【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 機(jī) M 接通，帶動(dòng)波輪旋轉(zhuǎn)，形成洗衣水流。電機(jī) M 是一個(gè)正反轉(zhuǎn)電機(jī)，可以形成往武漢大學(xué)珞珈學(xué)院 電氣工程與自動(dòng)化 10 返水流，有利于洗滌衣物。 ⑵漂洗過(guò)程 與洗滌過(guò)程操作相同，只是時(shí)間短一些。 ⑶脫水過(guò)程 洗滌或漂洗過(guò)程結(jié)束后，電機(jī) M 停止轉(zhuǎn)動(dòng)，排水閥 M 接通，開(kāi)始排水。排水閥動(dòng)作的同時(shí)，電機(jī) M 也接通，使電機(jī)可以帶動(dòng)內(nèi)桶轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)水位低到一定值，再經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，電機(jī)開(kāi)始正轉(zhuǎn)，帶動(dòng)內(nèi)桶高速旋轉(zhuǎn)，甩干衣物。 設(shè)計(jì)總方框圖 圖 設(shè)計(jì)總方框圖 控制系統(tǒng)的功能 基于單片機(jī)洗衣機(jī)通過(guò)控制系統(tǒng)設(shè)定洗衣程序在洗滌脫水桶內(nèi)自動(dòng)完成注水、洗滌、漂洗、排水和脫水全過(guò)程。洗衣時(shí)控制系統(tǒng)打開(kāi)進(jìn)水電磁閥開(kāi)始注水；當(dāng)洗滌脫水桶內(nèi)的水位達(dá)到系統(tǒng)設(shè)定值時(shí)單片機(jī)發(fā)送一個(gè)低電平通知控制系統(tǒng)關(guān)閉進(jìn)水電磁閥，同時(shí)啟動(dòng)電機(jī)洗衣。電機(jī)在系統(tǒng)的控制下進(jìn)行正轉(zhuǎn)、停、反轉(zhuǎn) 通過(guò)傳動(dòng)帶動(dòng)波輪執(zhí)行洗滌程序；當(dāng)洗滌時(shí)間終了，控制系統(tǒng)切斷電機(jī)電路打開(kāi)排水電磁閥開(kāi)始排水；然后再次注水，洗衣機(jī)進(jìn)入漂洗狀態(tài)，完成漂洗程序（通常為 2 次漂洗） 后，開(kāi)始排水，同時(shí)排水電磁閥的動(dòng)作并且松開(kāi)為脫水程序作好準(zhǔn)備； 排水結(jié)束后系統(tǒng)控制電機(jī)單方向高速運(yùn)轉(zhuǎn)完成脫水程序；當(dāng)脫水程序終了系統(tǒng)控制排水電磁閥和電機(jī)斷電，排水閥復(fù)位，同時(shí)蜂鳴器奏響，通知用戶(hù)整個(gè)洗衣程序結(jié)束。 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 進(jìn)水、排水電路 復(fù)位電路 時(shí)鐘電路 顯示電路 武漢大學(xué)珞珈學(xué)院 電氣工程與自動(dòng)化 11 第 3 章 硬件設(shè)計(jì) 控制系統(tǒng)的電路組成 該電路主要組成部件是由 AT89S51 單片機(jī)、指示燈、電動(dòng)機(jī)、蜂鳴器、電控水龍頭、 LED 顯示燈、及 4 只 按鍵組成。其組成如圖 所示。電動(dòng)機(jī)有兩個(gè)控制端，一端控制電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)且該端與 相連，另一端控制電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)且該端與 相連。電控水龍頭共兩個(gè)，一個(gè)為進(jìn)水水龍頭且受 的控制，另一個(gè)為排水水龍頭而受 的控制，當(dāng)電控水龍頭的控制端為“ 0”時(shí)水龍頭打開(kāi)，當(dāng)電控水龍頭的控制端為“ 1” 時(shí)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。蜂鳴器有由 控制，當(dāng) 輸出為“ 1”時(shí)蜂鳴器發(fā)聲。本系統(tǒng)采用 12M 的晶體振蕩器定時(shí)器 0 和定時(shí)器 1 的 設(shè)置為每隔 100us 產(chǎn)生一次中斷。 圖 控制系統(tǒng)的電路組成圖 電源電路 單片機(jī)系統(tǒng)電源部分的電氣原理圖如圖 所示。市電 220V 經(jīng)過(guò)變壓器 T 變壓為12V 交流電，再通過(guò) 4 只二極管全橋整流，經(jīng)過(guò)電容 C C10 濾波得到光滑的直流電壓后，經(jīng)過(guò)三端穩(wěn)壓管（ 7805）穩(wěn)壓得到穩(wěn)定的 +5V 電壓給各器件供電。 