基于5單片機的模擬洗衣機控制系統(tǒng)設(shè)計參考論文

PAGEII目錄摘要 1第１章緒論 2第2章方案設(shè)計與論證 32.1方案一 32.2方案二 32.3方案論證與選擇 4第3章系統(tǒng)硬件設(shè)計 53.1總體設(shè)計及功能描述 53.2各功能模塊硬件設(shè)計 53.2.1單片機控制模塊的設(shè)計 53.2.2控制電路設(shè)計 83.2.3顯示電路設(shè)計 93.2.4直流電機驅(qū)動電路設(shè)計 10第4章系統(tǒng)軟件設(shè)計 124.1軟件主要程序流程 124.2標(biāo)準(zhǔn)方式運行程序設(shè)計 124.3經(jīng)濟方式運行程序設(shè)計 144.4單獨方式運行程序設(shè)計 154.5排水方式運行程序設(shè)計 154.6強弱切換程序設(shè)計 164.7主程序設(shè)計 16第5章仿真與調(diào)試 185.1洗衣機仿真圖 185.1.1標(biāo)準(zhǔn)方式仿真圖 185.1.2經(jīng)濟方式仿真圖 195.1.3單獨方式仿真圖 205.1.4排水方式仿真圖 20第6章實物制作與調(diào)試 226.1印制電路板設(shè)計 226.2印刷板制作工藝流程 226.3整機裝配與調(diào)試 236.4實物 24總結(jié) 25參考文獻 26附錄1系統(tǒng)設(shè)計原理圖 27附錄2元件明細(xì)表 28附錄3系統(tǒng)源程序 29第17頁共39頁第1頁共39頁摘要本設(shè)計是以單片機AT89C52芯片作為核心元件，與直流電機、LED顯示電路等構(gòu)成模擬洗衣機系統(tǒng)，利用單片機的電源電路、時鐘電路、復(fù)位電路以及直流電機控制電路、按鍵電路、顯示電路組成該系統(tǒng)。具有實時顯示洗衣機各種工作狀態(tài)的特點，同時還利用C語言編程，實現(xiàn)了洗衣機自動化。本設(shè)計的模擬全自動洗衣機的主要功能有：具有強、弱洗滌功能。關(guān)鍵詞全自動洗衣機；AT89C52；C語言第１章緒論現(xiàn)今，高效，節(jié)能，環(huán)保型的洗衣機在市場上一直占據(jù)了主導(dǎo)地位。近年來隨著計算機在社會領(lǐng)域的滲透，單片機的應(yīng)用正在不斷地走向深入，同時帶動傳統(tǒng)洗衣機的更新發(fā)展。單片機在日常生活中運用比較廣泛，洗衣機智能控制系統(tǒng)就是以單片機控制為核心的智能控制系統(tǒng)，它把以往洗衣機繁瑣的操作簡單化，不但其功能顯著提高，還增加了難以實現(xiàn)的功能，同時也提高了控制精確度。硬件與軟件相結(jié)合實現(xiàn)了洗衣機智能化和自動化。隨著人們生活水平的不斷提高，單片機智能控制無疑是人們追求的目標(biāo)之一，它給人們所帶來的方便也是不可估計的。單片機技術(shù)也在各個領(lǐng)域應(yīng)用越來越廣泛，同時用單片機設(shè)計的各種家用電器也被人們所關(guān)注，一時間涌現(xiàn)出大量各式各樣的新型電器，這些家用電器的原理到底是怎樣的呢？說到底也是單片機運用的范疇，其中洗衣機就是一個典型的例子，但人們對它的要求越來越高，要為現(xiàn)代人生活提供更好的更方便的設(shè)施就需要從單片機技術(shù)入手，一切向著數(shù)字化，智能化控制方向發(fā)展。目前的洗衣機都沒有實現(xiàn)全方面的兼容，大多洗衣的廠家都注重各自品牌的洗衣機的特長，突出一兩個與別的洗衣機不同的個性化的功能。洗衣機的各項功能是由單片機控制實現(xiàn)的，目前中國洗衣機市場正進入更新?lián)Q代期，市場潛力巨大，人們對于洗衣機的要求也越來越高，目前的洗衣機主要有強弱洗滌、進排水系統(tǒng)故障自動診斷、暫停等七大功能，在許多方面還不能達(dá)到人們的需求。這就要求設(shè)計者們有更高的專業(yè)和技術(shù)水平，能夠提出更好的建議和新的課題，將人們的需要變成現(xiàn)實，設(shè)計出更節(jié)能、功能更全面、更人性化的全自動洗衣機。

