【基于单片机的洗衣机控制系统设计与实现14000字（论文）】

第第I页共22页基于单片机的洗衣机控制系统设计与实现摘要随着经济发展，大幅提高人们了生活品质，全自动的洗衣机与其他智能化产品一样，成为日常生活中不可或缺的家电之一，洗衣机的出现与高速智能化发展给人们的生活带来非常多方便，目前市场的上的洗衣机朝着节能，大容量，多样化，轻便化，智能化，健康化发展。单片机有突出的性能价格比。仅仅需要便可以买到单片机芯块，搭配一些外围元件组成的电路，就能构成一个功能及其丰富的智能化控制系统。这种自动化控制系统的主要优势之一是具有高集成度，体积小，控制性能稳定，能适应恶劣的工作环境。单片机的内部结构是取用了总线结构，这种结构的优势是减少了各个芯片之间的相互连接，把各个功能模块全部集成到一块芯片上，这样的结构和相互连接方式提高了单片机的可靠性和抗环境干扰能力。并且，单片机易于对电磁光栅进行屏蔽或者是密闭保护措施，适合于在恶劣的环境下进行工作。单片机的指令是非常丰富且可编程的，并且它具有很强的控制和执行能力，它可以充分地满足各类工业自动化控制。依靠其低功耗，低电压的特殊技术优势，便于设计和生产便携式商务电子产品等这些特殊技术优点在家庭电器中广泛应用，单片机和家用电器的结合，使得家用电器走上一个更智能的时代。本次设计中所采用的单片机是STC公司的STC89C51单片机，加上必须的电气元件和传感器来实现其控制的功能的全自动洗衣机，本次设计的全自动洗衣机主要具有了洗涤、漂洗、脱水等市面上普通洗衣机都具备的控制功能，采用了数码管来做为洗衣机的洗涤时间显示窗口，11.0592MHZ的晶振信号来作为整个控制系统的时钟信号。硬件设计方面用两个电磁继电器作为进水和排水的阀门，在进水或出水时有对应的指示灯亮，按键输入电路进行用户参数设置，一个步进电机模拟带动洗衣机内筒旋转，高水位和低水位一共两个水位感应器为单片机提供水位信号，8个LED灯对洗衣模式和过程指示，一个L298N来驱动步进电机，洗衣结束后蜂鸣器接通提示程序执行完毕，软件设计中采用keil4进行了程序的编写。在所有工作完成后的系统调试时，采用CH340将程序烧写到单片机上，并且在硬件上完成调试，本设计具有一般洗衣机功能，控制可靠，性价比优等特点。【关键词】全自动洗衣机；STC89C51单片机；水位控制目录TOC\o"1-3"\h\u9551摘要 I298921绪论 13721.1课题开发背景 1228241.2设计的目的和意义 1194421.3国内外现状及水平 1277271.4本文研究内容 2117032设计方案 471582.1方案论证 4112672.2方案比较 4217382.3设计任务 4211812.3.1主要内容 493712.3.2主要功能 4282062.4洗衣机的设计方案 5123842.4.1主要元件 5142662.4.2控制过程 5306712.5控制系统的控制过程 5136562.6单片机选型 6171053仿真设计 7189043.1控制系统的电路设计 7249243.2电机控制电路 792673.3显示电路 8209863.4按键控制电路 9282773.5洗衣过程及菜单指示电路 1198434软件设计 2248474.1主程序设计 2270624.2洗衣程序总体设计流程 2178034.3洗涤流程程序设计 3208914.4漂洗流程程序设计 330594.5脱水程序的设计 3188855硬件设计 4287835.1控制系统的电路组成 4102355.2电源电路 4232765.3单片机复位、时钟电路 4247815.4单片机最小系统的相关知识 5124795.5晶振电路 589865.6P0口的上拉电阻 6206455.7水位感应器 7308786调试 8295897结论 1123541参考文献： 131绪论1.1课题开发背景人们对智能生活的渴望就是科技发展的动力，也许在不久的将来，随着科技的快速进步，经济的不断发展使得人们的收入越来越高，追求的家电不再是紧紧只能满足基本功能，而是向着智能化家电发展，有需求就会有市场，在家电制造商之间就会出现竞争，会出现更智能，更先进的洗衣机，其品种更多样，功能更丰富，满足人们更多需求。