【正文】 硬件到軟件有一套完整的按位操作系統(tǒng)，稱作位處理器，它的處理對(duì) 象不是字或字節(jié)而是位。它不僅能對(duì)片內(nèi)某些特殊功能寄存器的 5 圖 21 設(shè)計(jì)總方框圖 位進(jìn)行處理，如傳送、置位、清零、測(cè)試等，還能進(jìn)行位的邏輯運(yùn)算，其功能十分完備 [6]。 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)模擬框圖如圖 21 所示。本系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)對(duì)洗衣機(jī)整個(gè)洗衣過程的控制，包括參數(shù)輸入、洗滌、漂洗、排水和脫水等階段?？刂葡到y(tǒng)主要由電源電路、單片機(jī)控制系統(tǒng)和外部硬件電路組成。電源采用三端集成固定穩(wěn)壓器 7805提供 +5V 電源；單片機(jī)控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)控制洗衣機(jī)的工作過程，它的核心是 AT89C51單片機(jī)；外部硬件電路實(shí)現(xiàn)進(jìn)水、排水、電機(jī)驅(qū)動(dòng)等功能，主要由電動(dòng)機(jī)、三極管、繼電器、進(jìn)水電磁閥和排水電磁閥等組成。 洗衣工作方式選擇 三 種洗衣工作 方式分為洗滌 、 漂洗 和 脫水 。 洗滌 程序 的過程是 進(jìn)水 → 洗滌 →排水 → 進(jìn)水 → 漂洗 → 排水 → 脫水 ；漂洗 程序與 洗滌 程序一樣， 只是時(shí)間比較短。脫水的程序過程是 排水 → 脫水 ；洗滌程序 、 漂洗 程序和 脫水 程序 是通過按鍵來進(jìn)行選擇，可單獨(dú)進(jìn)行某一項(xiàng)程序。 3. 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 關(guān)于 AT89C51 芯片 本次設(shè)計(jì)，選擇使用的單片機(jī)芯片是 AT89C51。在眾多的 51 單片機(jī)系列中，AT89 系列單片機(jī)在我國(guó)也得到極其廣泛的應(yīng)用，越來越受到人們的親睞。 AT89 系列單片機(jī)是美國(guó) Atmel 公司的 8位 Flash 單片機(jī)產(chǎn)品。 AT89C51 它是一種 4K 的字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的低電壓，高性能 CMOS8 位微處理單片機(jī)主控系統(tǒng) 電機(jī)控制電路 蜂鳴器報(bào)警電路 電源電路 鍵盤電路 復(fù)位電路 時(shí)鐘電路 顯示電路 6 器，俗稱單片機(jī) [7]。它的最大特點(diǎn)是在片內(nèi)含有 Flash 存儲(chǔ)器， Flash 存儲(chǔ)器是一種可以電擦除和電寫入的閃速存儲(chǔ)器 (簡(jiǎn)記為 EEPROM),在系統(tǒng)的開發(fā)過程中可以十分容易地進(jìn)行程序的修改，使開發(fā)調(diào)試更為方便。 AT89系列單片機(jī)以 8031為內(nèi)核，是與 8051系列單片機(jī)兼容的系列， Atmel89系列單片機(jī)有許多型號(hào)，可分為標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)、抵擋型號(hào)和高檔型號(hào) 3類。系統(tǒng)將選用的 AT89C51 是屬于標(biāo)準(zhǔn)型單片機(jī)。標(biāo)準(zhǔn)型 89 系列單片機(jī)是與 MCS51 系列單片機(jī)兼容的。標(biāo)準(zhǔn)型系列在內(nèi)部含有 4KB 或 8KB 可重復(fù)編程的 Flash 存儲(chǔ)器，可進(jìn)行 1000 次擦寫操作。全靜態(tài)工作為 033MHz，有 3 級(jí)程序存儲(chǔ)器加密鎖定，內(nèi)部含有 128256 字節(jié)的 RAM、 32 條可編程的 I/O 端口、 2 個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、68 級(jí)中斷，此外有通用串行接口、低電壓空閑模式及掉電模式。 AT89 系列標(biāo)準(zhǔn)單片機(jī)有 4種型號(hào)，分別為 AT89C5 AT89LV5 AT89C52 和AT89L52[8]。