第2章方案設(shè)計與論證2.1方案一采用模數(shù)電設(shè)計，由秒脈沖發(fā)生器、計數(shù)器、譯碼器、控制門、繼電開關(guān)、功放和執(zhí)行電機部分組成主體電路。顯示電路由數(shù)碼管和洗滌時間計數(shù)器組成，洗衣機在進行洗滌時具有顯示時間的功能。洗滌時間顯示洗滌時間顯示秒脈沖發(fā)生器60進制計數(shù)器洗滌時間計數(shù)器控制門功放繼電開關(guān)執(zhí)行電機時間譯碼清零置數(shù)圖2-1方案一2.2方案二CPU控制模塊電機控制模塊顯示模塊電源模塊復(fù)位模塊時鐘模塊按鍵控制模塊圖2-2方案二采用單片機設(shè)計，以AT89C52單片機為核心元件，由時鐘電路、復(fù)位電路、電源電路、顯示電路、按鍵電路和執(zhí)行電機部分組成。電機電路部分是利用兩個繼電器的吸和狀態(tài)，使電機產(chǎn)生正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。顯示電路采用兩位一體共陽數(shù)碼管與單片機相連，利用C語言編程實現(xiàn)洗衣機自動化顯示功能。此方案設(shè)計的洗衣機主要有強弱洗滌功能。2.3方案論證與選擇目前中國洗衣機市場正進入更新?lián)Q代期，市場潛力巨大，人們對于洗衣機的要求也越來越高。從以上兩種方案，容易看出方案一選用了計數(shù)器、譯碼器、秒脈沖發(fā)生器、功放等電路，功能比較單一，電路復(fù)雜，體積較大，單線性誤差大，實現(xiàn)不方便。方案二電路簡單，功能相對強大，體積較小，方便靈活；洗衣機主要有強弱洗滌、進排水系統(tǒng)故障自動診斷、暫停等七大功能。因此，設(shè)計出基于單片機的全自動洗衣機控制電路系統(tǒng)具有很強的實用性。故本次設(shè)計采用方案二。

第3章系統(tǒng)硬件設(shè)計硬件設(shè)計是整個系統(tǒng)的基礎(chǔ)，要考慮的方方面面很多，除了實現(xiàn)洗衣機基本功能以外，主要還要考慮如下幾個因素：①系統(tǒng)穩(wěn)定度；②器件的通用性或易選購性；③軟件編程的易實現(xiàn)性；④系統(tǒng)其它功能及性能指標(biāo)；因此硬件設(shè)計至關(guān)重要?，F(xiàn)從各功能模塊的實現(xiàn)逐個進行分析探討。3.1總體設(shè)計及功能描述本設(shè)計以單片機AT89C52為控制核心，采用模塊化設(shè)計，共分以下幾個功能模塊：單片機控制系統(tǒng)模塊、電源模塊、時鐘模塊、復(fù)位模塊、按鍵控制模塊、直流電機控制模塊和顯示模塊等。洗衣機主要有強弱洗滌、進排水系統(tǒng)故障自動診斷、暫停等七大功能。3.2各功能模塊硬件設(shè)計3.2.1單片機控制模塊的設(shè)計AT89C52單片機是一種高效微控制器，也是低功耗高性能單片機。單片機是本設(shè)計的核心主要起控制作用，采用40引腳雙列直插封裝形式，32個外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時內(nèi)含2個外中斷口，2個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，因為受引腳數(shù)目的限制，所以有不少引腳具有第二功能。