I基于單片機(jī)的洗衣機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計目錄第1章緒論 11.1洗衣機(jī)的發(fā)展歷史 11.2洗衣機(jī)的發(fā)展趨勢 11.3設(shè)計要求 21.4章節(jié)內(nèi)容安排 2第2章方案論證與設(shè)計 32.1單片機(jī) 32.2單片機(jī)編程語言 42.3水位檢測部分 42.4雙電壓比較器 52.5顯示部分 52.6按鍵部分 62.7本章小結(jié) 7第3章硬件設(shè)計 83.1控制系統(tǒng)電路組成 83.2AT89C51單片機(jī) 93.2.1CPU 93.2.2存儲器 93.2.3I/O端口 93.2.4定時器 123.2.5中斷系統(tǒng) 123.2.6內(nèi)部總線 123.2.7引腳及其功能 123.3單片機(jī)最小系統(tǒng) 133.3.1復(fù)位電路 143.3.2晶振電路 153.4電源電路 153.5指示報警電路 163.6顯示電路 163.7電機(jī)驅(qū)動電路 173.8按鍵電路 183.8本章小結(jié) 19第4章軟件設(shè)計 204.1主程序設(shè)計 204.2標(biāo)準(zhǔn)洗程序設(shè)計 204.3洗滌程序設(shè)計 214.4漂洗程序的設(shè)計 224.5脫水程序的設(shè)計 224.6本章小結(jié) 23第5章系統(tǒng)仿真 245.1仿真運(yùn)行結(jié)果 245.2調(diào)試 265.2.1仿真調(diào)試 275.2.2軟件調(diào)試 275.3本章小結(jié) 27第6章總結(jié)與展望 286.1設(shè)計總結(jié) 286.2展望 28參考文獻(xiàn) 30

摘要隨著生活水平不斷提高，生活用品一直向著智能化、多樣化發(fā)展以滿足人們的需求，洗衣機(jī)作為生活中的常用電器自出現(xiàn)后便把人們從費(fèi)時費(fèi)力的洗衣工作中解救了出來去做更多的事情。單片機(jī)技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用隨著時代的進(jìn)步與科技的發(fā)展?jié)u漸成熟并在大量的領(lǐng)域被廣泛地運(yùn)用，是學(xué)習(xí)計算機(jī)的原理結(jié)構(gòu)并進(jìn)行應(yīng)用和開發(fā)的絕佳選擇。本次設(shè)計以AT89C51芯片為主，加上各種連接電路實(shí)現(xiàn)的功能模塊來實(shí)現(xiàn)全自動洗衣機(jī)的系統(tǒng)。設(shè)計的主要實(shí)現(xiàn)功能是洗衣機(jī)可以獨(dú)立完成進(jìn)水洗滌、漂洗和脫水等工作，用戶可以通過2位數(shù)碼管查看剩余工作時間并通過蜂鳴器報警來了解工作狀態(tài)。本文主要講述洗衣機(jī)的工作原理和發(fā)展過程、各種電路設(shè)計和軟件設(shè)計，制作的實(shí)物可以直觀地顯示本設(shè)計項目的最終成果。關(guān)鍵字：AT89C51，洗衣機(jī)，WaterSensor前言洗衣機(jī)正進(jìn)入高速更新?lián)Q代的時期，層出不窮的先進(jìn)技術(shù)使得新舊洗衣機(jī)的差異越來越大，人類對于洗衣機(jī)的依賴程度和要求不斷提高。如何優(yōu)化完善已有功能和提高洗衣機(jī)的智能化已是行業(yè)工作者的一項重大課題。目前主流洗衣機(jī)的功能有強(qiáng)洗弱洗、進(jìn)出水和水位監(jiān)測、系統(tǒng)故障自動診斷、菜單選擇和開始暫停等。市場上的新型全自動洗衣機(jī)因為過高的成本，不但沒法快速普及還在人性化控制等許多方面無法滿足不了人們的需求。這就要求設(shè)計者不斷研究專業(yè)理論和提高技術(shù)水平，從而設(shè)計出高性價比、功能齊全、簡易高效的更人性化的洗衣機(jī)控制系統(tǒng)。受到貿(mào)易全球化的影響，大量擁有良好供應(yīng)鏈和產(chǎn)品線的國內(nèi)外品牌進(jìn)入中國市場，“綠色環(huán)?！薄ⅰ肮?jié)水節(jié)能”是洗衣機(jī)行業(yè)大戰(zhàn)的主題，而如何將洗衣機(jī)入網(wǎng)實(shí)現(xiàn)智能控制將是新的研發(fā)課題。