題目:基于單片機的洗衣機控制系統設計〔硬件〕英文題目：DesignoftheWashingMachineBasedonSingle-chipMicrocomputer(Hardware)聲明本人以信譽鄭重聲明：所呈交的學位畢業設計〔論文〕，是本人在指導教師指導下由本人獨立撰寫完成的，沒有剽竊、抄襲、造假等違反道德、學術標準和其他侵權行為。文中引用他人的文獻、數據、圖件、資料均已明確標注出，不包含他人成果及為獲得東華理工大學或其他教育機構的學位或證書而使用過的材料。對本設計〔論文〕的研究做出重要奉獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本畢業設計〔論文〕引起的法律結果完全由本人承當。本畢業設計〔論文〕成果歸東華理工大學所有。特此聲明。畢業設計〔論文〕者〔簽字〕：王威威簽字日期：2023年5月30日本人聲明：該學位論文是本人指導學生完成的研究成果，已經審閱過論文的全部內容，并能夠保證題目、關鍵詞、摘要局部中英文內容的一致性和準確性。學位論文指導教師簽名：涂緒堅2023年6月3日摘要在中國洗衣機自1980年代初進去家庭,慢慢的從單缸洗衣機開展到雙缸洗衣機再到全自動洗衣機。全自動洗衣機也從最初的普通式全自動洗衣機到有微機控制自動洗衣機,然后到采用模糊控制技術的模糊控制全自動洗衣機。全自動洗衣機是一種洗滌、漂洗、脫水三種功能之間可以相互切換的洗衣機,無需人工干預的情況下完成。隨著科學技術的高速開展，人們的生活質量有了質的飛躍，智能化的生活越來越普遍。全自動洗衣機在我們的生活越來越重要，它能更好地解放人們的雙手。緩解人們在家務勞動中的壓力。本設計采用AT89C51單片機作為洗衣機的控制系統的核心芯片，它以體積小、功能全、價格低、開發方便等優勢得到了電子工作者的認可。洗衣機在單片機的控制下具有對洗衣機的智能控制，當設置完畢后，通過自動檢測水位，對衣物進行洗滌，洗滌結束進行自動報警提示，系統能根據不同的洗衣方式對電機速度進行控制并顯示。關鍵詞：洗衣機；STC89C51單片機；智能控制ABSTRACTWashingmachineinChinasincetheearly1980sinthefamily,slowlydevelopedfromsinglecylinderwashingmachinetotwocylinderwashingmachineandfullyautomaticwashingmachine.Fullyautomaticwashingmachineisalsofromtheinitialordinarytypefull-automaticwashingmachinetothemicrocomputercontrolautomaticwashingmachine,andthentothefuzzycontroltechnologyoffuzzycontrolisfullyautomaticwashingmachine.Fullyautomaticwashingmachineisakindofwash,rinse,dehydrationcanswitchbetweenthreefunctionsofwashingmachines,withouthumanintervention.Withtherapiddevelopmentofscienceandtechnology,people'squalityoflifehasaqualitativeleap,intelligentlifeisbecomingmorecommon.Fullyautomaticwashingmachineismoreandmoreimportantinourlife,itcanbetterliberatepeople'shands.Alleviatethepressureofthepeopleinthehouseholdchores.ThisdesignUSESSTC89C51asthecoreofthewashingmachinecontrolsystemchips,itwithsmallvolume,completefunctions,lowprice,developmentadvantagesoftheconvenientwontheacceptanceofelectronicworkers.Washingmachineunderthecontrolofthesinglechipmicrocomputerwiththeintelligentcontrolofthewashingmachine,whensettoend,throughthewaterlevelautomaticdetection,towashclothes,washoverautomaticallyalarmprompt,thesystemcanaccordingtothedifferentwayoflaundrytocontrolthemotorspeedanddisplay.Keywords:Washingmachine;STC89C51single-chip;Microcomputerintelligentcontrol目錄TOC\o"1-3"\h\u621摘要III4469ABSTRACTIV29551緒論1159971.1課題的開發背景 