外形及引腳排列如圖3-1所示。AT89C52單片機的主要管腳功能：VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當(dāng)P2口被寫1時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。P3口：P3口是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當(dāng)P3口寫入1后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的信號將不出現(xiàn)。/VPP：當(dāng)保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。圖3-1AT89C52單片機的管腳圖電源、時鐘信號以及復(fù)位電路是單片機工作的基本條件，缺一不可。AT89C52單片機系統(tǒng)的基本工作電路包括電源電路、時鐘電路、復(fù)位電路。其組成方框圖如圖3-2所示。CPU控制模塊電源電路時鐘電路復(fù)位電路圖3-2單片機控制系統(tǒng)基本硬件組成方框圖1.電源電路電源電路模塊為系統(tǒng)電路和其他模塊提供+5V電源。供電電源可由開關(guān)電源提供。2.時鐘電路模塊的設(shè)計由于AT89C52單片機芯片內(nèi)有時鐘振蕩電路，因此本系統(tǒng)單片機采用內(nèi)部時鐘方式，只要在單片機的XTAL1和XTAL2引腳外接石英晶體和微調(diào)電容，就構(gòu)成了自激振蕩器并在單片機內(nèi)部產(chǎn)生時鐘脈沖信號，具體電路設(shè)計如圖3-3所示。圖3-3時鐘振蕩電路工作原理：時鐘信號通常用兩種電路形式得到：內(nèi)部振蕩和外部振蕩。在XTAL1和XTAL2引腳上外接定時元件，就能構(gòu)成自激振蕩電路。定時元件通常采用石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振電路。一般電容C4和C5主要起頻率微調(diào)作用，電容值可選取為30pF左右或40pF左右；晶體振蕩器，簡稱晶振，其晶振頻率（fosc）范圍為1.2MHz~12MHz,本設(shè)計中選擇12MHz。晶體振蕩頻率越高，系統(tǒng)的時鐘頻率也越高，單片機的運行速率就越快。3.復(fù)位電路模塊設(shè)計復(fù)位電路使單片機或系統(tǒng)中的其他部件處于某種確定的狀態(tài)。當(dāng)在MCS-51系列單片的RST引腳處引入高電平并保持2個機器周期，單片機內(nèi)部就執(zhí)行復(fù)位操作。復(fù)位操作有兩種基本形式：一種是上電復(fù)位，另一位是按鍵復(fù)位。本設(shè)計采用按鍵復(fù)位方式。如圖3-4圖3-4復(fù)位電路工作原理：當(dāng)按下按鍵時，RST直接與VCC相連，出現(xiàn)2個以上的高電平形成復(fù)位，同時電解電容被短路放電；按鍵松開時，電容充電，電流流過電阻，RST為高電平，仍然是復(fù)位，充電完成后，電容相當(dāng)于開路，RST為低電平，正常工作。3.2.2控制電路設(shè)計單片機設(shè)計中，重要的一個模塊是按鍵的設(shè)計。常見的單片機按鍵設(shè)計分為獨立式和行列式（矩陣式）。獨立式按鍵設(shè)計簡單，但占用I/O口較多；行列式按鍵設(shè)計相對復(fù)雜，占用I/O口較少。如圖3-5所示。