全自动洗衣机控制系统的设计

1、摘要IIIAbs trac tIV1 绪论11.1课题提出的目的和内容11.2国内外研究现状21.3洗衣机的发展前景41.4全自动洗衣机的设计目的41.5课题研究的内容52全自动洗衣机的设计方案72.1按键72.2洗衣机自检82.3洗衣程序92.4显示93硬件电路的设计103.1 总体方案设计103.2器件及其原理介绍103.3主控电路的设计123.3AT89C51 的简介123.3.2 AT89C51的引脚图及总线结构图介绍133.3.3 AT89C51外围辅助电路设计133.4各部分电路的设计153.4.1电路驱动设计15342水位电路检测163.4.3开关电源电路设计173.4.4键盘输

2、入及其显示电路的设计17345报警电路的设计193.5本章小结204软件系统的设计214.1主程序的设计214.2各子程序流程图234.2.1键盘扫描子程序234.2.2洗衣功能子程序244.2.3漂洗子程序254.2.4脱水子程序254.3外部中断中断程序设计264.4本章小结275总结28致谢29参考文献30附录I自动洗衣机控制系统总程序31附录II自动洗衣机控制系统总硬件连接图38全自动洗衣机控制系统的设计习度文库止毎个人平等地捉升自我摘要本文介绍了以MCS-51系列单片机为核心，实现对全自动洗衣机的控制系统的 总体控制，并阐述控制方案。本控制系统山电源、数字控制电路和机械控制电路三 大

3、模块组成，通过设汁结构图、程序指令、梯形图实现洗衣机的整个洗衣过程控 制。洗衣的过程控制主要包括洗涤过程、漂洗过程、脱水过程。按照全自动洗衣机 的控制系统的要求和特点，来进行确定单片机的输入输出分配关系，根据洗衣过程 的需求，控制程序设计主要包括主程序、内部定时中断服务程序、外部定时中断程 序、进水、排水、漂洗、脱水的设计，设计完毕并进行系统调试。关键词:洗衣机：单片机；LED显示Automatic washing machine control system designAbstractThis paper introduces the MCS-51 series microcontroll

4、er as the core,fully automatic washing machine to achieve the overall control of the control system and describes the control scheme. The control system consists of power supply, digital control circuitry and mechanical control circuit of three modules, through the design of structure, procedure ins

5、tructions ladder to achieve the whole laundry washing process control.Process control including laundry washing process, rinsing process and dehydration process Automatic washing machine control system in accordance with the requirements and characteristics, to be sure the microcontroller input-outp

6、ut relations of distribution, according to the needs of the laundry process, the control program design includes the main program, the internal timer internipt service routine, the external timer interrupt routine, water, drain, rinse, dehydration of the design completed and system debugging Keyword

7、s: Washing Machine; Single Chip Microcomputer; LED displ1绪论1.1课题提出的目的和内容随着数字科技技术的快速发展，数字科技技术被广泛应用于智能控制的领域 中。单片机以其集成度高、运算速度快、体积小、运行可靠、价格低廉等优点，在 过程控制、数据采集、机电一体化、智能化仪表、家用电器以及网络技术等方面得 到了比较广泛的应用。洗衣机是人们现代必备的日常生活家电，它的发明和应用使的洗衣工作变得省 时乂省力，比较好地缓解了人们在家务劳动方面的压力。然而随着人对生活质不断 追求，普通的洗衣机现在已经不能再满足部分人的需求，所以研究多功能全自动的 洗

8、衣机具有重大的意义。现在中国洗衣机市场正进入更新换代期，市场潜力非常巨大，人们对于洗衣机 的功能要求也越来越高，U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、暂停等儿大功能，在许多方面还不能达到人们对于洗衣机的需求【現这 就需要设计者们有更高的专业知识和技术水平，能够提出更多更好的建议和新的课 题，将人们的需求变成现实，设计出更加节能、功能更加全面、更加人性化的全自 动洗衣机。U前的洗衣机功能都没有实现全方面的兼容，大多数洗衣机的生产厂家 都只注重各自品牌的特长，突出一两个与别的品牌洗衣机不同的个性化的功能。因 此，我们要设计出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

9、性。基于单片机控制的自动洗衣机控制系统具有精度高、功能强、经济性好的特点 。无论在提高产品质量还是产品数量，节约资源还是改善劳动条件等许多方面都 显示出无比的优越性。对基于单片机的全自动洗衣机控制系统设计进行深入研究， 可使我们掌握全自动洗衣机这种重要家电的工作原理和控制系统，进一步了解单片 机在不同领域的应用方法，学会维修全自动洗衣机的基本技术，同时也为将来从事 电子信息行业打下一定基础，所以本课题具有重大的意义。1.2国内外研究现状洗衣机的起源：自19世纪中叶，美国人史密斯研制出世界上首台洗衣机至今, 洗衣机的发展已经历了一个多世纪。1910年世界上第一台电动洗衣机问世，标志着 人类家务劳

