课程设计格式样本.doc
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1、 单片机系统课程设计单片机系统课 程 设 计成绩评定表设计课题 :基于89C51的全自动洗衣机控制器设计学院名称 : 电气工程学院 专业班级 : 自动F1104 学生姓名 : 张笑 学 号 : 201123910610 指导教师 : 臧海河 设计地点 : 31-504 设计时间 : 2015-12-212016-01-03 指导教师意见:成绩: 签名: 年 月 日 单片机系统课 程 设 计 课程设计名称: 基于89C51的全自动洗衣机控制器设计 专 业 班 级 : 自动F1104 学 生 姓 名 : 张笑 学 号 : 201123910610 指 导 教 师 : 臧海河 课程设计地点: 31-
2、630 课程设计时间: 2015-12-212016-01-03 单片机系统 课程设计任务书学生姓名张笑专业班级自动F1104学号201123910610题 目基于89C51的全自动洗衣机控制器设计课题性质工程设计课题来源自拟指导教师臧海河主要内容(参数)利用89C51设计全自动洗衣机控制器,实现以下功能:1能够全程自动实现对衣服的清洗;2能够实现自动定时进水、漂洗、排水功能;3能够实时显示洗衣机的工作状态;4能够实时显示该工作状态持续的时间;任务要求(进度)第1-2天:熟悉课程设计任务及要求,查阅技术资料,确定设计方案。第3-4天:按照确定的方案设计单元电路。要求画出单元电路图,元件及元件参
3、数选择要有依据,各单元电路的设计要有详细论述。第5-6天:软件设计,编写程序。第7-8天:实验室调试。第9-10天:撰写课程设计报告。要求内容完整、图表清晰、文理流畅、格式规范、方案合理、设计正确,篇幅合理。主要参考资料1张迎新,等. 单片微型计算机原理、应用及接口技术(第2版)M北京:国防工业出版社,2004.2陈杰,黄鸿. 传感器与检测技术(第二版)M. 高等教育出版社2002.2夏路易,石宗义. 电路原理图与电路板设计教程Protel99SEM. 北京希望电子出版社.4阎石. 数字电子技术基础(第五版)M. 高等教育出版社.5康华光. 电子技术基础模拟部分(第五版)M. 高等教育出版社.
4、审查意见系(教研室)主任签字: 年 月 日 目录1 概述 . . 41.1 研究背景. 41.2 对全自动洗衣机的说明 . 51.3 基本功能概述 . 62 总体方案设计 . . 62.1 方案选取 . . 72.2 系统框图 . . 92.3 总体方案设计 . . 103 硬件电路设计 . .11 3.1 电源电路设计 . . 113.2 单片机及其外围电路设计 . . 123.3 显示电路. .133.4 执行电路 . .144 系统软件设计. .144.1 主程序设计 . .154.2 中断服务程序设计 . .164.3 子程序设计 . .185 系统调试与总结 . .215.1 系统功
5、能测试 . .215.2 技术指标测试 . .215.3 总结 . .22参考文献. .22附录A 系统原理图 .23附录B 部分源程序 .241 概述1.1 研究背景1858年,一个叫汉密尔顿史密斯的美国人在匹茨堡制成了世界上第一台洗衣机到70年代后期,以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。洗衣机的出现让人从辛苦的洗衣过程中解脱出来,提高了人们的生活效率,改善了人们的生活方式。特别是近几十年,随着微型机的出现并应用于家电中,智能化的家电极大的方便了人们的生活。在智能化家电中,应用较多的就是单片微型计算机,单片机具有体积小、质量轻、耗电省、可靠性高、价格低等优点。
