【文章內(nèi)容簡介】 電源采用三端集成固定穩(wěn)壓器 7805 提供 +5V 電源，單片機控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)控制洗衣機的工作過程，主要由 AT89S51 單片機、 2 位共陽數(shù)碼管、按鍵、蜂鳴器、 LED 指示燈組成；外部硬件電路有繼電器、三極管、電動機、進水電磁閥、排水電磁閥組成。 按鍵 洗衣機面板上有 4 個按鈕 K K K K4。 1K1 為啟動鍵。 K2 用于模擬洗衣機的蓋板打開。 K3 用于快速洗衣方式；當(dāng)脫水時，模擬蓋板合閉。 K4 用于脫水 。 洗衣程序 ⑴洗滌過程 通電 后，若不選擇洗衣周期，則洗衣機從洗滌過程開始。進入洗滌過程，首先進水閥接通，開始向洗衣機供水，當(dāng)?shù)竭_要求水位時，進水閥斷電關(guān)閉，停止進水；電機 M 接通，帶動波輪旋轉(zhuǎn)，形成洗衣水流。電機 M 是一個正反轉(zhuǎn)電機，可以形成往6 返水流，有利于洗滌衣物。 ⑵漂洗過程 與洗滌過程操作相同，只是時間短一些。 ⑶脫水過程 洗滌或漂洗過程結(jié)束后，電機 M 停止轉(zhuǎn)動，排水閥 M 接通，開始排水。排水閥動作的同時，電機 M 也接通，使電機可以帶動內(nèi)桶轉(zhuǎn)動。當(dāng)水位低到一定值，再經(jīng)過一段時間后，電機開始正轉(zhuǎn)，帶動內(nèi)桶高速旋轉(zhuǎn)，甩干衣物。 設(shè) 計總方框圖 圖 設(shè)計總方框圖 控制系統(tǒng)的功能 基于單片機洗衣機通過控制系統(tǒng)設(shè)定洗衣程序在洗滌脫水桶內(nèi)自動完成注水、洗滌、漂洗、排水和脫水全過程。洗衣時控制系統(tǒng)打開進水電磁閥開始注水；當(dāng)洗滌脫水桶內(nèi)的水位達到系統(tǒng)設(shè)定值時單片機發(fā)送一個低電平通知控制系統(tǒng)關(guān)閉進水電磁閥，同時啟動電機洗衣。電機在系統(tǒng)的控制下進行正轉(zhuǎn)、停、反轉(zhuǎn)通過傳動帶動波輪執(zhí)行洗滌程序；當(dāng)洗滌時間終了，控制系統(tǒng)切斷電機電路打開排水電磁閥開始排水；然后再次注水，洗衣機進入漂洗狀態(tài)，完成漂洗程序（通常為 2 次漂洗） 后，開始排水，同時排水電磁閥的動作并且松開為脫水程序作好準(zhǔn)備； 排水結(jié)束后系統(tǒng)控制電機單方向高速運轉(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斷電，排水閥復(fù)位，同時蜂鳴器奏響，通知用戶整個洗衣程序結(jié)束。 單片機主控系統(tǒng) 電機控制電路 蜂鳴器報警電路 電源電路 進水、排水電路 復(fù)位電路 時鐘電路 顯示電路 7 第 3 章 硬件設(shè)計 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、指示燈、電動機、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。電動機有兩個控制端，一端控制電動機正轉(zhuǎn)且該端與 相連，另一端控制電動機的反轉(zhuǎn)且該端與 相連。電控水龍 頭共兩個，一個為進水水龍頭且受 的控制，另一個為排水水龍頭而受 的控制，當(dāng)電控水龍頭的控制端為“ 0”時水龍頭打開，當(dāng)電控水龍頭的控制端為“ 1” 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。蜂鳴器有由 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 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 單片機系統(tǒng)電源部分的電氣原理圖如圖 所示。市電 220V 經(jīng)過變壓器 T 變 壓為12V 交流電，再通過 4 只二極管全橋整流，經(jīng)過電容 C C10 濾波得到光滑的直流電壓后，經(jīng)過三端穩(wěn)壓管（ 7805）穩(wěn)壓得到穩(wěn)定的 +5V 電壓給各器件供電。 單片機主控系統(tǒng) 電機控制電路 蜂鳴器報警電路 電源電路 進水、排水電路 復(fù)位電路 時鐘電路 顯示電路 8 圖 電源電路 單片機控制電路 AT89S51 單片機主控系統(tǒng) （ 1） 單片機的概述 單片機又稱微控制器或嵌入式控制器?，F(xiàn)在的智能家電沒有一個不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。 單片機主要應(yīng)用在計算機外設(shè)、實時控制、儀器儀表、通信和家用電器等各個地方是計算機技 術(shù)和電子技術(shù)的綜合性應(yīng)用，在不同的應(yīng)用場合其技術(shù)要求各不相同，因此設(shè)計方案和研發(fā)的步驟也完全不一樣。 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。在開發(fā)過程中它們的設(shè)計是不能完全分開的，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，而且它們有時交叉進行。 單片機是現(xiàn)代電子設(shè)計中使用最廣泛的電子元件。它價廉，但是功能強大、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、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 AT89S51 是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的低功耗高性能 CMOS8 位單片機內(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)方法進行編程及通用 8 位微處理器于芯片中， ATMEL 公司的功能強大低價位AT89S51 單片機可位你提供許多高性價比的應(yīng)用場合，可靈活應(yīng)用于各個控制領(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 9 1000 次擦寫周期 全靜態(tài)工作模式 0Hz33MHz 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 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)或葉寫模式），此外 AT89S51 設(shè)計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)，停止芯片其他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。