1286261.2全自動洗衣機的開展歷史1133151.3國內外現狀與開展趨勢2123991.3.1洗衣機的分類2320721.3.2自動洗衣機在國內外的開展水平與現狀273601.4研究本課題的目的與意義49903第二章系統總體設計方案528922.1主要設計內容與功能5255822.2方案論證與選擇6239482.2.1方案一6249132.2.2方案二7211362.2.3方案論證與選擇7240292.3系統總體方案設計8255022.4系統原理圖824792.5本章小結1022446第三章系統控制芯片分析1125693.1STC89C51單片機介紹11182073.1.1主要功能、性能參數11164833.2單片機最小系統1278193.2.1時鐘電路13176563.2.2復位電路13139433.3ADC0832芯片介紹14320863.4本章小結1514740第四章系統硬件設計16270004.1總體設計及功能描述1698334.2各功能模塊硬件設計17231524.2.1單片機控制模塊的設計17193864.2.2顯示電路設計1997094.2.3直流電機驅動電路設計21190894.2.4報警電路21190994.2.5進/排水電路22106354.2.6按鍵模塊設計 23135014.2.7水位檢測系統 2429644.2.8A/D轉換電路 2431944.3本章小結2528021第五章軟件局部設計 2618795.1主程序流程圖 26125155.2工作子程序流程圖 2762945.3按鍵子程序流程圖29232735.4顯示子程序工作流程圖 30297895.5本章小結 3124745第六章仿真與調試3292166.1標準方式仿真圖 3227320結論3310247致謝3412450參考文獻 3513933附錄1系統設計原理圖3625255附錄2元件清單374056附錄3系統源程序38緒論1.1.1課題的開發背景隨著科技的開展，人們生活水平也有了明顯的提高，洗衣機成了現在社會每個家庭的必需品，人們在使用洗衣機的過程中對洗衣機功能的要求也越來越多，隨著人們需求的提高，對洗衣機功能的要求也越來越全面。智能化越來越普遍。現在的洗衣機只要把衣服放進洗衣機里只需簡單的幾步，就能讓洗衣機自動進水、自動洗滌、自動排水、自動脫水，把衣服洗好。在整個的洗衣過程不僅節約了我們的時間。還解放了我們的雙手。使我們有更多的時間去做其他想做的事。提高了我們的工作效率之余更能愉悅我們內心。對于當今社會來說，每當有一項技術突破都能帶動洗衣機的該革。單片機作為洗衣機的主控制器。以它向外延伸必要的控制電路，形成一個洗衣機的控制電路。來控制洗衣機各種功能的實現與配合。到達我們想實現的目的。更好的將我們在課本中學到的知識運用到實際生活中，讓我們的動手能力得到提高。不一味的只知道理論不去做實物，通過實踐我們的生活才能有質的飛躍。1.2全自動洗衣機的開展歷史從古至今，從中國到外國，洗衣服都是一種不得不做的家務勞動，然而洗衣機的出現對于很多人來說都是一種解放。它以簡單、易操著、方便實用的方式征服了我們，讓我們接受了它，從而在社會生活中得以廣泛的運用。經過漫長的手工洗衣的時代，人們終于向機械洗衣邁出了嶄新的一步。1858年，最原始洗衣機‘誕生’了，它是在匹茨堡的一個美國人制成的。該洗衣機的主要有一個圓柱形的圓桶組成，桶內主要有一個漿狀的軸承。與它相連的曲柄的轉動從而帶動軸承的轉動，到達洗衣的效果。它是有美國人漢密爾頓·史密斯創造的。然而又過了幾年，洗衣機經過后人的改進開展到新型的洗衣機，它是有一個用手柄轉動的八角形洗衣缸組成的洗衣機，為了更好的洗衣效果往里面參加熱的洗滌劑。等把衣服洗干凈以后在用軋液裝置把衣服里面的水分軋干。1874年,木制手搖式洗衣機的出現手工洗衣服受到了空前絕后的挑戰，它是有一位美國人比爾·布萊克斯創造的。木制手搖式洗衣機構主要是在木筒里裝上幾塊葉片，由于手柄和齒輪轉動讓衣服在筒內不斷翻轉，讓衣服與衣服、衣服與筒壁不斷的摩擦，從而到達洗衣的目的。這代洗衣機的問世，讓為了改進洗衣方式的人得到的很大的啟發。從而洗衣機進入了快速的改進的進程中。1880年,由于蒸汽機的出現和開展,世界上第一臺蒸汽洗衣機‘誕生’,通過蒸汽動力的機械工作方式開始取代體力勞動。再經過一個世紀的開展和完善，現代蒸汽洗衣機有了明顯改善,幾乎同樣的原理。現代蒸汽洗衣機使用了智能水循環系統,從而到達節約水的效果，現代蒸汽洗衣機讓高濃度的洗滌液和高溫蒸汽一起噴在衣服的同時,經過蒸汽洗衣機的洗滌,從而到達洗衣的效果，它的主要功能有蒸汽洗衣和蒸汽枯燥。從而人們進入了實現了世界上全新的洗滌方式—“蒸汽洗〞。1910年,世界上第一臺電動洗衣機在美國人費舍爾研制下終于成功問世了。電動洗衣機出現象征著人類向自動化洗衣又邁進了重要的一步。1932年,美國本德航空公司成功實現了洗滌、漂洗、脫水能在同一個桶內完成，這標志著第一臺滾動式洗衣機的‘誕生’。這意味著電動洗衣機從模型邁向了一個新的高度,這也是自動化洗衣機的一個巨大的創新!1937年,出現了第一臺“前置〞式自動洗衣機，它標志著第一代自動洗衣機的問世，它有一個圓柱形的氣缸組成，它可以容納4kg的衣服。衣服都在裝滿水的汽缸里不斷的上下翻滾著,這樣就可以到達洗衣的效果。由于科技的不斷創新和開展,從而全自動洗衣機也加快了研制的步伐。