10、动自动化的开始。1922年世界上第一台搅拌式洗衣机在美国诞生。1937 年世界上第一台全自动滚筒式洗衣机投放市场。1957年三洋公司推出世界上第一台 涡流式波轮洗衣机。从此，确立了搅拌式、滚筒式和波轮式三种工作方式的洗衣机 三足鼎立天下的局面。国外研究现状：20世纪60年代以后，洗衣机在一些发达国家的普及率迅速上 升。70年代，生产出波轮式套桶全自动洗衣机。70年代后期，以电脑（实际上微 处理器）控制的全自动洗衣机在日本问世，开创了洗衣机发展史的新阶段。80年 代后，“模糊控制”开始应用于洗衣机，生产出了智能型模糊控制洗衣机，使洗衣 机的功能更加完善，其洗衣程序更随人意，其使用操作更简单化。进

11、入90年代， 山于电机调速技术的提高，实现了洗衣机宽范围大调速比的转速变换与调节，诞主 了各种新水流洗衣机。20世纪末到21世纪初，变频洗衣机问世，使洗衣机的功能 更具人性化，实现真正意义上的智能化控制成为目前人们研究的主要方向。国内研究现状：山于我国洗衣机起步晚，在技术方面存在问题，不可避免的在 现有洗衣机机型中存在噪声大，漏电和漏水等弊病，在质量方面与国外存在一定的 差距。所以现在内资品牌正立足技术升级，也开始重视高端产品研发，洗衣机的 技术革命正在国内愈演愈烈。当今世界随着科技的发展日新月异，从而推动了一系列科技产品的发展进程和 发展趋势，也促动了洗衣机多样化的出现，也是洗衣机发展的必然

12、趋势。根据有关 市场专家在盘点2005年的家电市场时发现，高档洗衣机市场白分之五十的市场份 额都被双动力型洗衣机所占据。除了具有杀菌，消毒功能的保健双动力洗衣机之外, 不用洗衣粉的环保双动力，能够洗涤羊绒等高档衣料的变速双动力等产品也受到了 消费者的青睐。现在的洗衣机真的是多种多样，在上海这样的大城市，双缸洗衣机购买的人已 经是越来越少了，滚筒洗衣机和波轮洗衣机将成为市场的主流，使用洗衣机就是图 个方便省力，现在的全自动洗衣机都符合人们的要求。那么洗衣机还会怎样进步或 发展呢？归纳起来，有如下儿个趋势。高度自动化：现在洗衣机越来越高度自动化，只要衣服放入洗衣机，简单的按 两个键，就会自动注水，

13、一些先进的电脑控制洗衣机，还能自动的感觉衣物的重量, 自动的添加适合的水量和洗涤剂，自动的设置洗涤的时间和洗涤的力度，洗涤完以 后自动的漂洗甩干，更有些滚筒洗衣机还会将衣物烘干，整个洗衣的过程完成以后 还会用动听的音乐声提醒用户，用户可以在洗衣的过程做其它的事，节省了不少的 时间。总之，每一项技术的进步部极大地推动了洗衣过程自动化程度的提高。健康化：现代人对健康格外的重视，对洗衣机也提出了更高的要求，有的洗衣 机厂家采用纳米内桶，减少污垢附着，有的洗衣机设置有改进型漂洗程序，彻底漂 净衣物上残留的洗涤剂，防止对人体的侵害。还有一些洗衣机采用臭氧进行杀菌， 达到彻底灭菌的口的。节能：节能也是用户

14、选择洗衣机时考虑的问题，有些洗衣机具有洗涤剂循环利 用系统，可以将在外桶到排水泵之间浓度较高的洗涤剂通过循环水流带回外桶内， 循环使用可以节约20%的洗涤剂。有的洗衣机采用专利的无孔内桶省水，普通的波 轮洗衣机在注水的时候，内桶与外桶之间也有大量的水，洗涤的时候内桶外的水就 浪费了，而无孔内桶只有内桶有水，这样可以充分的利用洗衣机内的水，注水的时 候比其它洗衣机少使用40%的水量，同时也可以节省洗涤剂和省电。大容量和微型化：现代人居家总希望有宽敞的空间，因此各厂家都推出了超小 型或超薄型的洗衣机，比较有代表性的有小鸭的迷你滚筒洗衣机，海尔的小小神童 波轮洗衣机，惠尔浦的维纳斯系列上开门立式滚筒

15、洗衣机，西门子的40厘米超薄 滚筒洗衣机满足了人们对占地空间的要求。品种多样化：从洗涤形式上分波轮式、滚筒式洗衣机，从洗涤容量上自2公 斤到7公斤有很多等级，高中低档洗衣机在功能上，还有很多不同，品种多样化的 洗衣机满足了不同偏好的消费者的需求。现在已经有厂家开发出了不需要使用洗涤剂的洗衣机，还有的厂家开发出了更 迷你的旅行洗衣机，小到可以在出外旅行的时候随身携带，为了更方便的操作有的 厂家还开发出了可以远程控制的洗衣机，将来的洗衣机会朝着使用更方便、更加节 能、更加个性化的方向发展。总之在当今世界洗衣机的发展是必然的，洗衣机的发展趋势也日新月异，洗衣 机的发展丰富了我们的生活，增加了我们生活

16、的色彩，从而加快了洗衣机的发展历 程与趋势。在当今现代化世界我们只有加快自己的脚步才能在今天立于不败之地， 作为洗衣机也是一样，只有加快洗衣机发展历程和提高洗衣机的发展趋势才能满足 当今社会的需求，满足这个现代化的世界。1.3洗衣机的发展前景自动洗衣机的发展首先表现在洗涤方式发生巨大变化。原先大多侧重于水流的 改变、动力的加大。现在，超音波、电解水、臭氧和蒸汽洗涤的运用，使洗衣机的 去污能力从单纯依幕洗衣粉、洗涤剂的化学作用和强弱变化的水流机械作用，向更 高层次的健康、环保洗涤方式转变，特别是电解水、超音波技术在洗衣机行业的运 用儿乎改变了洗衣机的历史一一洗衣不用或少用洗衣粉、洗涤剂，减少化学