本设计是基于单片机控制的全自动洗衣机，全自动洗衣机对现代家庭来说是必不可少的家电，拥有非常广阔的市场前景，而单片机以其独特的优势成为洗衣机全自动控制的首选，这就促使单片机的飞速发展，到目前为止，单片机已发展有千种机型，所以本次设计具有一定实现基础。1.2设计的目的和意义半自动和全自动洗衣机充斥着目前家电商场和网上可以买到的洗衣机的种类，其市场占有率和使用率非常高，半自动和全自动洗衣也是洗衣机工作方式不同的区别条件，在我国农村，大部分还使用着半自动的洗衣机，就是有两个洗衣桶其中一边是洗涤和漂洗衣服的，而另一边是用来排水甩干的，当洗涤和漂洗完成后需要手动将衣物取出放入用来甩干的桶内，可重复洗衣服的机器。洗衣过程需要人为参与，耗时费力，使用不方便，而全自动洗衣机就不会这么麻烦，而全自动的洗衣机在洗衣时可以只通过一次参数设置就可以轻松完成对家用洗衣机的清洁、漂洗、脱水、等各项基本功能，除了这些功能，还有标准、轻柔、强洗、快洗等多种模式供用户选择。当一个用户在需要自己使用的情况下只需要手动选择当中一个程序，确认好后打开一个水龙头和启动洗衣机后洗衣的全部操作过程就会自动地按照预先设定的程序执行完成，当程序执行完成后蜂鸣器报警。洗衣机启动后就全程不再需要人为干预，只需要等待洗衣过程结束后将衣物取出即可，对比半自动洗衣机省时省力省心。在本次课题的具体设计过程中，充分利用已经发展进步非常成熟的开发软件、编程语言以及硬件设备。在软件设计中，利用KeiluVision4作为STC89C51开发的编程软件，为程序设计过程提供了便捷。编程更加简略，代码逻辑清晰易理解。硬件部分设计过程中，Proteus7给电路原理图和PCB板设计提供了很大的便利。洗衣机在未来的发展中，与单片机控制的完美结合，将极大的满足人们对洗衣机智能化、自动化、健康化、环保节能化的需求。1.3国内外现状及水平洗衣机分类洗衣机按照自动化程度可分为：普通洗衣机：洗衣过程中需要人为的手动转换功能。半自动洗衣机：所有功能之间，只能实现任意两个功能之间的转换。全自动洗衣机：可以完成全部功能自动转换。依据构造差别可分为：波轮式洗衣机、滚筒式洗衣机、搅拌式洗衣机REF_Ref23453\w\h[1]。按照机械构造来区分的波轮洗衣机与滚筒洗衣机相比之下各有千秋，都没有最好的说法，波轮洗衣机的价格普遍较低，所以在一般家庭中波轮洗衣机更受欢迎。使用范围在除需要特殊洗涤之外的所有材质的衣物都可以使用，但其缺点是耗水耗电、衣物容易缠绕在一起且洁净程度欠佳，主要流行于中国、日本、东南亚等衣物以棉质材料为主的地区。滚筒式洗衣机完成一次完整的洗衣过程，其耗时是普通波轮洗衣机的几倍以上，滚筒洗衣机的舱门在侧面所以无法在洗衣过程中再次打开舱门，由于其结构的原因洗衣洁净程度稍高于波轮洗衣机。适宜洗涤纯毛成分的衣物。目前滚筒洗衣机可以真正达到比较全面的洗涤性能，洗完后衣物不会缠绕在一起，磨损率较低。清洁程度远远高于波轮式洗衣机的主要原因是滚筒洗衣机有加热功能，洗衣桶内温度生高会将洗衣粉中所含有的活性酶成份被加热和激活，通过加热洗衣粉的洁净和去污能力得到完全发挥，也是为什么清洁程度高于波轮式洗衣机的原因。因为滚筒洗衣机本身具有长期用水量较小的巨大优势，所以在装有洗衣粉的桶内旋持续转形成一种高浓度的中性洗衣粉液，相比于传统波轮式，滚筒洗衣机的长期使用的耗水量和清洁方便程度都有较高提升，这种洗涤方式在达到理想清洁效果的同时还可以达到节水的目的。因为欧洲、南美等地区主要以穿毛、绵为主要原料的衣物，所以是此种洗衣机主要流行的地区，滚筒洗衣机几乎被这些地区的每一户家庭使用。而相比前两种洗衣机，洁净能力最强的则是国内基本见不到的搅拌式洗衣机，相比之下优点是省洗衣粉，缺点是衣物极易在清洗过程中缠绕在一起，这一定程度在晾晒过程中造成困扰，不够人性化，运行时伴随着较大噪音，相比之下，搅拌式洗衣机对衣物磨损程度大于前两种洗衣机。虽然国内目前暂时没有这种洗衣机但是在北美却普遍使用。着眼于水流速度的改变，动力量的增加体现出了全自动洗衣机清洁工艺方式的巨大变革。