其中 AT89C51 和 AT89C52 直接與 8051 系列兼容，相當(dāng)于將 805 8052中的 4KB、 8KB 的 ROM 換成相應(yīng)數(shù)量的 Flash 存儲(chǔ)器，其結(jié)構(gòu)、供電電壓、引腳數(shù)量及封裝均相同，使用時(shí)可直接替換。 AT89LV51 是 AT89C51 低電壓型號(hào)，可以在 ，其他功能和 89C51 相同。 AT89C51 的引腳圖如圖 31所示。 AT89C51 的引腳功能如下： (1) 電源引腳 電源引腳接入單片機(jī)的工作電源。 ① VCC(40 引腳 )：接電源。 ② VSS(20 引腳 )：接地。 (2) 時(shí)鐘引腳 ① XTAL1(19 引腳 )：接到外部晶體的一端。該引腳內(nèi)部是 1個(gè)反相放大器輸入端，這個(gè)反相放大器形成了片內(nèi)振蕩器。如果采用外接一個(gè)晶體振蕩器，此引腳應(yīng)該接地。 ② XTAL2（ 18 引腳）：接到外部晶體的另外一端。在該引腳的內(nèi)部接到內(nèi)部反相放大器輸出端。如果采用外部的時(shí)鐘振蕩器的話，此引腳接收時(shí)鐘振蕩器發(fā)出的信號(hào)，即把這個(gè)信號(hào)直接連接到內(nèi)部的時(shí)鐘發(fā)生器輸入端 [9]。 （ 3） 控制引腳 7 A T 8 9 C 5 11234567891 01 11 21 31 41 51 61 71 81 92 0 2 12 22 32 42 52 62 72 82 93 03 13 23 33 43 53 63 73 83 94 0P 1 . 1P 1 . 0P 1 . 2P 1 . 3P 1 . 4P 1 . 5P 1 . 6P 1 . 7R E S E T / V P DR X D / P 3 . 0T X D / P 3 . 1I N T 0 / P 3 . 2I N T 1 / P 3 . 3T 0 / P 3 . 4T 1 / P 3 . 5W R / P 3 . 6R D / P 3 . 7X T A L 2 X T A L 1 G N DV C CP 0 . 0 / A D 0P 0 . 1 / A D 1P 0 . 2 / A D 2P 0 . 3 / A D 3P 0 . 4 / A D 4P 0 . 5 / A D 5P 0 . 6 / A D 6P 0 . 7 / A D 7E A / V P PA L E / P R O GP S E NP 2 . 7 / A 1 5P 2 . 6 / A 1 4P 2 . 5 / A 1 3P 2 . 4 / A 1 2P 2 . 3 / A 1 1P 2 . 2 / A 1 0P 2 . 1 / A 9P 2 . 0 / A 8 圖 31 AT89C51引腳圖 ① RESET(9 引腳 )：復(fù)位信號(hào)輸入端，高電平有效。此引腳內(nèi)部已有一個(gè)5030K 的 電阻器接地，所以只需接一個(gè)電容至 +VCC，即可在電源 ON時(shí)產(chǎn)生開機(jī)復(fù)位的功能。但是，常會(huì)在 RESET 引腳用一個(gè) 的電阻接地，以縮短開機(jī)復(fù)位的時(shí)間。如需要，也可在電容兩端并聯(lián)一個(gè)常開按鈕，以便按此按鈕時(shí)可強(qiáng)迫系統(tǒng)復(fù)位。 ② ALE(30 引腳 )：地址鎖存器輸出端。在系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)，用于控制把 P0 口輸出的低 8 位地址送入鎖存器鎖存起來，以實(shí)現(xiàn)低位地 址和數(shù)據(jù)的隔離。 ALE 是以晶振 1/6 的固定頻率輸出的正脈沖，因此可以作為外部時(shí)鐘或外部定時(shí)脈沖用。 ③ PSEN （ 29 引腳）：程序存儲(chǔ)器允許輸出控制端。當(dāng) CPU 想讀取外部 ROM的內(nèi)容時(shí)，此引腳會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生負(fù)脈沖。 ④ EA（ 31引腳）：內(nèi)外程序存儲(chǔ)器選擇控制端。當(dāng) EA接 VCC 時(shí)，對(duì) ROM的讀操作從內(nèi)部程序存儲(chǔ)器開始，并可延續(xù)到外部 ROM。當(dāng) EA引腳接地時(shí)， 內(nèi)部程序數(shù)據(jù)失效， CPU 被迫只能讀取外部的程序存儲(chǔ)器。 （ 4） I/O 口引腳 ① P0 口（ 共 8個(gè)引腳，即 3932引腳）：雙向 8 位三態(tài) I/O 口，此口為地址總線及數(shù)據(jù)總線分時(shí)復(fù)用口。