基于51單片機(jī)智能洗衣機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

..基于51單片機(jī)智能洗衣機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

一：51單片機(jī)技術(shù)介紹1簡(jiǎn)介：51單片機(jī)是對(duì)目前所有兼容Intel8031指令系統(tǒng)的單片機(jī)的統(tǒng)稱。該系列單片機(jī)的始祖是Intel的8031單片機(jī),后來(lái)隨著Flashrom技術(shù)的發(fā)展,8031單片機(jī)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展,成為目前應(yīng)用最廣泛的8位單片機(jī)之一,其代表型號(hào)是ATMEL公司的AT89系列,它廣泛應(yīng)用于工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)之中。目前很多公司都有51系列的兼容機(jī)型推出,在目前乃至今后很長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)將占有大量市場(chǎng)。51單片機(jī)是基礎(chǔ)入門(mén)的一個(gè)單片機(jī),還是應(yīng)用最廣泛的一種。需要注意的是52系列的單片機(jī)一般不具備自編程能力。當(dāng)前常用的51系列單片機(jī)主要產(chǎn)品有：*Intel的：80C31、80C51、87C51,80C32、80C52、87C52等；*ATMEL的：89C51、89C52、89C2051等；*Philips、華邦、Dallas、Siemens<Infineon>等公司的許多產(chǎn)品目前,國(guó)產(chǎn)宏晶STC單片機(jī)以其低功耗、廉價(jià)、穩(wěn)定性能,占據(jù)著國(guó)內(nèi)51單片機(jī)較大市場(chǎng)。〔圖一：51單片機(jī)引腳圖一2結(jié)構(gòu)：·8位CPU·4kbytes程序存儲(chǔ)器<ROM><52為8K>·256bytes的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器<RAM>〔52有384bytes的RAM·32條I/O口線·111條指令,大部分為單字節(jié)指令·21個(gè)專用寄存器·2個(gè)可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器·5個(gè)中斷源,2個(gè)優(yōu)先級(jí)〔52有6個(gè)·一個(gè)全雙工串行通信口·外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器尋址空間為64kB·外部程序存儲(chǔ)器尋址空間為64kB·邏輯操作位尋址功能·雙列直插40PinDIP封裝·單一+5V電源供電CPU：由運(yùn)算和控制邏輯組成,同時(shí)還包括中斷系統(tǒng)和部分外部特殊功能寄存器；RAM：用以存放可以讀寫(xiě)的數(shù)據(jù),如運(yùn)算的中間結(jié)果、最終結(jié)果以及欲顯示的數(shù)據(jù)；ROM：用以存放程序、一些原始數(shù)據(jù)和表格；I/O口：四個(gè)8位并行I/O口,既可用作輸入,也可用作輸出；T/C：兩個(gè)定時(shí)/記數(shù)器,既可以工作在定時(shí)模式,也可以工作在記數(shù)模式；五個(gè)中斷源的中斷控制系統(tǒng)；一個(gè)全雙工UART〔通用異步接收發(fā)送器的串行I/O口,用于實(shí)現(xiàn)單片機(jī)之間或單片機(jī)與微機(jī)之間的串行通信；片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘產(chǎn)生電路,石英晶體和微調(diào)電容需要外接。最高振蕩頻率為12M?！?位CPU·4kbytes程序存儲(chǔ)器<ROM><52為8K>·256bytes的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器<RAM>〔52有384bytes的RAM·32條I/O口線·111條指令,大部分為單字節(jié)指令·21個(gè)專用寄存器·2個(gè)可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器·5個(gè)中斷源,2個(gè)優(yōu)先級(jí)〔52有6個(gè)·一個(gè)全雙工串行通信口·外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器尋址空間為64kB·外部程序存儲(chǔ)器尋址空間為64kB·邏輯操作位尋址功能·雙列直插40PinDIP封裝·單一+5V電源供電CPU：由運(yùn)算和控制邏輯組成,同時(shí)還包括中斷系統(tǒng)和部分外部特殊功能寄存器；RAM：用以存放可以讀寫(xiě)的數(shù)據(jù),如運(yùn)算的中間結(jié)果、最終結(jié)果以及欲顯示的數(shù)據(jù)；ROM：用以存放程序、一些原始數(shù)據(jù)和表格；I/O口：四個(gè)8位并行I/O口,既可用作輸入,也可用作輸出；T/C：兩個(gè)定時(shí)/記數(shù)器,既可以工作在定時(shí)模式,也可以工作在記數(shù)模式；五個(gè)中斷源的中斷控制系統(tǒng)；一個(gè)全雙工UART〔通用異步接收發(fā)送器的串行I/O口,用于實(shí)現(xiàn)單片機(jī)之間或單片機(jī)與微機(jī)之間的串行通信；片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘產(chǎn)生電路,石英晶體和微調(diào)電容需要外接。最高振蕩頻率為12M?！矆D二：8051內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖二設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)任務(wù)1.主要內(nèi)容：設(shè)計(jì)一個(gè)用單片機(jī)控制的洗衣機(jī)控制器。以單片機(jī)為主的控制器,擴(kuò)展必要的外部電路,設(shè)計(jì)制作一個(gè)洗衣機(jī)控制器。2.主要功能:1標(biāo)準(zhǔn)洗滌：洗滌12分鐘；漂洗6分鐘,二次；脫水3分鐘?？焖傧礈欤合礈?分鐘；漂洗3分鐘,二次；脫水2分鐘。2有啟動(dòng)／暫停按鈕控制：第一次啟動(dòng),標(biāo)準(zhǔn)洗滌；工作時(shí)按此按鈕暫停,再按則恢復(fù)工作。