針對目前市場的需求，小天鵝、海爾等傳統(tǒng)行業(yè)生產(chǎn)廠家向市場推出了節(jié)水型全自動的洗衣機(jī)，而以小米為代表的互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)推出了可以通過網(wǎng)關(guān)控制的智能洗衣機(jī)。隨著設(shè)計方案的完善和上下游的穩(wěn)定，洗衣機(jī)的成本在不斷下降并得到了很好的普及。但是現(xiàn)有的洗衣機(jī)并沒有實(shí)現(xiàn)全方面兼容，大多數(shù)的洗衣機(jī)生產(chǎn)廠家只注重自家的主打招牌，所以用戶對于品牌和系統(tǒng)的切換會有困難。洗衣機(jī)的各項功能由單片機(jī)控制實(shí)現(xiàn)，因此設(shè)計出基于單片機(jī)的洗衣機(jī)控制電路系統(tǒng)具有很強(qiáng)的實(shí)用性和通用性。隨著單片機(jī)技術(shù)日新月異的發(fā)展，單片機(jī)以其集成度高、運(yùn)算速度快、體積小、可靠運(yùn)行、價格低廉等特點(diǎn)在過程控制、機(jī)電一體化、智能化儀表、家用電器等方面得到了廣泛應(yīng)用。在本次設(shè)計中采用AT89C51單片機(jī)作為洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的核心，硬件線路及控制程序的設(shè)計室該系統(tǒng)的重要組成部分，同時還介紹了與洗衣機(jī)有關(guān)的一些常見的電子元器件的基本功能。第1章緒論1.1洗衣機(jī)的發(fā)展歷史洗衣機(jī)最初是在航行中生產(chǎn)的。水手們將衣服塞進(jìn)布袋后用繩子扎起來，一端綁在船上另一端扔進(jìn)海里，在航行過程中通過拍打和攪動海水將衣物清洗干凈。受此啟發(fā)，1677年有人發(fā)明了使用木輪和滾筒擠壓來洗滌衣物的方法，這是洗衣機(jī)的原型，如果從這個時間算起洗衣機(jī)的歷史已有340年。到1858年美國人漢密爾頓已經(jīng)建造了世界上第一臺洗衣機(jī)設(shè)備，通過手搖帶有槳葉狀葉片的軸柄旋轉(zhuǎn)以達(dá)到清潔效果。后來蒸汽機(jī)被發(fā)明出來，從1880年到1890年出現(xiàn)了不需要人工的各種形式的洗衣機(jī)，但是并沒有大規(guī)模使用。在1910年，世界上第一臺電動洗衣機(jī)被發(fā)明，并為洗衣機(jī)進(jìn)入家庭提供了條件。1937年，美國人發(fā)明了滾筒洗衣機(jī)，并于1951年制造了世界上第一臺兩缸半自動洗衣機(jī)。1955年，日本定型了波輪洗衣機(jī)并使用到了今天。二十年代后期，中國開始制造家用洗衣機(jī)，并進(jìn)入了普通中國家庭。如今，全自動滾筒洗衣機(jī)不僅可以洗滌和脫水，還可以干燥。1.2洗衣機(jī)的發(fā)展趨勢洗衣機(jī)的進(jìn)化史大致可以由四種洗衣機(jī)來劃分：木桶洗衣機(jī)、電動洗衣機(jī)、全自動洗衣機(jī)以及免清洗洗衣機(jī)。我們正處于一個以現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)為技術(shù)基礎(chǔ)的自動化信息時代，科技高速發(fā)展，更加便捷的新功能層出不窮。高科技洗衣機(jī)產(chǎn)品必然會徹底取代目前市場上只使用簡單技術(shù)的洗衣機(jī)產(chǎn)品。全自動洗衣機(jī)首先發(fā)展了使用超聲波、電解水、臭氧和蒸汽清洗。導(dǎo)致的結(jié)果是，洗衣機(jī)的去污能力從僅取決于洗滌劑粉和洗滌劑的化學(xué)作用以及強(qiáng)弱變化的機(jī)械作用到了更高的水平。對健康環(huán)保的洗滌方法的變革，尤其是洗衣機(jī)行業(yè)中電解水和超聲波技術(shù)的使用，改變了洗衣機(jī)的歷史，包括減少使用甚至不使用洗滌劑的產(chǎn)品、減少化學(xué)損害和環(huán)境污染。高度自動化、智能化、人性化。進(jìn)入科技社會以來洗衣機(jī)從半自動、全自動逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)在流行的人工智能和模糊控制，智能化、人性化使得人們只需簡單地用語音等操作就能輕易設(shè)置洗衣機(jī)的工作時間和洗衣模式，方便且舒適。