圖3-5控制電路為方便使用,設(shè)計了4個獨立式按鍵，分別為程序選擇鍵、開始鍵、時間加鍵和時間減鍵。1.程序選擇鍵：用于選擇洗衣方式，由于本設(shè)計具有2種洗衣工作程序，所以設(shè)計程序選擇按鍵。2.開始鍵：當(dāng)設(shè)置的計時時間不為0時，按下開始鍵就按照設(shè)置的模式工作。3.時間加和時間減鍵：在不工作狀態(tài)下可按下加鍵減鍵調(diào)節(jié)洗滌時間。3.2.3顯示電路設(shè)計在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，對于系統(tǒng)的運行狀態(tài)和運行結(jié)果，通常都需要直觀顯示出來。本設(shè)計采用的是2位一體共陽數(shù)碼管顯示，顯示電路如圖3-6所示。3.2.4直流電機驅(qū)動電路設(shè)計圖3-7直流電機電路圖3-7所示為一個典型的直流電機控制電路。該電路中當(dāng)Q4基極低電平時，Q4導(dǎo)通，電機的電流是從下到上的，電機正轉(zhuǎn)，當(dāng)Q4不導(dǎo)通，Q5導(dǎo)通時，電機的電流流向是從上到下，電機反轉(zhuǎn)。本設(shè)計還在三極管的線圈處并接兩個LED用于繼電器工作狀態(tài)指示，方便了解系統(tǒng)工作狀態(tài)。

第4章系統(tǒng)軟件設(shè)計軟件在硬件平臺上構(gòu)筑，完成各部分硬件的控制和協(xié)調(diào)。系統(tǒng)功能是由軟硬件共同實現(xiàn)的，由于軟件的可伸縮性，最終實現(xiàn)的系統(tǒng)功能可強可弱，差別可能很大。軟件采用模塊化設(shè)計方法，不僅易于編程和調(diào)試，也可減小軟件故障率和提高軟件的可靠性。同時，對軟件進行全面測試也是檢驗錯誤排除故障的重要手段。由于編程多涉及到數(shù)值運算，比較復(fù)雜，還有LCD燈的顯示設(shè)計都是需要多重選擇判斷，用我們平時常用的匯編語言編程是很難實現(xiàn)的，這里我們選用了移值性好、結(jié)構(gòu)清晰、能進行復(fù)雜運算的C語言來實現(xiàn)編程。4.1軟件主要程序流程標(biāo)準(zhǔn)方式函數(shù)標(biāo)準(zhǔn)方式函數(shù)經(jīng)濟方式函數(shù)單獨方式函數(shù)排水方式函數(shù)強弱切換函數(shù)主程序函數(shù)圖4-1主要程序流程圖整個系統(tǒng)的功能是由硬件電路配合軟件來實現(xiàn)的，當(dāng)硬件基本定型的時候軟件也基本定下了，從軟件的功能不同，可以分為兩的類：一是監(jiān)控軟件（主程序）它是整個軟件的核心，專門用來協(xié)調(diào)各個執(zhí)行模塊和操作者的聯(lián)系。二是執(zhí)行軟件（子程序）它是用來完成各種實質(zhì)性的工作的，如測量、計算、顯示、通訊等。每一個執(zhí)行軟件就是一個小的執(zhí)行模塊，這里將每一個模塊一一列出來，并為每個執(zhí)行模塊進行功能定義和接口定義。各執(zhí)行模塊規(guī)劃好以后，就可以規(guī)劃監(jiān)控軟件了。首先要根據(jù)系統(tǒng)的總體功能選擇一種最合適的監(jiān)控程序結(jié)構(gòu)，然后根據(jù)實時性的條件，合理安排監(jiān)控軟件和執(zhí)行軟件之間的調(diào)度關(guān)系。4.2主程序設(shè)計主程序主要完成硬件初始化，子程序調(diào)用和程序間的切換，由于本設(shè)計要求洗衣機具有標(biāo)準(zhǔn)、輕柔2種工作方式功能，所以主程序除了要進行硬件部分的初始化以外還要進行各個程序之間的調(diào)用和切換。流程圖如圖4-7所示。