17、品对皮 肤的损害和对环境的污染。电解水、臭氧、蒸汽的杀菌除味及消毒功能倍受青睐， 引发了洗衣机消费健康潮。另一变化就是高度自动化、智能化、人性化。从半自动、全自动到现在流行的 人工智能、模糊控制，只需按一下按钮一切搞定！同时，用户可以按照自己的洗衣 习惯，自主选择时间和方式，自编和记忆程序让用户真正做到随心所欲。人性化还 表现在使用的方便和舒适，如子母分洗洗衣机可以做到不同衣物分开洗；斜桶和顶 开滚筒可以做到取放衣物方便不需深弯腰；蒸汽烘干功能使得晾晒更加方便，DD 直驱电机在节能降噪方面效果更加突出，等等。另外，大容量成为不变的消费趋势。前儿年，洗衣机容量多为4-5公斤，6公 斤的大容量尚很

18、少见。现在，7公斤的容量已经很普遍，8公斤也正常。现代人居 空间不断扩大，对宽敞、舒适、方便要求更多，大能容小，大容量洗衣机一台可顶 一套。业内人士表示，尖端洗涤技术的革新，所表现出的洗衣方式更加注重健康和 个性化，已在市场发展中倍受欢迎。1.4全自动洗衣机的设计目的H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，U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。这就要求设计者们有更高的 专业和技术水平，能够提出更多好的建议和新的课题，将人们的需要变成现实，设 计出更节能、功能更全面、更人性化的全自

19、动洗衣机。目前的洗衣机都没有实现全 方面的兼容，大多洗衣的厂家都注重各自品牌的洗衣机的特长，突出一两个与别的 洗衣机不同的个性化的功能，洗衣机的各项功能是山单片机控制实现的，单片机的 体积小，控制功能灵活，因此，设讣出基于单片机的全自动洗衣机控制电路系统具 有很强的实用性。1.5课题研究的内容洗衣机的洗涤原理是以模拟人工洗涤衣物为基础发展而来的，即通过翻滚、摩 擦、水的冲刷等机械原理以及洗涤剂的表面活化清洁作用，将附着在衣物上的污垢 除掉，以达到清洁衣物的LI的。目前，大多数的洗衣机都以单片机为核心来控制 电路来控制电动机、进水阀、排水阀、数码显示管、及蜂鸣器的电压输出，使洗衣 机根据程序进行

20、工作。本文在设计洗衣机的控制系统时，洗衣机通过控制系统设定洗衣程序，在内桶 自动完成注水、洗涤、漂洗、排水和脱水全过程。洗衣时，控制系统将打开进水电 磁阀，开始注水；当洗涤脱水桶内的水位达到系统设定值时，水位检测器向单片机 发送一个信号，通知控制系统关闭进水电磁阀，同时启动电机洗衣。电机在控制系 统下进行正转、停、反转，通过传动机构带动波轮执行洗涤程序；当洗涤时间结束 了，控制系统将切断电机电路，打开排水电磁阀，开始排水；然后再次注水，洗衣 进入漂洗状态，完成漂洗程序（通常为2次漂洗）；漂洗排水结束后，系统控制电机 单方向高速运转，完成脱水程序；出脱水程序终了，系统控制排水电磁铁和电机断 电，

21、排水阀和减速离合器的制动臂复位，同时蜂鸣器报警，通知用户整个洗衣过程 结束。本设讣要实现的功能有：（1）参数的输入：通过衣物的数量、重量和质地确定洗涤的时间、漂洗次数、 脱水时间，然后通过按键输入具体的参数。（2）洗衣状态和时间的显示：运用数码显示管会带来许多方便，它可以用来 显示用户所处的洗衣功能状态以及所剩时间。（3）水位检测的实现：洗衣水位的高低影响着整个洗衣过程的进行，因此需 要水位检测器将水位的变化传递给单片机，单片机根据水位的悄况来确定下一步做 什么。（4）洗衣过程的实现：一般的洗衣过程包括注水、洗涤、漂洗、排水和脱水 这些步骤。在洗衣过程中，系统主要控制进水电磁阀、排水电磁阀的打

22、开和关闭， 电机的正转、反转和停止。（5）洗衣完毕的通知：当洗衣过程结束后，蜂鸣器就会自动报警通知用户洗 衣完毕。2全自动洗衣机的设计方案2.1按键准 速 柔 标 快 轻 000 高中 低启动/暂停电源开/关水位过程程序K3K2K1图2-1洗衣机面板图(1)水位K5按键用户根据衣量和种类进行布量感知，根据需要调节适当的水位。每按键一次, 水位按照“低一中一高”循环。(2 )过程K4按键表22洗衣方式的选择浸泡洗涤漂洗脱水接通电源000按1次按键0按2次按键00按3次按键0按4次按键00按5次按键0按6次按键0000按7次按键000按8次按键00表格中“0”表示要运行的步骤，空格表示没有该步骤运

