基于單片機(jī)的全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)電子信息工程專業(yè)信工0706班學(xué)號(hào)070201157指導(dǎo)教師魯小利講師摘要本文詳細(xì)介紹了國(guó)內(nèi)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，發(fā)展中所面臨的問(wèn)題。從產(chǎn)品質(zhì)量、性能及應(yīng)用方面看洗衣機(jī)機(jī)的差距；整個(gè)行業(yè)看國(guó)產(chǎn)洗衣機(jī)機(jī)所存在的問(wèn)題以及它的發(fā)展趨勢(shì)。同時(shí)也詳盡的介紹了此次設(shè)計(jì)中最重要的組成部件單片機(jī)的概念、工作原理及設(shè)備總體結(jié)構(gòu)，其中包括MCS51的發(fā)展歷程，選型依據(jù)。設(shè)計(jì)了一種基于單片機(jī)MCS51的洗衣機(jī)機(jī)，介紹了所選用的8051、8255等單片機(jī)。關(guān)鍵詞洗衣機(jī)單片機(jī)電動(dòng)機(jī)MICROCONTROLLERBASEDCONTROLSYSTEMFORAUTOMATICWASHINGMACHINEABSTRACTTHISARTICLEINTRODUCEDINDETAILTHEDOMESTICWASHERCONTROLSYSTEMSDEVELOPMENTPRESENTSITUATION,INTHEDEVELOPMENTFACESQUESTIONFROMTHEPRODUCTQUALITY,THEPERFORMANCEANDTHEAPPLICATIONASPECTLOOKATWASHERSMACHINEDISPARITYTHEENTIREPROFESSIONLOOKEDTHEDOMESTICALLYPRODUCEDWASHERMACHINEEXISTSQUESTIONASWELLASITSTRENDOFDEVELOPMENTSIMULTANEOUSLYALSOINEXHAUSTIVEINTRODUCTIONTHISDESIGNMOSTIMPORTANTBUILDINGBLOCKMONOLITHICINTEGRATEDCIRCUITSCONCEPT,PRINCIPLEOFWORKANDEQUIPMENTGROSSSTRUCTURE,INCLUDINGMCS51THEDEVELOPMENTPROCESS,SHAPINGBASISHASDESIGNEDONEKINDBASEDONTHEMONOLITHICINTEGRATEDCIRCUITMCS51WASHERMACHINE,INTRODUCEDSELECTS8051,8255ANDSOONMONOLITHICINTEGRATEDCIRCUITSKEYWORDWASHERMONOLITHICINTEGRATEDCIRCUITELECTRICMOTOR目錄前言1第1章課題研究?jī)r(jià)值2第11節(jié)洗衣機(jī)的發(fā)展歷程2第12節(jié)洗衣機(jī)的分類4第13節(jié)洗衣機(jī)的工作原理5第14節(jié)任務(wù)要求6第2章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)7第21節(jié)MCS51單片機(jī)主要應(yīng)用特性7第22節(jié)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)面板設(shè)計(jì)及控制原理圖9第23節(jié)微型處理器10第24節(jié)系統(tǒng)擴(kuò)展14第25節(jié)電源21第3章電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)23第31節(jié)直流電機(jī)M1控制系統(tǒng)23第32節(jié)交流電機(jī)M2控制系統(tǒng)27第4章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)30第41節(jié)軟件構(gòu)思30第42節(jié)洗滌過(guò)程流程圖31第43節(jié)脫水、漂洗流程圖32第44節(jié)內(nèi)部中斷流程圖33第45節(jié)外部中斷流程圖34結(jié)論35附錄36參考文獻(xiàn)41致謝42前言利用電能產(chǎn)生機(jī)械作用來(lái)洗滌衣物的清潔電器。按其額定洗滌容量分為家用和集體用兩類。中國(guó)規(guī)定洗滌容量在6KG以下的屬于家用洗衣機(jī)家用洗衣機(jī)主要由箱體、洗滌脫水桶（有的洗滌和脫水桶分開(kāi)）、傳動(dòng)和控制系統(tǒng)等組成，有的還裝有加熱裝置。洗衣機(jī)一般專指使用水作為主要的清洗液體，有別于使用特制清潔溶液，及通常專人負(fù)責(zé)的干洗。要了解硬件上單片機(jī)內(nèi)部功能部件，如A/D,D/A,PWMWATCHDOG,LCD驅(qū)動(dòng)器，串行口等，又要認(rèn)識(shí)C語(yǔ)言在計(jì)算機(jī)仿真調(diào)試，產(chǎn)品更新以及軟件升級(jí)中的重要作用。但是要做實(shí)際的系統(tǒng)，單單從網(wǎng)站上的學(xué)習(xí)是不夠的，所以我從書(shū)籍和期刊上查閱了大量的資料。以下是關(guān)于洗衣機(jī)的一些文獻(xiàn)資料。第1章課題研究?jī)r(jià)值第11節(jié)洗衣機(jī)的發(fā)展歷程從古到今，洗衣服都是一項(xiàng)難于逃避的家務(wù)勞動(dòng)，而在洗衣機(jī)出現(xiàn)以前，對(duì)于許多人而言，它并不像田園詩(shī)描繪的那樣充滿樂(lè)趣，手搓、棒擊、沖刷、甩打這些不斷重復(fù)的簡(jiǎn)單的體力勞動(dòng)，留給人的感受常常是辛苦勞累。1858年，一個(gè)叫漢密爾頓史密斯的美國(guó)人在匹茨堡制成了世界上第一臺(tái)洗衣機(jī)。該洗衣機(jī)的主件是一只圓桶，桶內(nèi)裝有一根帶有槳狀葉子的直軸。軸是通過(guò)搖動(dòng)和它相連的曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)的。同年史密斯取得了這臺(tái)洗衣機(jī)的專利權(quán)。但這臺(tái)洗衣機(jī)使用費(fèi)力，且損傷衣服，因而沒(méi)被廣泛使用，但這卻標(biāo)志了用機(jī)器洗衣的開(kāi)端。次年在德國(guó)出現(xiàn)了一種用搗衣杵作為攪拌器的洗衣機(jī)，當(dāng)搗衣杵上下運(yùn)動(dòng)時(shí)，裝有彈簧的木釘便連續(xù)作用于衣服。19世紀(jì)末期的洗衣機(jī)已發(fā)展到一只用手柄轉(zhuǎn)動(dòng)的八角形洗衣缸，洗衣時(shí)缸內(nèi)放入熱肥皂水，衣服洗凈后，由軋液裝置把衣服擠干。1874年,“手洗時(shí)代”受到了前所未有的挑戰(zhàn)，美國(guó)人比爾布萊克斯發(fā)明了木制手搖洗衣機(jī)。布萊克斯的洗衣機(jī)構(gòu)造極為簡(jiǎn)單，是在木筒里裝上6塊葉片，用手柄和齒輪傳動(dòng)，使衣服在筒內(nèi)翻轉(zhuǎn)，從而達(dá)到“凈衣”的目的。這套裝置的問(wèn)世，讓那些為提高生活效率而冥思苦想的人士大受啟發(fā)，洗衣機(jī)的改進(jìn)過(guò)程開(kāi)始大大加快1880年，美國(guó)又出現(xiàn)了蒸氣洗衣機(jī)，蒸氣動(dòng)力開(kāi)始取代人力。經(jīng)歷了上百年的發(fā)展改進(jìn)，現(xiàn)代蒸汽洗衣機(jī)較早期有了無(wú)與倫與的提高，但原理是相同的。現(xiàn)代蒸汽洗衣機(jī)的功能包括蒸汽洗滌和蒸汽烘干，采用了智能水循環(huán)系統(tǒng)，可將高濃度洗滌液與高溫蒸氣同時(shí)對(duì)衣物進(jìn)行雙重噴淋，貫穿全部洗滌過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了全球獨(dú)創(chuàng)性的“蒸汽洗”全新洗滌方式。與普通滾筒洗衣機(jī)在洗滌時(shí)需要加熱整個(gè)滾筒的水不同，蒸汽洗滌是以深層清潔衣物為目的，當(dāng)少量的水進(jìn)入蒸汽發(fā)生盒并轉(zhuǎn)化為蒸汽后，通過(guò)高溫噴射分解衣物污漬。蒸汽洗滌快速、徹底，只需要少量的水，同時(shí)可節(jié)約時(shí)間。對(duì)于放在衣柜很長(zhǎng)時(shí)間產(chǎn)生褶皺、異味的冬季衣物，能讓其自然舒展，撫平褶皺。“蒸汽烘干”的工作原理則是把恒定的蒸汽噴灑在衣物上，將衣物舒展開(kāi)之后，再進(jìn)行恒溫冷凝式烘干。通過(guò)這種方式，厚重衣物不僅干得更快，并且具有舒展和熨燙的效果。蒸汽洗衣機(jī)之后，水力洗衣機(jī)、內(nèi)燃機(jī)洗衣機(jī)也相繼出現(xiàn)。水力洗衣機(jī)包括洗衣筒、動(dòng)力源和與船相連接的連接件，洗衣機(jī)上設(shè)有進(jìn)、出水孔，洗衣機(jī)外殼上設(shè)有動(dòng)力源，洗衣筒上設(shè)有衣物進(jìn)口孔，其進(jìn)口上設(shè)有密封蓋，洗衣機(jī)通過(guò)連接件與船相連。