基于51单片机的全自动洗衣机控制器设计与制作-大学毕业论文

基于51单片机的全自动洗衣机控制器设计与制作-大学毕业论文内容摘要：

的反转且该端与 相连。 电控水龙 头共两个，一个为进水水龙头且受 的控制，另一个为排水水龙头而受 的控制，当电控水龙头的控制端为“ 0”时水龙头打开，当电控水龙头的控制端为“ 1” 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。 蜂鸣器有由 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 设置为每隔 100us 产生一次中断。 图 控制系统的电路组成图 电源电路 单片机系统电源部分的电气原理图如图 所示。 市电 220V 经过变压器 T 变 压为12V 交流电，再通过 4 只二极管全桥整流，经过电容 C C10 滤波得到光滑的直流电压后，经过三端稳压管（ 7805）稳压得到稳定的 +5V 电压给各器件供电。 单片机主控系统 电机控制电路 蜂鸣器报警电路 电源电路 进水、排水电路 复位电路 时钟电路 显示电路 8 图 电源电路 单片机控制电路 AT89S51 单片机主控系统 （ 1） 单片机的概述 单片机又称微控制器或嵌入式控制器。 现在的智能家电没有一个不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。 单片机主要应用在计算机外设、实时控制、仪器仪表、通信和家用电器等各个地方是计算机技 术和电子技术的综合性应用，在不同的应用场合其技术要求各不相同，因此设计方案和研发的步骤也完全不一样。 单片机应用系统由硬件和软件组成。 硬件是指 MCU、存贮器 ， I/O 接口和外设等物理器件的组合。 软件是指系统监控程序的总称。 在开发过程中它们的设计是不能完全分开的，应该互相配合、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，而且它们有时交叉进行。 单片机是现代电子设计中使用最广泛的电子元件。 它价廉，但是功能强大、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、电梯、玩具以及各种数据采用系统中等。 （ 2） AT89S51 芯片的特点 AT89S51 是美国 ATMEL 公司生产的低功耗高性能 CMOS8 位单片机内含 4k bytes的可系统编程的 flash，只读程序存贮器采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存贮技术产生兼容标准 8051 指令系统及引脚，它集 flash 程序存贮器既可在线编程（ ISP） 也可以用传统方法进行编程及通用 8 位微处理器于芯片中， ATMEL 公司的功能强大低价位AT89S51 单片机可位你提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各个控制领域。 主要的 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 闪速存贮器 9 1000 次擦写周期 全静态工作模式 0Hz33MHz 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 低功耗空闲和掉电模式 中断可从空闲模式唤醒系统 掉电标示和快速编程特性 灵活的在于系统编程（ ISP 字节或叶写模式），此外 AT89S51 设计和配置了振荡频率为 的振荡电路 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，停止芯片其他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。 硬件复位电路主要是实现复位功能，当单片机运行出现死循环时复位电路就可以起保护功能而实现复位作用。 AT89S51 单片机作为控制部件，该型号单片机共有 40 个引脚采用双列直插式的，下面是各个引脚的功能： 图 AT89S51 的引脚图 (1) 输入 /输出口线 ～ P0 口的 8 位双向口线。 ～ P1 口的 8 位双向口线； 内部具有上拉电阻。 ～ P2 口的 8 位双向口线； 内部具有上拉电阻。 ～ P3 口的 8 位双向口线 ；内部具有上拉电阻。 还具有第二功能见表 31。 10 表 31 P3 口的第二功能 口线 第二功能 信号名称 RXD 串行数据接收 TXD 串行数据发送 INT0 外部中断 0 的申请 INT1 外部中断 1 的申请 T0 定时器 /计数器 0 计数输入 T1 定时器 /计数器 1 计数输入 WR 外部 RAM 写选通 RD 外部 RAM 读选通 2） 控制信号线 RST复位输入信号高电平有效 ,用以完成单片机的复位初始化操作。 EA/Vpp外部程序存贮器访问允许信号 /编程电压输入端，当 EA 信号为低电平时，对 ROM 的读操作限定在外部程序存储器；当 EA 信号为高电平时，对 ROM 的读操作是从内部程序存储器开始的，并可延至外部程序存储器。 PSEN低电平有效，可实现对外部 ROM 单元的读操作。 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 XAL XTAL2外部晶振引脚 4） 存储器的分配 AT89S51 的内部共有 256 个数据存储单元，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，其中低 128 个单元供用户暂存中间数据，可读可写，掉电后数据会丢失；高 128 个单元被专用寄存器占用。 其中内部数据存储器的分配情况如图 所示 : 11 图 数据存储器的分配情况图 单片机的复位电路 复位电路的作用是复位。 在单片机接上电源以后，或电源出现过低电压时，将单片机存储器复位，使其各项参 数处于初始位置，即处于开机时的标准程序状态，以消除由于某种原因的程序紊乱。 单片机的复位电路有上电复位和手动复位两种形式， RST 端的高电平直接由上电瞬间产生高电平则为上电复位；若通过按钮产生高电平复位信号则称为手动复位。 图 为兼有上电复位和手动复位的电路。 上电复位是利用电容充电来实现复位，其工作原理是：上电瞬间 RST 端的电位与VCC 相同，随着电容 C6 充电电流的减小， +5V 的电压立即加到了 RST 端，该高电平使得单片机复位。 手动复位是利用开关 K 来实现复位，此时电源 Vcc 经两电阻分压，在 RST 端产生一个高 电平，使得单片机复位。 当 RST 由高变低后复位结束， CPU 从初始状态开始工作。 单片机的复位都是靠外部电路实现的，在本次设计中采用手动复位，如图 ： 12 图 单片机复位电路 单片机的时钟电路 时钟电路由晶振元件与单片机内部电路组成，产生的振荡频率为单片机提供时钟信号，供单片机信号定时和计时。 在 AT89S51 单片机内部有一个高增益反相放大器，其输入端引脚为 XTAL1，其输出端为 XTAL2。 只要在两引脚之间跨接晶体振荡器和微调电容 C C5，就可以构成一个稳定的自激振荡器。 本设计采用图 所示电路。 一般地，电容 C1 和 C2 取 33pf 左右；晶体振荡器，简称晶振，频率范围是~12MHz。 晶振频率越高，系统的时钟频率也就越高，单片机的运行速度也就越快。 在通常情况下，使用振荡频率为 6MHz 或 12MHz 的晶振。 如果系统中使用了单片机的串行口通信，则一般使用频率为 的晶振。 而在本次设计中采用的是频率为 的晶振。 图 时钟电路 13 显示电路 显示模块由发光二极管和 LED 显示器组成。 （ Light Emiting Diode） 是发光二极管 英文名称的缩写。 本次设计中我们采用发光二极管主要是用来指示洗衣机的工作状态。 5 个发光二极管分别跟单片机的 P1口的 5 个 I/O 口连接，如图 所示。 当发光二极管的负极所对应的 P1 口为低电平时，发光二极管导通。 图 发光二极管电路 显示器是由发光二极管构成的，所以在显示器前面冠以“ LED”。 本次设计只是显示时间，所以采用 LED 显示器 就可以达到目的了。 如图 所示 : 图 LED 显示器电路 （ 1） LED 显示器的结构 常用的 LED 为 8 段或 7 段。 每一个段对应一个 发光二极管。 这种显示器有共阳极和共阴极 2 种。 共阴极 LED 显示器的发光二极管的阴极连在一起，通 常此公共阴极接地。 