首先由英國和推出了噴流式洗衣機,它是依賴于運行的波輪產生強大的漩渦,缸內的洗衣服和洗滌劑一起不斷地回來摩擦洗衣服，來到達凈衣的效果。1.3國內外現狀與開展趨勢洗衣機的分類普通洗衣機不可以使洗滌、漂洗、脫水連續完成，都要手動切換。半自動洗衣機可以在洗滌、漂洗、脫水任意兩個功能之間能實現相互切換，從而到達半自動的效果。全自動洗衣機可以在洗滌、漂洗、脫水等三個功能之間實現相互切換，從而到達全自動的效果。1.3.2自動洗衣機在國內外的開展水平與現狀當今社會根據結構組成的不同可以把全自動洗衣機分為三大類分別為攪拌式全自動洗衣機滾筒式全自動洗衣機、和波輪式全自動洗衣機。滾筒式、波輪式、攪拌式全自動洗衣機分別在全球洗衣機市場的比重為51%、34%和15%。由于我國市場上的性質，滾筒式和波輪式的全自動洗衣機都普遍存在，目前我國市場上還沒有攪拌式全自動洗衣機的出現，以下是對波輪式和滾筒式全自動洗衣機做出簡單的總結。波輪式全自動洗衣機由電動機正反轉帶動波輪轉動，波輪的轉動帶動水的轉動，從而到達洗衣的效果，這就是波輪式全自動洗衣機的工作原理。它可以用單桶、套桶、雙桶洗滌衣服。它以相對來說比擬簡單的結構，維修起來比擬方便，洗凈率相對較高，洗衣率速率比擬高，來讓人們接受它。它的主要缺點是用水比擬多，對衣服磨損比擬嚴重。它的優點是不會讓衣服纏繞在一起，洗衣服比擬均勻損害衣服的可能性小；洗衣桶一般有不銹鋼、鋁合金、塑料等幾類。它的工作原理是：裝在洗衣桶下面的波輪帶動洗衣桶正反轉，從而讓衣服上、下、左、右不斷的翻轉，讓衣服與衣服、桶、桶壁之間，在水中進行溫柔的摩擦，在洗滌劑的輔助下實現去污。優點：洗滌速度比滾筒式的要強很多。技術方面，滾筒式洗衣機運用越來越多的創新技術，從而大大的提高了它的性能。它對衣物的清潔力高，兩個桶的更能減少對水、電、洗滌劑的消耗，它比擬適合一般衣服的洗滌，價格比擬低，方便實用，省時省力。缺點：相比擬來說對衣服的損傷比擬大，容易讓衣服纏繞在一起，使用時相比擬費事。滾筒式全自動洗衣機由機械化的控制器、不銹鋼的內桶和經過磷化、電泳、噴漆三重保護的外殼，組成了滾動式全自動洗衣機。為了防止在高速的工作環境下做離心運動用兩塊笨重的水泥板來平衡，再加上洗滌劑的作用來到達凈服的。它主要材料由鋼鐵組成，所以壽命一般在20年左右。優點：滾筒式全自動洗衣機一般是由微型電腦控制，使衣服洗滌均勻、不會纏繞在一起，所以磨損率要比波輪式的小一點，所以一些貴重的衣服也可以在其中洗滌，性能真正做到全面洗滌。由于它的用水量小，所以可以在水中形成高濃度洗滌劑，充分發揮洗滌劑的作用，使衣服的洗凈率更加高。從而在節水的同時到達理想的凈衣效果。滾筒式全自動洗衣機除了能洗衣、脫水外，還可以加熱水溫、消毒除菌、烘干等功能。缺點：相對來說比擬消耗電量，洗滌過程要的時間長；相對其他洗衣機來說洗衣時間比擬長，比普通洗衣機的洗衣時間還要長好幾倍；噪音很大；洗衣機自身重量很大，移動不方便。1.4研究本課題的目的與意義中國目前洗衣機更新換代進入了一個非常快的時期,從而使市場潛力巨大,由于現代科技的不斷進步與創新。洗衣機的更新換代也越來越快，這樣使人們對洗衣機功能全面性的要求也越來越高。目前市場上所出現的洗衣機主要功能包括有強洗、一鍵脫水、一鍵洗衣、弱洗、漂洗功能等功能,雖然市場上洗衣機的功能有這么豐富，但是在很多方面還不能滿足人們所想要的功能。這就要求設計師有較高的專業技術水平,提出一個好的建議和新解決問題的方法,把人們所需要變成實際中有的,這就需要設計師能夠運用專業知識設計出一個更節能、在功能上更全面、更智能化的全自動洗衣機。目前市場上所出現的洗衣機并不能滿足所有洗衣機功能方面的兼容性,目前許多洗衣機工廠為了保持自己洗衣機品牌所具有的競爭能力,許多洗衣機功能創新方面不能實現知識產權的交流，所以許多洗衣機廠商只能突出自己品牌所具有一個或兩個洗衣機和其它洗衣機廠商不同的個性化特征。洗衣機的功能是由單片機這個芯片所控制的，單片機主控制芯片的特點是體積小、靈活、方便實用等特點。因此,設計出主要電路是由基于單片機控制的全自動洗衣機控制系統具有很好的實用性、與可靠性。畢業設計之所以選擇使用單片機來完成“基于單片機的洗衣機控制系統設計〞,這是因為自己所學專業。我們所學的專業主要的知識就是單片機，這使我們與單片機接觸最多。全自動洗衣機是日常生活的一個固定的模式,開始洗滌后按照一個固定的程序,在許多情況下,可能會導致不必要的浪費水和電。但如果你能設計出根據更合理的要求去洗要洗的衣服,從而可以減少很多不必要的浪費水、電、洗滌液與空間。這個設計用設計好的水位傳感器來檢測水位,確定所需要的水量來減少不必要的浪費,到達最好的洗衣效果,最經濟的洗衣解決方案。第二章系統總體設計方案2.1主要設計內容與功能1主要設計內容：洗衣機的控制電路是用STC89C51單片機進行設計的。STC89C51單片機為主要的控制單元，擴展我們所需要的外部電路，來實現我們所設計的功能，組成一個能實現我們所想要實現的洗衣機的控制器。2主要功能：〔1〕洗滌功能：標準洗滌時間為30分鐘。洗滌25分鐘，漂洗2分鐘，脫水3分鐘。如有需要可循環。〔2〕啟動/暫停按鈕控制：按下啟動按鈕為標準洗滌；在運行狀態再按那么為暫停，再次按下恢復原來的工作狀態。洗滌、漂洗正轉10秒，停止5秒，反轉10秒，停止5秒。脫水時電機向一個方向高速運轉。〔3〕在洗滌時對應的洗滌指示燈亮；漂洗時對應的漂洗指示燈亮；脫水時對應的脫水指示燈亮；洗滌結束時發出報警，三個燈一起閃爍。