它無(wú)需任何電力，只需自然的河流水力就能洗滌衣物，解脫了船民在船上洗滌衣物的煩惱，節(jié)約時(shí)間，減輕家務(wù)勞動(dòng)強(qiáng)度。1910年，美國(guó)的費(fèi)希爾在芝加哥試制成功世界上第一臺(tái)電動(dòng)洗衣機(jī)。電動(dòng)洗衣機(jī)的問(wèn)世，標(biāo)志著人類家務(wù)勞動(dòng)自動(dòng)化的開(kāi)端。1922年，美國(guó)瑪塔依格公司改造了洗衣機(jī)的洗滌結(jié)構(gòu)，把拖動(dòng)式改為攪拌式，使洗衣機(jī)的結(jié)構(gòu)固定下來(lái)，這也就是第一臺(tái)攪拌式洗衣機(jī)的誕生。這種洗衣機(jī)是在筒中心裝上一個(gè)立軸，在立軸下端裝有攪拌翼，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)立軸，進(jìn)行周期性的正反擺動(dòng)，使衣物和水流不斷翻滾，相互摩擦，以此滌蕩污垢。攪拌式洗衣機(jī)結(jié)構(gòu)科學(xué)合理，受到人們的普遍歡迎。1932年，美國(guó)本德克斯航空公司宣布，他們研制成功第一臺(tái)前裝式滾筒洗衣機(jī)，洗滌、漂洗、脫水在同一個(gè)滾筒內(nèi)完成。這意味著電動(dòng)洗衣機(jī)的型式躍上一個(gè)新臺(tái)階，朝自動(dòng)化又前進(jìn)了一大步第一臺(tái)自動(dòng)洗衣機(jī)于1937年問(wèn)世。這是一種“前置“式自動(dòng)洗衣機(jī)。靠一根水平的軸帶動(dòng)的缸可容納4000克衣服。衣服在注滿水的缸內(nèi)不停地上下翻滾，使之去污除垢。到了40年代便出現(xiàn)了現(xiàn)代的“上置“式自動(dòng)洗衣機(jī)。隨著工業(yè)化的加速，世界各國(guó)也加快了洗衣機(jī)研制的步伐。首先由英國(guó)研制并推出了一種噴流式洗衣機(jī)，它是靠筒體一側(cè)的運(yùn)轉(zhuǎn)波輪產(chǎn)生的強(qiáng)烈渦流，使衣物和洗滌液一起在筒內(nèi)不斷翻滾，洗凈衣物。1955年，在引進(jìn)英國(guó)噴流式洗衣機(jī)的基礎(chǔ)之上，日本研制出獨(dú)具風(fēng)格、并流行至今的波輪式洗衣機(jī)。至此，波輪式、滾筒式、攪拌式在洗衣機(jī)生產(chǎn)領(lǐng)域三分天下的局面初步形成。60年代的日本出現(xiàn)了帶干桶的雙桶洗衣機(jī)，人們稱之為“半自動(dòng)型洗衣機(jī)”。70年代，生產(chǎn)出波輪式套桶全自動(dòng)洗衣機(jī)。70年代后期，以電腦（實(shí)際上微處理器）控制的全自動(dòng)洗衣機(jī)在日本問(wèn)世，開(kāi)創(chuàng)了洗衣機(jī)發(fā)展史的新階段。80年代，“模糊控制”的應(yīng)用使得洗衣機(jī)操作更簡(jiǎn)便，功能更完備，洗衣程序更隨人意，外觀造型更為時(shí)尚。誕生了許多新水流洗衣機(jī)。此后，隨著電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)的發(fā)展與提高，日本生產(chǎn)出了電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)式洗衣機(jī)，省去了齒輪傳動(dòng)和變速機(jī)構(gòu)，引發(fā)了洗衣機(jī)驅(qū)動(dòng)方式的巨大革命。之后，隨著科技的進(jìn)一步發(fā)展，滾筒90年代，由于電機(jī)調(diào)速技術(shù)的提高，洗衣機(jī)實(shí)現(xiàn)了寬范圍的轉(zhuǎn)速變換與調(diào)節(jié)，洗衣機(jī)已經(jīng)成了大家耳濡目染的產(chǎn)品。伴隨著科技的進(jìn)一步發(fā)展，相信新型更適合人們使用的洗衣機(jī)會(huì)給我們的生活帶來(lái)新的方式。第12節(jié)洗衣機(jī)的分類當(dāng)今主流洗衣機(jī)主要有三大類，分別是波輪式洗衣機(jī)，滾筒式洗衣機(jī)和攪拌式洗衣機(jī)。三種洗衣機(jī)各有所長(zhǎng)，下面我們?cè)敿?xì)介紹一下三種洗衣機(jī)的特點(diǎn)（1）波輪式洗衣機(jī)洗衣特點(diǎn)微電腦控制洗衣及甩干功能、省時(shí)省力。缺點(diǎn)耗電、耗水、衣物易纏繞、清潔性不佳，適合洗滌衣物除需要特別洗滌之外的所有衣物。輪式洗衣機(jī)流行于日本、中國(guó)、東南亞等地。（2）滾筒式洗衣機(jī)洗衣特點(diǎn)微電腦控制所有功能衣物無(wú)纏繞。最不會(huì)損耗衣物的方式。缺點(diǎn)耗時(shí)，時(shí)間是普通的幾倍，而且一旦關(guān)上門(mén)，洗衣過(guò)程中無(wú)法打開(kāi)，潔凈力不強(qiáng)，適合洗滌衣物羊毛、羊絨以及絲綢、純毛類織物。流行于歐洲、南美等主要穿毛、綿為主的地區(qū)，幾乎100的家庭使用的都是滾筒洗衣機(jī)。滾筒洗衣機(jī)優(yōu)點(diǎn)全面的洗滌能力鶴立雞群。因?yàn)橐挛镌谙礈爝^(guò)程中不纏繞、洗滌均勻、磨損小，所以就連羊絨、羊毛、真絲衣物也能在機(jī)內(nèi)洗滌，做到真正的全面洗滌性能。可以利用加熱激活洗衣粉中的活性酶，充分發(fā)揮出洗衣粉的去污效能。由于用水量較小，可以在桶內(nèi)形成高濃度洗衣液，在節(jié)水的情況下帶來(lái)理想的洗衣效果。這種發(fā)源于歐洲的洗衣機(jī)是模仿棒錘擊打衣物原理設(shè)計(jì)，利用電動(dòng)機(jī)的機(jī)械做功使?jié)L筒旋轉(zhuǎn)，衣物在滾筒中不斷地被提升摔下，再提升再摔下，做重復(fù)運(yùn)動(dòng)，加上洗衣粉和水的共同作用使衣物洗滌干凈。滾筒洗衣機(jī)的發(fā)展最為成熟，多年來(lái)在結(jié)構(gòu)上沒(méi)有多少變化，基本是不銹鋼內(nèi)桶，機(jī)械程序控制器，經(jīng)過(guò)磷化、電泳、噴涂三重保護(hù)的外殼，和兩塊笨重的水泥塊用于平衡滾筒旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的巨大離心力，由于用料比波輪洗衣機(jī)好，所以壽命一般在1520年，而以塑料件為主的波輪壽命一般只有810年左右。（3）攪拌式洗衣機(jī)洗衣特點(diǎn)衣物潔凈力最強(qiáng)，省洗衣粉。缺點(diǎn)喜歡纏繞相比前兩種方式損壞性加大，噪音最大，適合洗滌衣物，除需要特別洗滌之外的所有衣物，北美普遍使用。第13節(jié)洗衣機(jī)的工作原理普通型波輪洗衣機(jī)結(jié)構(gòu)由洗衣桶、電動(dòng)機(jī)、定時(shí)器、傳動(dòng)部件、箱體、箱蓋及控制面板等組成。工作原理依靠裝在洗衣桶底部的波輪正、反旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)衣物上、下、左、右不停地翻轉(zhuǎn)，使衣物之間、衣物與桶壁之間，在水中進(jìn)行柔和地磨擦，在洗滌劑的作用下實(shí)現(xiàn)去污清洗。機(jī)械全自動(dòng)洗衣機(jī)結(jié)構(gòu)由電動(dòng)程控器、水位開(kāi)關(guān)、安全開(kāi)關(guān)（蓋開(kāi)關(guān)）、排水選擇開(kāi)關(guān)、不排水停機(jī)開(kāi)關(guān)、貯水開(kāi)關(guān)、漂洗選擇開(kāi)關(guān)、洗滌選擇開(kāi)關(guān)等組成。工作原理通過(guò)各種開(kāi)關(guān)組成控制電路，來(lái)控制電動(dòng)機(jī)、進(jìn)水閥、排水電磁鐵及蜂鳴器的電壓輸出，使洗衣機(jī)實(shí)現(xiàn)程序運(yùn)轉(zhuǎn)。為使洗衣機(jī)長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)正常好用，必需按時(shí)認(rèn)真進(jìn)行正確的潤(rùn)滑維護(hù)保養(yǎng)，需要潤(rùn)滑的地方主要是軸承和齒輪，軸承需由注油孔注入抗磨性和抗氧化安定性好的LTSA22號(hào)防銹抗氧化潤(rùn)滑油，一般23年加油一次，如用一般機(jī)械油則需每年加油一次。齒輪則應(yīng)用粘附性好的2號(hào)極壓鋰基潤(rùn)滑脂，或油性好的，加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1的二烷基二硫代磷酸鋅，或質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3的MOS2，LCKC100號(hào)中等極壓抗磨齒輪油進(jìn)行潤(rùn)滑。甩干機(jī)的軸承和齒輪都應(yīng)每年或半年加入抗氧化防銹抗磨性好的LAN15和LAN68號(hào)潤(rùn)滑油。用密封滾動(dòng)軸承的，則應(yīng)由軸承廠封入使用壽命在1000H以上的，聚脲基稠化精制石油潤(rùn)滑油，并加防銹抗氧化劑的2號(hào)潤(rùn)滑脂。中國(guó)家電研究院的洗衣機(jī)專家指出，洗衣機(jī)內(nèi)部的環(huán)境非常潮濕，閑置幾天之后，就會(huì)孳生大量霉菌。