当某个发光二极管的阳极为高电平时，发光二极管点亮，相应的段被显示。 同样，共阳极 LED 显示器的发光二极管的阳极连接在一起，通常此公共阳极接正电压，当某个发光二极管接低电平时，发光二极管被点亮，相应的段被显示。 为了使 LED 显示器显示不同的符号或数字，就要把不同段的发光二极管点亮，这14 样就要为 LED 显示器提供代码，因为这些代码可使 LED 相应的段发光，从而显示不同字型，因此该代码称之为段码（或称为字型码）。 （ 2） LED 显示器工作原理 LED 显示器有静态显示和动态显示 2 种方式。 LED 显示器工作于静态显示方式时，各位的共阴极（共阳极）连接在一起并接地（或 +5V）；每位的段码线（ adp）分别与一个 8 位的锁存器输出相连。 之所以称之为静态显示，是因为各个 LED 的显示字符一经确定，相应锁存器锁存的段码输出将维持不变，直到送入另一个的段码为止。 正因为如此，静态显示器的亮度都较高，但静态现实的缺点是占用口线太多，如果显示器的位数太多，则需要加锁存器，因此一般情况下采用动态显示。 在多位 LED 显示时，为简化硬件电路，通常 将所有位的段码线相应段并联在一起，由 1 个 8 位 I/O 口控制，形成段码线的多路复用，而各位的共阴极或共阳极分别由相应的 I/O 线控制，形成各位的分时选通。 本次设计中我们采用的是 2 位共阳极数码管，其中段码线占用 1 个 8 位 I/O 口，即为 P0 口，而位选占用 2 个 I/O 口，在 P2 口。 由于各位的段码线并联 ， 8 位 I/O 口输出的段码对各个显示位来说都是相同的。 因此，在同一时刻，如果各位位选都处于选通状态的话， 2 位 LED 将显示相同的字符。 若要各位 LED 能够显示出与本位相应的显示字符，就必须采用动态显示，即在某一时刻，只 让一位的位选线处于选通状态，而其他各位的位选处于关闭状态，同时，段码线上输出相应位要显示的字符段码。 这样，在同一时刻， 2 位 LED 中只有选通的那位显示字符，而其他 1 位则是熄灭的。 同样，在下一时刻，只让下一位的位选处于选通状态，而其他各位的位选线处于关闭状态，在段码线上输出将要显示字符的段码，则同一时刻，只有选通位显示出相应的字符，而其他各位都是熄灭的。 如此循环下去，就可以使各位显示出将要显示的字符。 虽然这些字符是在不同时刻出现的，而在同一时刻，只有一位显示，其他各位熄灭，但由于 LED 显示器的余辉和人眼的视觉暂 留作用，只要每位显示间隔足够短，则可以造成多位同时亮的假象，达到同时显示的效果。 蜂鸣器报警电路 本设计采用无源蜂鸣器，单片机必须输出固定频率的方波信号，其工作电压范围宽， 412V，需要外围元件少，电压增益可调范围为 20200。 通过 CPU 的 输出高电平来控制蜂鸣器报警。 如图 所示： 15 图 蜂鸣器报警电路 电动机的控制电路 继电器是在自动控制电路中起控制与隔离作用的执行部件，它实际上是一种可以用低电压、小电流来控制高电压、大电流的自动开关。 动机控制电路的工作原理 电动机 M 控制部分的电气原理图如图 所示。 电动机有两个控制端，一端控制电机正传该端与 相连，另一端控制电机反转该端与 P 相连。 系统供电时交流 220V 电压经过继电器加在电动机的两个控制端。 当洗衣机接到“正转”指令时 输出高电平经过 R1 Q1 使得继电器 Kb 线圈得电导通 Kb，从而使得电机正转。 当洗衣机接到“反转”的指令时 输出高电平经过 R Q2 使得继电器 Ka 线圈得电导通 Ka，从而使得电机反转。 图 电动机的控制电路 16 进水 /排水电路 如图 所示，进水阀受 的控制，出水阀受 的控制。 当电控水龙头的控制端 为“ 0”时， Ka 线圈得电使得进水阀打开。 当电控水龙头的控制端 为“ 0”时， Kb 线圈得电使得出水阀打开。 图 进水、排水电路 17 第 4 章 软件设计 主程序设计 根据硬件设计要求控制主程序流程图如图 所示。 洗衣机通电之后单片机上电首先进行程序的初始化包括定时器 0、外部中断 0、外部中断 1 的初始化以及各参数初值的设定。 默认洗衣强度为“标准洗”漂洗次数 2 次。 然后扫描按键的状态确定洗衣过程。 当发现启 动键按下洗衣机从待命状态进入工作状态。 完成进水、洗涤、脱水、漂洗的循环过程。 当洗衣结束时控制蜂鸣器发声。