现在，超音波、电解水、臭氧和蒸气洗涤的广泛应用对于洗衣机的技术发展已经起到了一个历史性重大改变的推动作用，使得洗衣机的除尘处理方式由单纯地依靠洗衣粉、洗涤剂的化学作用和水流机械的强弱相互变化，向更深入一个层次、健康、环保的洗涤方式发生了转变。深受广大消费者欢迎的是电解水、臭氧、蒸气的杀菌除味以及清洁消毒等功能，特别是采用电解水、超音波技术的应用，使得在洗衣时可以不用或少用洗衣粉、洗涤液，大幅减少了洗涤液在洗衣时残留的化学品对人体和对环境的伤害和污染，引发了洗衣机的健康消费热潮。目前市面上的洗衣机都各有缺陷，有待设计者不断将其完善，发明出满足人们需求且性价比较高的产品，在我国部分农村地区，用水不方便，导致使用全自动洗衣机在进水方面满足不洗衣机需要的水量，或者水流量问题引起的洗衣时间加长增加能耗，这些问题一定在将来的科学技术和材料学迅速发展的社会中被解决。1.4本文研究内容设计一个用单片机控制，驱动器控制电机正转反转用来模拟洗衣过程，C语言编程的洗衣机控制器，除此之外加之一些用来指示和参数输入的外围电路，对洗衣机的进行全自动化控制。洗衣模式四种可供选择，洗衣过程由LED灯进行对应指示。两个水位传感器，用于感应高低水位，通过对应的水位感应器发出信号给单片机，通过继电器的吸合断开动作控制进水和出水，洗衣完成后蜂鸣器报警。单片机程序对所有洗衣过程运行实施自动切换REF_Ref22967\w\h[2]。

2设计方案2.1方案论证设计时，本文考虑了两种方案，具体如下：方案一，全模拟电路实现方案所有功能都用模拟电路的方法来搭建，以此来达到所有过程的自动控制。方案二，微机自动控制式以STC89C51为设计核心，搭建一个对洗衣机的自动化控制电路。由按键输入系统将数据输入给单片机，又由单片机对洗衣进行了自动控制，并且单片机通过LED输出，清晰地显示出一台洗衣机正常工作的状态，方便了用户检测和查看洗衣过程情况。洗涤操作完成，报警电路就会发出一个长约三秒的报警声，提示用户已经洗衣结束REF_Ref26154\w\h[3]。2.2方案比较方案一：采用全模拟电路，虽然制造成本会比方案二低廉很多。但是设计过程复杂，后期进行调试难度较大，完成后调试困难且效果不直观REF_Ref26229\w\h[4]。方案二：有着人性化程度较高的人机交互界面，通过简单的电路设计即可完成，完成后的调试简单直观，可以在较为恶劣的环境下使用，控制稳定，节约性能更佳。综合优劣势，最终决定采取第二种方案来完成本次设计。图2.2系统总体架构2.3设计任务2.3.1主要内容使用单片机设计一个对洗衣机洗衣过程能够达到全自动控制的系统，其中以单片机作为设计核心基础上加之必要的外围电路，组成一个单片机控制洗衣机的全自动系统。2.3.2主要功能1）标准模式：洗涤12分钟，漂洗5分钟2次，脱水3分钟；2）快速模式：洗涤4分钟，漂洗1分钟2次，脱水2分钟；3）轻柔模式：洗涤3分钟，漂洗3分钟2次，脱水2分钟；4）调试模式（方便调试）：全部过程都为1分钟；5）接通电源后先电源开关，选择洗衣模式，确认洗衣模式后按下开始按钮，高水位的检测到水满开始洗涤，按停止键或者洗衣机盖被打开停止工作。6）带自动脱水功能；7）有指示灯，不同的洗衣模式和洗衣进行到某一个过程相应的指示灯亮2.4洗衣机的设计方案2.4.1主要元件主要以软件及硬件配合电路为控制系统来控制整个洗衣流程。主要由STC89C51单片机、电机驱动器、比较器、蜂鸣器、继电器、水位检测两位共阴极数码管监测时间、11.0592MHZ晶振提供时钟电路、LED指示灯、步进电机、蜂鸣器、按钮、三极管。按钮：SB0复位SB1选择洗衣模式SB2启动按钮，用于启动洗衣机SB3停止按钮，用于停止洗衣机SB4确认洗衣模式，SB1选择好模式后需按下SB4按钮确认洗式模式（防止误操作）2.4.2控制过程⑴洗涤过程系统上电后，如果不选择洗衣模式，则系统会一直处于待机状态，直到用户选择好洗衣模式按下启动按钮后，系统才会开始洗涤，开时候先向桶内进水，模拟进水阀的继电器导通，对应指示灯亮起，此时不断向洗衣桶内供水，当水位感应器（高水位）感应到有水后，进水阀截止，停止进水；电机开始工作，持续正反转模拟洗衣时波轮的旋转，使水和衣物选转起来，因为水和衣物的质量不同，所以在桶内旋转的速度不一样，在桶内旋转时水会透过衣物，通过水跟衣物的冲击，不断变换位置以及衣物之间的摩擦来实现洗净衣物REF_Ref26307\w\h[5]。