单片机全自动洗衣机控制器

1、邵阳学院课程设计（论文）摘要单片机又称“单片机微型计算机” 、 “微控制器” 、 “嵌入式微控制器” 。单片机适用于控制领域，是由CPU、RAM、ROM以及I/O接口电路集成在一起的芯片。它体积小，成本低，功能强，广泛应用于智能产业和工业自动化上。而 51 系列单片机是各种单片机中最为典型和最有代表性的一种。通过这次课程设计对它的进一步了解、学习与应用，从而达到设计、开发软硬件的能力。本设计根据全自动洗衣机控制系统的要求和特点，设计了一种基于 MCS-51 单片机的全自动洗衣机控制器。该控制器以AT89C51为控制核心，进行洗衣程序的控制。全自动即进水、洗涤、摔干等一系列过程自动完成，控制器通

2、常设有几种洗涤程序，对不同的衣物可提供用户选择。本课题要求设计全自动洗衣机控制器，在稳压电源下，有进水、洗衣、脱水功能，并显示预约时间。通过本文你将会对全自动洗衣机控制器的设计进一步了解，明白全自动洗衣机的工作流程。关键字: 单片机；AT89C51；全自动洗衣机；洗衣程序；稳压电源；预约时间。邵阳学院课程设计（论文）目录摘 要.I第 1 章 绪论.1 1.1 课题背景.1 1.2 国内外现状及水平.1 1.3 课题设计任务与要求.1第 2 章 系统方案设计.2 2.1 设计方框图 .2 2.2 方案论证.2 第 3 章 电路设计.3 3.1 工作原理.3 3.2 AT89C51 介绍.3 3.

3、3 单元电路设计.4第 4 章 程序设计.8 4.1 系统主程序设计.8 4.2 程序源代码设计.9第 5 章 系统仿真.15 5.1 PROTEUS 简介.15 5.2 系统仿真.15第 6 章 总结.17参考文献.18致谢.18邵阳学院课程设计（论文）1第 1 章 绪论1.1 课题背景洗衣机是一种在家庭中不可缺少的家用电器，发展非常快，有很好的发展前景。全自动即进水、洗涤、摔干等一系列过程自动完成，控制器通常设有几种洗涤程序，对不同的衣物可提供用户选择，全自动式洗衣机具有对衣物的磨损小、洗涤量大、节水等特点，因使用方便得到广大群众的青睐。 随着社会的进步和生活水平的提高，人们对全自动洗衣机

4、的功能多样化、操作简单化也提出了更高的要求。为适应这种变化，全自动化洗衣机的控制器已由机械式、混合式逐步过渡到全电子式控制，因此全自动化洗衣机控制器的设计这一课题对人类生活具有非常重要的意义。1.2 国内外现状及水平目前中国洗衣机市场正进入更新换代期，市场潜力巨大，人们对于洗衣机的要求也越来越高，目前的洗衣机主要有强弱洗涤功能、进排水系统故障自动诊断功能、暂停等七大功能，在许多方面还不能达到人们的需求。目前的洗衣机都没有实现全方面的兼容，大多数洗衣机的厂家都注重各自品牌的洗衣机的特长，突出一两个与众不同的个性化的功能。随着国内外强势品牌加入研究新的技术，开发新的产品，洗衣机行业将爆发新一轮以“

5、绿色环保” 、 “节水节能”为主题的竞争，而技术制高点则是未来的竞争焦点，全自动洗衣机在未来国内外市场将会有很好的前景。消费者自动选择进水量和洗衣程序，进一步实现省水、省电。针对市场需求的变化，一些生产厂家如海尔、小天鹅、小鸭等，先后向市场推出了一批全自动洗衣机，受到消费者的青睐，成为洗衣机中的购买热点。洗衣机的各项功能是由单片机控制实现的，单片机的体积小，控制灵活，因此，设计基于单片机的全自动洗衣机控制电路系统具有很强的实用价值。1.3 课题设计任务与要求设计一个全自动洗衣机控制器设计，要求： (1)设计出硬件电路； (2)设计出软件编程方法，并写出源代码；邵阳学院课程设计（论文）2 (3)

6、用 PROTEUS 进行仿真。 第 2 章 系统方案设计2.1 设计方框图基于单片机设计的全自动洗衣机，它有启动键、强制停止键、水位选择键、进水阀、排水阀、洗衣电机、脱水电机及各种显示电路。结构图如下： 微处理器 AT 89C51启动键停止键水位选择开关运行状态显示手动排水阀手动脱水阀进水阀、排水阀蜂鸣报警 图 2-1 系统硬件电路方框图其中，P3.2口接启动/停止键，按下为启动，再按一次为停止； P3.5、P3.6、P3.7分别是正转显示、反转显示和脱水。电机显示，用数码管和二极管的亮灭进行显示，P2.3口接报警器，蜂鸣器BUZ1发出提示音。2.2 方案论证 系统以单片机为核心，用2位一体数