硬件復(fù)位電路主要是實現(xiàn)復(fù)位功能，當(dāng)單片機運行出現(xiàn)死循環(huán)時復(fù)位電路就可以起保護功能而實現(xiàn)復(fù)位作用。 AT89S51 單片機作為控制部件，該型號單片機共有 40 個引腳采用雙列直插式的，下面是各個引腳的功能： 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。還具有第二功能見表 31。 10 表 31 P3口的第二功能 口線 第二功能 信號名稱 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 定時器 /計數(shù)器 0 計數(shù)輸入 T1 定時器 /計數(shù)器 1 計數(shù)輸入 WR 外部 RAM 寫選通 RD 外部 RAM 讀選通 2） 控制信號線 RST復(fù)位輸入信號高電平有效 ,用以完成單片機的復(fù)位初始化操作。 EA/Vpp外部程序存貯器訪問允許信號 /編程電壓輸入端，當(dāng) EA 信號為低電平時，對 ROM 的讀操作限定在外部程序存儲器；當(dāng) EA 信號為高電平時，對 ROM 的讀操作是從內(nèi)部程序存儲器開始的，并可延至外部程序存儲器。 PSEN低電平有效，可實現(xiàn)對外部 ROM 單元的讀操作。 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 XAL XTAL2外部晶振引腳 4） 存儲器的分配 AT89S51 的內(nèi)部共有 256 個數(shù)據(jù)存儲單元，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，其中低 128 個單元供用戶暫存中間數(shù)據(jù)，可讀可寫，掉電后數(shù)據(jù)會丟失；高 128 個單元被專用寄存器占用。 其中內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器的分配情況如圖 所示 : 11 圖 數(shù)據(jù)存儲器的分配情況圖 單片機的復(fù)位電路 復(fù)位電路的作用是復(fù)位。在單片機接上電源以后，或電源出現(xiàn)過低電壓時，將單片機存儲器復(fù)位，使其各項參 數(shù)處于初始位置，即處于開機時的標(biāo)準(zhǔn)程序狀態(tài)，以消除由于某種原因的程序紊亂。 單片機的復(fù)位電路有上電復(fù)位和手動復(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)位信號則稱為手動復(fù)位。圖 為兼有上電復(fù)位和手動復(fù)位的電路。 上電復(fù)位是利用電容充電來實現(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復(fù)位。 手動復(fù)位是利用開關(guān) K 來實現(xiàn)復(fù)位，此時電源 Vcc 經(jīng)兩電阻分壓，在 RST 端產(chǎn)生一個高電平，使得單片機復(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。 單片機的復(fù)位都是靠外部電路實現(xiàn)的，在本次設(shè)計中采用手動復(fù)位，如圖 ： 12 圖 單片機復(fù)位電路 單片機的時鐘電路 時鐘電路由晶振元件與單片機內(nèi)部電路組成，產(chǎn)生的振蕩頻率為單片機提供時鐘信號，供單片機信號定時和計時。 在 AT89S51 單片機內(nèi)部有一個高增益反相放大器，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)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。本設(shè)計 采用圖 所示電路。 一般地，電容 C1 和 C2 取 33pf 左右；晶體振蕩器，簡稱晶振，頻率范圍是~12MHz。晶振頻率越高，系統(tǒng)的時鐘頻率也就越高，單片機的運行速度也就越快。在通常情況下，使用振蕩頻率為 6MHz 或 12MHz 的晶振。如果系統(tǒng)中使用了單片機的串行口通信，則一般使用頻率為 的晶振。而在本次設(shè)計中采用的是頻率為 的晶振。 圖 時鐘電路 13 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)光二極管英文名稱的縮寫。本次設(shè)計中我們采用發(fā)光二極管主要是用來指示洗衣機的工作狀態(tài)。 5 個發(fā)光二極管分別跟單片機的 P1口的 5 個 I/O 口連接，如圖 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，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)計只是顯示時間，所以采用 LED 顯示器 就可以達到目的了。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 個段對應(yīng)一個發(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)某個發(fā)光二極管的陽極為高電平時，發(fā)光二極管點亮，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)某個發(fā)光二極管接低電平時，發(fā)光二極管被點亮，相應(yīng)的段被顯示。 為了使 LED 顯示器顯示不同的符號或數(shù)字，就要把不同段的發(fā)光二極管點亮，這14 樣就要為 LED 顯示器提供代碼，因為這些代