⑵漂洗过程与洗涤过程相同，运行时间稍短。⑶脱水过程前两个程序完成后，电机立即停止运行，继电器接通，指示灯亮，桶内向外排水。当低水位传感器没有再感应到有水后。表示排水动作结束，持续高速正转的电机，将衣物甩干。2.5控制系统的控制过程全自动控制的洗衣机是基于单片机的，进水、洗涤、漂洗、排水、脱水这四个任何洗衣机都必须经历的过程都需要通过单片机程序的控制来完成动作REF_Ref26366\w\h[6]。选择好洗衣模式启动后，模拟进水的时候继电器的指示灯熄灭，继电器接通后将进水阀打开启动之后就会开始向桶内洗涤进行水，当高水位传感器自动检测到桶内有水满后，进水阀截止，开始洗涤。脱水程序运行至设定时间后蜂鸣器持续鸣响，洗衣结束。2.6单片机选型在此次综合分析比较之下本次设计所要选用的单片机模块型号被命名为STC89C51，这种模块化型号的单片机所需要采用的处理器芯片为8051核的IPS在整个系统中进行可编程，反复摩擦次数达到1000次的且包括含有4kFLASH储存的处理器单元，器件兼容性强，把通用的8位CPU和IPSFLASH集成在一起，具有6T模式，速度相对于AT同型号单片机的12T速度要快些。具有抗环境干扰性能强、较快的运行速度、耗能低等优点。工作电压方面：STC89C51可以取到5.5V~3.3V，而AT则只能在5.25V~4.75V范围内，STC的工作电压相比AT有着更为广泛的取值空间，通用性更强，对电压稳定性较低，可以在电压不稳定的条件下工作。适应多种恶劣工作环境，性价比高满足设计需求。综合所以优缺点比较之下，认为STC单片机更符合本设计需求。

3仿真设计3.1控制系统的电路设计电路的控制主要由STC的89C51单片机、指示灯、电机、蜂鸣器、晶振、继电器、水位模拟信号、按钮开关等电器元件组成。本设计需要电机正转和反转，如只需一个方向，控制方式就与简单的电机控制一样。时钟中断控制电路的驱动定时器位置选择了11.0592MHZ的晶体振荡器，设定时钟间隔后的时刻速度为每100ms就可能会同时产生一次驱动定时器的时钟中断。图3.1电路仿真图3.2电机控制电路如图3.2所示，电机驱动芯片内部有4个逻辑通道对电机的运行进行驱动，在本次设计中主要用于驱动电机转动，以满足洗衣机在洗涤，脱水，漂洗时对电机的要求。因为此芯片内部有四个逻辑通道，输出口也分别有4个从OUT1—OUT4，因为这是H桥的设计原因，在驱动时芯片可以产生较高的电压和较大的大电流，通过芯片接受国际标准的TTL逻辑精确的准位信号来进行控制，产生高电压和较大电流优势，所以被控制驱动电机的工作电压最多可以控制到46V、电流可以达到2A，除了通过接受TTL信号来控制之外，还可以直接通过电源达到调节输出电压的效果。此种驱动芯片能够同时地驱动两个两相的电机，本设计只需要使用一个步进电机，将其分别接在OUTl、OUT2上，控制步进电机的正、负方向运行和停止输入的控制，这三个输出通过不同的逻辑组合来实现对步进电机的运行状态的控制，当IN1=IN2=1、ENA=0时发动机停止；IN1=ENA=1、IN2=0时发电机沿着顺时针方向旋转；当IN1=0，IN2=ENA=1时，该电机向逆时针方向旋转。图3.2电机电路3.3显示电路显示电路由一个双位共阴数码管构成，如图5.4所示。双位共阴式的数码管自动实时显示当前的一次洗衣处理过程中所有剩下的洗衣时间，当所有的洗衣程序都执行完成后会有蜂鸣器自动发出报警，通知所有的洗衣用户提示洗衣工作已经顺利完成。管七段式和八段式是最常见的两种数码，这两种类型数码管的具体用法含义基本相同，区别主要是八段式的多一个小数点DP。以本文所要选择的八段式数码管引脚电路作为其范例，其中所需要显示的电路逻辑主要原理是把八个(七个六段式就七个)发光二极管分别排列成一个小的数字“8”再在其外加一个小数点(七个八段式则没有)，将八个数码管阳引脚全部连接到一个单片机的一个I/O口上，另一端全部接到GND，通过引脚编写程序，控制不同的信号输出端点，用以在每个引脚上同时点亮自己引脚相应的二极管，再将点亮的二极管组合起来就会显示出肉眼能识别的罗马数字0—9。