【文章內(nèi)容簡介】 洗衣機整體設(shè)計框圖 （ 1）系統(tǒng)總體設(shè)計 在進行功能和技術(shù)指標對應(yīng)用系統(tǒng)的可靠性、通用系統(tǒng)設(shè)計之前首先應(yīng)根據(jù)對系統(tǒng)功能要求及其應(yīng)用環(huán)境等確定 其 合理 性 、具體性、先進性、可維護性、以及成本等進行綜合考慮以盡量 滿足 并符合相應(yīng)的標準。然后根據(jù)市場上各種單片機的貨源情況和單片機的性能及開發(fā)工具等因素選 擇合適的機型。接下來要根據(jù)系統(tǒng)中可能遇到的傳感器、模擬電路、 I/O接口、存儲器和顯示器等器件和設(shè)備進行器件選擇使之符合系統(tǒng)在精度、速度和可靠性等方面的要求。最后確定硬件和軟件的功能劃分。由于在系統(tǒng)設(shè)計中某功能用硬件和軟件都能實現(xiàn) ， 在設(shè)計中應(yīng)綜合考慮研制周期和成本等因素 ， 具 有 劃分軟硬件功能。 （ 2）系統(tǒng)硬件設(shè)計 硬件設(shè)計的任務(wù)是根據(jù)總體要求在所選的 MCU 和各個元器件型號的基礎(chǔ)上設(shè)計出系統(tǒng)的電路原理圖 ， 做一些必要的 以及工藝結(jié)構(gòu)的設(shè)計加工印刷電路板的設(shè)計制作和樣機的組裝等。在硬件設(shè)計中需要考慮系統(tǒng)總線的負載能力、 系統(tǒng)擴展時的片選方式、模擬電路的速度和精度等如需擴展存儲器則盡量用一片完成這樣既降低了成本又減小了線路板的面積同時提高了系統(tǒng)的可靠性。 （ 3）系統(tǒng)軟件設(shè)計 顯示燈 單 片 機 主 控 系 統(tǒng) 鍵盤 LED 顯示 電 源 電 機 蜂鳴器 水位檢測機構(gòu) XX 大學 畢業(yè)論文 7 單片機應(yīng)用系統(tǒng)的軟件設(shè)計是系統(tǒng)設(shè)計中最基本而且工作量較大的任務(wù)。與系統(tǒng)機上操作系統(tǒng)支持下的純軟件不同 ， 單片機的軟件設(shè)計是在裸機的條件下進行的而且隨應(yīng)用系統(tǒng)的不同而不同。在軟件中一般需考慮以下幾個方面： 1） 根據(jù)要求確定軟件的具體任務(wù)細節(jié)然后確定合理的軟件結(jié)構(gòu)。一般系統(tǒng)軟件的主程序和若干個子程序及中斷服務(wù)程序組成詳細劃分主程序、子程序和中斷服務(wù)程序的具體 任務(wù)確定各個中斷的優(yōu)先級。主程序是一個順序執(zhí)行的無限循環(huán)的程序不停地順序查詢各種軟件標志以完成對事務(wù)的處理。在子程序和中斷服務(wù)程序中要考慮現(xiàn)場的保護和恢復以及它們和主程序之間的信息交換方法。 2） 程序的結(jié)構(gòu)用模塊化結(jié)構(gòu)即把監(jiān)控程序分解為若干個功能相對獨立的較小的程序模塊分別設(shè)計以便于調(diào)試。具體設(shè)計時可采用自底向上或自頂向下的方法。 3） 在進行程序設(shè)計時 ， 先根據(jù)問題的定義描述出各個輸入變量和輸出變量之間的數(shù)學關(guān)系即建立數(shù)學模型 ， 然后繪制流程圖再根據(jù)流程圖 ， 用匯編語言進行具體程序的編寫。 4） 在程序設(shè)計完 成后利用相應(yīng)的開發(fā)工具和軟件進行程序的匯編生成程序的機器碼。 基于 MCS51 單片機的洗衣機控制系統(tǒng)設(shè)計 8 第 3 章 硬件設(shè)計 該電路的主要組成部件由 AT89S51 單片機、 74LS138 譯碼器、與門、指示燈、水位檢測機構(gòu)、電動機、蜂鳴器、電控水龍頭、 LED 顯示器、以及 4 只按鍵組成。水位檢測機構(gòu)由玻璃管、浮子、金屬滑桿等組成。玻璃管與洗衣機相連 ， 玻璃管中的水位就是洗衣桶內(nèi)的水位 ， 在放水或進水的過程中浮子帶動金屬管上下移動 ， 當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 INT1 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。 74LS138 的輸入端分別接 AT89S51 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。電動機有兩個控制端一段控制電機正向運轉(zhuǎn)該端與 相連 ， 另一端控制電機反向運轉(zhuǎn)該端與 相連。電控水龍頭共兩只一只為進水龍頭受 控制 ， 另一只為出水龍頭受 控制 ， 當電控水龍頭的控制端為 “1”時水龍頭打開 ， 當電控水龍頭的控制端為 “0”時水龍頭關(guān)閉。顯示器共有兩只 P0 控制高位顯示器 ， P2 控制低位顯示器。按鍵四只分別為 “編程選擇 ”、 “增 ”、 “減 ”和 “啟動鍵 ”這四只鍵組成的 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 輸出為 “1”時蜂鳴器發(fā)聲。