【文章內(nèi)容簡介】 在子程序和中斷服務(wù)程序中要考慮現(xiàn)場的保護(hù)和恢復(fù)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(dú)立的較小的程序模塊分別設(shè)計(jì)以便于調(diào)試。具體設(shè)計(jì)時可采用自底向上或自頂向下的方法。3） 在進(jìn)行程序設(shè)計(jì)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(xué)關(guān)系即建立數(shù)學(xué)模型，然后繪制流程圖再根據(jù)流程圖，用匯編語言進(jìn)行具體程序的編寫。4） 在程序設(shè)計(jì)完成后利用相應(yīng)的開發(fā)工具和軟件進(jìn)行程序的匯編生成程序的機(jī)器碼?；?MCS51 單片機(jī)的洗衣機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 8 第 3 章 硬件設(shè)計(jì) 洗衣機(jī)的整體電路模塊該電路的主要組成部件由 AT89S51 單片機(jī)、74LS138 譯碼器、與門、指示燈、水位檢測機(jī)構(gòu)、電動機(jī)、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(jī)構(gòu)由玻璃管、浮子、金屬滑桿等組成。玻璃管與洗衣機(jī)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(diǎn)或最低點(diǎn)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(jī)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(qiáng)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(jī)有兩個控制端一段控制電機(jī)正向運(yùn)轉(zhuǎn)該端與 相連，另一端控制電機(jī)反向運(yùn)轉(zhuǎn)該端與 相連。電控水龍頭共兩只一只為進(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。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(dāng) 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。T1N4004*4 Vin 1GND2Vout3N78051234BRIDGE1C9GND1000u/25VC10100uC812VVCCXX 大學(xué)畢業(yè)論文 9 圖 31 電源部分電氣原理圖 數(shù)字控制電路 AT89S51 單片機(jī)主控模塊（1）單片機(jī)概述單片機(jī)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(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。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(jī)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(jī)主要用于計(jì)算機(jī)外設(shè)、實(shí)時控制、儀器儀表、通信和家用電器等各個領(lǐng)域是計(jì)算機(jī)技術(shù)和電子技術(shù)的綜合性應(yīng)用在不同應(yīng)用場合其技術(shù)要求各不相同，因此設(shè)計(jì)方法和研制的步驟不完全一樣。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)由硬件和軟件組成。硬件是指 MCU、存儲器、I/O 接口和外設(shè)等物理器件的有機(jī)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(jì)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(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(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)試等幾個階段它們有時交叉進(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。它的價格低廉功能強(qiáng)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(jī)的身影如門鈴、報(bào)警器、玩具以及各類數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等。（2）單片機(jī)的應(yīng)用1）在智能儀表中的應(yīng)用這是單片機(jī)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(jī)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(jī)電一體化中的應(yīng)用機(jī)電一體化產(chǎn)品是指集機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)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(jī)械工業(yè)發(fā)展的方向。3）在實(shí)時控制系統(tǒng)中的應(yīng)用單片機(jī)廣泛用于各種實(shí)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(jī)器人系統(tǒng)等各種實(shí)時控制系統(tǒng)。用單片機(jī)進(jìn)行實(shí)時系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理和控制保證系基于 MCS51 單片機(jī)的洗衣機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 10 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(jī)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的控制電路，例如洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)機(jī)、微波爐、電飯煲、收音機(jī)、電風(fēng)扇及許多高級電子玩具都配上了單片機(jī)。5）在其他方面的應(yīng)用單片機(jī)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(jì)算機(jī)外部設(shè)備、模糊控制等領(lǐng)域。基于單片機(jī)在各行各業(yè)中的廣泛應(yīng)用，社會對單片機(jī)越來越重視高校也紛紛開設(shè)單片機(jī)課程。學(xué)好單片機(jī)可以增加對電子產(chǎn)品的了解，擴(kuò)展產(chǎn)品開發(fā)的思路提高社會競爭力。但學(xué)習(xí)單片機(jī)有一定的挑戰(zhàn)性因?yàn)橐獙W(xué)好單片機(jī)必須掌握單片機(jī)的軟硬件。 （3）AT89S51 芯片的特點(diǎn)AT89S51[3]是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的底功耗高性能 CMOS8 位單片機(jī)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(biāo)準(zhǔn) 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(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)大底價位 AT89S51 單片機(jī)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(jì)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(biāo)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(jì)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(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)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)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(shí)現(xiàn)復(fù)（WDT ）電路可以起保護(hù)功能實(shí)現(xiàn)復(fù)位作用。XX 大學(xué)畢業(yè)論文 11 AT89S51 單片機(jī)作為控制部件. 該型號單片機(jī)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(zhǔn)雙向 I/O 口具有內(nèi)部上拉電阻。P2 口——8 位、準(zhǔn)雙向 I/O 口具有內(nèi)部上拉電阻。P3 口——8 位、準(zhǔn)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表 31。2）控制信號線RST——復(fù)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。XTALXTAL2——外部晶振引腳。以上就是關(guān)于本設(shè)計(jì)中用的單片機(jī) 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 1 外部中斷 1 申請 T0 定時器 0 外部事件計(jì)數(shù)輸入 T1 定時器 1 外部事件計(jì)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(jī)的洗衣機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 12 圖 32 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器 單片機(jī)的時鐘電路時鐘電路 [6]用于產(chǎn)生單片機(jī)工作所需的時鐘信號，單片機(jī)本身就如同一個復(fù)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(yán)格的按規(guī)定時序工作。單片機(jī)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 接入片內(nèi)。XTAL1 為振蕩器反相放大器和時鐘發(fā)生電路的輸入，XTAL2 為反相放大器的輸出。時鐘電路的接法有二種：當(dāng)使用片內(nèi)振蕩器時片外振蕩源和電容與 XTAL1 和 XTAL2 的接法如圖 33 的a）所示。當(dāng)使用晶體諧振器時 CC2=（30 10）pF ，當(dāng)使用陶瓷諧振器時?CC2= （40 10）pF。C1 和 C2 雖然沒有嚴(yán)格的要求但電容的大小影響振蕩器電路?的穩(wěn)定性和快速性通常選在 20pF 到 30pF。在設(shè)計(jì)電路板時晶振和電容等應(yīng)盡可能的靠近芯片以減小分布電容，保證振蕩器振蕩的穩(wěn)定性。特殊功能寄存器數(shù)據(jù)緩沖區(qū)位尋址區(qū)128 位工作寄存器區(qū)4 組 R0R7FFH80H7FH30H2FH20H1FH10HXX 大學(xué)畢業(yè)論文 13 當(dāng)使用外部振蕩器信號時外部始終信號接入 XTAL1 引腳 XTAL2 引腳懸空如圖 33 的 b）所示。對外部時鐘信號的占空比沒有要求但高低電平持續(xù)時間應(yīng)不短于20ms。本次設(shè)計(jì)采用圖 33 的 a）中的時鐘電路的接法晶振取 。 a) b） 圖 33 時鐘電路 單片機(jī)的復(fù)位電路 復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，其主要功能是把 PC 初始化為 0000H 使單片機(jī)從0000H 單元開始執(zhí)行程序。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)由于程序運(yùn)行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，為了擺脫困境也需要按復(fù)位鍵以重新啟動。在振蕩器工作時將 RST 腳保持至少兩個機(jī)器周期高電平，12 時鐘模式為 24 個振蕩器周期，6 時鐘模式為 12 振蕩器周期可實(shí)現(xiàn)復(fù)位，為了保證上電復(fù)位的可靠 RST 保持高電平的時間至少為振蕩器啟動時間，通常為幾個毫秒再加上兩個機(jī)器周期，復(fù)位后振蕩器以 12 時鐘模式運(yùn)行，當(dāng)已通過并行編程器設(shè)置為 6 時鐘模式時除外。單片機(jī)在 RESET 為高電平控制下程序計(jì)數(shù)器（PC）和特殊功能寄存器的復(fù)位如表3－2 所示。單片機(jī)的復(fù)位并不影響芯片內(nèi)部 RAM 狀態(tài)只要 RESET 引腳保持高電平單片機(jī)將循環(huán)復(fù)位。在復(fù)位有效期間內(nèi) ALE﹑PSEN 將輸出高電平。表 32 復(fù)位后寄存器狀態(tài) [7]寄存器 復(fù)位狀態(tài) 寄存器 復(fù)位狀態(tài)PC 0000H TMOD 00HACC 00H TCON 00HXTAL2XTAL1GNDXTAL2XTAL1GNDNC外部震蕩信號基于 MCS51 單片機(jī)的洗衣機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 14 B 00H TL0 00HPSW 00H TH0 00HSP 07H TL1 00HDPTR 0000H TH1 00HP0—P3 0FFH SCON 00HIP 000000B SBUF 不定IE 0000000 PCON 00000單片機(jī)的復(fù)位電路有上電復(fù)位和手動按鈕復(fù)位兩種形式，RST/VPD 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；若通過按鈕產(chǎn)生高電平復(fù)位信號稱為手動按鈕復(fù)位。圖 34 為兼有上電復(fù)位與按鈕復(fù)位的電路。圖中上電瞬間 RST 端的電位與Vcc 相同隨著電容充電電流的減小，+5V 立即加到了 RST/VPD 端該高電平使 8051 復(fù)位。 若運(yùn)行過