等各种实时控制系统。 用单片机进行实时系统数据处理和控制保证系统工作在最佳状态 ， 有利于提高系统的工作效率和产品的质量。 4）在人们生活中的应用 目前国内外各种家具已经普遍用单片机代替传统的控制电路 ， 例如洗衣机、电冰箱、空调机、微波炉、电饭煲、收音机、电风扇及许多高级电子玩具都配上了单片机。 5）在其他方面的应用 基于 MCS51 单片机的洗衣机控制系统设计 10 单片机还广泛应用于办公自动化、商业营销、安全防卫、汽车及通信系统、计算机外部设备、模糊控制等领域。 基于单片机在各行各业中的广泛应用 ， 社会对单片机越来越重视高校也纷纷开设单片机课程。 学好单片机可以增加对电子产品的了解 ， 扩展产品开发的思路提高社会竞争力。 但学习单片机有一定的挑战性因为要学好单片机必须掌握单片机的软硬件。 （ 3） AT89S51 芯片的特点 AT89S51[3 ]是美国 ATMEL公司生产的底功耗高性能 CMOS8位单片机片内含 4k bytes的可系统编程的 Flash， 只读程序存储器器件采用 ATMEL 公司的高密度 `非易失性存储技术产生兼容标准 8051 指令系统及引脚。 它集 Flash 程序存储器既可在线编程（ ISP）也可用传统方法进行编程及通用 8 位微处理器于 芯片中 ， ATMEL 公司的功能强大底价位 AT89S51 单片机可为您提供许多高性价比的应用场合 ， 可灵活应用于各种控制领域 主要性能参数： 与 MCS51 产品指令系统完全兼容 4K 字节在系统编程（ ISP） Flash 闪速存储器 1000 次檫写周期 全静态工作模式： 0Hz33M Hz 三级程序加密锁 128*8 字节内部 RAM 32 个可编程 I/O 线 2 个 16 位定时 /计数器 6 个中断源 全双工串行 UART 通道 低功耗空闲和掉电模式 中断可从空闲模唤醒系统 看门狗（ WDT）及双数据指针 掉电标识和快速编程特性 灵活的在 线 系统编程（ ISP 字节或页写模式） ， 此外 AT89S51 设计和配置了振荡频率可为 并可通过软件设置省电模式。 空闲模式下 CPU 暂停工作而 RAM 定时计数器、串行口、外中断系统可继续工作 ， 掉电模式冻结振荡器而保存 RAM 的数据 ，停止芯片其它功能直至外中断激 活或硬件复位。 同时该芯片还具有 PDIP、 TQFP 和 PLCC三种封装形式以适应不同产品的需要 [4]。 看门狗（ WDT）电路主要是实现复位功能 .当单片机运行出现死循环时看门狗（ WDT）电路可以起保护功能实现复位作用。 AT89S51 单片机作为控制部件 . 该型号单片机一共有 40 个引脚有双脚直插式和方形封装方式可用于不同的场合。 本次采用的是双列直插式 ， 下面对这些引脚的功能加以说明。 1） I/O 口线 P0 口 ——8 位、漏极开路的双向 I/O 口。 P1 口 ——8 位、准双向 I/O 口具有内部上拉电阻。 P2 口 ——8 位、准双向 I/O 口具有内部上拉电阻。 P3 口 ——8 位、准双向 I/O 口具有内部上拉电阻。 P3 口还具有第二功能第二功能见XX 大学 毕业论文 11 表 31。 2） 控制信号线 RST——复位输入信号高电平有效。 EA/Vpp——外部程序存储器访问允许信号 /编程电压输入端。 PSEN——片外程序存储器读选通信号低电平有效。 ALE/PROG——低字节地址锁存信号 /编程脉冲输入端。 3） 电源和外部晶振引脚 Vcc——电源电压输入引脚。 GND——电源地。 XTAL XTAL2——外部晶振引脚。 以上就是关于本设计中用的单片机 AT89S51 的特性、引脚功能的简单介绍。 表 31 P3 口的第二功能表 [4] 引脚 替代功能 说明 RXD 串行数据接受 TXD 串行数据发送 0INT 外部中断 0 申请 1INT 外部中断 1 申请 T0 定时器 0 外部事件计数输入 T1 定时器 1 外部事件计数输入 WR 外部 RAM 写选通 RD 外部 RAM 读选通 4） 存储器的分配 AT89S51 的内部共有 256[5]个数据存储器单元 ， 通常把 这 256 个单元按其功能划分为两部分：低 128 单元和高 128 单元。 其中内部数据存储器的分配情况如图 32 基于 MCS51 单片机的洗衣机控制系统设计 12 图 32 内部数据存储器 单片机的时钟电路 时钟电路 [6]用于产生单片机工作所需的时钟信号 ， 单片机本身就如同一个复杂的同步时序电路 ， 为了保证同步工作电路应在唯一的时钟信号控制下严格的按规定时序工作。 单片机内含振荡器电路但晶体振荡器和电容在片外由引脚 XTAL1和 XTAL2接入片。