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 進(jìn)水、排水電路 復(fù) 位電路 時(shí)鐘電路 顯示電路 武漢大學(xué)珞珈學(xué)院 電氣工程與自動(dòng)化 12 圖 電源電路 單片機(jī)控制電路 AT89S51 單片機(jī)主控系統(tǒng) （ 1） 單片機(jī)的概述 單片機(jī)又稱(chēng)微控制器或嵌入式控制器。現(xiàn)在的智能家電沒(méi)有一個(gè)不是采用微控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)的，所以家用電器是單 片機(jī)應(yīng)用最多的領(lǐng)域之一。它是家用電器實(shí)現(xiàn)智能化的心臟和大腦。 單片機(jī)主要應(yīng)用在計(jì)算機(jī)外設(shè)、實(shí)時(shí)控制、儀器儀表、通信和家用電器等各個(gè)地方是計(jì)算機(jī)技術(shù)和電子技術(shù)的綜合性應(yīng)用，在不同的應(yīng)用場(chǎng)合其技術(shù)要求各不相同，因此設(shè)計(jì)方案和研發(fā)的步驟也完全不一樣。 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)由硬件和軟件組成。硬件是指 MCU、存貯器 ， I/O 接口和外設(shè)等物理器件的組合。軟件是指系統(tǒng)監(jiān)控程序的總稱(chēng)。在開(kāi)發(fā)過(guò)程中它們的設(shè)計(jì)是不能完全分開(kāi)的，應(yīng)該互相配合、不斷調(diào)整才能組成高性能的應(yīng)用系統(tǒng)。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)包括系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、系 統(tǒng)調(diào)試等，而且它們有時(shí)交叉進(jìn)行。 單片機(jī)是現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)中使用最廣泛的電子元件。它價(jià)廉，但是功能強(qiáng)大、體積小、性能穩(wěn)定。目前在各類(lèi)產(chǎn)品中都能看到單片機(jī)的身影如門(mén)鈴、電梯、玩具以及各種數(shù)據(jù)采用系統(tǒng)中等。 （ 2） AT89S51 芯片的特點(diǎn) AT89S51 是美國(guó) ATMEL 公司生產(chǎn)的低功耗高性能 CMOS8 位單片機(jī)內(nèi)含 4k bytes的可系統(tǒng)編程的 flash，只讀程序存貯器采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存貯技術(shù)產(chǎn)生兼容標(biāo)準(zhǔn) 8051 指令系統(tǒng)及引腳，它集 flash 程序存貯器既可在線編程（ ISP） 也可以用傳統(tǒng)方法進(jìn)行編程 及通用 8 位微處理器于芯片中， ATMEL 公司的功能強(qiáng)大低價(jià)位AT89S51 單片機(jī)可位你提供許多高性?xún)r(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)合，可靈活應(yīng)用于各個(gè)控制領(lǐng)域。主要的性能參數(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 閃速存貯器 武漢大學(xué)珞珈學(xué)院 電氣工程與自動(dòng)化 13 1000 次擦寫(xiě)周期 全靜態(tài)工作模式 0Hz33MHz 128*8 字節(jié)內(nèi)部 RAM 32 個(gè)可編程 I/O 線 2 個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器 6 個(gè)中斷源 低功耗空閑和掉電模式 中斷可從空閑模式喚醒系統(tǒng) 掉電標(biāo)示和快速編程特性 靈活的在于系統(tǒng)編程（ ISP 字節(jié)或葉寫(xiě)模式），此外 AT89S51 設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率為 的振蕩電路 并可通過(guò)軟件設(shè)置省電模式?？臻e模式下 CPU 暫停工作而 RAM 定時(shí)計(jì)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)，停止芯片其他功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時(shí)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。硬件復(fù)位電路主要是實(shí)現(xiàn)復(fù)位功能，當(dāng)單片機(jī)運(yùn)行出現(xiàn)死循環(huán)時(shí)復(fù)位電路就可以起保護(hù)功能而實(shí)現(xiàn)復(fù)位作用。 