基于51單片機智能洗衣機的控制系統(tǒng)設計

..基于51單片機智能洗衣機的控制系統(tǒng)設計

一：51單片機技術(shù)介紹1簡介：51單片機是對目前所有兼容Intel8031指令系統(tǒng)的單片機的統(tǒng)稱。該系列單片機的始祖是Intel的8031單片機,后來隨著Flashrom技術(shù)的發(fā)展,8031單片機取得了長足的進展,成為目前應用最廣泛的8位單片機之一,其代表型號是ATMEL公司的AT89系列,它廣泛應用于工業(yè)測控系統(tǒng)之中。目前很多公司都有51系列的兼容機型推出,在目前乃至今后很長的一段時間內(nèi)將占有大量市場。51單片機是基礎入門的一個單片機,還是應用最廣泛的一種。需要注意的是52系列的單片機一般不具備自編程能力。當前常用的51系列單片機主要產(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,國產(chǎn)宏晶STC單片機以其低功耗、廉價、穩(wěn)定性能,占據(jù)著國內(nèi)51單片機較大市場?！矆D一：51單片機引腳圖一2結(jié)構(gòu)：·8位CPU·4kbytes程序存儲器<ROM><52為8K>·256bytes的數(shù)據(jù)存儲器<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個專用寄存器·2個可編程定時/計數(shù)器·5個中斷源,2個優(yōu)先級〔52有6個·一個全雙工串行通信口·外部數(shù)據(jù)存儲器尋址空間為64kB·外部程序存儲器尋址空間為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：由運算和控制邏輯組成,同時還包括中斷系統(tǒng)和部分外部特殊功能寄存器；RAM：用以存放可以讀寫的數(shù)據(jù),如運算的中間結(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8位并行I/O口,既可用作輸入,也可用作輸出；T/C：兩個定時/記數(shù)器,既可以工作在定時模式,也可以工作在記數(shù)模式；五個中斷源的中斷控制系統(tǒng)；一個全雙工UART〔通用異步接收發(fā)送器的串行I/O口,用于實現(xiàn)單片機之間或單片機與微機之間的串行通信；片內(nèi)振蕩器和時鐘產(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程序存儲器<ROM><52為8K>·256bytes的數(shù)據(jù)存儲器<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個專用寄存器·2個可編程定時/計數(shù)器·5個中斷源,2個優(yōu)先級〔52有6個·一個全雙工串行通信口·外部數(shù)據(jù)存儲器尋址空間為64kB·外部程序存儲器尋址空間為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：由運算和控制邏輯組成,同時還包括中斷系統(tǒng)和部分外部特殊功能寄存器；RAM：用以存放可以讀寫的數(shù)據(jù),如運算的中間結(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8位并行I/O口,既可用作輸入,也可用作輸出；T/C：兩個定時/記數(shù)器,既可以工作在定時模式,也可以工作在記數(shù)模式；五個中斷源的中斷控制系統(tǒng)；一個全雙工UART〔通用異步接收發(fā)送器的串行I/O口,用于實現(xiàn)單片機之間或單片機與微機之間的串行通信；片內(nèi)振蕩器和時鐘產(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)圖二設計方案設計任務1.主要內(nèi)容：設計一個用單片機控制的洗衣機控制器。以單片機為主的控制器,擴展必要的外部電路,設計制作一個洗衣機控制器。2.主要功能:1標準洗滌：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／暫停按鈕控制：第一次啟動,標準洗滌；工作時按此按鈕暫停,再按則恢復工作。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,如果打開蓋板〔K2鍵模擬,脫水暫停。4洗滌時洗滌指示燈閃爍；漂洗時漂洗指示燈閃爍；脫水時脫水指示燈閃爍。洗衣機的設計方案本系統(tǒng)實現(xiàn)了對洗衣機整個洗衣過程的控制,包括用戶參數(shù)輸入、洗衣、漂洗、排水和脫水等階段。控制系統(tǒng)主要由電源電路、單片機控制系統(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,單片機控制系統(tǒng)負責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K1、K2、K3、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?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。設計總方框圖單片機主控系統(tǒng)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、排水電路復位電路時鐘電路顯示電路設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；當洗滌脫水桶內(nèi)的水位達到系統(tǒng)設定值時單片機發(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,排水閥復位,同時蜂鳴器奏響,通知用戶整個洗衣程序結(jié)束。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P2.0相連,另一端控制電動機的反轉(zhuǎn)且該端與P2.1相連。