23、行。第1次按键实现 洗涤、漂洗、脱水步骤；第2次按键只实现脱水功能；笫3次按键实现漂洗、脱水 步骤；第4次按键实现洗涤、漂洗步骤；第5次按键实现只洗涤步骤：第6次按键 实现动态浸泡20分钟后进行洗涤、漂洗、脱水；第7次按键实现动态浸泡20分钟 后洗涤、漂洗步骤；第8次按键实现动态浸泡20分钟后只进行洗涤步骤。（3）程序K3按键按1次键选择“标准”模式，按第2次选择“快速”模式，按第3次选择“轻 柔”模式，依次循环。（4）启动/暂停K2按键接通电源后，要使本机开始工作，必须按下“启动/暂停”按键（工作指示灯 闪烁）；第2次按下可以使正在工作中的洗衣机暂停或改变程序（工作指示灯长亮）; 第3次按下

24、，可以恢复正常，依次循环。（5）电源刑关K1按键用来开关/电源，洗衣结束后10秒后或者暂停10分钟后电源自动断电。2.2洗衣机自检洗衣机上电后，先进行自检，包括检查安全开关，排水阀状态，进水阀工作过 程，电机的运转等，若发现异常现象则蜂鸣器响，报警灯亮。洗衣机完成一次洗衣过程所要的步骤：（1）进水动作：在进行洗涤时，盛水桶内的水量必须达到水位系统预设。洗衣 机的进水和水位判断，是通过水位进水阀和开关的开合来控制的，当桶内没有水没 到预设水位时，单片机程序将控制进水阀打开，进行注水，当桶内的水位达到设定 水位时，水位开关闭合，程序就可进入下一步处理。（2）排水动作：进入洗涤动作后、脱水动作前应先

25、排水。洗衣机能够根据实际 水量对排水进行动态控制。（3）洗涤动作：洗涤动作指的是电机周期性的“正转-停止-反转-停止”。不同 的洗衣过程，控制电机执行“正转-停止-反转-停止”的时间是不同的。（4）脱水动作：排水结束后进入脱水动作，脱水是通过电机的高速正转来实现 的，同时要求排水阀一直打开。进行脱水时若遇到洗衣机盖打开，则暂停脱水，并 发出报警，直至用户合上桶盖后，才继续进行脱水。脱水结束后，发出报警，并自 动关闭排水阀。(5) 脱水不平衡处理：进行脱水处理，电机要进行高速单向正转，若此时衣物 偏向于一边，脱水桶会因离心作用力的原因，在很短的时间内碰撞安全开关装置， 使安全开关瞬时的关闭和断开

26、。此时要进行脱水不平衡修正，洗衣机将停止脱水， 并自动插入“进水-洗涤1分钟-排水”动作。通过这一动作的插入，衣服将调整到 洗衣桶中心位置。在同一脱水过程中，如果连续修正3次仍达不到脱水平衡，则进 行报警，等用户手动打开洗衣机将衣物放置均匀再盖上桶盖，则继续进行脱水。2.3洗衣程序(1) 洗涤过程通电后，若不选择洗衣周期，则洗衣机从洗涤过程开始。进入洗涤过程，首先 进水阀接通，开始向洗衣机供水，当到达要求水位时，进水阀断电关闭，停止进水; 电机接通，带动波轮旋转，形成洗衣水流。电机进行进行“正转一停一反转一停” 循环运动，可以形成往返水流，有利于洗涤衣物。(2) 漂洗过程洗涤过程结束后，洗衣机

27、排水阀接通，排出带有泡沫的脏水，排水结束后，洗 衣机进水阀再次接通，开始向洗衣机供水，当达到水位要求时，进水阀关闭，停止 进水，电机接通，进行“正转一停一反转一停”循环运动。漂洗衣物，重复漂洗2 次。(3) 脱水过程洗涤或漂洗过程结束后，电机停止转动，排水阀接通，开始排水。排水阀动作 的同时，电机也接通，使电机可以带动内桶转动。当水位低到一定值，再经过一段 时间后，电机开始正转，带动内桶高速旋转，甩干衣物。2.4显示洗涤、漂洗及脱水时间都通过倒计时的方式显示在3个LED上，依次为分位， 秒十位和秒个位，此外，还有发现异常现象时错误信息的显示。3硬件电路的设计针对其功能，硬件电路应包括七个部分：

28、微处理器控制电路、显示电路、采样 电路、电机控制电路、进水阀控制电路、排水阀控制电路和按键报警电路。通过这 儿个部分电路的协调工作，洗衣机能模拟人脑进行操作。3.1总体方案设计本次设计以MCS-51单片机为核心，其控制的对象包括：进水阀、排水阀、电 机、报警器、显示器。我们根据不同的洗衣程序来设定这些对象它们不同的工作状 况和工作时间，进水阀和排水阀的控制还需要水位检测，同时需要数码管显示不同 的工作状态及运行剩余时间。按键用来控制程序的运行和设置洗涤模式；发光二极 管用来指示洗衣机的运行状态；蜂鸣器用来进行程序运行提示及故障报警。设计由 电源、机械控制电路和数字控制电路三大模块构成的控制系统