使用時(shí)間越長(zhǎng)，內(nèi)部孳生霉菌的機(jī)會(huì)就越多。一臺(tái)洗衣機(jī)用久了之后，如不及時(shí)清洗，慢慢地就會(huì)出現(xiàn)水發(fā)渾，漂洗不干凈。久而久之，對(duì)下一次要洗的衣物就會(huì)造成污染。人們?nèi)绻L(zhǎng)期使用有霉菌的洗衣機(jī)洗衣服，就有可能產(chǎn)生交叉感染，引發(fā)各種皮膚病。第14節(jié)任務(wù)要求設(shè)計(jì)一個(gè)基于單片機(jī)的洗衣機(jī)控制系統(tǒng)，洗衣機(jī)的工作流程由進(jìn)水、洗衣、排水和脫水四個(gè)過(guò)程組成，并且能達(dá)到“正常運(yùn)行”和“強(qiáng)制停止”兩種控制要求（1）按下啟動(dòng)按鈕，開(kāi)始進(jìn)水直到水滿（即水位達(dá)到高水位）時(shí)停止進(jìn)水開(kāi)始洗滌。（2）洗滌時(shí)，正轉(zhuǎn)30秒，停2秒；然后反轉(zhuǎn)30秒，停2秒，如此循環(huán)5次，總共320秒開(kāi)始排水。（3）水位下降到低水位時(shí)開(kāi)始脫水并繼續(xù)排水，脫水30秒。（4）開(kāi)始清洗，重復(fù)（1）（4），清洗三遍。（5）清洗完成，報(bào)警3秒并自動(dòng)停機(jī)。（6）若按下排水按鈕，可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)排水。（7）若按下停止按鈕，不管洗衣機(jī)工作在什么狀態(tài)，洗衣機(jī)需停止工作。第2章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)第21節(jié)MCS51單片機(jī)主要應(yīng)用特性MCS51單片機(jī)是美國(guó)INTEL公司于1980年推出的產(chǎn)品,與MCS48單片機(jī)相比，它的結(jié)構(gòu)更先進(jìn)，功能更強(qiáng)，在原來(lái)的基礎(chǔ)上增加了更多的電路單元和指令,指令數(shù)達(dá)111條，MCS51單片機(jī)可以算是相當(dāng)成功的產(chǎn)品，一直到現(xiàn)在，MCS51系列或其兼容的單片機(jī)仍是應(yīng)用的主流產(chǎn)品，各高校及專業(yè)學(xué)校的培訓(xùn)教材仍用MCS51單片機(jī)作為代表進(jìn)行理論基礎(chǔ)學(xué)習(xí)。我們也以這一代表性的機(jī)型進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。MCS51系列單片機(jī)主要包括8031、8051和8751等通用產(chǎn)品，其主要功能如下8位CPU；4KBYTES程序存儲(chǔ)器ROM；128BYTES的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器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)；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。MCS51以其典型的結(jié)構(gòu)和完善的總線專用寄存器的集中管理，眾多的邏輯位操作功能及面向控制的豐富的指令系統(tǒng)，堪稱為一代“名機(jī)”，為以后的其它單片機(jī)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。正因?yàn)槠鋬?yōu)越的性能和完善的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致后來(lái)的許多廠商多沿用或參考了其體系結(jié)構(gòu)，有許多世界大的電氣商豐富和發(fā)展了MCS51單片機(jī)，像PHILIPS、DALLAS、ATMEL等著名的半導(dǎo)體公司都推出了兼容MCS51的單片機(jī)產(chǎn)品，就連我國(guó)的臺(tái)灣WINBOND公司也發(fā)展了兼容MCS51的單片機(jī)品種。近年來(lái)MCS51獲得了飛速的發(fā)展，MCS51的發(fā)源公司INTEL由于忙于開(kāi)發(fā)PC及高端微處理器而無(wú)精力繼續(xù)發(fā)展自己的單片機(jī)，而由其它廠商將其發(fā)展，最典型的是PHILIPS和ATMEL公司，PHILIPS公司主要是改善其性能，在原來(lái)的基礎(chǔ)上發(fā)展了高速I(mǎi)/O口，A/D轉(zhuǎn)換器，PWM脈寬調(diào)制、WDT等增強(qiáng)功能，并在低電壓、微功耗、擴(kuò)展串行總線I2C和控制網(wǎng)絡(luò)總線CAN等功能加以完善。ATMEL公司推出的AT89CXX系列兼容MCS51的單片機(jī)，完美地將FLASH非易失閃存技術(shù)EPROM與80C51內(nèi)核結(jié)合起來(lái)，仍采用MCS51的總體結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)，F(xiàn)LASH的可反擦寫(xiě)程序存儲(chǔ)器能有效地降低開(kāi)發(fā)費(fèi)用，并能使單片機(jī)作多次重復(fù)使用。8051是MCS51系列單片機(jī)中的代表產(chǎn)品，它內(nèi)部集成了功能強(qiáng)大的中央處理器，包含了硬件乘除法器、21個(gè)專用控制寄存器、4KB的程序存儲(chǔ)器、128字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、4組8位的并行口、兩個(gè)16位的可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器、一個(gè)全雙工的串行口以及布爾處理器。MCS51采用模塊式結(jié)構(gòu)，MCS51系列中各種加強(qiáng)型單片機(jī)都是以8051為核心加上一定的新的功能部件后組成的，從而使它們完全兼容。表21為MCS51系列單片機(jī)常用產(chǎn)品特性。表21MCS51系列單片機(jī)常用產(chǎn)品特性片內(nèi)存儲(chǔ)器片外尋址空間（KB）型號(hào)程序數(shù)據(jù)I/O線定時(shí)器/計(jì)數(shù)器程序數(shù)據(jù)80514KROM128322個(gè)16位646487514KEPROM128322個(gè)16位64648031無(wú)128322個(gè)16位646480C514KROM128322個(gè)16位646487C514KEPROM128322個(gè)16位646480C31無(wú)128322個(gè)16位646480524KROM256323個(gè)16位646487524KEPROM256323個(gè)16位64648032無(wú)256323個(gè)16位6464MCS51具有比較大的尋址空間，地址線寬達(dá)16條，即外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和程序存儲(chǔ)器的尋址范圍達(dá)21664KB，這作為單片機(jī)控制來(lái)說(shuō)已是比較大的，這同時(shí)具備對(duì)I/O口的訪問(wèn)能力。此外，MCS51采用模塊化結(jié)構(gòu)，可方便地增刪一個(gè)模塊就可使引腳和指令兼容的新產(chǎn)品，從而容易使產(chǎn)品形成系列化。由于MCS51集成了幾乎完善的8位中央處理單元，處理功能強(qiáng)，中央處理單元中集成了方便靈活的專用寄存器，硬件的加、減、乘、除法器和布爾處理機(jī)及各種邏輯運(yùn)算和轉(zhuǎn)移指令，這給應(yīng)用提供了極大的便利。MCS51的指令系統(tǒng)近乎完善，指令系統(tǒng)中包含了全面的數(shù)據(jù)傳送指令、完善的算術(shù)和邏輯運(yùn)算指令、方便的邏輯操作和控制指令、對(duì)于編程來(lái)說(shuō)，是相當(dāng)靈活和方便的。MCS51單片機(jī)的工作頻率為212MHZ，當(dāng)振蕩頻率為12MHZ時(shí)，一個(gè)機(jī)器周期為1US,這個(gè)速度應(yīng)該說(shuō)是比較快的。MCS51把微型計(jì)算機(jī)的主要部件都集成在一塊芯片上，使得數(shù)據(jù)傳送距離大大縮短，可靠性更高，運(yùn)行速度更塊。由于屬于芯片化的微型計(jì)算機(jī)，各功能部件在芯片中的布局和結(jié)構(gòu)達(dá)最優(yōu)化，抗干擾能力加強(qiáng)，工作亦相對(duì)穩(wěn)定。因此，在工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)中，使用單片機(jī)是最理想的選擇。單片機(jī)屬于典型的嵌入式系統(tǒng)，所以它是低端控制系統(tǒng)最佳器件。鑒于MCS51的以上特點(diǎn)，本文的設(shè)計(jì)就是基于MCS51的8051型號(hào)單片機(jī)來(lái)設(shè)計(jì)的洗衣機(jī)控制系統(tǒng)。