【正文】 2 章設(shè)計 方案 與論證 方案論證 方 案 一 ： 可以用純機械式來設(shè)計控制器。本方法利用機械原理來設(shè)計定時器。例如可以利用彈簧儲存能量和釋放能量的過程得到定時時間。其原理如同機械式 (上發(fā)條 )的鐘表。由于長時間工作 ,金屬容易疲勞 ,一旦出現(xiàn)這樣的情 況 ,其定時的誤差變大 ,導(dǎo)致定時不準(zhǔn)確。同時由于金屬的疲勞和磨損等 ,可能引發(fā)定時器停擺 ,輪子打滑 ,進(jìn)水等問題。但機械式控制器具有制造方便 ,成本低等特點 ,所以在很多場合應(yīng)用面依然比較廣。 4 方 案 二 ：采用 專用集成電路 （ ASIC 芯片 ） 。 專用集成電路 （ ASIC 芯片 ）具有價格低 ,體積小 ,可靠性高等優(yōu)點。它一方面克服了機械式控制器所引發(fā)的定時器停擺 ,輪子打滑 ,進(jìn)水等缺點 。另一方面也克服了利用單片機設(shè)計的控制器的問題 ,不易出現(xiàn)死機 ,程序調(diào)用混亂等問題。同時 ,采用專用芯片大批量生產(chǎn)時 ,其性價比高。 方 案 三 ： 利用單片機控制。利用 單片機設(shè)計控制器是一種理想的設(shè)計方案。其優(yōu)點突出 ,主要表現(xiàn)為：前期開發(fā)投入少 ,效率高 ,設(shè)計周期短 ,控 制精度較高操作靈便。 本設(shè)計采用 AT89C51單片機控制，單片機是在一塊芯片上集成了 CPU，存貯器、定時 /計數(shù)器和多功能 I/O 口的微處理器，主要用于控制系統(tǒng)中。它具有體積小、功能強和價格便宜等優(yōu)點，因而廣泛地應(yīng)用在家用電器上。近幾年來單片機在家電上的應(yīng)用越來越廣泛，取得驚人的進(jìn)步和成果。 洗衣機整體電路分 圖 21整機框圖 全自動 洗衣機的 組成 方框 圖 如圖 21 所示 ，組成部件有 AT89C51 單片 機、74138 譯碼器、水位檢測機構(gòu)、指示燈、電動機、蜂鳴器、電控水龍頭、 LED顯示器及 4只按鍵。 AT89C51 為主控模塊， 譯碼器完成主控模塊與指示燈的連接， 鍵盤輸入部分用于洗衣機的工作方式選擇，指示燈配合按鍵工作，用于指示用戶洗衣機的工作狀態(tài)， LED 顯示模塊用于顯示洗衣剩余時間和脫水剩余時間，蜂鳴器用于提示用戶脫水時間結(jié)束。 水位檢測機構(gòu)由玻璃管、浮子、金屬 AT 89C51 單片機 74138 譯碼 鍵盤輸入 電動機控制 蜂鳴器 指示燈 水位檢測機構(gòu) 電控水籠頭 數(shù)碼顯示 滑桿等組成，玻璃管與洗衣桶相連，玻璃管中的水位就是洗衣桶內(nèi)的水位，在放水或進(jìn)水的過程中，浮子帶動金屬管上下移 動，當(dāng)水位處于最高點或最低點時，金屬滑桿都與金屬地相連，致使引腳 INT 處于低電平，向 CPU 申請中斷，否則 INT1 被上拉電阻上拉為高電平。 74138 的輸入端 C、 B、 A分別接單片機的、 、 ，輸出端 Y0控制“洗衣剩余時間”指示燈， Y1 控制“脫水剩余時間”指示燈， Y2 控制“強洗”指示燈， Y3控制“弱洗”指示燈， Y4 控制“洗滌次數(shù)”指示燈， Y5 控制“洗衣定時”指示燈， Y6控制“脫水定時”指示燈。電動機有 2個控制端，一端控制電動機正向運轉(zhuǎn)，該端與 相連，另一端控制電動機反向運轉(zhuǎn)，該端與 。電控水龍頭共 2 只，一只為進(jìn)水龍頭，受 控制，另一只為出水龍頭，受 控制，當(dāng)電控水龍頭的控制端為“ 1”時，水龍頭打開，當(dāng)電控水龍頭的控制端為“ 0”時，水龍頭關(guān)閉。 LED 顯示器共 2只， P0 控制高位顯示器， P2控制低位顯示器，按鍵 4 只，分別為“編程選擇”、“增”、“減”，和“啟動鍵”，這 4只鍵組成的 2 2鍵的矩陣式鍵盤，該鍵盤使用引腳 INT0 向 CPU 申請中斷， 和 為該鍵盤的行輸出， 和 為該鍵盤的列輸入，蜂鳴器由 控制，當(dāng) 輸出為“ 1”時，蜂鳴器發(fā)聲。本系 統(tǒng)采用 6M 的晶體振蕩器，定時器 0和定時器 1 的初始值設(shè)置為每隔 100 毫秒產(chǎn)生 1 次中斷 。 第 3 章硬件 系統(tǒng) 設(shè)計 洗衣機控制電路中 硬件設(shè)計包括三大部分： （ 1） 電源電路 部分： 為數(shù)字控制電路提供穩(wěn)定的 5V 直流電壓，為電動機提供 220V 市電 。 （ 2） 數(shù)字控制電路 部分： 負(fù)責(zé)控制洗衣機的工作過程 。 主要由 AT89C51單片機、兩位共陰數(shù)碼管、按鍵、蜂鳴器、 LED 指示燈組成 。 （ 3） 機械控制電路 部分： 實現(xiàn)水位檢測、電機驅(qū)動、進(jìn)水、排水等功能 。主要由水位檢測器、電動機 等 組成。 硬件設(shè)計部分是洗衣機控制系統(tǒng)中的重要組成部分，它以 AT89C51 單片機為核心， 完 成 了對洗衣機整個洗衣過程的控制，包括用戶參數(shù)輸入、洗衣 和 脫水 三 個階段 。 實現(xiàn) 了 全自動洗衣機的基本功能 。 6 電源部 分 洗衣機的電源 電路 既能完成 為數(shù)字電路 提供穩(wěn)定的 5V 直流電壓， 又能完成 為 電動機提供 220V 市電 。在該設(shè)計中電源 電路由整流濾波電路、過流保護(hù)電路及穩(wěn)壓電路三部分組成（原理圖如圖 31 所示）。其中 D1～ D4 功能為整流， C1 是濾波電容，此電源經(jīng)小功率三級管 Q1（ C548）與大功率三級管 Q2（ TIP42C）組成的電子開關(guān)電路，送至三端穩(wěn)壓器 (LM317)的輸入端 ,最后從LM317 的輸出端輸出 5V 電壓 。過流保護(hù)電路由過流電阻 R R延時電路 C3及單向可控硅、電子開關(guān)電路組成，當(dāng)穩(wěn)壓器輸出的電流超過額定值的 20％時，流保護(hù)起作用。穩(wěn)壓電路由集成穩(wěn)壓塊 LM317 與取樣電路組成， LM317 作為輸出電壓可變的集成三端穩(wěn)壓塊，是一種使用方便、應(yīng)用廣泛的集成穩(wěn)壓塊 。LM317 的輸出端與調(diào)整端之間的電壓恒定為 ，取樣電阻位于 輸出端和調(diào)整端之間，調(diào)節(jié)可變電阻的阻值即可改變輸出電壓。