数码管类型分为共阳与共阴两种。这两种数码管的主要区别是在接口方式上，由于连接方式的不同，所以在用法上也不一样。共阴极就是将阴极全部连在一起接地，另一端接到单片机引脚，在任意一个二极管的另一端输出一个高电平，该二极管就导通。反之，将阳极接在一起，让其一端接到+5v，另一端连接在单片机的引脚，当在单片机输出一个低电平时，二极管就会被点亮。共阳数码管公共端是接到直流+5V电源上，共阴则接地REF_Ref26529\w\h[9]。一个数码管称为一位，多位数码管是把几个数码管连在，在数码管这一端，每个驱动控制二极管的引脚参数编号从A~G，小数点的引脚参数编号为DP，每个位选线也就是每个控制单片机的每个数码管自己的一个公共控制终端，是用来控制显示位置的。在程序运行时显示，从段选线向每个输出位顺序送入一个字符串的编码，而且当选择谁在哪一位时就进行了段选线，就会点亮对应的数码管。一个8位字节，对应着数码管每一段，其中字节的最低位所对应的是段码，最高位所对应的是小数点DP。假设需要在一个数码管上显示一个数字“0”，需要导通的二极管编码就为"1"这个时候不需要导通的二极管编码就为“0”，如果采用共阴极的数码管，那么这个时候采用的二进制编码方式就是“00111111”，将二进制转换为16进制就是0x3f；如果是共阳极数码管那么二进制编码就是“11000000”，将其转换为16进制后就是0xc0。由二进制编码字符就不难看出共阴共阳数码管编码的各位正好相反。显示电路主要功能是显示洗衣机执行当前过程时所需的时间，让用户对洗衣的剩余时间有一个清晰的了解，在洗衣的过程可以根据剩余时间的长短安排做一些其他的事情，洗衣机的出现就是为了方便人们生活，有了这个倒计时，可以大大提高人们对时间的把握和利用。图3.3显示电路3.4按键控制电路洗衣机的，启动，停止，功能选择主要是按键电路来完成控制，分别为菜单选择、启动、停止、菜单确认，分别与单片机的P1.4、P1.5、P1.6、P1.7相连。图3.4按键输入电路3.5洗衣过程及菜单指示电路洗衣过程及菜单指示电路主要由8个发光二极管组成，对应PCB板上的洗涤、漂洗、排水、脱水以及菜单的标准、快洗、轻柔、测试模式。单片机P0.2-P0.5口的四个点接到四个LED灯用于指示洗衣过程，洗衣模式的四个LED指示灯接到单片机P1.0-P1.3口，当洗衣进行到某个过程时，对应的LED灯亮，用户可以根据LED灯点亮的情况对洗衣机当前工作状态有一个直观的了解。图3.5指示电路

4软件设计4.1主程序设计PCB板上电，单片机通电后复位电路会首先对进行程序的复位动作，动作包括计时器、外部中断的初始化以及各参数设定的初始值，按下菜单选择键选择不同洗衣模式，根据不同的洗衣模式确定每个过程的时间，当按下启动按键，洗衣机从待机状态转换到工作状态。按照程序预设自动完成完整洗衣过程中的进水、洗涤、漂洗、脱水、排水过程。当所有的洗衣过程完成后，蜂鸣器控制电路中使用位于一个单片式主机内部P3.5口的一个蜂鸣器通常会向其有机输出一个典型低电平信号，蜂鸣器由三极管驱动进行电压驱动，当基极接收到一个幅度低于控制电源额定工作电压0.7v及以上的典型低电平信号时，三极管就会导通，使得由三极管驱动进行电压驱动的蜂鸣器自动接通，然后发出的噪声报警信号提示控制程序运行结束就自然会正常工作运行。图4.1主程序流程图4.2洗衣程序总体设计流程四种洗衣模式的洗衣过程都经过洗涤、漂洗、排水、脱水过程，不同的是每个过程持续的时间，具体流程如下图所示:图4.2洗衣总流程图4.3洗涤流程程序设计洗涤过程是整个程序最主要的部分，当高水位感应器感应到有水后，进水阀关闭，进入到洗涤程序，电机以正转22秒，停止8秒，反转22秒，停止8秒为周期运行（标准模式12分钟，快速模式4分钟，轻柔模式3分钟）。程序持续运行到程序计时倒计时为0时结束洗涤程序的运行，此时程序进入到漂洗过程。图4.3洗涤程序流程图4.4漂洗流程程序设计操作与洗涤过程基本相同，不同的只是电机运行时间稍短一些且不同洗衣模式下漂洗程序的运行时间不同。漂洗次数为2次。漂洗程序运行流程图如下图所示:图4.4漂洗流程图4.5脱水程序的设计脱水前要先进行排水模式，当洗衣桶内水被排完，低水位感应器感应到无水后开始脱水，标准模式3分钟，快速、轻柔模式2分钟。电机连续运行直到程序设定时间为0时停止运行。图4.5脱水流程图