第22節(jié)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)面板設(shè)計(jì)及控制原理圖221面板設(shè)計(jì)洗衣機(jī)控制控制系統(tǒng)面板如圖21所示。圖21控制面板在圖21中控制面板中設(shè)置了一個(gè)電源開(kāi)關(guān)，啟動(dòng)按紐，洗滌控制等按紐。222系統(tǒng)控制原理圖圖22洗衣機(jī)控制系統(tǒng)控制原理圖在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的洗衣機(jī)控制系統(tǒng)中，采用8051單片機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè)最小系統(tǒng)，為了增加單片機(jī)的驅(qū)動(dòng)能力，系統(tǒng)中擴(kuò)展一組上位排阻電路和一組數(shù)碼管位驅(qū)動(dòng)電路,其原理圖如圖22所示。第23節(jié)微型處理器2318051性能特點(diǎn)8051引腳功能MCS51是標(biāo)準(zhǔn)的40引腳雙列直插式集成電路芯片，引腳分布請(qǐng)參照單片機(jī)引腳圖1P00P07P0口8位雙向口線（在引腳的3932號(hào)端子）。2P10P17P1口8位雙向口線（在引腳的18號(hào)端子）。3P20P27P2口8位雙向口線（在引腳的2128號(hào)端子）。4P30P37P3口8位雙向口線（在引腳的1017號(hào)端子）。圖23單片機(jī)8051管腳圖2328051主要性能晶體管的動(dòng)態(tài)掃描P0口有三個(gè)功能1、外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器時(shí)，當(dāng)做數(shù)據(jù)總線（如圖1中的D0D7為數(shù)據(jù)總線接口）2、外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器時(shí)，當(dāng)作地址總線（如圖1中的A0A7為地址總線接口）3、不擴(kuò)展時(shí)，可做一般的I/O使用，但內(nèi)部無(wú)上拉電阻，作為輸入或輸出時(shí)應(yīng)在外部接上拉電阻。P1口只做I/O口使用其內(nèi)部有上拉電阻。P2口有兩個(gè)功能1、擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器時(shí)，當(dāng)作地址總線使用2、做一般I/O口使用，其內(nèi)部有上拉電阻；P3口有兩個(gè)功能除了作為I/O使用外（其內(nèi)部有上拉電阻），還有一些特殊功能，由特殊寄存器來(lái)設(shè)置，具體功能請(qǐng)參考我們后面的引腳說(shuō)明。有內(nèi)部EPROM的單片機(jī)芯片（例如8751），為寫(xiě)入程序需提供專門(mén)的編程脈沖和編程電源，這些信號(hào)也是由信號(hào)引腳的形式提供的，即編程脈沖30腳（ALE/PROG）編程電壓（25V）31腳（EA/VPP）接觸過(guò)工業(yè)設(shè)備的兄弟可能會(huì)看到有些印刷線路板上會(huì)有一個(gè)電池，這個(gè)電池是干什么用的呢這就是單片機(jī)的備用電源，當(dāng)外接電源下降到下限值時(shí)，備用電源就會(huì)經(jīng)第二功能的方式由第9腳（即RST/VPD）引入，以保護(hù)內(nèi)部RAM中的信息不會(huì)丟失。在介紹這四個(gè)I/O口時(shí)提到了一個(gè)“上拉電阻”那么上拉電阻又是一個(gè)什么東東呢他起什么作用呢都說(shuō)了是電阻那當(dāng)然就是一個(gè)電阻啦，當(dāng)作為輸入時(shí)，上拉電阻將其電位拉高，若輸入為低電平則可提供電流源；所以如果P0口如果作為輸入時(shí)，處在高阻抗?fàn)顟B(tài)，只有外接一個(gè)上拉電阻才能有效。ALE/PROG地址鎖存控制信號(hào)在系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)，ALE用于控制把P0口的輸出低8位地址送鎖存器鎖存起來(lái)，以實(shí)現(xiàn)低位地址和數(shù)據(jù)的隔離。（在后面關(guān)于擴(kuò)展的課程中我們就會(huì)看到8051擴(kuò)展EEPROM電路，在圖中ALE與74LS373鎖存器的G相連接，當(dāng)CPU對(duì)外部進(jìn)行存取時(shí)，用以鎖住地址的低位地址，即P0口輸出。ALE有可能是高電平也有可能是低電平，當(dāng)ALE是高電平時(shí)，允許地址鎖存信號(hào)，當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，ALE信號(hào)負(fù)跳變（即由正變負(fù)）將P0口上低8位地址信號(hào)送入鎖存器。當(dāng)ALE是低電平時(shí)，P0口上的內(nèi)容和鎖存器輸出一致。關(guān)于鎖存器的內(nèi)容，我們稍后也會(huì)介紹。在沒(méi)有訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器期間，ALE以1/6振蕩周期頻率輸出（即6分頻），當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器以1/12振蕩周期輸出（12分頻）。從這里我們可以看到，當(dāng)系統(tǒng)沒(méi)有進(jìn)行擴(kuò)展時(shí)ALE會(huì)以1/6振蕩周期的固定頻率輸出，因此可以做為外部時(shí)鐘，或者外部定時(shí)脈沖使用。PORG為編程脈沖的輸入端在第五課單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其組成中，我們已知道，在8051單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)4KB或8KB的程序存儲(chǔ)器（ROM），ROM的作用就是用來(lái)存放用戶需要執(zhí)行的程序的，那么我們是怎樣把編寫(xiě)好的程序存入進(jìn)這個(gè)ROM中的呢實(shí)際上是通過(guò)編程脈沖輸入才能寫(xiě)進(jìn)去的，這個(gè)脈沖的輸入端口就是PROG。PSEN外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)在讀外部ROM時(shí)PSEN低電平有效，以實(shí)現(xiàn)外部ROM單元的讀操作。1內(nèi)部ROM讀取時(shí)，PSEN不動(dòng)作；2外部ROM讀取時(shí)，在每個(gè)機(jī)器周期會(huì)動(dòng)作兩次；3外部RAM讀取時(shí)，兩個(gè)PSEN脈沖被跳過(guò)不會(huì)輸出；4外接ROM時(shí)，與ROM的OE腳相接。EA/VPP訪問(wèn)和序存儲(chǔ)器控制信號(hào)1、接高電平時(shí)CPU讀取內(nèi)部程序存儲(chǔ)器（ROM）擴(kuò)展外部ROM當(dāng)讀取內(nèi)部程序存儲(chǔ)器超過(guò)0FFFH（8051）1FFFH（8052）時(shí)自動(dòng)讀取外部ROM。2、接低電平時(shí)CPU讀取外部程序存儲(chǔ)器（ROM）。在前面的學(xué)習(xí)中我們已知道，8031單片機(jī)內(nèi)部是沒(méi)有ROM的，那么在應(yīng)用8031單片機(jī)時(shí)，這個(gè)腳是一直接低電平的。3、8751燒寫(xiě)內(nèi)部EPROM時(shí)，利用此腳輸入21V的燒寫(xiě)電壓。RST復(fù)位信號(hào)當(dāng)輸入的信號(hào)連續(xù)2個(gè)機(jī)器周期以上高電平時(shí)即為有效，用以完成單片機(jī)的復(fù)位初始化操作，當(dāng)復(fù)位后程序計(jì)數(shù)器PC0000H，即復(fù)位后將從程序存儲(chǔ)器的0000H單元讀取第一條指令碼。XTAL1和XTAL2外接晶振引腳。當(dāng)使用芯片內(nèi)部時(shí)鐘時(shí)，此二引腳用于外接石英晶體和微調(diào)電容；當(dāng)使用外部時(shí)鐘時(shí)，用于接外部時(shí)鐘脈沖信號(hào)。VCC電源5V輸入；VSSGND接地。AVR和PIC都是跟8051結(jié)構(gòu)不同的8位單片機(jī)，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)不同，所以匯編指令也有所不同，而且區(qū)別于使用CISC指令集的8051,他們都是RISC指令集的，只有幾十條指令，大部分指令都是單指令周期的指令，所以在同樣晶振頻率下，較8051速度要快。另PIC的8位單片機(jī)前幾年是世界上出貨量最大的單片機(jī)，飛思卡爾的單片機(jī)緊隨其后。ARM實(shí)際上就是32位的單片機(jī)，它的內(nèi)部資源（寄存器和外設(shè)功能）較8051和PIC、AVR都要多得多，跟計(jì)算機(jī)的CPU芯片很接近了。常用于手機(jī)、路由器等等。