人們一直在追求大容量，如今很多家庭已經(jīng)用上7到8公斤的桶。1.3設(shè)計要求1.單片機(jī)通過控制電機(jī)驅(qū)動單元決定工作狀態(tài)。2.利用2位數(shù)碼管查看信息。3.控制按鍵包括“選擇”“開始”“停止”“確認(rèn)”四個按鈕。4.標(biāo)準(zhǔn)洗、快速洗、輕柔洗和測試四種運(yùn)行模式。5.應(yīng)用水位檢測。6.蜂鳴器鳴響代表工作完成。7.不同的工作狀態(tài)有專用指示燈亮起。1.4章節(jié)內(nèi)容安排全文共有六章。第一章緒論講述洗衣機(jī)的出現(xiàn)和隨著歷史的變化，分析洗衣機(jī)的發(fā)展趨勢并陳述本次設(shè)計的要達(dá)到的目標(biāo)。第二章方案論證與設(shè)計通過資料分析，將不同軟硬件進(jìn)行對比，找出適用于本設(shè)計的編程語言、硬件規(guī)格。第三章硬件設(shè)計以第二章中列舉的元件為基礎(chǔ)，用內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖和仿真圖詳細(xì)描述各電路實(shí)現(xiàn)功能的方法。第四章軟件設(shè)計通過流程圖講述主程序及各種子程序?qū)崿F(xiàn)的方法。第五章運(yùn)行仿真與調(diào)試展示停止和運(yùn)行狀態(tài)下的仿真效果，講述如何對軟硬件進(jìn)行調(diào)試。第六章總結(jié)與展望總結(jié)本次設(shè)計過程遇到的問題和自身的不足，分析洗衣機(jī)未來發(fā)展的可能性。第2章方案論證與設(shè)計2.1單片機(jī)本設(shè)計使用AT89C51微控制器，這是一種低壓高性能的8位CMOS芯片。芯片的核心8位中央處理器（CPU）和128字節(jié)隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM）讓其擁有強(qiáng)大的功能，因此適用于本次控制系統(tǒng)的設(shè)計。AT89C51具有高密度且斷電后數(shù)據(jù)不會丟失的特點(diǎn)，因為芯片完全兼容MCS-51產(chǎn)品的指令系統(tǒng)所以使用起來更加靈活簡便。其中有可以反復(fù)擦寫，并且擦寫的周期達(dá)到1000次的4k字節(jié)的只讀程序存儲器（PEROM），32個可編程的I／O口線適合連接多個元件并進(jìn)行控制。除此外單片機(jī)頻率會可降至0，并為省電提供了兩種可選的靜態(tài)邏輯操作的工作模式：停止CPU的運(yùn)行，但RAM、定時器等可以繼續(xù)運(yùn)行；保存RAM內(nèi)容，為了讓功率下降，在下一次硬件復(fù)位之前內(nèi)部停止震蕩器的操作和其他任務(wù)，復(fù)位之后再執(zhí)行重啟。芯片中含有的4k字節(jié)Flash閃速存儲器（FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）是一種可以被多次編程和擦除、具有EPROM的電可擦除性能的只讀存儲器，閃存就是一種EPROM。FlashMemory通常用來對普通的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，也可以使電子設(shè)備互相交換數(shù)據(jù)，以前的閃存掉電會出現(xiàn)一次性丟失全部數(shù)據(jù)的問題，現(xiàn)在因為有了上述特性而可以保住數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息。圖2-1AT89C51方框圖2.2單片機(jī)編程語言本設(shè)計使用C語言對單片機(jī)的功能進(jìn)行編程。共有機(jī)器語言、匯編語言和高級語言三種常用的計算機(jī)編程語言，每種語言都有自己的特征。機(jī)器語言是二進(jìn)制代碼，雖然機(jī)器能看懂但編寫過程復(fù)雜、語言內(nèi)容冗長；匯編是一種低級語言，能夠用符號快速有效地進(jìn)行對可編程器件進(jìn)行操作；高級語言包括C語言、BASIC語言等。C語言的功能多且編譯效率高，具有高移植性的優(yōu)勢，還能直接通過控制系統(tǒng)對硬件進(jìn)行操作。2.3水位檢測部分水位傳感器是一種易于使用、輕便且具有成本效益的水滴水位識別傳感器。