7、码管显示当前状态下的剩余时间。工作状态用发光二极管D1-D4显示，系统启动后将按“进水-洗衣-脱水”流程工作。电动机用L298专用控制芯片，处在“洗衣”状态时，电动机不断进行正反转交替；处于“脱水”状态时，电动机正转。通电后，按下“运行”键，系统开始工作， “进水”状态指示灯D1发光，同时数码管从“15”开始倒计时；当数码管倒计时为“00”时， “洗衣”状态指示灯D2发光，同时数码管从“30”开始倒计时，洗衣机电动机做正反转交替运动；当数码管倒计时为“00”时， “脱水”状态指示灯D3发光，同时数码管从“20”开始倒计时，洗衣机电动机做正转运动。当数码管倒计时为“00”时，BUZ1发出提示音，

8、系统工作结束。邵阳学院课程设计（论文）3第 3 章 电路设计3.1 工作原理 全自动洗衣机是通过水位开关与电磁进水阀配合来控制进水、排水以及电机的通断，从而实现自动控制的。电磁进水阀起着通、断水源的作用。当电磁线圈断电时，移动铁芯在重力和弹簧力的作用下，顶住膜片将小孔堵塞，这样阀门关闭，水流不通；当电磁通电后，移动铁芯在磁力作用下上移，离开膜片，使得中心小孔打开，水流从通过小孔流入桶内。 输入量 输出量（接通电源） （运行或停止） 图 3-1 电路模拟过程图全自动洗衣机控制系统是能实现“正常运行”和“强制停止”两种控制方式。 (1) “正常运行”方式具体控制要求如下： 1)将水位通过水位选择开

9、关设在合适的位置（高、中、低） ，按下“启动”按扭，开始进水，达到设定的水位（高、中、低）后，停止进水；2）进水停止 2s 后开始洗衣；3）洗衣时，正转 20s，停 2s，然后反转 20s，停 2s；4）如此循环共 5 次，总共 220s 后开始排水，排空后脱水 30s；5）然后再进水，重复（1）（4）步，如此循环共 3 次；6）洗衣过程完成，报警 3s 并自动停机。 (2) “强制停止”方式具体控制要求如下：1）若按下“停止”按扭，洗衣过程停止，即洗涤电机和脱水桶转、进水电磁阀和排水电磁阀全部闭合；2）可用手动排水开关和手动脱水开关进行排水和脱水。3.2 AT89C51 介绍AT89C51单

10、片机是ATMEL公司AT89系列中经济低价产品，指令兼容MCS-51指令集，它内含2KB可重编程的Flash存储器和128字节的RAM，有15条可编程的IO引线和5个中断触发源。在需要IO线不多的控制场合，选用它作为核心控制芯片，可使电路极大地简化，成本也较低。数码管接AT89C51的P0口和P2口，用来显示洗衣预约时间；蜂鸣器接控制电路电动机洗衣机邵阳学院课程设计（论文）4AT89C51的P2.3口，用来洗衣结束的报警；AT89C51的P1.0到P1.3口接标准、经济、脱水、运行等指示灯；从AT89C51的第9脚（RST）引出复位电路，第18脚（XTAL2） 、19脚（XTAL1）引出时钟振

11、荡电路； AT89C51的P3.6、P3.7口分别接的正转、反转的输出；AT89C51的P3.2口接启动按钮。 图 3.2 AT89C51 引脚分布3.3 单元电路设计3.3.1 LED 显示LED 的显示原理:通过同名管脚上所加电平的高低来控制发光二极管是否点亮（低电平为点亮） ，而显示不同的字形由“g,f,e,d,c,b,a ”7段发光二极管组成“8”字形显示器件， “dp”为小数点，不会亮，所以采用共阳级连接。 其中 PC0PB0-a, PC1PB1-b, PC2PB2-c, PC3PB3-d, PC4PB4-e, PC5PB5-f,邵阳学院课程设计（论文）5PC6PB6-g, PC7P

12、B7 -SP接地 图表 1 驱动代码表显示数值Dop g f e d c b a驱动代码（16进制）01 1 0 0 0 0 0 0C0H11 1 1 1 1 0 0 1F9H21 0 1 0 0 1 0 0A4H31 0 1 1 0 0 0 0B0H41 0 0 1 1 0 0 199H51 0 0 1 0 0 1 092H61 0 0 0 0 0 1 082H71 1 1 1 1 0 0 0F8H80 1 1 1 1 1 1 180H91 0 0 1 0 0 0 090H-1 0 1 1 1 1 1 1BFH在设计中要对控制器的工作状态进行显示，显示模块的设计方案如下。采用LED293数码