第5章仿真與調(diào)試5.1洗衣機仿真圖5.1.1標(biāo)準(zhǔn)方式仿真圖圖5-1標(biāo)準(zhǔn)方式仿真圖第6章實物制作與調(diào)試6.1印制電路板設(shè)計Protel公司2001年正式推出了功能強大的EDA綜合設(shè)計環(huán)境Protel99SE，它具有原理圖設(shè)計、印制電路板設(shè)計、電路仿真及邏輯器件設(shè)計等功能。所以在本次的畢業(yè)設(shè)計中也采用軟件Protel99SE對電路進行設(shè)計和印制電路板的設(shè)計。在設(shè)計中，運用Protel99SE軟件進行原理圖繪制及印制電路板的設(shè)計，其中在用軟件進行PCB板設(shè)計的主要過程為以下步驟。設(shè)計步驟：繪制電路原理圖—PCB電氣規(guī)格檢查及標(biāo)注調(diào)整—生成網(wǎng)絡(luò)表—建立PCB文件、定義電路板—加載PCB元件庫—加載網(wǎng)絡(luò)表—元件布局—設(shè)計規(guī)則設(shè)置—自動布線—人工布線調(diào)整—打印PCB樣圖。經(jīng)過以上的步驟，最后軟件輸出PCB板的三維效果圖，如圖5-1所示：圖6-1PCB板三維效果圖6.2印刷板制作工藝流程工藝程序：確定整板周邊尺寸—貼熱轉(zhuǎn)印紙—熱轉(zhuǎn)印—去除熱轉(zhuǎn)印紙—腐蝕—清洗—細(xì)砂紙擦光亮—涂松香水—鉆孔定位—檢查電路線。1.將符合尺寸要求的覆銅板表面用細(xì)砂紙擦光亮,再用熱轉(zhuǎn)印紙粘貼到覆銅板上。2.貼熱轉(zhuǎn)印紙，貼完熱轉(zhuǎn)印紙后，應(yīng)在板上墊放一張厚張，用手掌在上面壓一壓，其目的是使全部熱轉(zhuǎn)印紙與復(fù)銅板粘貼得更加牢靠，便于熱轉(zhuǎn)印。3.將已經(jīng)貼好熱轉(zhuǎn)印紙的覆銅板用熱轉(zhuǎn)印機進行電路板的熱轉(zhuǎn)印，使熱轉(zhuǎn)印機的工作溫度控制在150度左右，讓熱轉(zhuǎn)印紙上的電路圖充分的附著在覆銅板上。4.將轉(zhuǎn)印好的覆銅板經(jīng)冷卻以后，去除熱轉(zhuǎn)印紙（注意不要損壞轉(zhuǎn)印好的電路）。5.腐蝕過程一般采用三氯化鐵作腐蝕液，腐蝕速度與腐蝕液的濃度、溫度及腐蝕過程中不斷的抖動有關(guān)，為保證制板質(zhì)量及提高腐蝕速度，可采用抖動和加熱的方法。6.將已經(jīng)腐蝕好的印制板用清水沖洗，去掉殘留在印制板上的三氯化鐵腐蝕液，再晾干。用細(xì)砂布將印刷板復(fù)銅面擦至光亮為止，然后立即涂上松香溶液，晾干。（涂松香水時應(yīng)將印刷電路板傾斜再涂上松香水）。7.將晾干的印制板用直徑1.0mm鉆頭的鉆孔機鉆孔、定位，完成后檢查電路線。6.3整機裝配與調(diào)試經(jīng)過前面的一系列的工作過程后，最后部分是整機的裝配和調(diào)試，按照整機電路的設(shè)計圖，搭接實物電路，且按照PCB板的效果圖中的電路進行元件的安裝、焊接、調(diào)試，具體的裝配過程如下：1.做好裝配前的準(zhǔn)備工作，包括工具、儀器、材料等。2.清理和檢測元件的好壞。3.元件的焊接，按照先小后大，先輕后重，先里后外的規(guī)則。并確定是臥裝還是立裝，按照工藝要求，個別元件要進行引腳的整形，再進行焊接。4.剪引腳，元件焊接完成后，剪掉元件較長的引腳。5.清洗與檢查，用工業(yè)酒精對殘留有助焊劑的焊盤進行清洗，按照原理圖，對照焊接的電路，觀察有無錯焊的元件，也可以借助儀表進行檢