【正文】 制；傳感器用來控制水位；蜂鳴器用來當水位超過報警值時的報警。利用單片機處理由按鍵及傳感器輸入的信號，將其轉(zhuǎn)化成控制信號控制洗衣機的工作狀態(tài)，實現(xiàn)自動控制功能。電路硬件框圖如圖 11所示： 設計方案二 這種設計方案包括按鍵，發(fā)光二級管， LCD 液晶顯示屏， S8550 型三極管，步進電動機， ULN2020 芯片，超聲波測距儀，蜂鳴器和單片機。系統(tǒng)中單片機為主控制芯片，是整個系統(tǒng)的核心。并將洗衣機當前的工作狀態(tài)和此狀態(tài)的剩余工作時間通過發(fā)光二極管和數(shù)碼管顯示出來。尤其 是在時間設置上是各個工作狀態(tài)的時間分開設置，這勢必會造成程序的復雜，后果就是給程序運行的流暢性帶來困難，且水位測量使用的是壓力傳感器，這個很難實現(xiàn)。 第二種方案雖說沒有充分利用了單片機的各個接口，使用的元器件也很少，但也較好的實現(xiàn)了洗衣機的功能。采用超聲波來測水位很容易實現(xiàn)，程序編寫上也很簡潔。 綜上所述，最終決定采用方案二。由三個按鍵組成， 一個按鍵用來控制系統(tǒng)是開始運行還是暫停運行，這個按鍵還和洗衣機艙門連接，既洗衣機運行過程中打開艙門就會觸發(fā)該按鍵；一個按鍵用來設置總的工作時間；一個按鍵用來控制電機轉(zhuǎn)速。 ULN2020 芯片的作用是幫助單片機驅(qū)動步進電機，因為單片機的接口信號 是 無法直接 驅(qū)動步進電機。超聲波測距儀的 作用是測量水面距洗衣機平面的距離，高于或低于警戒水位就會報警 。 蜂鳴器的作用是當 水位超過或低于警戒值時報警。晶振采用 12MHz 的晶振。 該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。 AT89C 單片機為很多 嵌入式控制系統(tǒng) 提供了一種靈活性高且價廉的方案。同時， AT89C51 可降至 0Hz 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。掉電方式保存 RAM 中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復位。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 STC89C52 為江蘇技術師范學院畢 業(yè)設計說明書 (論文 ) 第 7 頁 共 41 頁 眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。另外 STC89C52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2種軟件可選擇節(jié)電模式。掉電保護方式下， RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。 兩者比較下來，并無多大區(qū)別，都同樣 與工業(yè)標準的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容 。而 STC89C52 除了有這些功能外，還有看門狗定時器和內(nèi)置的 4KB EEPROM， MAX810 復位電路。在程序編寫上 STC89C52 可以支持串口直接下載程序 .AT89C51 需要價格昂貴的專門編程器才可燒寫程序，所以選擇 STC89C52。 ALE/PROG(Pin30)：地址鎖存允許信號 PSEN(Pin29)：外部存儲器讀選通信號 EA/VPP(Pin31)：程序存儲器的內(nèi)外部選通，接低電平從外部程序存儲器讀指令，如果接高電平則從內(nèi)部程序存儲器讀指令。 