原理是通過測量水滴量來完成模擬量的轉(zhuǎn)換，傳感器上有暴露的平行線。它具有低功耗和高靈敏度特性。使用三極管電流放大原理，當(dāng)液體的高度將三極管的基極連接到電源的正電極時，在三極管的基極和發(fā)射極之間會產(chǎn)生恒定量的電流。在發(fā)射極與集電極之間產(chǎn)生具有恒定放大倍率的電流，并且該電流通過發(fā)射極的電阻以生成特征電壓，該電壓由AD轉(zhuǎn)換器收集。測量是否有水時，可以直接檢測輸出端的引腳。檢測到0表示沒有水，檢測到1表示有水。如果檢測到水位不同，則需要ADC收集，此功能用于將模擬電壓值轉(zhuǎn)換為水位。接線如圖2-2所示：圖2-2WaterSensor接線圖2.4雙電壓比較器雙電壓比較器LM393的輸出負(fù)載電阻器可以連接到允許電源電壓范圍內(nèi)的任何電源電壓，并且不受VCC引腳電壓值的限制。該輸出不帶負(fù)載電阻，可用作簡單的SPS接地開路，并且輸出端的電流受到可能的驅(qū)動和器件的β值的限制。當(dāng)達(dá)到臨界電流16mA時，輸出晶體管終止、輸出電壓迅速上升。輸出飽和電壓受輸出晶體管的大約60ohm的γSAT限制。如果負(fù)載電流很小，則輸出晶體管的失調(diào)電壓低至約1.0mV，這可使輸出箝位到零電平。圖2-3LM393引腳圖2.5顯示部分設(shè)計中通常用LED數(shù)碼管和液晶顯示器顯示信息。液晶顯示內(nèi)容豐富但需要在背光條件下看清而且價格偏高。LED數(shù)碼管是由八個發(fā)光二極管組成，使用壽命長且無熱低功耗。數(shù)碼管的材料的分辨率雖比一般的液晶顯示器材料低，但其自發(fā)光顯示可以無視光學(xué)環(huán)境，成本低且完全滿足本設(shè)計需求。本設(shè)計采用2位數(shù)碼管，隨著技術(shù)不斷革新和使用規(guī)模擴(kuò)大成本再降低LED屏幕將有更多的發(fā)展契機(jī)和更為普遍的運(yùn)用。2位數(shù)碼管引腳如圖2-4所示：圖2-42位數(shù)碼管仿真圖2.6按鍵部分按鍵電路的組合方式有矩陣式按鍵和獨(dú)立式按鍵。有大量按鍵需求時使用矩陣鍵盤，鍵位于行和列的交點(diǎn)處，例如3行乘以3列的結(jié)構(gòu)可以形成具有九個鍵的鍵盤，矩陣鍵盤會節(jié)省大量的I/O接口。矩陣式按鍵使用四條I/O口線來有效地提高了I/O端口的利用率，但是編程復(fù)雜適用于計算器等按鍵較多的電路。本設(shè)計采用獨(dú)立式按鍵，直接用I/O口線構(gòu)成的單個按鍵電路，其特點(diǎn)是每個按鍵單獨(dú)占用一根I/O口線且工作時不會影響其他I/O口線的狀態(tài)。獨(dú)立按鍵的電路配置靈活結(jié)構(gòu)簡單，但是每個鍵必須占用一個I/O端口線，如果有大量按鍵的需求，則I/O端口線將造成很浪費(fèi)，因此不應(yīng)該使用。獨(dú)立按鍵的軟件常采用查詢式結(jié)構(gòu)，先逐位查詢沒跟I/O口線的輸入狀態(tài)，如某一根I/O口線輸入為低電平則可確認(rèn)該I/O口線所對應(yīng)的按鍵已按下，然后再轉(zhuǎn)向該鍵的功能處理程序。這個方案可以使本設(shè)計的按鍵電路簡介并容易編寫控制程序。其結(jié)構(gòu)如圖2-5所示：圖2-5獨(dú)立式按鍵結(jié)構(gòu)2.7本章小結(jié)方案論證是設(shè)計的基礎(chǔ)，是對單片機(jī)語言和元器件進(jìn)行分析比較。選擇出合理、適用、易用的方案至關(guān)重要，可以讓設(shè)計更加便捷高效和節(jié)省成本。不同種類的軟硬件各有特點(diǎn)，但應(yīng)用范圍廣、通用性強(qiáng)是選擇的基本原則。