DSP其實(shí)也是一種特殊的單片機(jī)，它從8位到32位的都有。它是專門(mén)用來(lái)計(jì)算數(shù)字信號(hào)的。在某些公式運(yùn)算上，它比現(xiàn)行家用計(jì)算機(jī)的最快的CPU還要快。比如說(shuō)一般32位的DSP能在一個(gè)指令周期內(nèi)運(yùn)算完一個(gè)32位數(shù)乘32位數(shù)積再加一個(gè)32位數(shù)。應(yīng)用于某些對(duì)實(shí)時(shí)處理要求較高的場(chǎng)合。第24節(jié)系統(tǒng)擴(kuò)展241晶體管的動(dòng)態(tài)掃描LED顯示屏的基本工作原理是動(dòng)態(tài)掃描。顯示控制的過(guò)程是先從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀得字模數(shù)據(jù)，再通過(guò)單片機(jī)的串行口或并行口將數(shù)據(jù)寫(xiě)給LED點(diǎn)陣片，然后再行掃描。動(dòng)態(tài)掃描方案和靜態(tài)顯示方案相比節(jié)省驅(qū)動(dòng)元件，但要求刷新頻率高于50HZ，以避免顯示的圖像或文字出現(xiàn)閃爍。由于刷新頻率的限制，一片單片機(jī)能控制顯示元件的片數(shù)是較少的。現(xiàn)在大屏幕LED顯示屏的應(yīng)用已越來(lái)越廣泛。為了對(duì)成百、上千片的LED點(diǎn)陣片實(shí)現(xiàn)有序的、快速的顯示控制，人們動(dòng)了許多腦筋，雙CPU、雙RAM的方案，F(xiàn)PGA的方案等都獲得了成功的應(yīng)用但是這些方案的顯示控制過(guò)程還是先讀后寫(xiě)。本方案另開(kāi)思路用一條讀指令，將讀和寫(xiě)合在一步完成，可大大地提高顯示控制的效率，且電路簡(jiǎn)單。241LED顯示屏的工作原理LED顯示屏的基本工作原理是動(dòng)態(tài)掃描。動(dòng)態(tài)掃描又分為行掃描和列掃描兩種方式，常用的方式是行掃描。行掃描方式又分為8行掃描和16行掃描兩種。在行掃描工作方式下，每一片LED點(diǎn)陣片都有一組列驅(qū)動(dòng)電路，列驅(qū)動(dòng)電路中一定有一片鎖存器或移位寄存器，用來(lái)鎖存待顯示內(nèi)容的字模數(shù)據(jù)。在行掃描工作方式下，同一排LED點(diǎn)陣片的同名行控制引腳是并接在一條線上的，共8條線，最后連接在一個(gè)行驅(qū)動(dòng)電路上行驅(qū)動(dòng)電路中也一定有一片鎖存器或移位寄存器，用來(lái)鎖存行掃描信號(hào)。LED顯示屏的列驅(qū)動(dòng)電路和行驅(qū)動(dòng)電路一般都采用單片機(jī)進(jìn)行控制，常用的單片機(jī)是MCS51系列。LED顯示屏顯示的內(nèi)容一般按字模的形式存放在單片機(jī)的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中，字模是8位二進(jìn)制數(shù)。單片機(jī)對(duì)LED顯示屏的控制過(guò)程是先讀后寫(xiě)。按LED點(diǎn)陣片在屏幕上的排列順序，單片機(jī)先對(duì)第1排的第1片LED點(diǎn)陣片的列驅(qū)動(dòng)鎖存器，寫(xiě)入從外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀得的字模數(shù)據(jù)，接著對(duì)第2片、第3片直到這一排的最后一片都寫(xiě)完字模數(shù)據(jù)后，單片機(jī)再對(duì)這一排的行驅(qū)動(dòng)鎖存器寫(xiě)行掃描信號(hào)，于是第1排第1行與字模數(shù)據(jù)相關(guān)的發(fā)光二極管點(diǎn)亮。接著第2排第1行、第3排第1行直到最后一排第1行的點(diǎn)亮。各排第1行都點(diǎn)亮后，延時(shí)一段時(shí)間，然后黑屏，這樣就算完成了單片機(jī)對(duì)LED顯示屏的一行掃描控制。單片機(jī)對(duì)LED顯示屏第2行的掃描控制、第3行的掃描控制直到第8行的掃描控制，其過(guò)程與第1行的掃描控制過(guò)程相同。對(duì)全部8行的控制過(guò)程都完成后，LED顯示屏也就完成了1幀圖像的完整顯示。雖然按這種工作方式，LED顯示屏是一行一行點(diǎn)亮的，每次都只有一行亮，但只要保證每行每秒鐘能點(diǎn)亮50次以上，即刷新頻率高于50HZ，那么由于人的視覺(jué)惰性，所看到的LED顯示屏顯示的圖像還是全屏穩(wěn)定的圖像。242LED顯示屏的傳統(tǒng)控制方法顯示控制電路是按行掃描方式工作的，列控制電路分為兩大類。列控制電路中，一類是用74LS377之類的芯片作為列驅(qū)動(dòng)電路的鎖存器，CPU通過(guò)并行總線給列驅(qū)動(dòng)電路的鎖存器寫(xiě)字模數(shù)據(jù)另一類是用移位寄存器74LS595之類的芯片作為列驅(qū)動(dòng)電路的鎖存器，CPU通過(guò)串行總線給列驅(qū)動(dòng)電路的鎖存器寫(xiě)字模數(shù)據(jù)。無(wú)論是并行總線的控制方式還是串行總線的控制方式，其工作過(guò)程都是先給數(shù)據(jù)指針DPTR賦值，接著累加器A按數(shù)據(jù)指針DPTR的指向，從外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM中讀得字模數(shù)據(jù)。然后，并行總線時(shí)，再給數(shù)據(jù)指針DPTR賦值，接著CPU將累加器A中的字模數(shù)據(jù)，按數(shù)據(jù)指針DPTR的指向，寫(xiě)給LED點(diǎn)陣片列驅(qū)動(dòng)電路的鎖存器串行總線時(shí)，CPU將累加器A中的字模數(shù)據(jù)，通過(guò)串行口寫(xiě)給LED點(diǎn)陣片列驅(qū)動(dòng)電路的鎖存器。一般顯示控制中，使用較多的單片機(jī)是MCS51系列。假設(shè)單片機(jī)系統(tǒng)的晶振頻率是12MHZ，機(jī)器周期是1S，上述兩種控制方式完成1片LED點(diǎn)陣片的顯示控制都得十幾S。本文提出的高速控制方案，完成1片LED點(diǎn)陣片的顯示控制大約只要4S。按此推算，1片MCS51系列的單片機(jī)，差不多可以對(duì)600多片LED點(diǎn)陣片進(jìn)行顯示控制。與傳統(tǒng)的控制方法相比，顯示控制的效率成倍提高。8051具有很強(qiáng)的擴(kuò)展功能，允許擴(kuò)展各種外圍電路以補(bǔ)充片內(nèi)資源不足，適應(yīng)特定應(yīng)用的需要，擴(kuò)展內(nèi)容包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、程序存儲(chǔ)器、I/O接口等擴(kuò)展結(jié)構(gòu)如圖24所示圖248031系統(tǒng)擴(kuò)展結(jié)構(gòu)圖243I/O接口的擴(kuò)展由于我們采集的數(shù)據(jù)量較多，因此CPU的I/O口線不夠用，所以我們使用8255A來(lái)擴(kuò)展I/O口，以滿足系統(tǒng)的要求。8255A是INTEL公司生產(chǎn)的通用可編程并行I/O接口芯片。8031和8255A相連可為外設(shè)提供三個(gè)8位I/O端口，允許采用同步、異步和中斷方式傳送I/O數(shù)據(jù)。18255A內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳功能內(nèi)部結(jié)構(gòu)8255A內(nèi)部由四部分電路組成。它們是A口、B口和C口，A組控制器和B控制器，數(shù)據(jù)緩沖器及讀寫(xiě)控制邏輯。1A口、B口和C口。A口、B口和C口均為8位I/O數(shù)據(jù)口，但結(jié)構(gòu)上略有差別。A口由一個(gè)8位的數(shù)據(jù)輸出緩沖/鎖存器和一個(gè)8位的數(shù)據(jù)輸入緩沖/鎖存器組成。B口由一個(gè)8位的數(shù)據(jù)輸出緩沖/鎖存器和一個(gè)8位的數(shù)據(jù)輸入緩沖器組成。三個(gè)端口都可以和外設(shè)相連，分別傳送外設(shè)的輸入/輸出數(shù)據(jù)或控制信息。2A、B組控制電路。這是兩組根據(jù)CPU的命令字控制8255工作方式的電路。A組控制A口及C口的高4位，B組控制B口及C口的低4位。3數(shù)據(jù)總線緩沖器。它是一個(gè)8位的雙向三態(tài)驅(qū)動(dòng)器，用于與單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線相連，傳送數(shù)據(jù)或控制信息。4讀/寫(xiě)控制邏輯。這部分電路接收MCS51送來(lái)的讀/寫(xiě)命令和選口地址，用于控制對(duì)8255A的讀/寫(xiě)。8051數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器I/O接口程序存儲(chǔ)器圖258255A芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖引腳功能8255A有40條引腳，采用雙列直插式封裝。