〔4〕水位檢測功能。〔5〕單獨脫水功能。3按鍵功能全智能洗衣機上有3個按鍵分別為K1、K2、K3。K3為復位鍵。K2是啟動/暫停和確認鍵。K1為洗滌時間選擇鍵和單獨脫水鍵。4洗衣過程在接通電源后，按啟動電源鍵。可以選擇自己想用的洗衣時間15、20、30分鐘或單獨脫水。然后按啟動鍵洗滌工作開始。開始洗滌過程，首先進水閥翻開。開始向洗衣機進水，當到達所設定的水位時，進水閥關閉，停止進水；電機M電源接通，開始進入洗滌過程。所設計的電路，能夠使電機M能夠正反轉。產生不同方向的水流，這樣更容易把衣服洗干凈。2.2方案論證與選擇方案一假設我們采取模數電設計的話，這個設計的主要控制電路由由計數器、繼電開關、秒脈沖發生器、譯碼器、控制門、功放電路和執行電機局部組成主體電路。來實現我們所需要的功能。滌時間計數器和數碼管共同組成了洗衣機的顯示電路，顯示電路主要是為了顯示洗衣機洗滌時的功能和顯示所剩余時間的功能。框圖如下：洗滌時間顯示洗滌時間顯示秒脈沖發生器60進制計數器洗滌時間計數器控制門功放繼電開關執行電機時間譯碼清零置數圖2-1方案一2.2.2方案二CPU控制模塊電機控制模塊顯示模塊電源模塊復位模塊時鐘模塊按鍵控制模塊圖2-2方案二假設我們采用了STC89C51單片機設計了一個智能洗衣機的主控制器，這個控制器主要有時鐘電路、電源電路、顯示電路、復位電路、按鍵電路和執行電機局部等組成。電機電路局部是由于兩個繼電器的吸和狀態，讓電機產生正轉和反轉。從而帶動水流，到達洗衣的效果。把STC89C51單片機與兩位一體數碼管連來一起，然后我們再利用所學到的C語言編程來控制它，最后實現智能洗衣機自動化顯示功能。從而到達我們所設計的效果。2.2.3方案論證與選擇目前我國洗衣機市場開展狀態為高速開展創新期，從而使更新換代比擬迅速，所以我國市場現在與未來需求量都非常巨大，在科技飛速開展的年代。人們不在滿足與單一的洗衣機模式，對于智能洗衣機所應該有的功能的要求也越來越多。對于實用性考慮也越來越高。從上面我們所介紹的兩種方案，通過具體的分析比擬，不難看出方案一雖然選用了計數器、譯碼器、秒脈沖發生器、功放電路等電路，但這類洗衣機的功能比擬單一，對于實用性來講比擬低，電路比擬復雜，體積相對來說較大，單線性誤差存在的可能性大，實現不方便，不能滿足人們對智能洗衣機的要求。方案二相對于方案一來說電路簡單，功能能滿足人們的需要，體積較小，容易存放，使用起來比擬靈活；洗衣機主要有洗滌功能、進排水系統、水位檢測、暫停等幾大功能。因此，設計出基于單片機的全自動洗衣機控制電路系統具有很強的經濟、實用性。所以本次設計采用方案二。2.3系統總體方案設計定時啟動→定時啟動→正轉10秒→暫停5秒→反轉10秒→暫停5秒定時未到定時到停機6060進制計數器控制門洗滌時間計數器電機驅動電路電機序列發生器洗滌時間顯示秒脈沖預置TZ1Z2圖2-3洗衣機控制器框圖2.4系統原理圖用STC89C51單片機作為本系統的主要控制單元，它主要控制的對象包括：電機正反轉、進水閥、出水閥，洗滌時間，洗滌方式等。這些變量根據不同的工作狀態與時間來進行相互切換來實現，水位的變化以及工作狀態的變化來控制進水閥和出水閥的翻開與關閉，為別用LED燈和數碼管來顯示出不同工作狀態以及運行所剩余的時間。洗滌時間和脫水時間用LED燈顯示；洗衣機的運行狀態和運行時間主要是由按鍵完成的，，程序的運行狀態提示以及洗衣完成報警主要有蜂鳴器報警來完成。下面是洗衣機控制電路系統框圖：CPU控制模塊電機控制模塊顯示模塊電源模塊復位模塊時鐘模塊按鍵控制模塊圖2-4洗衣機控制電路系統框圖各框圖的作用包括：①STC89C51單片機電路:程序控制的主要芯片是所有的單片機電路，這一塊STC89C51單片機芯片上包含的計算機上的所有功能電路，它主要有中央處理器CPU、輸入/輸出接口電路及計時、分頻、掃描、程序存儲器ROM、數據存儲器RAM、分頻、掃描、定時、時間設定等電路組成，洗衣機操作程序已存在于程序存儲器中、輸入的指令和監測到的信號來調出對應的內部相應程序，在經過其他電路路處理后，單片機輸出對應的控制信號，這樣洗衣機就完成了相應的工作狀態。②直流電源電路:主要為單片機的其他電路進行供電的功能，它的主要功能是將用戶所得到的的220V交流電經過變壓、整流、濾波、穩壓后，得到穩定的低壓直流電。再送給洗衣機使用，最后讓可控硅觸發電路送給單片機和顯示電路等所需要的電路使用。③復位電路:這個電路的作用是使程序復位。單片機存儲器進行復位的原因是因為在電源給單片機通電后和電源出現電壓過低缺乏產生的，就會使整個電路處于初始狀態也就是剛開機的工作狀態。來進行消除由于操作失誤造成的后果。④時鐘電路:單片機的時鐘電路是有晶振元件和單片機內部電路組成的，讓單片機有定時和計時功能的是振蕩頻率，它還為單片機提供時鐘信號。⑤按鍵輸入電路:所需按鍵開關按照一定的規律排列，有按鍵被按下時，按鍵所對應的工作狀態隨對應的信號將輸送到單片機。按鍵被按下的同時單片機做出相應的回應，立即調出單片機對應內部軟件的工作程序來進行對應工作，這樣就會使洗衣機就會進入相應的工作狀態，完成人們的指令。使用戶下達按鍵的請求得以實現。⑥顯示電路:LED燈和數碼管組成了顯示電路，用戶主要通過LED的亮和滅和數碼管的顯示來觀察洗衣機的工作狀態。用戶在對洗衣機使用的過程中，他們可以通過洗衣機的洗衣狀態以及指示燈的狀態來看出洗衣機是否接收了用戶所下達的指令。