如圖 32所示，輸出電壓的計算公式為： U0=(1+R2/R1)（ 31） 圖 31電源部分原理圖 圖 32 穩(wěn)壓電路原理圖 數(shù)字控制電路 部分 數(shù)字控制電路部分 負(fù)責(zé)控制洗衣機的工作過程 。 主要 組成部件有 AT89C51單片機、 74138 譯碼器、指示燈、電動機、蜂鳴器、 LED 顯示器及 4只按鍵。1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m b e r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 2 0 M a y 2 0 0 8 S h e e t o f F i l e : G : \ Q I M I N G \ h y a n . d d b D r a w n B y :1234D1C11 0 0 u / 2 5 vC24 7 u / 2 5 vC32 2 uC52 2 uL EDQ1N P NQ2P N PR11kR24 . 2 kR41kR6R E S 2R91kR6R E S 2R34 . 1 kQ0S C R 1 0 0 6V i n1GND2V o u t3L M 3 1 7T11 5 wR 1 01kR51kC42 2 0 u / 1 5 v輸出~ 2 2 0 v1 5 v 框圖如圖 33 所示。 鍵盤輸入部分用于洗衣機的工作方式選擇，指示燈配合按鍵工 作，用于指示用戶洗衣機的工作狀態(tài)， LED 顯示模塊用于顯示洗衣剩余時間和脫水剩余時間， 蜂鳴器用于提示用戶脫水時間結(jié)束。圖 33數(shù)字控制電路框圖 單片機主控模塊 單片機是大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路技術(shù)發(fā)展的結(jié)果，它控制功能強，運算速度快，并且軟、硬件開發(fā)靈活方便。 單片機以獨特的優(yōu)點而得到迅速推廣應(yīng)用，其中家用電器就是其應(yīng)用中的一個領(lǐng)域，用單片機取代傳統(tǒng)的家用電器中機械控制部件，并實現(xiàn)家電智能化。由此確定了單片機在家用電器中的重要地位。 AT89C51 是一種帶 4K 字 節(jié) 閃 爍 可 編 程 可 擦 除 只 讀 存 儲 器（ FPEROM— FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低電壓，高性能 CMOS8 位微處理器，俗稱單片機。 AT89C2051 是一種帶 2K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除 100 次。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。 AT89C51 單片機管腳圖如圖 34所示。 1．主要特性： 與 MCS51兼容 4K 字節(jié)可編程閃 爍存儲器 AT89C51 單片機 指示燈 74138 譯碼器 數(shù)碼顯示 鍵盤輸入 蜂鳴器 8 壽命： 1000 寫 /擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時間 ： 10 年 全靜態(tài)工作： 0Hz24Hz 三級程序存儲器鎖定 128*8 位內(nèi)部 RAM 32 可編程 I/O 線 兩個 16 位定時器 /計數(shù)器 5 個中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 2．管腳說明 ： 圖 34AT89C51單片機管腳圖 VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0 口： P0 口為一個 8位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當(dāng) P1 口的管腳第一次寫 1時，被定義為高阻輸入。 P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可 以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 FIASH 編程時， P0口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗時， P0 輸出原碼，此時 P0 外部必須被拉高。 P1 口： P1 口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。 P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH編程和校驗時， P1 口作為第八位地址接收。 P2 口： P2 口為一個內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4個 TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫 “1” 時， 其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時， P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2 口當(dāng)用于外部程序存儲器或 16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時， P2口輸出地址的高八位。在給出地址 “1” 時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P2口在 FLASH 編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 P3 口： P3 口管腳是 8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個TTL 門電流。當(dāng) P3 口寫入 “ 1” 后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作 輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