如圖26所示。圖268255A引腳圖1數(shù)據(jù)總線（8條）D0D7三態(tài)雙向數(shù)據(jù)總線，8255A與CPU數(shù)據(jù)傳送的通道，當(dāng)CPU執(zhí)行輸入輸出指令時(shí)，通過(guò)它實(shí)現(xiàn)8位數(shù)據(jù)的讀/寫(xiě)操作，控制字和狀態(tài)信息也通過(guò)數(shù)據(jù)總線傳送。2控制總線（6條）RESET復(fù)位信號(hào)，輸入高電平有效。一般和單片機(jī)的復(fù)位相連，復(fù)位后，8255A所有內(nèi)部寄存器清0，所有口都為輸入方式。片選信號(hào)線，當(dāng)這個(gè)輸入引腳為低電平時(shí)有效，表示芯片被選中，允許CS8255A與CPU進(jìn)行通訊。讀信號(hào)線，當(dāng)這個(gè)輸入引腳為低電平時(shí)，允許8255A通過(guò)數(shù)據(jù)總線向CPURD發(fā)送數(shù)據(jù)或狀態(tài)字。寫(xiě)入信號(hào)，當(dāng)這個(gè)輸入引腳為低電平時(shí)，允許CPU將數(shù)據(jù)或控制字寫(xiě)入W8255A。A0、A1地址輸入線。當(dāng)0，芯片被選中時(shí)，這兩位的4種組合00、01、10、11分別用于選擇A、B、C口和控制寄存器。其組合如表22。表228255A控制信號(hào)功能表CSA1A2RDW端口地址端口功能0000100HA口讀A口0001000HA口寫(xiě)A口0010101HB口讀B口0011001HB口寫(xiě)B(tài)口0100102HC口寫(xiě)C口0101002HC口讀C口0111003H控制口寫(xiě)控制字1總線高阻3并行I/O總線（24條）這些總線用于和外設(shè)相連，分別與A、B、C口相對(duì)應(yīng)，用于8255A和外設(shè)之間傳送數(shù)據(jù)，共分三組PA0PA7端口A輸入輸出線，一個(gè)8位的數(shù)據(jù)輸出鎖存器/緩沖器，一個(gè)8位的數(shù)據(jù)輸入鎖存器。PB0PB7端口B輸入輸出線，一個(gè)8位的I/O鎖存器，一個(gè)8位的輸入輸出緩沖器。PC0PC7端口C輸入輸出線，一個(gè)8位的數(shù)據(jù)輸出鎖存器/緩沖器，一個(gè)8位的數(shù)據(jù)輸入緩沖器。4電源線（2條）VCC為5V電源線，允許變化10；GND為地線。28255A方式控制字8255A有兩個(gè)控制字方式控制字和C口單一置復(fù)位控制字。用戶通過(guò)程序可以把這兩個(gè)控制字送到8255A的控制寄存器（A1A011B），以設(shè)定8255A的工作方式和C口各位狀態(tài)。這兩個(gè)控制字以D7位狀態(tài)作為標(biāo)志。8255A各端口工作于什么方式和是輸入還是輸出方式，是由方式控制字決定的。方式控制字格式如圖27所示。D7為控制字標(biāo)志位，若D71,則本控制字為方式控制字，若D70，則本控制字為C口單一置復(fù)位控制字。D6D3為A組控制位。其中，D6和D5位A組方式選擇位若D6D500，則A組設(shè)定為方式0；若D6D501，則A組設(shè)定為方式1若D6D51（為任意），則A組設(shè)定為方式2。D4為A口輸入/輸出控制位若D40，則PA0PA7，用于輸出數(shù)據(jù)；若D40，則PA0PA7用于輸入數(shù)據(jù)。D3位C口高4位輸入/輸出控制位若D30，則PC4PC7為輸出數(shù)據(jù)方式；若D31，則PC4PC7為輸入方式。圖27方式控制字D2D0為B組控制位，其作用和D6D3類似。其中，D2為方式選擇位，若D20，則B組設(shè)定為方式0，若D21，則B組設(shè)定為方式1。D0為C口低4位輸入/輸出控制位，若D00，則PC0PC3用于輸出數(shù)據(jù)，若D01，則PC0PC3用于輸入數(shù)據(jù)。如圖28所示圖28置位控制字38255A的工作方式8255A有三種工作方式方式0（MODE0）、方式1（MODE1）和方式2MODE2。正確的選用方式控制字，并把它通過(guò)程序送給8255A的控制字寄存器就可設(shè)定8255A的工作方式。方式0（基本輸入/輸出方式）這種方式不需要任何選通信號(hào)。A口、B口及C口的兩個(gè)4位口中的任何一個(gè)端口都可以被設(shè)定為輸入或輸出。輸出鎖存，輸入不鎖存。根據(jù)控制字D4、D3、D1、D0位的變化，方式0有16種不同的輸入、輸出組合方式。方式1（選通輸入/輸出方式）這種方式下，A口、B口、C口分為兩組。A組包括A口和C口的高4位，A口可由編程設(shè)定為輸入口或輸出口，C口的高四位則用來(lái)作為輸入/輸出操作的控制和同步信號(hào)；B組包括B口和C口的低4位，B口可由編程設(shè)定為輸入口或輸出口，C口的低四位則用來(lái)作為輸入/輸出操作的控制和同步信號(hào)。A口和B口的輸入輸出數(shù)據(jù)都被鎖存。方式2（雙向總線方式）這種方式下，A口為8位雙向總線口，C口的PC3PC7用來(lái)作為輸入/輸出操作的控制和同步信號(hào)；B口和C口的PC0PC2則可編程為方式0或方式1工作。第25節(jié)電源除了220V的電源，我們還選擇了LM7805三端穩(wěn)壓器產(chǎn)生一個(gè)5V的電源。其電路如圖29所示。圖295V電源電路三端固定輸出集成穩(wěn)壓器，它是一種串連調(diào)整式穩(wěn)壓器。它將全部電路集成在單塊硅片上，整個(gè)集成穩(wěn)壓電路只有輸入、輸出和公共三個(gè)引出端，使用非常方便。典型的有78正電壓輸出系列，79負(fù)電壓輸出系列。當(dāng)輸入的電壓VI、輸出電流IO或溫度變化時(shí)，輸出電壓VO可保持不變；另外，當(dāng)輸出短路。可使輸出電流IO限制為一定值；若穩(wěn)壓器過(guò)熱，則它就停止工作，以免穩(wěn)壓器遭到損壞。三端固定輸出電壓集成穩(wěn)壓器，因內(nèi)部有過(guò)熱、過(guò)流保護(hù)電路，因此它的性能優(yōu)良、可靠性高。有因這種穩(wěn)壓器具有體積小、使用方便、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，所以我們選用了這種芯片。第3章電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)第31節(jié)直流電機(jī)M1控制系統(tǒng)311電機(jī)的選取直流電動(dòng)機(jī)按勵(lì)磁方式不同可分為他勵(lì)、并勵(lì)、串勵(lì)和復(fù)勵(lì)四種。下面一常用的他勵(lì)和并勵(lì)電動(dòng)機(jī)為例介紹其機(jī)械特性、起動(dòng)、反轉(zhuǎn)和調(diào)速，他勵(lì)和并勵(lì)電動(dòng)機(jī)只是連接方式上的不同，兩者的特性是一樣的，如圖31所示。圖31洗衣機(jī)電機(jī)控制他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞是分離的，分別由勵(lì)磁電源電壓UF和電樞電源電壓U兩個(gè)直流供電；而在并勵(lì)電動(dòng)機(jī)中兩者是并聯(lián)的，由同一電壓U供電。并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞并聯(lián)，其電壓與電流間的關(guān)系為UERAIA即AAUEIR電樞電壓）31IFFAFA當(dāng)電源電壓U和勵(lì)磁電路的電阻RF（包括勵(lì)磁繞組的電阻和勵(lì)磁調(diào)節(jié)電阻）保持不變時(shí)，勵(lì)磁電流IF以及由它所產(chǎn)生的磁通也保持不變，即常數(shù)。則電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)距也就和電樞電流成正比，TKTIAKIA這是并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)距T必須與機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)距T2及空載損耗轉(zhuǎn)距T0相平衡時(shí)，電動(dòng)機(jī)將等速轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)軸上的機(jī)械負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，將引起電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、電流及電磁轉(zhuǎn)距等發(fā)生變化。，稱為3202AEETURIRNNKK并勵(lì)電動(dòng)機(jī)在穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，其電樞電流位，因電樞電阻RA很小，AUEIR所以電動(dòng)機(jī)在正常運(yùn)行時(shí)，電源電壓U與反電動(dòng)勢(shì)E近似相等在起動(dòng)時(shí)，N0，所以EKEN0。