第3章硬件設(shè)計3.1控制系統(tǒng)電路組成控制系統(tǒng)的電路如圖3-1所示，由電機(jī)驅(qū)動電路、倒計時電路、按鍵電路、顯示電路、報警電路、電源電路、最小系統(tǒng)電路組成。電動機(jī)具有兩個控制接口用于控制電動機(jī)的正向和反向旋轉(zhuǎn)，并且顯示屏具有兩個高位和低位的顯示器，如果輸出為“0”則蜂鳴器鳴響。該系統(tǒng)使用一個12M的晶體振蕩器，并且計時器每100毫秒產(chǎn)生一次中斷?；趩纹瑱C(jī)的全自動洗衣機(jī)設(shè)計通過單片機(jī)寫入的控制程序來自動完成進(jìn)水洗滌、漂洗、排水脫水和結(jié)束報警的所有過程。整個洗衣流程大致為：選擇洗衣模式后洗衣機(jī)開始運(yùn)行并進(jìn)行進(jìn)水；當(dāng)水位傳感器檢測到有水，控制系統(tǒng)啟動電機(jī)正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)開始洗衣，通過電機(jī)的正反停轉(zhuǎn)來帶動水流進(jìn)行洗滌步驟；洗滌過程結(jié)束時洗衣機(jī)排水，然后再次注水進(jìn)入漂洗狀態(tài)，漂洗過程與洗滌相似但所用時間比洗滌短；大概3次漂洗后，漂洗步驟結(jié)束開始排水；當(dāng)洗衣機(jī)中的水被排完，電機(jī)開始單方向高速運(yùn)轉(zhuǎn)對衣物進(jìn)行脫水；脫水工作結(jié)束代表著洗衣工作完成，此時蜂鳴器報警。圖3-1控制系統(tǒng)電路組成圖3.2AT89C51單片機(jī)3.2.1CPUCPU是AT89C51微控制器的核心組件，一個由運(yùn)算器、控制器和寄存器陣列組成的8位二進(jìn)制中央處理器。（1）運(yùn)算器運(yùn)算器的組成部分包含算術(shù)邏輯單元、累加器等，因此具有算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算的功能，負(fù)責(zé)處理單片機(jī)中的各種信息。（2）控制器控制器是在單片機(jī)內(nèi)部的一個復(fù)雜的時序電路，作用是分析指令并執(zhí)行。它的組件包括PC程序計數(shù)器、IR命令寄存器、ID命令解碼器和定時邏輯電路等。PC存放指令的16位地址，CPU按照地址去ROM讀取程序指令并送到IR寄存器進(jìn)行分析，指令操作碼經(jīng)過ID譯碼器完成譯碼后產(chǎn)生指令操作的控制信號。（3）寄存器陣列寄存器陣列是單片機(jī)的臨時存儲單元或固定使用單元，包括通用寄存器組和特殊寄存器組。通用寄存器組可以存儲轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)和地址，從而大大提高了CPU的可靠性和操作性；特殊寄存器組用來存儲地址以及指令的操作狀態(tài)。3.2.2存儲器在上一章的介紹中可知AT89C51單片機(jī)擁有4?KB閃速存儲器和RAM，且MCS-51單片機(jī)內(nèi)核采用程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器空間分開的結(jié)構(gòu)，若存儲空間不滿足使用需求可都擴(kuò)展為64KB。它們各自有獨(dú)立的尋址機(jī)制和尋址模式：程序存儲器存儲已編程的程序和表常數(shù)，這些不能被讀取或?qū)懭耄粩?shù)據(jù)存儲器可以臨時存儲數(shù)據(jù)，并且可以讀取和寫入。3.2.3I/O端口單片機(jī)通過I/O端口來實(shí)現(xiàn)對外部電路的控制和信息交換，不同的端口有各自的結(jié)構(gòu)和作用，因此分為并行和串行兩種。（1）并行I/O端口AT89C51微控制器具有四個并行的準(zhǔn)雙向8位I/O端口（P0，P1，P2，P3），任何時候都可以并行輸入或輸出8位二進(jìn)制信息，將其用作輸出端口時就應(yīng)寫入“1”。1）P0端口端口P0是雙向三態(tài)I/O端口，由一個輸出鎖存器、兩個三態(tài)緩沖器、一個輸出驅(qū)動電路和一個輸出控制電路組成，如果將其用作輸出端則需要一個外部電阻器。有八條（P0.0～P0.7）端口線，P0.0和P0.7分別為低位和高位，結(jié)構(gòu)組成如圖3-2所示：圖3-2P0端口結(jié)構(gòu)2）P1端口端口P1是準(zhǔn)雙向I/O端口，具有與端口P0第一功能相同的功能并且僅用作常規(guī)I/O端口。可以直接作為輸出口使用，作輸入口時要先將“1”寫到鎖存器中。有八條端口線（P1.0～P1.7），結(jié)構(gòu)組成如圖3-3所示：圖3-3P1端口結(jié)構(gòu)3）P2端口P2口是8位準(zhǔn)雙向I/O端口，具有兩種功能：如果系統(tǒng)不需要外部存儲器擴(kuò)展，則系統(tǒng)具有與端口P0上的第一個功能相同的功能，并用作常規(guī)I/O端口；如果系統(tǒng)需要外部存儲擴(kuò)展，則將其用作地址總線端口，但只能確定該地址無法發(fā)送需要讀取或?qū)懭氲臄?shù)據(jù)。