判斷洗衣機工作狀態是否屬于正常狀態可以通過洗衣機的工作狀態和指示燈的狀態來觀察出洗衣機是否純在平安隱患。⑦負載驅動電路:該電路多由雙向可控硅及觸發電路組成。無觸點開關控制電機的工作狀態等負載電路的開關和正常運行狀態。單片機主要根據用戶在按鍵上所輸入的指令或接受到的信號，可控硅控制使觸發電路來進行的導通，使電機等負載電路在有點的情況下進行運轉，來完成用戶所輸入的相對應的工作狀態。⑧報警電路:所設計的報警電路在洗衣過程中主要是對在程序的運行狀態的提示以及洗衣完成狀態的自動報警。它主要根據程序的安排與軟件的設定來工作的，在用戶洗衣過程完成以后，來提示用戶洗衣機以完成工作。2.5本章小結本章主要內容是智能洗衣機控制系統的總體方案設計，各個功能模塊的數據處理包括工作原理和總體設計要求，過程中需要注意的問題以及要到達的性能指標和技術指標。基于控制系統的整體分析提供了根底，為下一步的系統硬件和軟件的設計。第三章系統控制芯片分析單片機的型號選擇是基于控制系統的功能、目標、可靠性、性價比、速度和精度等來決定的。根據本課題所要實現的功能，所需要的單片機的型號主要從下面幾點來考慮：它必須具有較強的抗干擾能力。而且要有較高的性價比。然而ATMEL公司推出的89系列單片機中性比價比擬高的就是STC89C51單片機，它是ATMEL公司中比擬典型的一款產品。所以我們就用它做為我們所設計系統的核心芯片，硬件結構非常簡單，功能比擬強大、性價比擬非常高、價格極低是STC89C51的主要特點，它的這些特點符合我們所設計系統的需要，能實現我們所想要的功能，所以我選取了它作為改系統的核心芯片。3.1STC89C51單片機介紹最近美國STC公司向世界公布了，他們推出了一種具有新型51內核的STC系列單片機。這種新型的51內核具有Flash程序存儲器、SRAM、UART、SPI、A\D、PWM等模塊。這個具有新型內核的51單片機與以前普通的51單片機的根本功能完全兼容，它就是STC89C51單片機。3.1.1主要功能、性能參數內置最新推出的標準51內核；它增強型的機器周期為6時鐘，標準型為12時鐘;3.工作頻率范圍為：0~40MHZ；4.STC89C51RC對應Flash空間為：4KB;5.內部存儲器：512B(RAM);6.定時器\計數器：3個16位的定時器\計數器；7.通用異步通信口〔UART〕：1個；8.中斷源有8個；9.有系統可編程和應用可編程，無需專用編程器和仿真器；10.通用I\O口：32或36個；11.它的工作電壓是3.8到5V之間；12.外形封裝：40腳PDIP、44腳PLCC和PQFP等他們的引腳如下。圖3-1引腳圖3.2單片機最小系統51單片機最小系統一般指的是單片機與晶振電路和復位電路組成的系統，單片機最小系統有時也稱為最小應用系統，用最少的元件組成的單片機可以工作的系統稱為單片機的最小系統。下面給出一個51單片機的最小系統電路圖。圖3-2最小系統電路圖時鐘電路1.內部時鐘電路內部時鐘電路是有89C51本身用于構成內部振蕩器的高增益反相放大器和外部電路組成，引腳XTAL1是該放大器的輸入端，引腳XTAL2分別是該放大器的輸出端。放大器與外部諧振器構成自激振蕩器，外部諧振器可以是石英晶體、陶瓷諧振器。外接的兩個電容與諧振器構成了并聯振蕩電路。為了保證系統工作的穩定性對兩個電容也有很高的要求。石英晶體和陶瓷諧振器對兩個電容的要求分別為30pF士10pF和40pF士l0pF，這樣的選擇最好。圖3-3內部時鐘電路圖3-4外部時鐘電路2.外部時鐘電路采用外部振蕩器脈沖信號輸入，如圖3-4所示，XTAL1接地，XTAL2接外部振蕩器，并通過XTAL2端輸入到片內時鐘發生器中。外接4.7～10k的上拉電阻。3.2.2復位電路通過某種方式，使單片機內部各類存放器的值變為初始狀態的操作叫做復位[11]。復位電平的正脈沖寬度統設計采用上電復位模式。1.上電復位方式最簡單的復位電路，無需增加硬件。在復位輸入引腳和一個電容器連接到VCC，和一個電阻連接到GND，如圖3-5所示。圖3-5上電復位電路由VCC，10uf有極性電容，10k電阻組成的上電復位電路。實現通過電容器的充電和放電外部復位電路，電容器的第一輸入一個臨時的高水平，與VCC電容器的充電時間的增加而減小的高水平，當電源接通時，只要VCC的上升時間不超過1ms，單片機就能夠可靠地復位[12]。2.手動復位電路圖3-6手動復位電路當我們按下復位按鍵時，單片機引腳RST直接與高電壓VCC相連，這時出現2個以上的高電平，讓電路形成復位重置，復位的同時電解電容被短路，形成放電電路；當我們復位按鍵松開同時，電容充電，為下次放電做準備，此時電流流過電阻，單片機引腳RST這時為高電平，現在電路仍然是復位狀態，充電完成后，電容不存在，形成開路，RST此時為低電平，電路為正常工作狀態。3.3ADC0832芯片介紹圖3-7ADC0832引腳圖ADC0832是美國國家半導體公司生產的一種8位分辨率、雙通道A/D轉換芯片。體積比擬小，對其他芯片兼容性強、性能好、價格低是ADC0832的主要特點，因為它的這些特點受到的很對人的喜愛與使用，現在用它做設計的人已經非常多了。我們通過學習和了解它的原理，最終能把它熟練掌握，非常有利于我們單片機技術水平的提高。