這時(shí)電樞電流及起動(dòng)電流為，ASTUIR由于RA很小，因此起動(dòng)電流IAST可達(dá)額定電流IN的1020倍，這時(shí)不允許的。同時(shí)并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)距正比于電樞電流IA，這么大的起動(dòng)電流引起極大的起動(dòng)轉(zhuǎn)距，會(huì)對(duì)生產(chǎn)機(jī)械的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)產(chǎn)生沖擊和破壞。限制起動(dòng)電流的方法就是在起動(dòng)時(shí)的電樞電路中串接起動(dòng)電阻RST，見(jiàn)圖。這時(shí)起動(dòng)電樞中的起動(dòng)電流的初始值為則起動(dòng)電阻為STATURIASTASTUIR一般IAST（1525）IN起動(dòng)時(shí)，可將起動(dòng)電阻RST放在最大值處，待起動(dòng)后，隨著電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的上升，再把它逐段切除。注意直流電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)或工作時(shí)，勵(lì)磁電路一定要保持接通，不能斷開(kāi)（滿勵(lì)磁起動(dòng)）。否則，由于磁路中只有很小的剩磁，就有可能發(fā)生以下要改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，就必須改變電磁轉(zhuǎn)距T的方向，可通過(guò)改變磁通（勵(lì)磁電流）或電樞電流IA的方向?qū)崿F(xiàn)。312并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速電動(dòng)機(jī)的調(diào)速就是在同一負(fù)載下獲得不同的轉(zhuǎn)速，以滿足不同的要求。由轉(zhuǎn)速公式可知常用的調(diào)速方式有調(diào)磁調(diào)速和調(diào)壓調(diào)速兩種。AEUIRNK313改變磁通（調(diào)磁調(diào)速）當(dāng)保持電源電壓U為額定值不變時(shí)，調(diào)節(jié)勵(lì)磁電路的電阻，改變勵(lì)磁電流IF而改變磁通。由式可見(jiàn)，當(dāng)磁通減小時(shí)，N0升高了，轉(zhuǎn)速降也2ETRNK增大了；但與2成正比，所以磁通愈小，機(jī)械特性曲線也愈陡，但仍有一定的硬度。見(jiàn)圖32圖32磁通調(diào)速曲線由于電動(dòng)機(jī)一般是在額定狀態(tài)下運(yùn)行的，它的磁路已接近于飽和，所以在一定負(fù)載下，通常是減小磁通調(diào)速（N），轉(zhuǎn)速上調(diào)（NNN）。調(diào)磁調(diào)速是恒功率調(diào)速，即轉(zhuǎn)速升高后，輸出轉(zhuǎn)距必須減小，否則電樞電流IA會(huì)超過(guò)原來(lái)的額定電流，使電動(dòng)機(jī)發(fā)熱燒壞。調(diào)磁調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)1調(diào)速平滑，可得到無(wú)級(jí)調(diào)速；2調(diào)速經(jīng)濟(jì)，控制方便；3機(jī)械特性較硬，穩(wěn)定性較好。對(duì)專門(mén)生產(chǎn)的調(diào)磁調(diào)速的電動(dòng)機(jī)，其調(diào)速幅度可達(dá)到34倍314改變電壓U（調(diào)壓調(diào)速）當(dāng)保持他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流IF為額定值時(shí)，降低電樞電壓U，使轉(zhuǎn)速N降低。由式可見(jiàn)，在一定負(fù)載下，U愈低，轉(zhuǎn)速N愈小，但機(jī)械特2AETRNK性的硬度不變，見(jiàn)圖33圖33電壓調(diào)速曲線一般電動(dòng)機(jī)都處在額定狀態(tài)下運(yùn)行，再進(jìn)行調(diào)壓調(diào)速時(shí)，為保證電動(dòng)機(jī)的絕緣，一般是將電動(dòng)機(jī)的電壓下調(diào)UUN，而轉(zhuǎn)速也下調(diào)NNN。調(diào)壓調(diào)速是在額定電流下調(diào)速，是恒轉(zhuǎn)距調(diào)速。調(diào)壓調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)1機(jī)械特性較硬，電壓降低后硬度不變，穩(wěn)定性較好。2調(diào)速幅度較大，其調(diào)速幅度可達(dá)到610倍。3可均勻調(diào)節(jié)電樞電壓，得到平滑的無(wú)級(jí)調(diào)速。這里采用電壓調(diào)節(jié)方式實(shí)現(xiàn)對(duì)直流伺服電機(jī)的調(diào)速。第32節(jié)交流電機(jī)M2控制系統(tǒng)目前較常用的交流電動(dòng)機(jī)有兩種1、三相異步電動(dòng)機(jī)。2、單相交流電動(dòng)機(jī)。第一種多用在工業(yè)上，而第二種多用在民用電器上。321三相異步電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)原理三相異步電動(dòng)機(jī)要旋轉(zhuǎn)起來(lái)的先決條件是具有一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，三相異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組就是用來(lái)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的。我們知道，但相電源相與相之間的電壓在相位上是相差120度的，三相異步電動(dòng)機(jī)定子中的三個(gè)繞組在空間方位上也互差120度，這樣，當(dāng)在定子繞組中通入三相電源時(shí)，定子繞組就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，其產(chǎn)生的過(guò)程如圖1所示。圖中分四個(gè)時(shí)刻來(lái)描述旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生過(guò)程。電流每變化一個(gè)周期，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在空間旋轉(zhuǎn)一周，即旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)速度與電流的變化是同步的。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速為N60F/P式中F為電源頻率、P是磁場(chǎng)的磁極對(duì)數(shù)、N的單位是每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)。根據(jù)此式我們知道，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與磁極數(shù)和使用電源的頻率有關(guān)，為此，控制交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速有兩種方法1、改變磁極法；2、變頻法。以往多用第一種方法，現(xiàn)在則利用變頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)交流電動(dòng)機(jī)的無(wú)級(jí)變速控制。圖34三相異步電機(jī)工作圖觀察圖34還可發(fā)現(xiàn)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向與繞組中電流的相序有關(guān)。相序A、B、C順時(shí)針排列，磁場(chǎng)順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，若把三根電源線中的任意兩根對(duì)調(diào)，例如將B相電流通入C相繞組中，C相電流通入B相繞組中，則相序變?yōu)镃、B、A，則磁場(chǎng)必然逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。利用這一特性我們可很方便地改變?nèi)嚯妱?dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。