電控水龍頭共兩個,一個為進水水龍頭且受P1.6的控制,另一個為排水水龍頭而受P1.7的控制,當電控水龍頭的控制端為"0"時水龍頭打開,當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P3.5控制,當P3.5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的設置為每隔100us產(chǎn)生一次中斷。3.2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C9、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。電源電路單片機控制電路AT89S51單片機主控系統(tǒng)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：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。還具有第二功能見表P3口的第二功能口線第二功能信號名稱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P3.3INT1外部中斷1的申請P3.4T0定時器/計數(shù)器0計數(shù)輸入P3.5T1定時器/計數(shù)器1計數(shù)輸入P3.6WR外部RAM寫選通P3.7RD外部RAM讀選通2控制信號線RST---復位輸入信號高電平有效,用以完成單片機的復位初始化操作。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XAL1、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:數(shù)據(jù)存儲器的分配情況圖單片機的復位電路復位電路的作用是復位。在單片機接上電源以后,或電源出現(xiàn)過低電壓時,將單片機存儲器復位,使其各項參數(shù)處于初始位置,即處于開機時的標準程序狀態(tài),以消除由于某種原因的程序紊亂。單片機的復位電路有上電復位和手動復位兩種形式,RST端的高電平直接由上電瞬間產(chǎn)生高電平則為上電復位；若通過按鈕產(chǎn)生高電平復位信號則稱為手動復位。圖3.5為兼有上電復位和手動復位的電路。上電復位是利用電容充電來實現(xiàn)復位,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位。手動復位是利用開關(guān)K來實現(xiàn)復位,此時電源Vcc經(jīng)兩電阻分壓,在RST端產(chǎn)生一個高電平,使得單片機復位。當RST由高變低后復位結(jié)束,CPU從初始狀態(tài)開始工作。單片機的復位都是靠外部電路實現(xiàn)的,在本次設計中采用手動復位,如圖單片機復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C4、C5,就可以構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。本設計采用圖3.6所示電路。一般地,電容C1和C2取33pf左右；晶體振蕩器,簡稱晶振,頻率范圍是1.2~12MHz。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11.0592MHz的晶振。而在本次設計中采用的是頻率為11.0592MHz的晶振。時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。本次設計中我們采用發(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3.7所示。當發(fā)光二極管的負極所對應的P1口為低電平時,發(fā)光二極管導通。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。每一個段對應一個發(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,當某個發(fā)光二極管接低電平時,發(fā)光二極管被點亮,相應的段被顯示。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,這樣就要為LED顯示器提供代碼,因為這些代碼可使LED相應的段發(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。〔2LED顯示器工作原理LED顯示器有靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示2種方式。LED顯示器工作于靜態(tài)顯示方式時,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〔a-dp分別與一個8位的鎖存器輸出相連。之所以稱之為靜態(tài)顯示,是因為各個LED的顯示字符一經(jīng)確定,相應鎖存器鎖存的段碼輸出將維持不變,直到送入另一個的段碼為止。正因為如此,靜態(tài)顯示器的亮度都較高,但靜態(tài)現(xiàn)實的缺點是占用口線太多,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態(tài)顯示。在多位LED顯示時,為簡化硬件電路,通常將所有位的段碼線相應段并聯(lián)在一起,由1個8位I/O口控制,形成段碼線的多路復用,而各位的共陰極或共陽極分別由相應的I/O線控制,形成各位的分時選通。本次設計中我們采用的是2位共陽極數(shù)碼管,其中段碼線占用1個8位I/O口,即為P0口,而位選占用2個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顯示位來說都是相同的。因此,在同一時刻,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的顯示字符,就必須采用動態(tài)顯示,即在某一時刻,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,段碼線上輸出相應位要顯示的字符段碼。這樣,在同一時刻,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,則同一時刻,只有選通位顯示出相應的字符,而其他各位都是熄滅