ADC0832具有以下特點：〔1〕具有8位分辨率；〔2〕有兩個通道A/D轉換；〔3〕輸出的電平與很多芯片都兼容；〔4〕輸出的電壓能在最小與最大之間輸出；〔5〕250KHZ的工作頻率，使其轉換時間僅為32μS；〔6〕一般功耗僅為15mW；〔7〕它的工作溫度環境范圍比擬大；3.4本章小結本章主要內容是分析系統控制芯片的工作原理，電路實現，軟件技術等相關設計。通過STC89C51最小系統的分析，熟悉時鐘電路，復位電路的工作原理，掌握控制模塊的功能實現，為系統設計提供設計思路。第四章系統硬件設計整個系統最根底的就是系統硬件設計，設計這個系統要考慮許多方面的因素，除了實現洗衣機根本功能以外，我們還要考慮諸多因素：比方設計所用的器件能不能買到、所做系統的穩定性能不能到達、所設計的功能能不能實現、價格是不是能接受、編程容不容易實現和器件的兼容性等因素。所以我們所設計的硬件系統非常重要。以下是對所設計硬件系統各個模塊的具體分析。4.1總體設計及功能描述CPU控制模塊電機控制模塊顯示模塊電源模塊復位模塊時鐘模塊按鍵控制模塊圖4-1洗衣機控制系統總圖CPU控制模塊采用了STC89C51單片機來控制各個系統的運轉。我們的系統采用了模塊化的設計，因為選用模塊化設計更能直觀的反響出我們所設計的具體模塊。設計的功能模塊包括了一下幾個功能：單片機控制系統、電源、時鐘、復位、按鍵控制、直流電機控塊和顯示等模塊。洗衣機的主要功能有強弱洗滌功能、單獨脫水功能、進排水功能、水位檢測功能、控制電機的正反轉以及電機的轉速、顯示洗滌時間和洗衣機運行狀態的功能。4.2各功能模塊硬件設計4.2.1單片機控制模塊的設計STC89C51單片機作為主控制的原因是：它是一種高效微型控制器，具有能耗低、性能高等特點。所以我們選用了STC89C51單片機作為該系統的主要控制芯片。為了方便設計我們采用40引腳PDIP雙列直插封裝形式，40引腳PDIP形式的STC89C51單片機具有32個外部雙向輸入/輸出〔I/O〕接口。40引腳的單片機外形及引腳排列如圖4-2所示。圖4-2STC89C51單片機的引腳圖STC89C51單片機中的電源、時鐘信號和復位電路是其工作的根本條件，缺少一個都不能工作。電源電路、時鐘電路、復位電路是單片機中最根本的電路。其組成如圖4-3所示。CPU控制模塊電源電路時鐘電路復位電路圖4-3單片機控制系統根本硬件組成方框圖電源電路單片機系統電源局部的原理圖如圖4-4所示。我國使用的標準電壓為220V，我們所設計電路的電壓為5V，我們需要經過一系列的變化的到我們所需要的電壓5V。首先將電壓220V經過變壓器T變壓為15V交流電，然后用4個二極管進行全橋整流，在通過電容濾波得到光滑的5V直流電壓后，最后在經過通過三端穩壓管穩壓的穩壓效果，最終得到穩定的+5V電壓給各個電路模塊進行供電。圖4-4電源電路2.時鐘電路模塊的設計由于我們選用的芯片STC89C51自己本身就有時鐘振蕩電路，所以我們直接用就行了，不需要單獨進行設計，只需要在單片機的XTAL1和XTAL2引腳外接石英晶體和微調電容，就能得到設計所需要的自激振蕩器，他能在單片機內部產生時鐘脈沖信號，從而得到我們想要的。具體電路設計如圖4-5所示。圖4-5時鐘振蕩電路工作原理：內部時鐘電路是有89C51本身用于構成內部振蕩器的高增益反相放大器和外部電路組成，引腳XTAL1是該放大器的輸入端，引腳XTAL2分別是該放大器的輸出端。放大器與外部諧振器構成自激振蕩器，外部諧振器可以是石英晶體、陶瓷諧振器。外接的兩個電容與諧振器構成了并聯振蕩電路。為了保證系統工作的穩定性對兩個電容也有很高的要求。石英晶體和陶瓷諧振器對兩個電容的要求分別為30pF士10pF和40pF士l0pF，這樣的選擇最好。。為了加快單片機的運行速率，我們添加了晶體振蕩器，它可以簡稱為晶振，它頻率〔fosc〕可以調控，調控范圍為1.2MHz~12MHz,在這次設計中我們選取最大值12MHz，選擇12MHz的主要原因是晶體振蕩頻率越高，系統的時鐘頻率也越高，單片機系統運行速率越快。3.復位電路模塊和設計復位電路使單片機或系統中的其他部件處于某種確定的狀態。當在STC89C51系列單片的RST引腳處引入高電平形成2個高電平電位，單片機就會內部自己執行復位操作。總得來說，復位操作分為上電復位和按鍵復位。在這次設計中我們采用按鍵復位方式。如圖4-6所示。圖4-6復位電路工作原理：當我們按下復位按鍵時，單片機引腳RST直接與高電壓VCC相連，這時出現2個以上的高電平，讓電路形成復位重置，復位的同時電解電容被短路，形成放電電路；當我們復位按鍵松開同時，電容充電，為下次放電做準備，此時電流流過電阻，單片機引腳RST這時為高電平，現在電路仍然是復位狀態，充電完成后，電容不存在，形成開路，RST此時為低電平，電路為正常工作狀態。4.2.2顯示電路設計顯示模塊由發光二極管和LED顯示器組成。1.發光二極管發光二極管的英文縮寫為LED。我們這次設計選用發光二極管主要用途是用來指示洗衣機的工作狀態和進排水的狀態。6個發光二極管分別跟單片機的P1口的6個I/O口連接，如圖4-5所示。為了使導通發光二極管亮，只要在發光二極管的負極所對應的P1口通入低電平。圖4-7發光二級管電路2.LED顯示器我們為了直觀了觀察出所設計系統的運行時間，就要設計出對應的顯示電路。所以我們用了LED顯示器來顯示，顯示電路如圖4-8所示。圖4-8顯示電路LED顯示器的結構每個LED顯示器是有8段不同的發光二極管組成的。