本系統(tǒng)采用 12M 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 100us 產(chǎn)生一次中斷。 電源電路 系統(tǒng)電源部分電氣原理圖如圖 31[2]所示。市電 220V 經(jīng)過變壓器 T 變壓為 12V 交流電壓 通過 4 只二極管 1N4004 全橋整流 再經(jīng)過電容 C 濾波后得到光滑的直流電壓 經(jīng)過三端穩(wěn)壓 7805 穩(wěn)壓后得到穩(wěn)定的 +5V 電壓給各器件供電 。 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 圖 31 電源部分電氣原理圖 XX 大學 畢業(yè)論文 9 數(shù)字控制電路 AT89S51 單片機主控模塊 （ 1） 單片機概述 單片機又稱微控制器或稱嵌入式控制器。而現(xiàn)在的智能家電無一例外是采用微控制器來實現(xiàn)的所以家用電器是單片機應(yīng)用最多的領(lǐng)域之一。它是家用電器實現(xiàn)智能化 的心臟和大腦。 由于家用電器體積小故要求其控制器體積更小以便能嵌入其結(jié)構(gòu)之中。而家用電器品種多功能差異也大所以又要求其控制器有靈活的控制功能。單片機以微小的體積和編程的靈活性而產(chǎn)生多種控制功能完全可以滿足家用電器的需求。 單片機主要用于計算機外設(shè)、實時控制、儀器儀表、通信和家用電器等各個領(lǐng)域是計算機技術(shù)和電子技術(shù)的綜合性應(yīng)用在不同應(yīng)用場合其技術(shù)要求各不相同 ， 因此設(shè)計方法和研制的步驟不完全一樣。 單片機應(yīng)用系統(tǒng)由硬件和軟件組成。硬件是指 MCU、存儲器、 I/O 接口和外設(shè)等物理器件的有機組合。軟件是指系統(tǒng)監(jiān)控程序 的總稱。在開發(fā)的過程中它們的設(shè)計不能完全分開二者需要互相配合、不斷調(diào)整才能組成高性能的應(yīng)用系統(tǒng)。單片機應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)包括系統(tǒng)總體設(shè)計、硬件設(shè)計、軟件設(shè)計、系統(tǒng)調(diào)試等幾個階段它們有時交叉進行。 單片機是現(xiàn)代電子設(shè)計中使用最廣泛的電子元件。它的價格低廉功能強大體積小性能穩(wěn)定。目前在各類產(chǎn)品中都能看到單片機的身影如門鈴、報警器、玩具以及各類數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等。 （ 2） 單片機的應(yīng)用 1）在智能儀表中的應(yīng)用 這是單片機應(yīng)用最多、最活躍的領(lǐng)域之一。在各類儀器儀表中引入單片機使儀器儀表智能化提高 ， 測試的自動化程度和精度 ， 簡化 儀器儀表的硬件結(jié)構(gòu)提高其性能價格比。 2）在機電一體化中的應(yīng)用 機電一體化產(chǎn)品是指集機械技術(shù)、微電子技術(shù)、計算機技術(shù)于一體 ， 使其產(chǎn)品具有智能化特征的電子產(chǎn)品它是機械工業(yè)發(fā)展的方向。 3）在實時控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 單片機廣泛用于各種實時過程控制系統(tǒng)中 ， 例如工業(yè)過程控制、過程監(jiān)測、航空航天、機器人系統(tǒng)等各種實時控制系統(tǒng)。用單片機進行實時系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理和控制保證系統(tǒng)工作在最佳狀態(tài) ， 有利于提高系統(tǒng)的工作效率和產(chǎn)品的質(zhì)量。 4）在人們生活中的應(yīng)用 目前國內(nèi)外各種家具已經(jīng)普遍用單片機代替?zhèn)鹘y(tǒng)的控制電路 ， 例如洗衣機、電冰箱、空調(diào)機、微波爐、電飯煲、收音機、電風扇及許多高級電子玩具都配上了單片機。 5）在其他方面的應(yīng)用 基于 MCS51 單片機的洗衣機控制系統(tǒng)設(shè)計 10 單片機還廣泛應(yīng)用于辦公自動化、商業(yè)營銷、安全防衛(wèi)、汽車及通信系統(tǒng)、計算機外部設(shè)備、模糊控制等領(lǐng)域。 基于單片機在各行各業(yè)中的廣泛應(yīng)用 ， 社會對單片機越來越重視高校也紛紛開設(shè)單片機課程。學好單片機可以增加對電子產(chǎn)品的了解 ， 擴展產(chǎn)品開發(fā)的思路提高社會競爭力。但學習單片機有一定的挑戰(zhàn)性因為要學好單片機必須掌握單片機的軟硬件。 （ 3） AT89S51 芯片的特點 AT89S51[3 ]是美國 ATMEL公司生產(chǎn)的底功耗高性能 CMOS8位單片機片內(nèi)含 4k bytes的可系統(tǒng)編程的 Flash， 只讀程序存儲器器件采用 ATMEL 公司的高密度 `非易失性存儲技術(shù)產(chǎn)生兼容標準 8051 指令系統(tǒng)及引腳。它集 Flash 程序存儲器既可在線編程（ ISP）也可用傳統(tǒng)方法進行編程及通用 8 位微處理器于 芯片中 ， ATMEL 公司的功能強大底價位 AT89S51 單片機可為您提供許多高性價比的應(yīng)用場合 ， 可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域 主要性能參數(shù)： 與 MCS51 產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容 4K 字節(jié)在系統(tǒng)編程（ ISP） Flash 閃速存儲器 1000 次檫寫周期 全靜態(tài)工作模式： 0Hz33M Hz 三級程序加密鎖 128*8 字節(jié)內(nèi)部 RAM 32 個可編程 I/O 線 2 個 16 位定時 /計數(shù)器 6 個中斷源 全雙工串行 UART 通道 低功耗空閑和掉電模式 中斷可從空閑模喚醒系統(tǒng) 看門狗（ WDT）及雙數(shù)據(jù)指針 掉電標識和快速編程特性 靈活的在 線 系統(tǒng)編程（ ISP 字節(jié)或頁寫模式） ， 此外 AT89S51 設(shè)計和配置了振蕩頻率可為 并可通過軟件設(shè)置省電模式?？臻e模式下 CPU 暫停工作而 RAM 定時計數(shù)器、串行口、外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作 ， 掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存 RAM 的數(shù)據(jù) ，停止芯片其它功能直至外中斷激 活或硬件復位。同時該芯片還具有 PDIP、 TQFP 和 PLCC三種封裝形式以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需要 [4]。看門狗（ WDT）電路主要是實現(xiàn)復位功能 .當單片機運行出現(xiàn)死循環(huán)時看門狗（ WDT）電路可以起保護功能實現(xiàn)復位作用。 AT89S51 單片機作為控制部件 . 該型號單片機一共有 40 個引腳有雙腳直插式和方形封裝方式可用于不同的場合。本次采用的是雙列直插式 ， 下面對這些引腳的功能加以說明 。 1） I/O 口線 P0 口 ——8 位、漏極開路的雙向 I/O 口。 P1 口 ——8 位、準雙向 I/O 口具有內(nèi)部上拉電阻。 P2 口 ——8 位、準雙向 I/O 口具有內(nèi)部上拉電阻。 P3 口 ——8 位、準雙向 I/O 口具有內(nèi)部上拉電阻。 P3 口還具有第二功能第二功能見XX 大學 畢業(yè)論文 11 表 31。 2） 控制信號線 RST——復位輸入信號高電平有效。 EA/Vpp——外部程序存儲器訪問允許信號 /編程電壓輸入端。 PSEN——片外程序存儲器讀選通信號低電平有效。 ALE/PROG——低字節(jié)地址鎖存信號 /編程脈沖輸入端。 3） 電源和外部晶振引腳 Vcc——電源電壓輸入引腳。 GND——電源地。 XTAL XTAL2——外部晶振引腳。 以上就是關(guān)于本設(shè)計中用的單片機 AT89S51 的特性、引腳功能的簡單介紹。 表 31 P3 口的第二功能表 [4] 引腳 替代功能 說明 RXD 串行數(shù)據(jù)接受 TXD 串行數(shù)據(jù)發(fā)送 0INT 外部中斷 0 申請 1INT 外部中斷 1 申請 T0 定時器 0 外部事件計數(shù)輸入 T1 定時器 1 外部事件計數(shù)輸入 WR 外部 RAM 寫選通 RD 外部 RAM 讀選通 4） 存儲器的分配 AT89S51 的內(nèi)部共有 256[5]個數(shù)據(jù)存儲器單元 ， 通常把 這 256 個單元按其功能劃分為兩部分：低 128 單元和高 128 單元。 其中內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器的分配情況如圖 32 基于 MCS51 單片機的洗衣機控制系統(tǒng)設(shè)計 12 圖 32 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器 單片機的時鐘電路 時鐘電路 [6]用于產(chǎn)生單片機工作所需的時鐘信號 ， 單片機本身就如同一個復雜的同步時序電路 ， 為了保證同步工作電路應(yīng)在唯一的時鐘信號控制下嚴格的按規(guī)定時序工作。 單片機內(nèi)含振蕩器電路但晶體振蕩器和電容在片外由引腳 XTAL1和 XTAL2接入片