【文章內(nèi)容簡介】 設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、系統(tǒng)調(diào)試等。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。目前在各類產(chǎn)品中都能看到單片機(jī)的身影如門鈴、電梯、玩具以及各種數(shù)據(jù)采用系統(tǒng)中等。 芯片的特點(diǎn)AT89S51 是美國 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)可為你提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場合，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1000 次擦寫周期長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 全靜態(tài)工作模式 0Hz33MHz128*8 字節(jié)內(nèi)部 RAM32 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，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，如圖 32 所示：圖 32 AT89S51 的引腳圖(MOSI)7CK8RT9XDNWALGEVU長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 （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。還具有第二功能見表 31。表 31 P3 口的第二功能口線 第二功能 信號(hào)名稱 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 INT1 外部中斷 1 的申請 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/VCC外部程序存貯器訪問允許信號(hào)/編程電壓輸入端，當(dāng) EA 信號(hào)為低電平時(shí)，對 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 ROM 的讀操作是從內(nèi)部程序存儲(chǔ)器開始的，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)/編程脈沖輸入端長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 （3）電源和外部晶振引腳VCC電源電壓輸入引腳GND電源地XALXTAL2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)單元供用戶暫存中間數(shù)據(jù)，可讀可寫，掉電后數(shù)據(jù)會(huì)丟失；高 128 個(gè)單元被專用寄存器占用。 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；若通過按鈕產(chǎn)生高電平復(fù)位信號(hào)則稱為手動(dòng)復(fù)位。上電復(fù)位是利用電容充電來實(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 C9 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)位是利用開關(guān)是 S1 來實(shí)現(xiàn)復(fù)位，電源 VCC 經(jīng)兩電阻分壓，在 RST 端產(chǎn)生一個(gè)高電平，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)開始工作。單片機(jī)的復(fù)位是靠外部電路實(shí)現(xiàn)，在本次設(shè)計(jì)中采用手動(dòng)復(fù)位，如圖 33 所示：長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 圖 33 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 CC11，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 34 所示電路。一般地，電容 C10 和 C11 取 33pf 左右；晶體振蕩器，簡稱晶振，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。S1KR570uFC9GNDVET長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 圖 34 時(shí)鐘電路 顯示電路顯示模塊由發(fā)光二極管和 LED 顯示器組成。（Light Emitting Diode）是發(fā)光二極管英文名稱的縮寫。本次設(shè)計(jì)中我們采用發(fā)光二極管主要是用來指示洗衣機(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 35 所示。當(dāng)發(fā)光二極管的負(fù)極所對應(yīng)的P1 口為低電平時(shí)，發(fā)光二極管導(dǎo)通。 圖 35 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 36 所示:長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 圖 36 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)段對應(yīng)一個(gè)發(fā)光二極管。這種顯示器有共陽極和共陰極 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，共陽極 LED 顯示器的發(fā)光二極管的陽極連接在一起，通常此公共陽極接正電壓，當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管陰極接低電平時(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，因此該代碼稱之為段碼（或稱為字型碼） 。（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?，靜態(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。Q5PNAfg3e4d6cDb9a0SpymrCV長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 在多位 LED 顯示時(shí)，為簡化硬件電路，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 口輸出的段碼對各個(gè)顯示位來說都是相同的。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 1 位則是熄滅的。同樣，在下一時(shí)刻，只讓下一位的位選處于選通狀態(tài)，而其他各位的位選線處于關(guān)閉狀態(tài)，在段碼線上輸出將要顯示字符的段碼，則同一時(shí)刻，只有選通位顯示出相應(yīng)的字符，而其他各位都是熄滅的。如此循環(huán)下去，就可以使各位顯示出將要顯示的字符。雖然這些字符是在不同時(shí)刻出現(xiàn)的，而在同一時(shí)刻，只有一位顯示，其他各位熄滅，但由于 LED 顯示器的余輝和人眼的視覺暫留作用，只要每位顯示間隔足夠短，則可以造成多位同時(shí)亮的假象，達(dá)到同時(shí)顯示的效果。 蜂鳴器報(bào)警電路本設(shè)計(jì)采用無源蜂鳴器，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 20200dB。通過 CPU 的 輸出高電平來控制蜂鳴器報(bào)警。如圖 37 所示：VCQ3NPGD5LS長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 圖 37 蜂鳴器報(bào)警電路 電動(dòng)機(jī)的控制電路繼電器是在自動(dòng)控制電路中起控制與隔離作用的執(zhí)行部件，它實(shí)際上是一種可以用低電壓、小電流來控制高電壓、大電流的自動(dòng)開關(guān)。電動(dòng)機(jī) M 控制部分的電氣原理圖如圖 38 所示。電動(dòng)機(jī)有兩個(gè)控制端，一端控制電機(jī)正傳該端與 相連，另一端控制電機(jī)反轉(zhuǎn)該端與 相連。系統(tǒng)供電時(shí)交流 220V 電壓經(jīng)過繼電器加在電動(dòng)機(jī)的兩個(gè)控制端。當(dāng)洗衣機(jī)接到“正轉(zhuǎn)”指令時(shí) 輸出高電平經(jīng)過 R2Q4 使得繼電器 KD 線圈得電導(dǎo)通 KD，從而使得電機(jī)正轉(zhuǎn)。當(dāng)洗衣機(jī)接到“反轉(zhuǎn)”的指令時(shí) 輸出高電平經(jīng)過 R2Q7 使得繼電器KC 線圈得電導(dǎo)通 KC，從而使得電機(jī)反轉(zhuǎn)。 長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 圖 38 電動(dòng)機(jī)的控制電路 進(jìn)水、排水電路 如圖 39 所示，進(jìn)水閥受 的控制，出水閥受 的控制。當(dāng)電控水龍頭的控制端 為“0”時(shí)，KA 線圈得電使得進(jìn)水閥打開。當(dāng)電控水龍頭的控制端 為“0”時(shí)，KB 線圈得電使得出水閥打開。圖 39 進(jìn)水、排水電路業(yè)SYMKABQ1PN2R64VCL7GD長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 第 4 章 軟件設(shè)計(jì) 主程序設(shè)計(jì)根據(jù)硬件設(shè)計(jì)要求控制主程序流程圖如圖 41 所示。洗衣機(jī)通電之后單片機(jī)上電首先進(jìn)行程序的