AT89S51 單片機(jī)作為控制部件，該型號(hào)單片機(jī)共有 40 個(gè)引腳采用雙列直插式的，下面是各個(gè)引腳的功能： 圖 AT89S51 的引腳圖 (1) 輸入 /輸出口線 ～ P0 口的 8 位雙向口線 。 ～ P1 口的 8 位雙向口線； 內(nèi)部具有上拉電阻。 ～ P2 口的 8 位雙向口線； 內(nèi)部具有上拉電阻。 ～ P3 口的 8 位雙向口線 ；內(nèi)部具有上拉電阻。還具有第二功能見(jiàn)表 31。 武漢大學(xué)珞珈學(xué)院 電氣工程與自動(dòng)化 14 表 31 P3 口的第二功能 口線 第二功能 信號(hào)名稱(chēng) RXD 串行數(shù)據(jù)接收 TXD 串行數(shù)據(jù)發(fā)送 INT0 外部中斷 0 的申請(qǐng) INT1 外部中斷 1 的申請(qǐng) T0 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 0 計(jì)數(shù)輸入 T1 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 1 計(jì)數(shù)輸入 WR 外部 RAM 寫(xiě)選通 RD 外部 RAM 讀選通 2） 控制信號(hào)線 RST復(fù)位輸入信號(hào)高電平有效 ,用以完成單片機(jī)的復(fù)位初始化操作。 EA/Vpp外部程序存貯器訪問(wèn)允許信號(hào) /編程電壓輸入端，當(dāng) EA 信號(hào)為低電平時(shí)，對(duì) ROM 的讀操作限定在外部程序存儲(chǔ)器；當(dāng) EA 信號(hào)為高電平時(shí)，對(duì) ROM 的讀操作是從內(nèi)部程序存儲(chǔ)器開(kāi)始的，并可延至外部程序存儲(chǔ)器。 PSEN低電平 有效，可實(shí)現(xiàn)對(duì)外部 ROM 單元的讀操作。 ALE/PROG低字節(jié)地址鎖存信號(hào) /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 XAL XTAL2外部晶振引腳 4） 存儲(chǔ)器的分配 AT89S51 的內(nèi)部共有 256 個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元，通常把這 256 個(gè)單元按其功能劃分為兩部分：低 128 單元和高 128 單元，其中低 128 個(gè)單元供用戶(hù)暫存中間數(shù)據(jù)，可讀可寫(xiě)，掉電后數(shù)據(jù)會(huì)丟失；高 128 個(gè)單元被專(zhuān)用寄存器占用。 其中內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的分配情況如圖 所示 : 武漢大學(xué)珞珈學(xué)院 電氣工程與自動(dòng)化 15 圖 數(shù)據(jù)存 儲(chǔ)器的分配情況圖 單片機(jī)的復(fù)位電路 復(fù)位電路的作用是復(fù)位。在單片機(jī)接上電源以后，或電源出現(xiàn)過(guò)低電壓時(shí)，將單片機(jī)存儲(chǔ)器復(fù)位，使其各項(xiàng)參數(shù)處于初始位置，即處于開(kāi)機(jī)時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)程序狀態(tài)，以消除由于某種原因的程序紊亂。 單片機(jī)的復(fù)位電路有上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位兩種形式， RST 端的高電平直接由上電瞬間產(chǎn)生高電平則為上電復(fù)位；若通過(guò)按鈕產(chǎn)生高電平復(fù)位信號(hào)則稱(chēng)為手動(dòng)復(fù)位。圖 為兼有上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位的電路。 上電復(fù)位是利用電容充電來(lái)實(shí)現(xiàn)復(fù)位，其工作原理是：上電瞬間 RST 端的電位與VCC 相同，隨著電容 C6 充電電流的 減小， +5V 的電壓立即加到了 RST 端，該高電平使得單片機(jī)復(fù)位。 手動(dòng)復(fù)位是利用開(kāi)關(guān) K 來(lái)實(shí)現(xiàn)復(fù)位，此時(shí)電源 Vcc 經(jīng)兩電阻分壓，在 RST 端產(chǎn)生一個(gè)高電平，使得單片機(jī)復(fù)位。當(dāng) RST 由高變低后復(fù)位結(jié)束， CPU 從初始狀態(tài)開(kāi)始工作。 