5硬件设计5.1控制系统的电路组成复位电路、时钟电路、电机驱动电路、显示电路、按钮输入电路、继电器电路、比较器电路等部分构成了整个控制系统。这些电路和单片机的各个口连接方式与上文一致，本章不再重复。5.2电源电路本次设计的单片机系统电源采用5V直流电，此次设计无单独制作电源输入电路，直接取用日常生活中的电源适配器、充电宝、电池盒即可提供电源。5.3单片机复位、时钟电路单片机的复位、时钟电路如图5.3所示。系统在每次完成了上电后都必须需要对其进行一个复位动作，复位动作需要在单片机RST脚输入24个时钟周期的高电平，才能进行复位，复位主要作用是为了让整个程序能够从头到尾地执行，就是为了让程序的一个指针直接指向到程序当中的一个地址0。程序上电需要进行复位，依靠复位电路来将程序复位，复位方式分为自动复位和手动复位，因为在此次设计中的洗衣机为全自动型，所以采用的复位形式为自动复位，如图5.3所示。自动复位的工作原理是：此功能是由一个极性电容C3来实现程序自动的。在系统上电的同时电容C3会经过一个充电放电的过程，高电平会在放电的过程产生，接在RST口的电容C3会在程序上电时开始充电，电容充电电压持续上升，当电容充满电后RST端的电压加到+5V，RST端持续得到+5V的高电平输入，高电平输入时间达到24个时钟周期后，单片机就会开始进行复位动作。CPU对于计算机而言不可或缺，在一台单片机里要求有一个这样的时钟电路来为单片机的运行提供了支持——时钟电路，时钟电路对于一台单片机来说其功能主要就是用来驱动时钟电路来控制和驱动一台单片机，如果一台单片机的时钟电路中没有这样的时钟电路可以来进行驱动，程序便无法执行。完全可以把它简单理解为构成一个单片机在一个时钟以及传感器件的驱动下所连接带来的时序逻辑电路。例如MCS一5l单片机作为实际应用案例数据进行分析说明:MCS一5l单片机在其中实现执行某一条信号指令所需时所需的两个时钟周期。其基本含义就是即必须连续使用2个时钟周期才能发出让一个MCS一5l单片机满足操作条件的指令。如果一台单片机内部没有这个小型的时钟驱动控制电路，那么就不能够正常地连续运行和正常工作的，当程序中含有定时或者和时间有关指令时，单片机是无法执行的。而本次设计是需要对洗衣过程进行计时，所以时钟电路必不可少。而且控制了计算机的正常工作节奏恰恰也是由于时钟电路，而其节奏的发展和快慢是又因为晶振频率决定的，晶振频率越高，系统正常运行的速度也就越快。图5.3复位、时钟电路5.4单片机最小系统的相关知识单片机能运行起来所需的最少元器件就是单片机最小系统，其中包括晶振电路，复位电路。系统上电后需要对程序进行复位，复位电路在上文已经解释过，程序复位需要时间，就像计算机重启一样，复位电路中的电容决定了复位所需时间，一般来说，想要复位时间缩短，那么C3的容值就必须用的越大，也需要考虑到PCB板上的空间问题，其容值越高价格越高，本次设计的理念之一是生产成本低廉，所以在复位电路中采用容值为10μF，这个容值带来的复位速度足以满足本次设计需求。晶振电路中采用11.0592MHZ的晶振，在基于的单片机任何设计当中都可以采用其他或者更高频率的晶振，晶振的频率决定了单片机对程序的处理速度，在本次设计中参考了多种频率的晶振，从2—100MHZ不等，由于较低频率的的晶振无法满足设计要求，超而高频率的晶振性能早已溢出设计需求，综合考虑之下采用性价比较高和控制较稳定的11.0592MHZ晶振。按照设计需求，晶振电路的起振电容一般采用10~33μF，本文采用的是30μF起振电容。导线越长，传输期间的不可控因素越多，晶振的准确性将受到很大程度影响，晶振受到影响单片机程序运行的准确性也无法保证，那么整个设计的可控性就会大幅降低，在后期调试也会出现一些难以解决的问题，所以晶振电路中的电容越靠近晶振越好，晶振越靠近芯片越好，这样可以最大程度降低信号干扰带来的影响。