LED顯示器有兩種連接方式，分別為共陽和共陰連接。我們這次使用的是四個共陽二極管，共陽LED顯示器的特點是，當其中的發光二極管接低電平時，對應的發光二極管被點亮，對應的波段就顯示出來。共陰極連接與共陽極連接道理是同樣的。LED顯示器顯示不同的數字，就要使對應打發光二極管點亮，為了使發光二極管點亮，就要編寫對應的代碼，代碼和可以讓對應的LED相應的段發光，顯示出我們想要的數字，這些數字組成在一起就能顯示時間。有時我們也把這些代碼稱之為段碼或稱之為字型碼。4.2.3直流電機驅動電路設計圖4-9直流電機電路圖4-9所示是一個直流電機控制電路。當JDQ2常閉斷開，常開閉合時，JDQ3和JDQ1常閉時，電機實現正轉。當JDQ3常閉斷開，常開閉合時，JDQ2和JDQ1常閉時，電機實現反轉，從而到達洗衣機洗滌與漂洗的功能。當JDQ3常閉時，JDQ2和JDQ1常閉斷開，常開閉合時，電機實現高速轉動，從而到達脫水的效果。Q6控制的繼電器是調節脫水時間和洗滌時間的繼電器，不閉合的時候調節洗滌時間，閉合時調節脫水時間。Q7和Q8控制的繼電器調節電機的正反轉。4.2.4報警電路報警功能選擇用蜂鳴器來實現，蜂鳴器是一個一體化的結構電子式訊響器，采用了直流的電壓供電，廣泛用于電腦及打印機及復印機及報警及電子玩具及汽車電子設備及、定時器及其他電子產品在聲音的設備。蜂鳴器可分為壓電蜂鳴器和電磁式蜂鳴器等兩種類型。本次設計采用了壓電蜂鳴器。壓電蜂鳴器主要由許多諧振子、壓電蜂鳴器、阻抗匹配、音箱、殼等。一些壓電蜂音器殼有一個發光二極管。許多電晶體諧振子或集成電路構成。當開關電源(l.5到15伏特直流電壓),許多諧振子初始、輸出1.5~2.5kHZ音頻信號,阻抗匹配器壓電蜂鳴器聲音促進。當P16為低電平時發出報警。如圖4-10所示。圖4-10報警電路進/排水電路設計的進/排水電路根本與電機電路相同，如圖4-11所示，進水閥受P33的控制，排水閥受P34的控制。當電控水龍頭的控制端P33為低電平時，使三極管Q9導通，線圈得電使得進水閥翻開，開始給洗衣機供水。當電控水龍頭的控制端P34為低電平時，三極管Q10導通，線圈得電使得排水閥翻開，排出此時洗衣機內的水。從而到達了近排水的效果。圖4-11進/排水電路4.2.6按鍵模塊設計按鍵模塊電路圖，如圖4-12。4-12按鍵電路K1接P20口，K2接P21口，K1和K2的3口接口。K1控制洗衣方式和單獨脫水功能的選擇。K2是暫停和啟動鍵。4.2.7水位檢測系統WaterSensor水位傳感器是深圳科易互動公司最新推出的一款產品，它的主要特點是簡單易用、小巧輕便、性比價較高的水位檢測傳感器。其工作原理為通過具有一系列暴露的平行導線線跡其水量的多少。與國外同類產品相比、不但體積小、功能強、而且設計具有以下特點:水量到模擬量的轉換；可塑性強、本傳感器輸出為根底模擬值；低功耗、靈敏度高；可以直接與微處理器或其他邏輯電路相連接，適合各種開發板與控制器。水位監測電路如圖4-13，3口接高電平，2口接ADC0832芯片的CHO口，1口接地。我們設置一個水位，在洗衣機進水閥翻開時到達我們所設定的值，指示燈會點亮。在出水閥翻開時小于我們所設定的值時，指示燈會點亮，從而到達模擬水位的效果。4-13水位檢測電路4.2.8A/D轉換電路ADC0832為8位分辨率A/D轉換芯片，其最高分辨可達256級，可以適應一般的模擬量轉換要求。其內部電源輸入與參考電壓的復用，使得芯片的模擬電壓輸入在0~5V之間。芯片轉換時間僅為32μS，據有雙數據輸出可作為數據校驗，以減少數據誤差，轉換速度快且穩定性能強。獨立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變的更加方便。通過DI數據輸入端，可以輕易的實現通道功能的選擇。本設計用AD0832芯片作為改設計的A/D轉換芯片電路圖，如圖4-14。此電路的主要作用是把水位的模擬量轉換成數字量。電容C4的作用讓輸入的信號更加穩定，防止ADC0832芯片監測過快導致信號不穩定。圖4-14A/D轉換電路4.3本章小結通過對本章主要模塊功能設計，對各個模塊的工作原理分析，掌握模塊功能并把它實現。第五章軟件局部設計5.1主程序流程圖圖5-1主程序流程圖5.2工作子程序流程圖圖5-2工作子程序流程圖5.3按鍵子程序流程圖圖5-3按鍵子程序流程圖5.4顯示子程序工作流程圖圖5-4顯示子程序流程圖5.5本章小結本章主要分析了系統程序的設計分析。通過對流程圖的分析可以掌握程序的運行情況以及數據的流向。程序的好壞還需要配合硬件電路的設計與仿真，在軟件仿真的根底上形成準確的程序。第六章仿真與調試6.1標準方式仿真圖本次設計硬件調試采用Protues軟件進行仿真。圖6-1為硬件仿真電路圖，進/排水閥由LED燈表示。圖6-1硬件仿真電路圖結論主要是以STC8989C51單片機為核心芯片來完成這次畢業設計。首先，對洗衣機進行了簡單的原理分析與設計。這次設計以軟硬件相結合與伙伴一起完成這次畢業設計。我主要完成硬件局部。在越來越智能化的社會，智能洗衣機成了每個家里不可缺少的家用電器。所以我選擇這樣的畢業設計課題，并且能通過此次設計來提高自己硬件電路設計的能力。在我完成這次畢業設計的過程中，當看到自己將專業知識用于解決實際的問題時，那份成就感和喜悅感是難以形容的。但是，在實際制作的過程中，我發現自己應該學的東西太多太多。