29、，实现整个洗衣过程 的控制。洗衣过程主要包括洗涤过程、漂洗过程、脱水过程。根据洗衣过程的要求, 控制程序设汁主要包括主程序、内部定时中断服务程序、外部服务中断程序的设讣。3.2器件及其原理介绍采用51系列单片机作为控制核心，主要包括电源部分、功能参数设置及控制 电路、洗衣机状态显示及输出控制电路。主要组成部件有：单片机、译码器、指示 灯、电动机、LED显示器、蜂鸣器、电磁阀以及按键等。根据洗衣机的基本功能， 硬件电路设计需要考虑洗衣机的进水、洗涤、漂洗、排水、脱水等问题，及时间设 定长短、工作时间或剩余时间的显示、工作过程中的暂停、启动、复位、洗完后的 报警等问题。设计出系统组成框图3-1。各

30、框图的作用(1)单片机电路单片机电路是程序控制的中心，它把讣算机的各种功能电路都集成在一块芯片 上，主要包括中央处理器CPU、数据存储器RAM、程序存储器ROM、输入/输出接口 电路及计时、扫描、分频、定时、时间设定等电路，ROM内已固化了洗衣机操作程 序，单片机根据输入指令和检测信号，调出内部相应的操作程序，通过电路处理后, 输出各种电路控制信号，使洗衣机自动完成程序操作过程“叭如果单片机自身出故 障，或控制电路传送给单片机的信息不正确，洗衣机就不能正常工作。(2)直流电源电路这是为单片机及其外围控制电路提供直流电源的电路，它将输入的220V交流 电经过变压、整流、滤波、稳压后，变为稳定的低

31、压直流电，送给单片机、可控 硅触发电路、显示电路等【。图3-1系统组成框(3) 时钟电路山晶振元件与单片机内部电路组成，产生的振荡频率为单片机提供时钟信号, 供单片机信号定时和计时。(4) 显示电路显示电路来显示洗衣机工作状态。74LS138译码器为3-8译码器，选用它可以 解决I/O 口线数量不足的问题胶】。(5) 负载驱动电路该电路多山双向可控硅及触发电路组成。双向可控硅作为无触点开关控制电 机等负载的通断及运行【。单片机根据按键输入指令或接收到的检测信号，输出 相应的控制信号，控制可控硅触发电路的导通，使电机等负载得电运转。（6）报警电路此电路在洗衣机中起提示和报警的作用。根据程序设讣和

32、软件设置，当洗衣 结束后，洗衣机将发出蜂鸣声以提示用户洗衣完成。（7）水位开关和安全开关电路水位选择开关，用户根据需要选择水位，在进水期间，系统不断检测，当到达 设定水位时就停止进水。水位电路和安全开关电路山传感器监测，其通断状态山电 路输送给单片机，由单片机进行指令控制。3.3主控电路的设计3. 3. 1 AT89C51 的简介本次设计中，系统将选择使用的AT89C51单片机。在众多的51单片机系列中, AT89系列单片机在我国也得到极其广泛的应用，越来越受到人们的瞩目【T。AT89系列单片机是美国Atmel公司的8位Flash单片机产品。AT89C51是一 种4K字节闪烁可编程可擦除只读存

33、储器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）（|J低电压，高性能CM0S8位微处理器，俗称单片机。 它的最大特点是在片内含有Flash存储器,Flash存储器是一种可以电擦除和电写 入的闪速存储器（简记为FPEROM）,在系统的开发过程中可以十分容易地进行程 序的修改，使开发调试更为方便。AT89系列单片机以8031为内核，是与8051系列单片机兼容的系列，Atmel89 系列单片机有许多型号，可分为标准型号、低档型号和高档型号3类。系统将选 用的AT89C51是属于标准型单片机。标准型89系列单片机是与MCS-51系列单

34、片 机兼容的。标准型系列在内部含有4KB或8KB可重复编程的Flash存储器，可进 行1000次擦写操作。全静态工作为O33MHz,有3级程序存储器加密锁定，内部 含有128-256字节的RAM、32条可编程的I/O端口、2个16位定时器/计数器、 68级中断，此外有通用审行接口、低电压空闲模式及掉电模式冈。3.3.2 AT89C51的引脚图及总线结构图介绍AT89C51的引脚功能：（1）电源引脚VSS和VCC（1）VSS （20脚）：接地引脚。（2）VCC（40脚）：电源接入引脚，一般接+5V电源。（2）外接晶体引脚XTAL1和XTAL2（1）XTALK19脚）：放大器的输入端。（2）XTA

35、L2（18脚）：放大器的输出端。（3）输入/输出引脚P0 口、P1 口、P2 口和P3 口 PO 口（P0.0PO.7共8条引脚，即3932脚）：双向8位I/O 口。没有内部 上拉电阻器，输出电平时，需用户在引脚接上外部上拉电阻器。在访问外部存储器 时，可分时用做低8位地址线和8位数据线。P0 口做输出口用时，每只引脚均可驱 动8个LSTTL负载。若某引脚想做输入脚用，则必须先将1写入该引脚。 P1 口 （P1.O-P1.7共8条引脚，即卜8脚）：双向8位I/O 口。具有内部上拉 电阻器，可驱动4个LSTTL负载。若某引脚想做输入脚用，则须先将1写入该引 脚。 P2 口（P2.OP2.7共8条