5.5晶振电路外接晶振是早些单片机必须做的，如果不接晶振，那就必须外接时钟脉冲，由于技术的限制，当时的芯片内并没有提供自带的时钟电路来为自己的程序做驱动，但是单片机的运行又极其依赖稳定的时钟电路提供脉冲。这两种提供时钟电路的方式，相比之下晶振更被大众所接受，时钟脉冲用的人非常之少。单片机经过几十年的发展，早已经在芯片内部有了自带的时钟电路，所以在对稳定性要求不是特别严格的场合，外部的晶振电路是可以不用接的，直接使用芯片内部的时钟电路即可，由于内部的时钟对外界的干扰非常敏感，在一些要求严格的情况下，外接晶振电路就显得很有必要了，洗衣机内部线路复杂，布满各种各样的电线，对芯片的干扰极强这种环境下就必须使用外接晶振电路。5.6P0口的上拉电阻在单片机所有引脚里，唯独P0是没有内部上拉电阻的，做输出口时必须外接上拉电阻。如果没有上拉电阻，在一些不确定的时间，例如突然失电的状态下，P0口就会呈一个悬空状态，也叫高阻态的情况，如果P0呈现这个状态，那么P0口外接的CMOS芯片引脚也会被悬空，一旦这个芯片被悬空，那么单片机会出现逻辑混乱，功耗异常等后果。因为P0口没有上拉电阻，只能在低电平下工作，所以当在使用PNP型三极管时就可以不再进行连接上拉电阻。P0口是开漏的，内部没有上拉电阻，这就相当于内部没有电源，所以P0口无法在不使用上拉电阻的条件下将其作为输入口，如图5.9所示，接线方式是在1引脚接一个输入电源，这就为P0口提供了一个外部电源，给所接的负载提供输入电源。在没有接上拉电阻的前提下，即使驱动能力再强大，也无济于事。而且当其没有作为I/O口而是作为地址/数据重新复用的情况下也就是它可以不再连接上拉电阻。上拉电阻相对于另外一个叫做下拉电阻，其工作原理也是与上拉电阻相同，对上拉电阻和下拉电阻在实际电路中的选取原则还是需要综合考虑它们的开关特点和负载电路的输出特性。主要是需要考虑以下几个方面的因素:驱动能力与功耗之间的平衡；负载电路的驱动要求；高低电平的控制；频率性质。图5.6上拉电阻

5.7水位感应器watersensor水位检测传感器，使用简单方面，可控性强，稳定性能优、性价比很高的水位传感器，其工作原理是通过平行线对附在上面的导体液体进行感应。该控制模块主要技术特点也就是于它充分利用了三极管的无源电流基极放大控制原理：即当导体液位高度移动导致电流使得三极管的电流基极和无线电源端的正极导通时，在三极管的基极和无源电流放大发射极之间就会同时产生一定放大频率和电流大小的发射电流，此时在三极管的集电极和发射极之间就同样会同时自动产生一个放大频率的超过放大电流倍数的发射电流，该放大电流通过发射极的放大后就同样会同时产生一个放大电压，称为基极A—电流转换器的电流采集。水位实时传感器不但而且能够直接实现水位的实时测量，还可以测量是否有水，当测量是否有水时，直接检测输出端引脚，若检测为0，则显示没有水，若检测到1，则有水；当检测水位变化时，需要进行ADC采集，利用函数进行模拟电压值到水位的转换。图5.7水位感应器

6调试在企业进行数控单片机软件开发的整个过程中，从整个硬件产品设计开发直至整个软件开发设备的生产制造都几乎全部由软件开发人员针对自己的操作系统而亲手设计完成。这样虽然能够有效地大大降低系统的开发成本，提高系统的市场适应度，但整个系统的开发调试运行时间却大约占去了整个调试系统总产品开发调试时间的2/3，可见整个调试系统工程调试组的工作量比较大。由于针对单片式主机系统的一些硬件进行调试与这些软件上的调试之间几乎是不怎么可能相互分开的，许多人在硬件上的调试错误都必须是在这些软件上的调试中才可能会有人及时发现并且能得到及时纠正。但通常都方法是先将明显的应用硬件出现故障以后，再与应用软件相互地紧密结合进行使用安装起来后再进行系统调试，以便于进一步地快速排除故障。由此可见，硬件的每次调试都是设计基石，如果经过硬件的多次调试不能够顺利通过，软件的调试设计则可能会因此变得无从下手。1、首先解决的是焊接顺序。根据功能分区来进行逐一焊接，这样就容易发现问题所在。2、当调试时发现程序无错误但是功能无法正常实现时，可以按以下几个步骤来完成:1)检查原理图连接是否正确2)检查原理图与PCB图是否一致3)用万用表检查是否有虚焊，引脚短路现象4)通过时序查询各个命令器件时序中的命令DATASHEET，分析一下各个命令对应时序的器件位置名称是否一致，同时还要仔细分析一下各个命令的器件名称时序是否相当。