沒有內(nèi)部上拉電阻器，輸出電平時(shí)，需用戶在引腳上接上外部上拉電阻器。在訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，可分時(shí)用做低 8位地址線和 8 位數(shù)據(jù)線。 P0 口做輸出口用時(shí)，每只引腳均可驅(qū)動(dòng) 8個(gè) LSTTL 負(fù)載。若某引腳想做輸入腳用，則須先將 1 寫入該引腳。 ② P1 口（ 共 8個(gè)引腳，即 18引腳）： 8位準(zhǔn)雙向 I/O 口，具 8 有內(nèi)部上拉 電阻器，可驅(qū)動(dòng) 4個(gè) LSTTL 負(fù)載。若某引腳想做輸入腳用，則須先將1寫入該引腳。 ③ P2 口（ 共 8個(gè)引腳，即 2128引腳）： 8位準(zhǔn)雙向 I/O口，與地址總線復(fù)用。具有內(nèi)部上拉電阻器，可驅(qū)動(dòng) 4個(gè) LSTTL 負(fù)載。在訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，它送出高 8 位地址。 ④ P3 口（ 共 8 個(gè)引腳，即 1017 引腳）： 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口，雙功能復(fù)用口。具有內(nèi)部上拉電阻器，可驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) LSTTL 負(fù)載。若某引腳想做輸入腳用，則須先將 1 寫入該引腳。 P3 口引腳具有特殊功能。 復(fù)位電路設(shè)計(jì) 單片機(jī)的復(fù)位就 和計(jì)算機(jī)的重啟是一樣的概念。任何單片機(jī)工作之前都要有個(gè)復(fù)位的過程 [11]，復(fù)位對(duì)于單片機(jī)來說，程序還沒有開始執(zhí)行，是在做準(zhǔn)備工作，一般的復(fù)位只需要 5ms 的時(shí)間。復(fù)位電路原理圖如圖 32所示。 復(fù)位操作一般有兩種方式：上電自動(dòng)復(fù)位和按鍵手動(dòng)復(fù)位。上電復(fù)位是外部的復(fù)位電路在系統(tǒng)通上電源后直接使單片機(jī)工作，單片機(jī)的起停通過電源控制。手動(dòng)復(fù)位是在復(fù)位電路中設(shè)計(jì)按鍵開關(guān)觸發(fā)復(fù)位電平，控制單片機(jī)復(fù)位。一般都用上電自動(dòng)復(fù)位電路 。 V C CR E S E T4 . 7 K1 0 u fS 1 圖 32 復(fù)位電路 復(fù)位操作一般有 兩種方式：上電自動(dòng)復(fù)位和按鍵手動(dòng)復(fù)位。上電復(fù)位是外部的復(fù)位電路在系統(tǒng)通上電源后直接使單片機(jī)工作，單片機(jī)的起停通過電源控制。手動(dòng)復(fù)位是在復(fù)位電路中設(shè)計(jì)按鍵開關(guān)觸發(fā)復(fù)位電平，控制單片機(jī)復(fù)位。一般都用上電自動(dòng)復(fù)位電路。 上電自動(dòng)復(fù)位原理：通電時(shí)，電容的兩端可以看成短路，于是 RESET 引腳為高電平，接著電源對(duì)電容進(jìn)行充電， RESET 端的電壓開始降低，降到一定程度就變成了低電平，單片機(jī)開始正常工作 。 9 顯示電路設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)采用的是發(fā)光二極管作為顯示電路，用有色的發(fā)光二極管很容易看清電路的高低電平情況，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ，現(xiàn)象明顯 。 標(biāo)準(zhǔn)、經(jīng)濟(jì)、單獨(dú)、排水四個(gè)洗衣程序顯示燈采用的是紅色 LED，強(qiáng)洗、弱洗兩個(gè)洗衣方式顯示燈采用的是綠色LED，洗滌 、 漂洗、 脫水三個(gè)洗衣狀態(tài)顯示燈采用的是黃色 LED。其中洗滌、漂洗、脫水指示燈在系統(tǒng)執(zhí)行相應(yīng)的程序時(shí)的狀態(tài)是閃爍，而其他的燈在系統(tǒng)執(zhí)行與其相對(duì)應(yīng)的程序時(shí)的狀態(tài) 則 是一直亮著。 顯示電路原理圖如圖 33 所示。 圖 33 顯示電路 鍵盤電路設(shè)計(jì) 洗衣機(jī)面板上有 4 個(gè)按鈕 K K K K4 和兩個(gè)開關(guān) SW1 和 SW2。按鍵控制原理圖如圖 34 所示。 