光靠自己在書本上所學過的這點知識是遠遠不夠的，真正地認識到了工作就是學習的道理。由于自己以前沒有認真學習單片機，感覺十分吃力，覺得畢業設計的任務十分緊迫。通過對本系統的設計，我學習到了硬件開發的根本流程并有了一定的駕御此開發過程的能力。總之，這次畢業設計對我來說是一次比擬全面的、富有創造性和探索性的鍛煉，完成了我選題時的心愿。令我深有感觸，對于我今后的學習、工作和生活都將是受益非淺。參考文獻[1]楊寶清.實用電路手冊，北京:機械工業出版社，2002[2]江志紅.51單片機案例精選，北京：清華大學出版社，2023[3]華永平.電子線路課程設計，南京:東南大學出版社，2006[4]胡漢才.單片機原理及其接口技術，北京：清華大學出版社，1996[5]閻石.數字電子技術，北京：高等教育出版社，2004[6]潘新民等編著.微型計算機控制技術，北京：高等教育出版社，2001[7]趙偉軍.Protel99SE原理圖與PCB仿真，北京：機械工業出版社，2005[8]辛友順.單片機引用系統設計與實現，福建：福建科學技術出版社，2006[9]李勛.單片機微型計算機大學讀本.北京：北京航空航天大學出版社，2002.[10]克強.用AT89C2051單片機制作洗衣機控制電路[J].北京：電子世界，2001.3[11]張美金、劉卉、謝國民.80C51單片微機原理及應用教程[M].沈陽：遼寧人民出版社，2023.10[12]MeehanJoanne,MuirLindsey.SCMinMerseysideSMEs:Benefitsandbarriers[J].TQMJournal.2023[13]MeehanJoanne,MuirLindsey.SCMinMerseysideSMEs:Benefitsandbarriers[J].TQMJournal.2023：55-59[14]YeagerBrent.Howtotroubleshootyourelectronicscale[J].PowderandBulkEngineering.1995：77-81附錄1系統設計原理圖附錄2元件清單9*15萬用板STC89C51單片機40腳IC座12MHz晶振30pF瓷片電容*210uF電解電容*2ADC08328腳IC座四位一體共陽數碼管0.365V有源蜂鳴器5mm紅色LED*45mm黃色LED*25mm綠色LED*29012三極管*10104獨石電容按鍵*35V繼電器〔黃〕*52pin接線端子〔藍〕*23V直流電機10k電阻2.2k電阻*91k電阻*7220歐電阻*2100歐電阻排針*3杜邦線*3水位傳感器ＵＳＢ電源線導線焊錫附錄3系統源程序#defineuintunsignedint#defineucharunsignedchar#defineDUANP0#include<reg52.h>#include<intrins.h>charmin=15,sec=0; //定義定時變量/**端口定義**/sbitCS=P3^0;sbitClk=P3^1;sbitDATI=P3^2;sbitDATO=P3^2;sbitDIAN=P0^5;//小數點/**定義全局變量**/unsignedchardat=0x00;//AD值unsignedcharCH;//通道變量ucharMODE=0;ucharNUM=0;bitflag_START=0;bitflag_finish=0;/**共陽LED段碼表**/unsignedcharcodetab[]={0x5F,0x44,0x9D,0xD5,0xC6,0xD3,0xDB,0x47,0xDF,0xD7};voiddelay(uchari);//函數聲明/**管腳聲明**/sbitbuzz=P1^6; //蜂鳴器sbitKEY_MODE=P2^0;//模式選擇按鍵sbitKEY_PAUSE=P2^1;//啟動、暫停按鍵sbitLED_15min=P1^0;//洗衣模式燈sbitLED_20min=P1^1;sbitLED_30min=P1^2;sbitLED_WASH=P1^3;//洗衣過程指示燈sbitLED_RINSE=P1^4;sbitLED_DRY=P1^5;sbitMOTOR_R=P3^5;//控制電機轉動方式的3個繼電器sbitMOTOR_L=P3^6;sbitMOTOR_WASH_DRY=P3^7;sbitWATER_IN=P3^3;//進水sbitWATER_OUT=P3^4;//排水sbitLED1=P2^4;sbitLED2=P2^5;sbitLED3=P2^6;sbitLED4=P2^7;/**水位檢測AD轉換**/unsignedcharadc0832(CH){ unsignedchari,test,adval; adval=0x00; test=0x00; Clk=0;//初始化 DATI=1; _nop_(); CS=0; _nop_(); Clk=1; _nop_(); if(CH==0) { Clk=0; DATI=1; _nop_(); Clk=1; _nop_(); Clk=0; DATI=0; _nop_(); Clk=1; _nop_(); } else { Clk=0; DATI=1; _nop_(); Clk=1; _nop_(); Clk=0; 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