有八條端口線（P2.0～P2.7），結(jié)構(gòu)組成如圖3-4所示：圖3-4P2端口結(jié)構(gòu)4）P3端口P3口是多用途的準(zhǔn)雙向I/O端口，具有兩個功能：其功能和原理與用作普通I/O端口的P1端口相同；所有端口線都具有不同的功能，用作控制端口和特殊功能端口。有八條端口線（P3.0～P3.7），結(jié)構(gòu)組成如圖3-5所示：圖3-5P3端口結(jié)構(gòu)（2）串行I/O端口AT89C51微控制器具有可編程的串行I/O端口，類似于P3端口的第二個功能，引腳P3.1和P3.0用作發(fā)送和接收串行數(shù)據(jù)的線。3.2.4定時器AT89C51微控制器包含兩個可編程的16位定時器（T0，T1），這兩個定時器均由高8位寄存器和低8位寄存器組成。3.2.5中斷系統(tǒng)CPU可以停止當(dāng)前程序以服務(wù)中斷源，并在中斷服務(wù)程序結(jié)束后繼續(xù)執(zhí)行原始程序。中斷系統(tǒng)由一個中斷源、一個IE中斷使能控制器、一個IP中斷優(yōu)先級控制器和一個TCON計時器控制器組成。3.2.6內(nèi)部總線總線可以傳送信息，單片機(jī)通過內(nèi)部的總線把CPU、存儲器、I/O接口等部分連接在一起，有效減少了信息傳輸線的所需數(shù)量并提高了傳輸效率和安全性?？偩€有三種類型：數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線，由于AT89C51具有單一總線結(jié)構(gòu)的特征，因此數(shù)據(jù)總線和地址總線都可以一起使用。3.2.7引腳及其功能AT89C51單片機(jī)有40條引腳，如圖3-6所示兩種常用的封裝形式：圖3-6雙列直插式封裝和方形封裝（1）電源線作為電源線的引腳有+5V電源線（Vcc）和接地線（Vss）。（2）外接晶振引腳1）XTAL1：將外部的晶振的一端連接到微調(diào)電容器，是片內(nèi)反相振蕩器放大器的輸入端也是內(nèi)部時鐘的輸入端。2）XTAL2：將外部的晶振的另一端和微調(diào)電容器連接，是片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸出端。（3）控制線1）RST：復(fù)位輸入端口。2）ALE/：地址鎖存允許/編程接口。3）：對外部程序中存儲器進(jìn)行讀選的通線。4）/VPP：片外ROM使能訪問電源端、編程電源端。（4）I/O口的讀寫已在3.2.3中介紹過。3.3單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)的最小應(yīng)用系統(tǒng)是單片機(jī)中可以使用的最少的組件進(jìn)行操作的系統(tǒng)，對于51系列單片機(jī)，這通常是最小的系統(tǒng)，它包含了：單片機(jī)、晶振電路和復(fù)位電路。下面是最小系統(tǒng)仿真圖：圖3-7最小系統(tǒng)仿真3.3.1復(fù)位電路系統(tǒng)的功能被復(fù)位用到了復(fù)位電路。單片機(jī)的復(fù)位電路就像計算機(jī)的重啟部分，如果計算機(jī)在使用過程中崩潰，請從頭開始按重新啟動按鈕以在計算機(jī)上運(yùn)行程序。這個方法同樣適用于單片機(jī)，當(dāng)單片機(jī)在運(yùn)行并且由于環(huán)境干擾而停止程序時，按下復(fù)位按鈕會自動從所有功能的開頭開始執(zhí)行程序。有兩種復(fù)位的方法：手動復(fù)位和自動復(fù)位。此設(shè)計使用自動復(fù)位（請參見圖3-8），工作原理是：電容器在接通時會被充電，并且RST連接器上的電容器與Vcc相同，當(dāng)電容器充電時，+5V的電壓施加到RST引腳，高電平將使微控制器復(fù)位。圖3-8自動復(fù)位電路3.3.2晶振電路晶體振蕩器的縮寫叫做晶振，并且在電氣上對應(yīng)于具有兩個連接的網(wǎng)絡(luò)，與電容器和電阻器先并聯(lián)連接然后再和一個電容器串聯(lián)連接的組合體效果相同。在電氣工程中，該網(wǎng)絡(luò)具有兩個基于頻率的諧振點(diǎn)，低頻的是串聯(lián)諧振，而高頻的是并聯(lián)諧振。