單片機(jī)的復(fù)位都是靠外部電路實(shí)現(xiàn)的，在本次設(shè)計(jì)中采用手動(dòng)復(fù)位，如圖 ： 武漢大學(xué)珞珈學(xué)院 電氣工程與自動(dòng)化 16 圖 單片機(jī)復(fù)位電路 單片機(jī)的時(shí)鐘電路 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 C5，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 所示電路。 一般地，電容 C1 和 C2 取 33pf 左右；晶體振蕩器，簡(jiǎn)稱(chēng)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。 圖 時(shí)鐘電路 武漢大學(xué)珞珈學(xué)院 電氣工程與自動(dòng)化 17 顯示電路 顯示模塊由發(fā)光二極管和 LED 顯示器組成。 （ Light Emiting Diode） 是發(fā)光二極管英文名稱(chēng)的縮寫(xiě)。本次設(shè)計(jì)中我們采用發(fā)光二極管主要是用來(lái)指示洗衣機(jī)的工作狀態(tài)。 5 個(gè)發(fā)光二極管分別跟單片機(jī)的 P1口的 5 個(gè) I/O 口連接，如圖 所示。當(dāng)發(fā)光二極管的負(fù)極所對(duì)應(yīng)的 P1 口為低電平時(shí)，發(fā)光二極管導(dǎo)通。 圖 發(fā)光二極管電路 顯示器是由發(fā)光二極管構(gòu)成的，所以在顯示器前面冠以“ LED”。本次設(shè)計(jì)只是顯示時(shí)間，所以采用 LED 顯示器 就可以達(dá)到 目的了。如圖 所示 : 圖 LED 顯示器電路 （ 1） LED 顯示器的結(jié)構(gòu) 常用的 LED 為 8 段或 7 段。每一個(gè)段對(duì)應(yīng)一個(gè)發(fā)光二極管。這種顯示器有共陽(yáng)極和共陰極 2 種。共陰極 LED 顯示器的發(fā)光二極管的陰極連在一起，通 常此公共陰極接地。 當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管的陽(yáng)極為高電平時(shí)，發(fā)光二極管點(diǎn)亮，相應(yīng)的段被顯示。同樣，共陽(yáng)極 LED 顯示器的發(fā)光二極管的陽(yáng)極連接在一起，通常此公共陽(yáng)極接正電壓，當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管接低電平時(shí)，發(fā)光二極管被點(diǎn)亮，相應(yīng)的段被顯示。 為了使 LED 顯示器顯示不同的符號(hào)或數(shù)字，就要把不同 段的發(fā)光二極管點(diǎn)亮，這武漢大學(xué)珞珈學(xué)院 電氣工程與自動(dòng)化 18 樣就要為 LED 顯示器提供代碼，因?yàn)檫@些代碼可使 LED 相應(yīng)的段發(fā)光，從而顯示不同字型，因此該代碼稱(chēng)之為段碼（或稱(chēng)為字型碼）。 （ 2） LED 顯示器工作原理 LED 顯示器有靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示 2 種方式。 LED 顯示器工作于靜態(tài)顯示方式時(shí)，各位的共陰極（共陽(yáng)極）連接在一起并接地（或 +5V）；每位的段碼線（ adp）分別與一個(gè) 8 位的鎖存器輸出相連。之所以稱(chēng)之為靜態(tài)顯示，是因?yàn)楦鱾€(gè) LED 的顯示字符一經(jīng)確定，相應(yīng)鎖存器鎖存的段碼輸出將維持不變，直到送入另一個(gè)的段碼為止。正因?yàn)槿绱耍o態(tài)顯示器的亮度都較 高，但靜態(tài)現(xiàn)實(shí)的缺點(diǎn)是占用口線太多，如果顯示器的位數(shù)太多，則需要加鎖存器，因此一般情況下采用動(dòng)態(tài)顯示。 在多位 LED 顯示時(shí)，為簡(jiǎn)化硬件電路，通常將所有位的段碼線相應(yīng)段并聯(lián)在一起，由 1 個(gè) 8 位 I/O 口控制，形成段碼線的多路復(fù)用，而各位的共陰極或共陽(yáng)極分別由相應(yīng)的 I/O 線控制，形成各位的分時(shí)選通。 本次設(shè)計(jì)中我們采用的是 2 位共陽(yáng)極數(shù)碼管，其中段碼線占用 1 個(gè) 8 位 I/O 口，即為 P0 口，而位選占用 2 個(gè) I/O 口，在 P2 口。由于各位的段碼線并聯(lián) ， 8 位 I/O 口輸出的段碼對(duì)各個(gè)顯示位來(lái)說(shuō)都是相同的。因此，在同一時(shí)刻，如果各位位 選都處于選通狀態(tài)的話， 2 位 LED 將顯示相同的字符。若要各位 LED 能夠顯示出與本位相應(yīng)的顯示字符，就必須采用動(dòng)態(tài)顯示，即在某一時(shí)刻，只讓一位的位選線處于選通狀態(tài)，而其他各位的位選處于關(guān)閉狀態(tài)，同時(shí)，段碼線上輸出相應(yīng)位要顯示的字符段碼。這樣，在同一時(shí)刻， 2 位 LED 中只有選通的那位顯示字符，而其他