13、管显示，用2位一体的数码管显示当前状态下的剩余时间。工作状态用发光二极管D1-D4显示，系统启动后将按“进水-洗衣-脱水”流程工作。采用LED数码管显示的特点是显示直观，占用空间小等，且数码管价格便宜，软件设计也比较简单，同时符合本次设计中要显示的数据，所以本次设计我们采用这种方案。3.3.2 复位电路任何单片机工作之前都要有个复位的过程，复位对于单片机来说，程序还没有开始执行，是在做准备工作。复位操作通常有：上电自动复位和按键手动复位。上电复位是外部的复位电路在系统通上电源后直接使单片机工作，单片机的起停通过电源控制。手动复位是在复位电路中设计按键开关触发复位电平，控制单片机复位。工作原理是

14、：单片机通电时，电容邵阳学院课程设计（论文）6两端相当于是短路，则RST引脚上为高电平，然后电源通过电子对电容充电，RST 两端电压慢慢下降，降到一定程度， 即为低电平，单片机开始正常工作。上电复位的时间要在10ms以上，才能保 证上电，一般可以取电容的大小为10F，电阻为10K。复位电路图如下所示： 图 3-2-2 复位电路图3.3.3 振荡电路振荡电路对于单片机来说非常重要，没有晶就无法执行程序代码，单片机就无法工作。单片机工作时是一条一条地从ROM中取指令，然后一步一步地执行。单片机内部有一个用于构成片内振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端。

15、这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体（或陶瓷振荡器）一起构成自激振荡器。图中外接石英晶体（或陶瓷振荡器）以及电容C1或C2构成并联振荡电路，接在放大器的反馈回路中。外接石英晶体时，C1和C2一般去30pf 10pf，外接陶瓷振荡器时，C1和C2一般取40pf 10pf。本系统采用12MHz的晶振，电容取30pf。振荡电路如图 3-4 所示：图 3.3.3 振荡电路图邵阳学院课程设计（论文）73.3.4 L298 应用电路L298应用电路是一种高压、大电流双全桥式驱动器，其设计是为接受标准TTL 逻辑电平信号和驱动电感负载的电路。 例如继电器、圆筒形线圈、直流电动机和步进电动机，L298电路具

16、有两抑制输人来使器件不受输入信号影响，可安置另一输入电源， 使逻辑能在低电压下工作。L298 芯片是具有15 个引出脚的多瓦数直插式封装的集成芯片。 图 3-3-4 L298 应用电路图L298可接受标准TTL逻辑电平信号Vss，Vss可接4.57V电压。4脚接电源电压+12V，9脚接电源电压+5V。输出电流可达2.5A，可驱动电感负载。1脚和15脚下管的发射极分别单独引出以便接入电流采样电阻，形成电流传感信号。L298可驱动两个电动机，OUT1、OUT2和OUT3、OUT4之间可分别接电动机，本实验选用一台电动机，分别接在OUT3和OUT4。5、7、10、12脚接输入控制电平，控制电机的正反

17、转。ENA、ENB接控制使能端，控制电机的停转。图表1是L298的功能逻辑图。 EMA In1 In2 运转状态运转状态邵阳学院课程设计（论文）8 图表 3.2 L298 的功能逻辑图 第 4 章 程序设计4.1 程序流程设计 （1）主程序流程图 Y 0 停止 1 1 0 正转 1 0 1 反转 1 1 1 刹停 1 0 0 停止系统初始化 启动?亮启动指示灯响蜂鸣器亮进水指示灯显示进水倒计时R2=1?亮洗衣指示灯电机正转显示洗衣倒计时正转 5s 时间到?电机反转反转 5s 时间到?R2=1?亮脱水指示灯 电机正转显示进水倒计时R2=1?响蜂鸣器YNYNYNYN开始邵阳学院课程设计（论文）9

18、Y 图 4-1-1 主程序流程图（2）定时中断子程序流程图 关定时器重装定时器初值R0-1=0?R0 赋初值 R1-1=0?R2=1开定时器 返回NYYN 图 4-1-2 定时中断服务程序流程图邵阳学院课程设计（论文）104.2 程序源代码设计4.2.1 程序分析和设计 （1）系统进行初始化。 MAIN:CLR P2.3 MOV TMOD,#81H MOV TH0,#9EH MOV TL0,#58H SETB EA SETB ET0 （2）对于显示子程序，利用对各个位需要显示的值循环显示来实现。XIANSHI:MOV A,R1 MOV B,#10 DIV AB MOVC A,A+DPTR MO