5)用户具备条件时，有上述条件的用户可以考虑使用小型示波仪。通过一个射频示波器可以检查地址sram各个引脚，地址数据线全部为一个带有线的信号，而且各个数据线上几乎没有任何其他信号数据存在，就是问题所在。6)飞线：用别的电缆线进行控制，看看它们能不能正常地操作，多试验，才能发现问题最终出现在哪个地方。静态调试:排除逻辑故障此类制板故障通常认为是由于在制板设计、加工乃至生产制板的整个过程当中可能出现的制板工艺性差而直接导致。主要应用包含各种错线，开路，短路。排除的解决办法之一是首先把经过特殊加工的印制板认真地进行对照并放到产品原理上的示意图，看二者原理是否完全一致。应特别注意对整个电源线路系统的检查，以便于防止发生电源系统短路和供电极性上的误差，并且重点是要检查电源系统的接口总线之间到底是否存在有相互之间的电源短路或其他相关信号无法接入电源线路。可以通过选择性地进行检查一台单片机内部某些元器件装置是否具备符合产品设计时所需求的安装尺寸、规格、及其它安装操作方式。通常情况下需要先检查VCC与GND之间的连接电位，电压在5V~4.8V之间为正常，仔细进行每个电源输入和电压输出的波动幅值及电源极性的检查，若发现机器有处于高压，联机设备进行调试时，电子管和元器件等这些零部件将会受到严重损坏，该通的地方焊接要牢固可靠，不需要通的地方在焊接时不能短路，检查各个功能模块和元器件是否工作正常。准备工作完成后开始试机，先按下电源按键，检查电源指示灯是否亮起，两个水位检测是否通电，按下第一个按钮，左边指示灯为洗衣模式指示灯，每按一次能否切换，选择最后一调试模式，再按下最后一个按钮确认键，按下第二个按钮启动，这是进水阀打开，观察指示灯情况，再高水位检测器上沾点水模拟水位达到要求，这是进水阀关闭，电机启动，按照程序设定正转—停止—反转运行，观察之后的漂洗排水脱水是否能按照程序设定完整运行，当运行结束后蜂鸣器报警，过程指示灯中的绿灯亮起，表示结束。

图6.1PCB板上电图6.2以调试模式启动图6.3洗衣完成

7结论本控制系统主要功能是基于应用单片机及其软件接口技术、计算机工程技术、微电子工程科学等多种综合系统运行控制技术而研究设计开发出来的。该设计系统包含了用户参数输入，洗衣，脱水，以及自动终止四个操作步骤。主要部件有:STC89C51单片机、两位共阴极的数码管、按键、蜂鸣器、LED、指示灯、电机、继电器、水位感应器组成。通过本次的设计可以得出如下观点:首先由于单片机广泛的应用和使用现在单片机等电子产品的设计变得更加简单、功能也变得越来越强大、集成程度也变得更高，单片机以其特殊的优势被广泛应用在日常生活中的方方面面。通过重新安装编程一个单片机洗衣软件，就已经可以非常方便地进行更新、提升智能洗衣机的使用性能。在器件的选型时要充分考虑到是否满足设计需求，例如：继电器的限流电阻如果选取阻值较大的电阻，那么在线圈通电时电流达不到吸合要求而使得铁芯无法吸合，这样在后期调试时非常难找出问题，即使找出问题，再将电阻取下换上新电阻，费时费力，在焊接中可能还会影响到其他功能模块。复位电路中的电容，选取较小电容，那么在上电复位时就会比较慢，影响设计质量。在品牌上应选择大一些的厂家，大厂拥有优质的研发工程师和先进的技术工艺，生产的产品质量有保障且控制稳定，这在后期调试和正常使用中提高寿命。应用不同的元器件和实际设计应用方式也可以直接导致每台洗衣机的实际设计应用结果截然不同，洗衣机的生产质量和使用性能也将因此具有一定的根本差别，同时本文的产品设计中作者所采用的每一个元器件都必须是非常适合单片机的实际设计应用，使得其他附加的功能设计只需要在本设计基础上修改程序并加装需要的硬件设施即可研究出全新的多功能自动控制系统。本设计以单片机为控制系统，配合其他的外围电路实现了洗衣机的基础控制，在此基础上还可以加上蓝牙，手机APP，语音等多种多样非常丰富的功能，在万物互联互通的现在，人们追求家电的智能化，功能多样化，各种智能化的改进都可以在本设计的基础上进行改装，满足不同客户的私