PO 口（ Pin39～ Pin32）： 8位雙向 I/O 口線，名稱為 ～ P1 口（ Pin1～ Pin8）： 8位準雙向 I/O 口線，名稱為 ～ 江蘇技術師范學院畢 業(yè)設計說明書 (論文 ) 第 8 頁 共 41 頁 P2 口（ Pin21～ Pin28）： 8位準雙向 I/O 口線，名稱為 ～ P3 口（ Pin10～ Pin17）： 8位準雙向 I/O 口線，名稱為 ～ STC89C52 型單片機主要功能如表 21 所示： 表 21 STC89C52 型單片機主要功能 主要功能特性 兼容 MCS51 指令系統(tǒng) 8K可反 復擦寫 Flash ROM 32 個雙向 I/O 口 256x8bit 內(nèi)部 RAM 3 個 16位可編程定時 /計數(shù)器中斷 時鐘頻率 024MHz 2 個串行中斷 可編程 UART 串行通道 2 個外部中斷源 共 5 個中斷源 2 個讀寫中斷口線 3級加密位 低功耗空閑和掉電模式 軟件設置睡眠和喚醒功能 外 圍電路 時鐘電路 STC89C52 內(nèi)部有一個用于構成振蕩器的高增益反相放大器，引腳 XTAL1 和 XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。時鐘電路如圖 21（ a）所示，在 XTAL1 和 XTAL2 引腳上外接定時元件，內(nèi)部振蕩器就產(chǎn)生自激振蕩。與其他單片機需要在晶振外并聯(lián)電容不同， STC89C52 型單片機在晶振外不并聯(lián)電容，這樣更利于起振 方案二：采用外部方式。對外部振蕩信號無特殊要求，只要求保證脈沖寬度，一般采用頻率低于 12MHz的方波信號。 這里的時鐘電路將采用內(nèi)部方式，這個方式簡單易實現(xiàn)，且產(chǎn)生的時鐘精準。 圖 21 時鐘電路 (a) 內(nèi)部方式時鐘電路 XTAL11 XTAL2 (b) 外部方式時鐘電路 外部振蕩器 +5V XTAL1 XTAL2 江蘇技術師范學院畢 業(yè)設計說明書 (論文 ) 第 9 頁 共 41 頁 復位電路 復位是單片機的初始化操作。除了進入系統(tǒng)的正常初始化之外，當由于程序運行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，為擺脫困境，也需要重新啟動。整個復位電路包括芯片內(nèi)、外兩部分。 方案一：上電自動復位。這佯，只要電源 Vcc 的上升時間不超過 1ms，就可以實現(xiàn)自動上電復位，即接通電源就成了系統(tǒng)的復位初始化。是通過使復位端與電源 Vcc 接通而實現(xiàn)的，其電路如圖 22（ b）。 RESET 是高電平復位，當 5V電源開始供電時，電容開始充電，這時電阻上就會有電流產(chǎn)生，這樣就會有電壓加到 RESET 引腳上，單片機開始復位。在 RESET 引腳上高電平要持續(xù)兩個機器周期以上時間才能取得復位效果。根據(jù)電容充電時間計算公式：t=RC。電容放電回路中由于沒有電路，因此放電時間很短，而 人 按鍵的 動作再快也會使按鈕保持接通達數(shù)十毫秒 ， 因此完全可以使電容充分放電。輸出電壓為 5V，最大輸出電流為 ，如果能夠提供足夠的散熱片，就能提供大于 的輸出電流。當接入適當?shù)耐獠科骷?，就能獲得各種不同的電壓和電流。 AMS1117 有兩個版本 :固定輸出版本和可調(diào)版本 ,這里將選用固定版輸出電壓為 ,它具有 1％的精度。 兩者比較下來，都是輸出穩(wěn)定的 5V電壓，但 7805 的輸出電流比 AMS1117 大，同樣功耗也就比 AMS1117 大，在工作時會產(chǎn)生更多的熱量。所以，本次設計選擇 AMS1117 穩(wěn)壓器。 AMS1117 的管腳圖如圖 23（ a）所示 . AMS1117 各管腳功能： 1 GND； 2 VOUT； 3 VINT。在穩(wěn)壓模塊的輸入端串聯(lián)一個二極管，用來保護當電源正負極接反時，可以起到保護電路的作用。電路中二極管要有足夠高的方向耐壓值已經(jīng)正向?qū)娏?，這里選擇 IN4007 整流二極管，他的額定輸出電流為 1A， 反 向擊穿電壓為 1000V，完全可以滿足這里的要求。C 工作結(jié)溫范圍 TJ 150 176。C 功耗 PD 內(nèi)部限制 (注 1) mW ESD 能力（最小值） ESD 2020 V 注 1：最大允許功耗是最大工作結(jié)溫 TJ (max)，結(jié)對空熱阻θ JA 和環(huán)境溫度 Tamb的函數(shù)。