36、引脚,即21-28脚）:双向8位I/O 口。具有内部上 拉电阻器，可以驱动4个LSTTL负载。在访问外部存储器时，它送出高8位地址。® P3 口（P3.OP3.7共8条引脚，即10-17脚）：双向8位I/O 口。具有内部 上拉电阻器，可驱动4个LSTTL负载。若某引脚想做输入脚用，则须先将1写入 该脚。P3 口引脚具有特殊功能。3.3.3 AT89C51外围辅助电路设计（1）振荡电路单片机中振荡电路就像一个大钟，指挥着什么时候时针动，什么时候分针动， 什么时候秒针动，都有严格的规定，一点都不能乱。单片工作时一条一条的读取指 令，然后一步一步的执行。rr30PF30单片机内部有一个用于

37、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。如果在NCS-51单片机的XTAL1和XTAL2 引脚之间接晶体谐振器，便会产生自激振荡，即可在内部产生与外加晶体用频率的 振荡时钟，以XTLA2输出时钟信号。AT89C51的最高工作频率为24MHz。振荡频率 越高便是单片机运行的速度越快，但同时对存储器的速度和印刷电路板的要求也就 越高【。一般情况下，选用频率为612Mhz的晶振。一般悄况下对电容的大小没 有严格的要求，但是其大小也会影响振荡器的稳定、振荡器频率的高低、起振的快 速性和稳定性。一般外接石英晶体时，q和C? 一般取30pF±

38、10pF,外接陶瓷谐振 器时，q和一般取4OpF+lOpFo本文采用12MHz的晶振，电容取3OpF。X1CRYSTAL图3-2振荡电路图（2）复位电路单片机的复位是使CPU和系统的其他功能部件处于一个初始状态。任何单片机 工作之前都要有个复位的过程，在单片机复位期间，程序还没有开始执行，是在做 准备工作。复位操作有按键手动复位和上电复位两种方式。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匸作，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。一般都用上电复位电路。上电自动复位原理：通电时，电容两端相当于短路，于是RST引脚上为高电平, 然

39、后电源通过电阻对电容充电，RST端电圧慢慢下降，降到一定程度即为低电平， 单片机开始正常工作，如图3-3所示：R9| IQk图33复位电路图（3）单片机最小系统图如图3-4所示：C2ck'talC133PF:-XTML1XTAL2Z9311Z343R9r 11£ gR3TPEM ALE EAPOIYAdD P0.VA01 PDSAt>2 P 口 *2 PD.4/AO*PD£TAC»5 M8JU>6 PD.“咖P2D*2P2J/AS PZ2-A1D PZ3-A11 PZ.A12 PZSTA13 PZJGTR” PZ.?fA1$iaP1DPtlP1

40、2P13P1.*P1SP1fiP1.7P3IVRXD P3.1HX5 P31mtd P3zyTrr?P3.4nru P35TT1 P3J&m P3.7/RJbiaaa二爲 一aa三H7一aHiHf-ftTSWSI图3-4单片机最小系统3.4各部分电路的设计3.4.1电路驱动设计（1）驱动芯片ULN2803ULN2803驱动芯片为高电压大电流八达林顿晶体管阵列，该阵列系列的八达林 顿晶体管是低逻辑电平数字电路（如TTL、CMOS或PMOS/NMOS）和大电流高电压要求 的灯、继电器、打印机和其它类似负载间的接口的理想器件“】。在电路中能起到大 电流输出和高压输出作用。广泛用于汁算机，工业

41、和消费类产品中。所有器件有集 电极开路输出和用于瞬变抑制的续流箝位二极管。ULN2803的设计与标准TTL系列 兼容。其工作参数如表3-1所示，结构如图3-7所示：表3-1 ULN2803工作电压及工作环境额建值符号值单位输岀电压Vo50V输入电压Vi30V集电极电流-连续Lc500mA基极电流-连续Lb25mA工作环境温度范闱La0至+7C保存温度范用Tsig55 至+150C结温Tj125C(2)驱动电路的设汁控制洗衣机的进水阀、排水阀和电动机的正反转。完成洗衣机的进水、排水以及 驱动电机洗衣功能。单片机I/O口直接与驱动芯片ULN2803连接，将信号放大后驱动 晶闸管的导通和关断，具体电

42、路如图3-8所示：洗衣机完成衣物检测或手动设置洗衣 程序后，进水阀打开，当水位检测电路检测水位达到预定高度时，进水阀关闭停止进 水。在整个进水过程中，若进水阀打开时间超过15分钟水位检测电路仍未检测到水位 达到预定高度，洗衣机将会报警并暂停水，等待故障排除。如果无故障，当进水满后 关闭进水阀，启动电机开始洗涤。洗涤程序结束排水阀将会打开，进入脱水程序。3. 4. 2水位电路检测全自动洗衣机水位监测的作用主要是控制洗衣机水位的高低。一般情况下，全 自动洗衣机的水位监测开关只有2个插片。两插片的触点在没有受到水压时是断开 的。洗衣机接通电源后，按下洗衣机电源键，进水阀得电吸合打开，洗衣机自动进 水

43、。当洗衣桶的水位达到预置水位开关时，洗衣桶外壁连接的一根塑料软管与水位 控制开关的连接时准密封状态，洗衣桶进水后，随着水位的升高，塑料管内空气被 压缩，空气压力增高，推动气压顶杆膜片，使微动压力开关动作，水位控制开关的 两点接触断开，关闭进水阀。同理，洗衣机执行完成一次洗涤程序后，运用排水阀 将水排出，随着洗衣桶内的水位降低，水位控制开关压力腔的气压降低，橡胶薄膜 囊在复位弹簧的弹力下，微动压力开关被恢复成原来的常开状态。进水电磁阀得电 吸合，洗衣机开始第二轮的进水洗涤。3.4.3开关电源电路设计开关电源为单片机供电，原理图如图2-8所示。交流220V电源经变压器降压 再经过电力二极管整流、滤