定子繞組產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)后，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條（鼠籠條）將切割旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁力線而產(chǎn)生感應(yīng)電流，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條中的電流又與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生電磁力，電磁力產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子沿旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)方向以N1的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)起來(lái)。一般情況下，電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速N1低于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速N。因?yàn)榧僭O(shè)NN1，則轉(zhuǎn)子導(dǎo)條與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)就沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，就不會(huì)切割磁力線，也就不會(huì)產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，所以轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速N1必然小于N。為此我們稱三相電動(dòng)機(jī)為異步電動(dòng)機(jī)322單相交流電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)原理單相交流電動(dòng)機(jī)只有一個(gè)繞組，轉(zhuǎn)子是鼠籠式的。當(dāng)單相正弦電流通過(guò)定子繞組時(shí)，電動(dòng)機(jī)就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)交變磁場(chǎng)，這個(gè)磁場(chǎng)的強(qiáng)弱和方向隨時(shí)間作正弦規(guī)律變化，但在空間方位上是固定的，所以又稱這個(gè)磁場(chǎng)是交變脈動(dòng)磁場(chǎng)。這個(gè)交變脈動(dòng)磁場(chǎng)可分解為兩個(gè)以相同轉(zhuǎn)速、旋轉(zhuǎn)方向互為相反的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，當(dāng)轉(zhuǎn)子靜止時(shí)，這兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生兩個(gè)大小相等、方向相反的轉(zhuǎn)矩，使得合成轉(zhuǎn)矩為零，所以電動(dòng)機(jī)無(wú)法旋轉(zhuǎn)。當(dāng)我們用外力使電動(dòng)機(jī)向某一方向旋轉(zhuǎn)時(shí)（如順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)），這時(shí)轉(zhuǎn)子與順時(shí)針旋轉(zhuǎn)方向的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)間的切割磁力線運(yùn)動(dòng)變小；轉(zhuǎn)子與逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)方向的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)間的切割磁力線運(yùn)動(dòng)變大。這樣平衡就打破了，轉(zhuǎn)子所產(chǎn)生的總的電磁轉(zhuǎn)矩將不再是零，轉(zhuǎn)子將順著推動(dòng)方向旋轉(zhuǎn)起來(lái)。要使單相電動(dòng)機(jī)能自動(dòng)旋轉(zhuǎn)起來(lái)，我們可在定子中加上一個(gè)起動(dòng)繞組，起動(dòng)繞組與主繞組在空間上相差90度，起動(dòng)繞組要串接一個(gè)合適的電容，使得與主繞組的電流在相位上近似相差90度，即所謂的分相原理。這樣兩個(gè)在時(shí)間上相差90度的電流通入兩個(gè)在空間上相差90度的繞組，將會(huì)在空間上產(chǎn)生（兩相）旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。在這個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用下，轉(zhuǎn)子就能自動(dòng)起動(dòng)，起動(dòng)后，待轉(zhuǎn)速升到一定時(shí)，借助于一個(gè)安裝在轉(zhuǎn)子上的離心開(kāi)關(guān)或其他自動(dòng)控制裝置將起動(dòng)繞組斷開(kāi)，正常工作時(shí)只有主繞組工作。因此，起動(dòng)繞組可以做成短時(shí)工作方式。但有很多時(shí)候，起動(dòng)繞組并不斷開(kāi)，我們稱這種電動(dòng)機(jī)為電容式單相電動(dòng)機(jī)，要改變這種電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向，可由改變電容器串接的位置來(lái)實(shí)現(xiàn)。在單相電動(dòng)機(jī)中，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的另一種方法稱為罩極法，又稱單相罩極式電動(dòng)機(jī)。此種電動(dòng)機(jī)定子做成凸極式的，有兩極和四極兩種。每個(gè)磁極在1/31/4全極面處開(kāi)有小槽，把磁極分成兩個(gè)部分，在小的部分上套裝上一個(gè)短路銅環(huán)，好象把這部分磁極罩起來(lái)一樣，所以叫罩極式電動(dòng)機(jī)。單相繞組套裝在整個(gè)磁極上，每個(gè)極的線圈是串聯(lián)的，連接時(shí)必須使其產(chǎn)生的極性依次按N、S、N、S排列。當(dāng)定子繞組通電后，在磁極中產(chǎn)生主磁通，根據(jù)楞次定律，其中穿過(guò)短路銅環(huán)的主磁通在銅環(huán)內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)在相位上滯后90度的感應(yīng)電流，此電流產(chǎn)生的磁通在相位上也滯后于主磁通，它的作用與電容式電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)繞組相當(dāng)，從而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。第4章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)第41節(jié)軟件構(gòu)思根據(jù)硬件設(shè)計(jì)要求，控制主程序流程圖如圖41所示。洗衣機(jī)通上電以后，單片機(jī)上電，首先進(jìn)行程序的初始化，包括定時(shí)器，外部中斷等初始化，以及各參數(shù)初始值的設(shè)定。默認(rèn)洗衣強(qiáng)度為標(biāo)準(zhǔn)洗，漂洗次數(shù)三次。然后掃描剩余鍵盤(pán)的狀態(tài)。確定強(qiáng)度和漂洗次數(shù)。用數(shù)碼管顯示洗衣時(shí)間。當(dāng)啟動(dòng)鍵按下以后，洗衣機(jī)進(jìn)入待命狀態(tài)，完成進(jìn)水洗滌脫水漂洗的循環(huán)過(guò)程。當(dāng)洗衣機(jī)結(jié)束時(shí)候，發(fā)出控制蜂鳴器發(fā)聲。圖41主程序流程圖第42節(jié)洗滌過(guò)程流程圖按下啟動(dòng)按扭，開(kāi)始進(jìn)水，進(jìn)水到規(guī)定高度，使水位開(kāi)關(guān)接通，實(shí)現(xiàn)洗滌正轉(zhuǎn)，并停止進(jìn)水。洗滌正轉(zhuǎn)10S后，停止洗滌，開(kāi)始洗滌反轉(zhuǎn)。10S后，計(jì)數(shù)器加1，累計(jì)洗滌次數(shù)。并判斷是否重復(fù)進(jìn)行洗滌,若不需要，開(kāi)始排水，由于排水，水位降低，當(dāng)水位低于規(guī)定下限水位時(shí)，低水位開(kāi)關(guān)接通，開(kāi)始脫水，脫水10S后，計(jì)數(shù)器加1，脫水停止。然后再返回到進(jìn)水動(dòng)作重復(fù)上述過(guò)程3次，報(bào)警并停機(jī)。圖42洗滌過(guò)程流程圖第43節(jié)脫水、漂洗流程圖按下脫水按鈕，洗衣機(jī)自動(dòng)停止進(jìn)水，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)入漂洗脫水階段。洗衣機(jī)打開(kāi)排水閥，電動(dòng)機(jī)開(kāi)始工作，脫水過(guò)程