由于晶體本身的特性，這兩個頻率之間的間隔非常窄，只要晶體振蕩器與兩個頻率上的合適電容器并聯(lián)連接，晶體振蕩器就會和這個非常窄的頻率范圍內(nèi)的電感等效。最后，形成并聯(lián)諧振電路，該并聯(lián)諧振電路被添加到負(fù)反饋電路以形成正弦振蕩器電路。由于對應(yīng)于電感的頻率范圍非常窄，因此即使其他組件的參數(shù)發(fā)生什么變化，振蕩器的頻率也不會明顯變化。晶體振蕩器具有重要的參數(shù)，即負(fù)載電容值。選擇一個與負(fù)載電容值匹配的并聯(lián)電容器，以獲得晶體振蕩器的標(biāo)稱諧振頻率。通常，在單片機(jī)中使用的晶體振蕩器頻率為11.0592MHz。振蕩器電路是把反相放大器的兩端連接到晶體振蕩器，兩個電容器再連接在晶體振蕩器的兩端，每一個電容都有一端接地。串聯(lián)連接的兩個電容器的電容值的大小必須等于負(fù)載電容。通常，IC引腳具有相同的輸入電容，這不能忽略。3.4電源電路圖3-9是本設(shè)計的電源電路原理圖，電源輸出5V電壓。圖3-9電源電路3.5指示報警電路發(fā)光二極管、蜂鳴器和驅(qū)動蜂鳴器的三極管組成了本設(shè)計的指示報警電路，如圖3-10-1和3-10-2發(fā)光二極管分別指示洗衣機(jī)進(jìn)水、洗滌、漂洗、結(jié)束、標(biāo)準(zhǔn)、快速、輕柔、調(diào)試，不同工作狀態(tài)時相應(yīng)的指示燈發(fā)光向用戶展示洗衣機(jī)現(xiàn)在的工作狀態(tài)。用蜂鳴器模擬結(jié)束報警電路與單片機(jī)口相連，洗衣結(jié)束時控制三極管驅(qū)動蜂鳴器報警表示洗衣工作完成。圖3-10-1報警電路圖3-10-2指示電路3.6顯示電路數(shù)碼管是由發(fā)光二極管組成的半導(dǎo)體發(fā)光元件，本設(shè)計中用來計時顯示剩余工作時間。如圖3-11所示：圖3-11顯示電路3.7電機(jī)驅(qū)動電路圖3-12是電機(jī)驅(qū)動電路的原理圖，電機(jī)驅(qū)動采用L298芯片。主要驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)動以滿足洗滌、漂洗以及脫水時對電機(jī)的要求，洗滌和漂洗時正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)高效去污清潔的目的，脫水時單方向快速轉(zhuǎn)動來排除所洗衣物中的水分。圖3-12電機(jī)驅(qū)動電路L298是意法半導(dǎo)體公司所生產(chǎn)的驅(qū)動芯片，是一種可同時驅(qū)動兩個二相和一個四相步進(jìn)電機(jī)的專用驅(qū)動器，可以驅(qū)動46V2A以下的步進(jìn)電機(jī)且可以直接用調(diào)節(jié)電源的方式改變輸出電壓。如圖3-13-1芯片里包含4信道邏輯驅(qū)動電路和兩個H-Bridge的高低電流雙全橋式驅(qū)動器。如圖3-13-2所示：引腳PIN1和PIN15連接到電流框架測量電阻器，以控制負(fù)載電路；兩個步進(jìn)電機(jī)連接在OUT1和OUT2之間，另外兩個也連接在OUT3和OUT4之間；INPUT四個能夠通過輸入控制電位來控制電機(jī)正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)而enable可以讓電機(jī)停止轉(zhuǎn)動。圖3-13-1L298內(nèi)部邏輯圖圖3-13-2L298引腳圖3.8按鍵電路圖3-14為本次設(shè)計所選用獨(dú)立式按鍵的電路，電路包含4個按鍵。主要控制洗衣機(jī)的啟動停止和功能的選擇，按鍵有選擇、開始、停止和確認(rèn)。圖3-14按鍵電路3.8本章小結(jié)硬件是控制系統(tǒng)的軀殼，本章對設(shè)計中用到的各部分電路及其所含元器件進(jìn)行了詳細(xì)介紹。每個部分就像是某個器官，在單片機(jī)的控制下發(fā)揮自己的作用，使控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)所需要的功能。所用的仿真圖和原理圖是為了能夠直觀地看到設(shè)計中的每個模塊和單片機(jī)的關(guān)系，并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行實(shí)物的組裝