44、波后产生直流电压，输入到集成稳压器7805组件的 输入端，7805输出稳定的+5V电压，为单片机供电。7805稳压器一种三端固定正集成稳压器，有输出端、输入端和接地端三 个引出端，输入极限电压为36V,最低输入电压为输出电压的3-4V以上，最 大的输出电流为1.5A,内部设置有过流保护芯片过热保护及调整管安全工作 区保护电路，所以使用安全可靠”】。在降压电路中应该注意一下事项，输入输出压差不能太大，太大则转换效 率急速降低，而且容易击穿损坏；输出电流不能太大，1.5A是其极限值，大 电流的输出，散热片的尺寸要足够大，否则会导致高温保护或热击穿；输入 输出压差也不能太小，大小效率很差。3.4.4

45、键盘输入及其显示电路的设计显示电路主要山2个数码管、8缓冲数码驱动器74LS240以及I/O扩展芯片8255 组成。(1)可编程I/O接口芯片82558255内部结构8255具有3个可编程并行I/O端口，A 口、B 口和C 口。这个8位I/O端口的 功能完全山编程决定，但每个口都有自己的特点。A 口有三种工作方式：方式0、 方式1、方式2。B 口有两种工作方式：方式0、方式1。©8255引脚结构及功能1)数据总线:DO-D7、PAO-PA7. PBO-PB7、PCO-PC7,此32条数据线均为三 态双向，其中DO-D7用于传送CPU与8255数据传送的通道，进行的命令与数据传 递,P

46、A0-PA7、PBO-PB7、PCO-PC7分别与A、B、C3个接口对应，用于8255与外 设之间数据的传递。2) 控制线：RD、WR、RESETRD:读信号线，输入信号线，低电平有效。当这个引脚为低电平时(即WR=O 且CS=O),允许8255通过数据总线向CPU发送数据或状态信息，即CPU对8255 进行读取信息或数据。WR:写入信号，输入信号线，输入端低电平有效。当这个引脚为低电平时(即 WR=O且CS=O),允许CPU将数据或控制写入8255,即CPU对8255进行写操作。RESET:复位信号，当该输入端处于高电平时，所有内部寄存器(包括控制寄 存器)均被清除，所有I/O 口均被置成输

47、入方式，24条I/O引脚为高阻状态。3) 寻址线：CS、AO、A1CS:芯片选择信号线，当这个输入脚为低电平时(CS二0 ),允许8255与CPU 进行通讯，表示芯片被选中，当CS二1时，8255无法与CPU做数据传输。AO、A1：这是两条输入信号线，通常一一对应接到地址总线的最低两位A0和 A1上。当CS有效时，这两位的4中组合00、01、10、11分别用来选择A、B、C 口和控制寄存器，所以一片8255共有4个地址单元。(2) 数码驱动器74LS24074LS240是原码三态输出的8缓冲数码驱动器，其管脚分布图如2-10图示，G 为控制端，乂称为使能端，其工作原理如下：当G=0时，A输入为

48、低电平时，Y输出也为低电平。当G二0时，A输入为高电平时，Y输出为高电平。当时，A不论输入高电平还是低电平Y为高阻态。(3) LED显示器山半导体发光二极管组成的八段数码管(LED)是单片机应用产品中最常用的 廉价输出设备。它由8段发光二极管按一定的规律排列而成。当某一发光二极管导 通时，相应的一个点或一个笔画被点亮，控制不同的组合的二极管导通，就能显示 出各种字符。发光二极管的阳极连在一起的称为共阳极显示器，阴极连在一起的称 为共阴极显示器，如图3-5(b)所示。一位显示器的8个发光二极管用ag表示，dp 表示小数点的亮与暗。如图3-5(a)所示。这种笔画式的八段显示器能显示的字符较少，字符

49、的形状有些失真，但控制简单，使用方便。系统的显示器主要是显示洗衣 剩余时间。74LS240是一个反向驱动器，它把由8255输出的电平信号进行一次反向输出 低电平，这是由于显示电路中的数码管显示器是共阴极所造成的。外形结构（b） 共阴极图3-5八段数码管图（4）显示电路的设计LED显示器釆用共阴极，由8255的PA 口提供位选码，PB 口提供段选码。PA 口 与8缓冲数码驱动器74LS240连接后再接入数码管，PC 口接入数码管，驱动数码 管显示【叫（5）8255与单片机接口电路设计山单片机送出要显示的信息到8255的PB 口（PB 口的端口地址是0FF7DH）, 通过PBO和PB1送岀字符信息

50、和时钟。其2位显示器都收到字符信息，具体哪一 位亮就取决于共极信号。这时就要山PA 口 （PA 口的端口地址是0FF7CH）送出的共 极信号来决定哪一位有效。PA 口送出的地址经过74LS240反向来控制相应的位点 亮叭3. 4.5报警电路的设计在洗衣机中运行过程中起提示和报警的作用。根据程序安排和软件设置，当 洗衣机遇到故障，洗衣机会发出间断的蜂鸣声提示用户，当洗衣完成后，洗衣机 将发出5秒蜂鸣声以提示用户洗衣完成，具体电路如图3-6所示。图3-6报警电路的设计3.5本章小结本章介绍了系统硬件电路的设计，由谐振式水位监测模块，LED显示模块，外 围设备模块，主控电路模块，电源模块等模块构成，