不同封裝類型的結(jié)對空熱阻θ JA 是不同的， 由封裝技術決定。此種方案是在單片機上接上繼電器，然后把交流電機接入繼電器上。 方案二：用 5V 步進電機。由于單片機不能直接驅(qū)動步進電機，因此需要在單片機與電機之間增加一個驅(qū)動放大電路。 28BYJ48 型步進電機 28BYJ48 型四相八拍電機，驅(qū)動電壓為輸入 DC5V。每一個脈沖信號對應步進電機的某一相或兩相繞組的通電狀態(tài)改變一次，也就 對應轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一定的角度（一個步距角）。四相步進電機可以在不同的通電方式下運行，常見的通電方式有單（單相繞組通電）四拍（ ABCDA178。178。178。），八拍（ AABBBCCCDDDAA178。178。 江蘇技術師范學院畢 業(yè)設計說明書 (論文 ) 第 12 頁 共 41 頁 28BYJ48型步進電機外部導線如圖 24所示： 本次設計將使步進電機進行八拍運行。 ULN2020 驅(qū)動芯片 根據(jù)表 23可知，步進電機在運行時需要向單片機輸入電流，而 STC89C52 型單片機的 IO 口最大灌電流輸入為 20mA，步進電機在工作時則會輸出 25mA 的電流， 這樣會燒壞單片機，所以 必須要再單片機接口與步進電機間增加驅(qū)動電路。 ULN2020是高耐壓、大電流達林頓陳列 ,由七個硅 NPN 達林頓管組成。因此 ULN2020 是大電流驅(qū)動陣列 ,多用于單片機、智能儀表、 PLC、數(shù)字量輸出卡等控制電路中。輸入 5VTTL電平，輸出可達 500mA/50V。 UNL2020 極限參數(shù)如表 24所示： 表 24 ULN2020 極限參數(shù)（若無其它規(guī)定， Tamb=25℃） 參數(shù)名稱 符號 數(shù)值 單位 輸入電壓 VIN 30 V 輸入電流 IIN 25 mA 功耗 PD 1 W 工作環(huán)境溫度 Topr 20to+85 ℃ 貯 存溫度 Tstg 55to+150 ℃ 單片機控制及驅(qū)動 由 表 23所列出的步進電機驅(qū)動方式所知，步進電機的四根信號線要按照一定的時間規(guī)律接低電平，但步進電機的四根信號線是接在 ULN2020 驅(qū)動芯片上的，因此 ULN2020輸出端要輸出低電平。因此單片機相應的接口也就要輸出高電平了，單片機對應接口信號如表 25所示： 表 25 單片機電機對應接口信號 橙 黃 粉 藍 十六制（ P1 口） 1 0 0 0 0x08 1 1 0 0 0x0c 0 1 0 0 0x04 0 1 1 0 0x06 0 0 1 0 0x02 0 0 1 1 0x03 0 0 0 1 0x01 1 0 0 1 0x09 上表為逆時針旋轉(zhuǎn)方向，所以可以定義旋轉(zhuǎn)相序： uchar code CCW[8]={0x08,0x0c,0x04,0x06,0x02,0x03,0x01,0x09}。//正時鐘旋轉(zhuǎn)相序表 江蘇技術師范學院畢 業(yè)設計說明書 (論文 ) 第 14 頁 共 41 頁 步進電機控制及驅(qū)動接線如圖 26所示： 單片機 IO 口輸出高電平時，雖說輸出電壓有 4V 左右，但輸出電流是很微弱的，只有幾十微安，這是無法驅(qū)動 ULN2020 使之判斷輸入端為高電平的，因此需要在單片機 IO與 ULN2020 輸入端之間添加上拉電阻，以達到增大驅(qū)動電流的目的。電阻 R=電壓 U/電流 I，則 R=5/1=5KΩ，查 閱電阻標稱值，最終選擇阻值為 。 顯示模塊及電路 顯示器件選擇比較 方案一：共陰極數(shù)碼管。因為采用動態(tài)顯示，因此還需要為數(shù)碼管準備一個位選信號產(chǎn)生電路。 方案二： LCD1602 液晶顯示器。 兩種方案比較下來，共陰極數(shù)碼管固然便宜，但他得外圍電路比較復雜，不僅要驅(qū)動電路，還要位選電路，而且，顯示的內(nèi)容也很單一，只有 0～ 9數(shù)字顯示。所以本設計選擇 LCD1602 液晶