19、V P0,A CLR P2.0 LCALL DELAY1 SETB P2.0 MOV A,B MOVC A,A+DPTR MOV P0,A CLR P2.1 LCALL DELAY1 SETB P2.1 RET（3）对于定时子程序，先利用定时中断来实现 50ms 计数器。DSZD:CLR TR0 MOV TH0,#9EH MOV TL0,#58H DJNZ R0,LP5邵阳学院课程设计（论文）11 MOV R2,#1 LP5:SETB TR0 RETI4.2.2 具体代码实现 ORG 0000H LJMP MAIN ;设置主程序入口 ORG 000BH LJMP DSZD ;设置定时程序入口

20、ORG 0030H MAIN:CLR P2.3 MOV TMOD,#81H MOV TH0,#9EH MOV TL0,#58H SETB EA SETB ET0 ;系统初始化 MOV DPTR,#TAB MOV R0,#50 MOV 20H,#0 MOV P3,#0FFH CLR P3.5 CLR P3.6 CLR P3.7 MOV P1,#0FFH JB P3.2,$ CLR P1.3 SETB P2.3 LCALL DELAY2 LCALL DELAY2邵阳学院课程设计（论文）12 LCALL DELAY2 LCALL DELAY2 CLR P2.3 LCALL JINSHUI LCALL

21、 XIYI LCALL TUOSHUI MOV P3,#0 SETB P1.3 SETB P2.3 LCALL DELAY2 LCALL DELAY2 LCALL DELAY2 LCALL DELAY2 CLR P2.3 LJMP LOOP JINSHUI:MOV R1,#15 CLR P1.0 LP1:SETB TR0 LCALL XIANSHI CJNE R2,#1,LP1 MOV R2,#0 CLR TR0 SETB P1.0 RET XIYI:MOV R1,#30 SETB P3.5 CLR P3.6 SETB P3.7 CLR P1.1 SETB TR0 LP3:LCALL XIAN

22、SHI邵阳学院课程设计（论文）13 MOV A,R1 CJNE A,20H,LP7 ;判断R1的值是否改变 LP6:CJNE R2,#1,LP3 MOV R2,#0 CLR TR0 SETB P1.1 RET LP7:MOV A,R1 MOV B,#5 DIV AB MOV A,B CJNE A,#0,LP6 ;每隔5s反转一次 MOV 20H,R1 CPL P3.6 CPL P3.7 LJMP LP6 TUOSHUI:MOV R1,#20 SETB P3.5 CLR P1.2 SETB P3.7 CLR P3.6 LP4:SETB TR0 LCALL XIANSHI CJNE R2,#1,L

23、P4 MOV R2,#0 CLR TR0 SETB P1.2 RET DSZD:CLR TR0 ;定时子程序 MOV TH0,#9EH MOV TL0,#58H邵阳学院课程设计（论文）14 DJNZ R0,LP5 MOV R2,#1 LP5:SETB TR0 RETI XIANSHI:MOV A,R1 MOV B,#10 DIV AB MOVC A,A+DPTR MOV P0,A CLR P2.0 LCALL DELAY1 SETB P2.0 MOV A,B MOVC A,A+DPTR MOV P0,A CLR P2.1 LCALL DELAY1 SETB P2.1 RET DELAY1:MO

24、V R4,#50 D0:MOV R5,#50 DJNZ R5,$ DJNZ R4,D0 RET DELAY2:MOV R5,#0FFH D1:MOV R6,#0FFH D2:MOV R7,#0FFH D3:DJNZ R7,D3 D4:DJNZ R6,D4 DJNZ R5,D1 RET邵阳学院课程设计（论文）15 TAB:DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H LOOP:NOP END第 5 章 系统仿真5.1 PROTEUS 简介 Proteus软件是英国Labcenter公司开发的电路分析与仿真软件。它集原理图设 计电路分析、仿真和PC

25、B设计于一体，配有各种信号源和电路分析所需的虚拟仪表； 具有模拟电路、数字电路、单片机应用系统、嵌入式系统设计与仿真功能。基于Proteus的电子电路设计从根本上克服了传统电子产品设计中没有物理原型就无法对系统进行测试，没有系统硬件就很难对软件进行调试的缺点。 Proteus与其它单片机仿真软件不同的是，它不仅能仿真单片机CPU的工作情况，也能仿真单片机外围电路或没有单片机参与的其它电路的工作情况。在仿真和程序调试时，关心的不再是某些语句执行时单片机寄存器和存储器内容的改变，而是从工程的角度直接看程序运行和电路工作的过程和结果。对于这样的仿真实验，从某种意义上讲，Proteus 系统仿真是弥补了实验和工程应用间脱节的矛盾和现象。5.2 系统仿真（1）通电后，按下“运行”键，系统开始工作， “进水”状态指示灯 D1 发光，同时数码管从“15”开始倒计时。 邵阳学院课程设计（论文）16 图 5-1 进水状态显示图（2）当数码管倒计时为“00”时， “洗衣”状态指示灯 D2 发光，同时数码管从“30”开始倒计时，洗衣机电动机做正反转交替运动。 图