51、并详细分析了各个模块的组成 及作用，介绍了所用主要芯片的特性及用法，并叙述了模块设讣时的注意事项。基 本实现了全自动自动洗衣机应具备的功能。4软件系统的设计4.1主程序的设计根据硬件设讣要求，控制主程序流程图如图4-1示。洗衣机通电之后，单片机 上电，首先进行程序的初始化，包括定时器0、外部中断0、外部中断1的初始化, 以及各参数初始值的设定。然后扫描水位、程疗:、过程按键的状态，确定洗衣模式, 洗衣机处于待命状态，控制指示灯显示洗衣模式，数码管显示预设洗衣时间。当发 现启动键按下，洗衣机从待命状态进入工作状态。完成进水-洗涤-脱水-漂洗的循 环过程。当洗衣结束时，控制蜂鸣器发声。表3-1为洗

52、衣机系统控制表，图3-1为 洗衣机主程序流程图:根据用户洗衣的需要，我们设计洗衣机模式的时间，如表4-1：电机转动时间漂洗脱模浸洗/s水式 选 择泡 时 间涤 时 间正转间隔反转时间次数时间标准30102282523轻柔3062282322快速032282122图4-1系统主流程图4.2各子程序流程图421键盘扫描子程序洗衣机接通电源启动后，进行单片机进行系统的预设，如果没有按键操作，系 统进行设定的程序进行运转，我们也可以根据衣物的多少来手动设定是选择洗涤模 式、水位的高低。如图4-2键盘扫描子程序。图4-2键盘扫描子程序4.2.2洗衣功能子程序根据洗衣机洗衣功能的要求，可以设计为标准子程序

53、、快速子程序、轻柔子程 序三种洗涤方式。程序按钮选择，标准：洗涤10分钟，漂洗2次每次5分钟，； 脱水3分钟；轻柔：洗涤6分钟；漂洗2次每次3分钟，脱水2分钟：快速：洗涤 3分钟，漂洗2次每次1分钟，脱水2分钟。图4-3洗衣程序流程图标准子程序轻柔子程序Hi仙工如虑图43洗衣子程序流程图4.2.3漂洗子程序洗衣机清洗衣物后，进入漂洗步揍。在漂洗阶段,漂洗灯壳进行提示，单片机首先自动判断是否有手动操作，如果有外部键入命令,则按照外部命令进行漂洗,如果没有键入命令，则按照系统设定的进行漂洗工作,等漂洗结束了，进入下一步脱水工作。如图4-4漂洗程序流程图图44漂洗子程序流程图4.2.4脱水子程序洗衣

54、漂洗后进入脱水阶段，和漂洗阶段原理相同，首先脱水灯亮，在系统判断 是否有外部命令键入，如果有按照外部命令进行设定脱水时间进行脱水，如果没有则按照系统预设进行脱水工作。图4-5脱水子程序流程图4.3外部中断中断程序设计为了防止外部电压过高或过低对洗衣机的电器及控制硬件产生破坏，用外部中断0进行保护，如图所示。当电压过高或过低时，引起外部中断0,洗衣机停止一切动作，进入保护状态。用外部中断1来实现洗衣过程停止工作。在洗衣过程中，当暂停键按下时，引 起外部中断1,转入中断1处理程序。中断1处理程序将使洗衣机停止工作，并将 停止前的动作存储起来。当按下启动键时，洗衣机乂恢复工作。程序设计流程图如 图4

55、-6和4-7所示：图4-6外部中断0程序流程图图4-7外部中断1程序流程图4.4本章小结本章主要设计了基于AT89C51的自动洗衣机控制系统的软件设卜 山主程序, 键盘中断子程序，内部定时中断程序设计和外部中断程序设汁等部分组成。对每个 部分都进行了分析，画出了程序流程图，系统的软件设计思路清晰，简单易懂。5总结本课题设计的基于单片机的自动洗衣机控制系统集中体现了电子信息技术在 人们日常生活中的应用。单片机在测控领域的应用技术，既有硬件设计乂有软件编 程，实现洗衣机的真正全自动控制，一个按钮就能完成洗衣的全过程。本设计系统 的特点有：（1）本次设计合理的设计洗衣、漂洗、脱水的时间。既能保证洗净衣物乂使 洗涤时间短，减少衣物的磨损。使洗衣机具有智能化，最大限度地提高洗涤效果， 节约能源及水量，使洗衣机达到高效节能的要求。（2）本设计还考虑到半自动适当的悄况，用户可以根据自己的需求自由选择 洗衣机的工作方式，例如：单洗涤、单漂洗、单脱水、只洗涤漂洗不脱水、只漂洗 脱水等等功能。这一点是通过按键来实现的。（3）本系统硬件采用单片机89C51进行控制，以及设计中其它电路元件运用， 都是考虑到既经济又实用的原因。（4）由于实际条件的限制，本设汁只能在理论上实现。不能做出实际的控制 系统，是本设计的遗憾之处。在科技高速发展的今天，基于单片机的自动洗衣机控制系统具有精度高