洗滌、漂洗4秒正轉(zhuǎn),停2秒,反轉(zhuǎn)4秒,停2秒。3有脫水功能,并且在脫水時(shí),如果打開(kāi)蓋板〔K2鍵模擬,脫水暫停。4洗滌時(shí)洗滌指示燈閃爍；漂洗時(shí)漂洗指示燈閃爍；脫水時(shí)脫水指示燈閃爍。洗衣機(jī)的設(shè)計(jì)方案本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)洗衣機(jī)整個(gè)洗衣過(guò)程的控制,包括用戶參數(shù)輸入、洗衣、漂洗、排水和脫水等階段?？刂葡到y(tǒng)主要由電源電路、單片機(jī)控制系統(tǒng)和外部硬件電路構(gòu)成。電源采用三端集成固定穩(wěn)壓器7805提供+5V電源,單片機(jī)控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)控制洗衣機(jī)的工作過(guò)程,主要由AT89S51單片機(jī)、2位共陽(yáng)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(dòng)機(jī)、進(jìn)水電磁閥、排水電磁閥組成。按鍵洗衣機(jī)面板上有4個(gè)按鈕K1、K2、K3、K4。1K1為啟動(dòng)鍵。K2用于模擬洗衣機(jī)的蓋板打開(kāi)。K3用于快速洗衣方式；當(dāng)脫水時(shí),模擬蓋板合閉。K4用于脫水。洗衣程序⑴洗滌過(guò)程通電后,若不選擇洗衣周期,則洗衣機(jī)從洗滌過(guò)程開(kāi)始。進(jìn)入洗滌過(guò)程,首先進(jìn)水閥接通,開(kāi)始向洗衣機(jī)供水,當(dāng)?shù)竭_(dá)要求水位時(shí),進(jìn)水閥斷電關(guān)閉,停止進(jìn)水；電機(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)總方框圖單片機(jī)主控系統(tǒng)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,通知用戶整個(gè)洗衣程序結(jié)束?？刂葡到y(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P2.0相連,另一端控制電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)且該端與P2.1相連。電控水龍頭共兩個(gè),一個(gè)為進(jìn)水水龍頭且受P1.6的控制,另一個(gè)為排水水龍頭而受P1.7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P3.5控制,當(dāng)P3.5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。3.2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C9、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。電源電路單片機(jī)控制電路AT89S51單片機(jī)主控系統(tǒng)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：AT89S51的引腳圖<1>輸入/輸出口線P0.0～P0.7P0口的8位雙向口線。P1.0～P1.7P1口的8位雙向口線；內(nèi)部具有上拉電阻。P2.0～P2.7P2口的8位雙向口線；內(nèi)部具有上拉電阻。P3.0～P3.7P3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P3口的第二功能口線第二功能信號(hào)名稱P3.0RXD串行數(shù)據(jù)接收P3.1TXD串行數(shù)據(jù)發(fā)送P3.2INT0外部中斷0的申請(qǐng)P3.3INT1外部中斷1的申請(qǐng)P3.4T0定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0計(jì)數(shù)輸入P3.5T1定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1計(jì)數(shù)輸入P3.6WR外部RAM寫(xiě)選通P3.7RD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XAL1、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: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)則稱為手動(dòng)復(fù)位。圖3.5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C4、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3.6所示電路。一般地,電容C1和C2取33pf左右；晶體振蕩器,簡(jiǎn)稱晶振,頻率范圍是1.2~12MHz。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11.0592MHz的晶振。而在本次設(shè)計(jì)中采用的是頻率為11.0592MHz的晶振。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。1.LED〔LightEmitingDiode是發(fā)光二極管英文名稱的縮寫(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3.7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3.7發(fā)光二極管電路2.LED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3.8LED顯示器電路〔1LED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,這樣就要為L(zhǎng)ED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?！?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〔a-dp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。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