第4章軟件設(shè)計4.1主程序設(shè)計圖4-1顯示了主要洗衣程序的流程圖。當(dāng)打開洗衣機(jī)電源時，將執(zhí)行該程序，并且微控制器接通的控制電路會初始化該程序。第一個洗滌模式是“標(biāo)準(zhǔn)洗滌”。可以通過單擊“選擇”按鈕找到其他洗滌模式。依次按下“確認(rèn)”、“開始”鍵確定洗衣方式并讓洗衣機(jī)開始洗衣工作。整個過程有進(jìn)水洗滌、漂洗、排水脫水等，當(dāng)脫水完成時洗衣工作結(jié)束，蜂鳴器鳴響提示。圖4-1主程序流程圖4.2標(biāo)準(zhǔn)洗程序設(shè)計洗衣第一個模式是標(biāo)準(zhǔn)洗，包含了全部洗衣過程，圖4-2為洗衣流程圖。圖4-2標(biāo)準(zhǔn)洗程序流程圖4.3洗滌程序設(shè)計洗衣過程第一步是洗滌，是主要的步驟。運(yùn)行開始需要進(jìn)水，當(dāng)水位檢測到水后進(jìn)水，進(jìn)水完畢結(jié)束后開始洗衣。系統(tǒng)控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)循環(huán)帶動水流，達(dá)到高效去污的目的。程序流程圖如圖4-3所示：圖4-3洗滌程序流程圖4.4漂洗程序的設(shè)計漂洗的運(yùn)行過程與洗滌相同，是一個固定的洗衣步驟，所用時間比洗滌短。通常情況下漂洗三次，流程圖如圖4-4所示:圖4-4漂洗程序流程圖4.5脫水程序的設(shè)計洗衣的主要任務(wù)結(jié)束后洗衣機(jī)會排水，電機(jī)不再正反轉(zhuǎn)而是單方向轉(zhuǎn)動進(jìn)行脫水。當(dāng)脫水結(jié)束,整個洗衣過程結(jié)束，蜂鳴器會鳴響代表洗衣完成。流程圖如圖4-5所示：圖4-5脫水程序流程圖4.6本章小結(jié)軟件部分是控制電路的靈魂，通過對單片機(jī)針腳下達(dá)的一系列操作指令讓單片機(jī)能夠控制各個電路模塊。編寫程序是以控制系統(tǒng)的功能為基礎(chǔ)，首先要對單片機(jī)的各個端口分配功能并確定怎么連接其他元器件，然后再對每個端口進(jìn)行程序編寫。程序編寫完成生成特定格式的文件，把文件載入仿真圖中便可以查看設(shè)計的效果。流程圖是根據(jù)工作的過程繪制出來的，每個流程結(jié)束便進(jìn)入下一個工作階段。

第5章系統(tǒng)仿真5.1仿真運(yùn)行結(jié)果由于Proteus元件庫中沒有WaterSensor，仿真時用接地按鈕代替高低水位。需要進(jìn)水或出水時相應(yīng)LED燈會亮起，水位檢測分別用“High”、“Low”按鈕來演示。為了方便查看系統(tǒng)工作狀態(tài)，已提前將仿真軟件中的網(wǎng)格線去掉，以下為測試模式的仿真運(yùn)行結(jié)果：（1）初始仿真幾個發(fā)光二極管一起被封裝組成LED數(shù)碼管（LEDSegmentDisplays），顯示為“8”字型，所需引線包含在其內(nèi)部且已經(jīng)連接完成。2位數(shù)碼管引腳有七段（a端到g端）加一個小數(shù)點(diǎn)（DP端），位數(shù)為2位（1和2是公共端）。開關(guān)打開時開關(guān)旁邊的電源指示燈亮起。圖5-1初始仿真

（2）洗滌仿真在選擇模式后開始運(yùn)行時，控制端輸出高電平到芯片系統(tǒng)進(jìn)入工作狀態(tài)，此時默認(rèn)第一步為洗滌。進(jìn)水時進(jìn)水口指示燈亮起，在水位檢測到高水位之后，停止水進(jìn)入并且電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。圖5-2洗滌仿真（3）漂洗仿真洗滌結(jié)束后進(jìn)入漂洗狀態(tài)，若需要進(jìn)水操作與洗滌相同。圖5-3制冷仿真（4）脫水仿真漂洗結(jié)束進(jìn)入脫水狀態(tài)，電機(jī)不再正反轉(zhuǎn)開始單方向轉(zhuǎn)動。圖5-4脫水仿真（4）結(jié)束仿真脫水完成后電機(jī)逐漸停止旋轉(zhuǎn)，結(jié)束指示燈將點(diǎn)亮以指示該工作模式的結(jié)束，此時蜂鳴器會鳴響報警。圖5-5結(jié)束仿真5.2調(diào)試在仿真電路和軟件設(shè)計完成以后就進(jìn)入系統(tǒng)的調(diào)試階段