K1 用于洗衣程序選擇：默認(rèn)為標(biāo)準(zhǔn)洗，即全自動(dòng)；按一下選擇經(jīng)濟(jì)洗，按兩下選擇單獨(dú)洗，按三下選擇排水。 K2 用于洗衣方式選擇：默認(rèn)為強(qiáng)洗，按一下選擇弱洗。 K3 運(yùn)行 /暫停 /解除報(bào)警鍵： 按一下運(yùn)行，再按一下暫停；報(bào)警時(shí)按一下則解除警報(bào)。 SW1 水位開關(guān)：進(jìn)出水閥門控制開關(guān)。在實(shí)物電路中，它相當(dāng)于檢測(cè)水位的傳感器， 水位達(dá)到設(shè)定要求時(shí)開關(guān)自動(dòng)閉合，未達(dá)到要求時(shí)開關(guān)自動(dòng)打開。 SW2 蓋開關(guān)：脫水時(shí)打開蓋板，電機(jī)會(huì)停止運(yùn)行，蓋上則繼續(xù)脫水；在其他洗衣過程時(shí)打開蓋板不會(huì)影響洗衣機(jī)工作。 10 圖 34 鍵盤電路 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì) 時(shí)鐘電路由晶振元件與單片機(jī)內(nèi)部電路組成，產(chǎn)生的振蕩頻率為單片機(jī)提供時(shí)鐘信號(hào)，供單片機(jī)信號(hào)定時(shí)和計(jì)時(shí)。 在 AT89S51 單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，其輸入端引腳為 XTAL1，其輸出端為 XTAL2。只要在兩引腳之間跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容 C C2，就可以構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。本設(shè)計(jì)采用圖 35 所示電路。 圖 35 時(shí)鐘電路 圖 36 蜂鳴器報(bào)警電路 一般地，電容 C1和 C2取 33pf 左右；晶體振蕩器，簡(jiǎn)稱晶振，頻率范圍是~12MHz。晶振頻率越高，系統(tǒng)的 時(shí)鐘頻率也就越高，單片機(jī)的運(yùn)行速度也就越快。在通常情況下，使用振蕩頻率為 6MHz 或 12MHz 的晶振。如果系統(tǒng)中使用了單片機(jī)的串行口通信，則一般使用頻率為 的晶振。而在本次設(shè)計(jì)中采用的是頻率為 的晶振。 蜂鳴器報(bào)警電路設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)采用 蜂鳴器，單片機(jī)必須輸出固定頻率的方波信號(hào)，其工作電壓范圍寬， 412V，需要外圍元件少，電壓增益可調(diào)范圍為 20200。洗衣機(jī)異常時(shí)，通 11 過 CPU 的 輸出低電平來控制蜂鳴器報(bào)警。如圖 36 所示。 電機(jī)控制電路設(shè)計(jì) （ 1） L298 簡(jiǎn)介： L298 是 SGS 公司的產(chǎn)品，內(nèi)部包 4 通道邏輯驅(qū)動(dòng)電路，是一種二相和四相電機(jī)的專用驅(qū)動(dòng)器，即內(nèi)含二個(gè) H橋的高電壓大電流雙全橋式驅(qū)動(dòng)器，接收標(biāo)準(zhǔn)TTL 邏輯電平信號(hào)。每橋的低級(jí)晶體管的發(fā)射極都連在一起，相對(duì)應(yīng)的接線口與采樣電阻相連，另外一個(gè)額外的輸入用于使其工作在合理的低電壓環(huán)境，可驅(qū)動(dòng)46V、 2A 以下的電機(jī)。它的設(shè)計(jì)可用于標(biāo)準(zhǔn)的三極管邏輯電路，以及驅(qū)動(dòng)如繼電器、螺線管、直流步進(jìn)電機(jī)等負(fù)載，兩種輸入信號(hào)可作為可獨(dú)立驅(qū)動(dòng)和不獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的輸入信號(hào)。 L298 有四路輸入，四路輸出；有兩個(gè)使能端， 通常 ， 我們 可 以直接把 EA,EB兩個(gè)使能端接高，直接通過控制輸入口（接單片機(jī)的 I/O 口 ,編程輸出 PWM 信號(hào)）來控制電機(jī) ， 一般用的時(shí)候會(huì)在前面用上光耦，用于單片機(jī)與驅(qū)動(dòng)芯片之間的隔離，且在 L298 與電機(jī)之間加上續(xù)流二極管 。 L298上也有兩個(gè)控制端口，用于調(diào)節(jié)。 L298 引腳圖如圖 37所示，其引腳功能如