6、此外还应用于广泛应用于仪器仪表、医疗设备、航天航空领域、工业专用设备的管理及过程控制等领域,在很多的大中型的电气设备以及小型的电子产品中也用到了单片机进行控制。随着人们生活水平的提高,人们希望能腾出更多的时间去学习、工作。全自动洗衣机能够自动完成预洗、洗涤、漂洗、脱水甚至烘干,洗衣全部过程不用人工参与。许多家庭都选择了全自动洗衣机。因此学习了解全自动洗衣机的工作原理就显得极为重要。1.2 对全自动洗衣机的说明1.2.1 全自动洗衣机的洗衣原理全自动洗衣机可以完成洗涤、漂洗及脱水过程的自动转换,通常采用套桶方式,即将离心桶(内桶)和盛水桶(外桶)同轴地套在一起,故又称为套桶式洗衣机。全自动洗衣机
7、在程控器的控制下自动完成洗衣的全过程。洗涤时,程控器将进水阀打开至水位达到设定值,电动机带动波轮旋转,使水及衣物完成洗涤或漂洗过程;排水时,程控器打开排水阀,将洗涤液或水排出;脱水时,程控器仍将排水阀打开,并使离合器动作,完成机械转换,电动机带动离心桶高速旋转,完成脱水过程。1.2.2 进水电磁阀的工作原理进水电磁阀的作用主要为控制自来水进水,为洗衣机提供适量的洗涤、漂洗用水。进水电磁阀结构图如图1所示。进水电磁阀的开关主要由阀内的线圈控制动铁芯来完成。如果线圈不通电,这时打开自来水龙头,水不会流入洗衣机;当线圈通电后,阀被打开,自来水通畅地流入洗衣机。进水电磁阀基本结构主要由一个螺管电磁铁和
8、橡胶阀构成。其工作原理是,电磁铁线圈通电后,形成磁场,吸引铁质阀芯上移,离开膜片,水流导通。电磁铁线圈失电后,在复位弹簧及重力作用下,阀芯下沉压紧膜片堵住水道,停止向洗衣机内注水。进水电磁阀的进水口一般有一个过滤网,以防污垢堵塞进水电磁阀橡胶阀。图1.2进水电磁阀结构图1.2.3 水位开关控制原理水位开关又叫做水位压力开关、水位传感器、水位控制器,它是利用洗衣桶内水位高低潮产生的压力来控制触点开关的通断。水位开关用塑料软管与盛水桶下侧的储气室口相连接。当向盛水桶内注水时,随着水位的升高,储气室的空气被压缩,并由塑料软管将压力传至水位开关。随着气压逐渐升高,水位压力开关内的膜片变形并推动动触点与
9、常闭触点分离,常闭触点与公共触点迅速断开,常开触点与公共触点闭合,从而将水位已达到设定值的信号送至程控器或将连接进水阀电磁线圈的电路断开,停止进水。当洗衣机排水时,随着盛水桶水位的下降,储气室及塑料软管内的压力逐渐减小,当气体压力小于弹簧的弹性恢复力时,常开触点与公共触点迅速断开,常闭触点与公共触点闭合,恢复到待检测状态。旋转水位开关的旋钮选择水位,就是旋转凸轮,通过改变压力开关凸轮的位置可改变恢复弹簧的弹性力,进而改变橡胶膜片变形所需气体的压力,改变水位的设定值。1.2.4离合器的工作原理离合器是波轮式全自动洗衣机的关键部件,它主要的作用是在电动机启动后,通过三角皮带传动作用,将电动机的动力
10、传递到离合器上,离合器就可实现洗涤和漂洗时的低速旋转和脱水时的高速旋转,并执行脱水结束时的刹车制动的动作。减速离合器的动作受排水电磁铁的控制,有洗涤和脱水两种状态。洗涤时,电动机运转,通过减速离合器,降低转速带动波轮间歇正反转,进行洗涤,此时洗涤脱水桶不转动;脱水时,电动机运转,通过离合器,高速带动洗涤脱水桶顺时针方向运转,进行脱水,此时波轮也随着洗涤脱水桶一起运转。目前波轮全自动洗衣机通常使用减速离合器。1.3 基本功能概述全自动洗衣机包括启动按钮、进水口、控制器、洗涤桶、波盘、排水口、洗涤电机等组成。当洗涤衣服时,按下启动按钮,由单片机控制进水泵从进水口进水,进水五分钟后,由单片机控制进水
11、泵停止工作;然后由单片机控制洗涤电机转动进行洗涤,洗涤过程包括漂洗,洗涤二十分钟后,单片机控制洗涤电机停止工作;接着,单片机控制排水泵开始工作,使洗涤衣物后的污水从排水口排出,排水五分钟后关闭排水泵,洗涤结束。全自动洗衣机控制要求是能实现自动进水、洗涤、排水和实时显示洗衣机的工作状态及其该状态的工作时间的控制要求。按下启动按扭,开始进水,进水泵工作五分钟后自动停止工作,开始洗涤。洗涤时,洗涤电机开始工作,带动波盘旋转进行洗涤。如此洗涤电机工作二十分钟后,停止工作,开始排水。排水时,启动排水泵,排水五分钟后关闭排水泵,洗涤结束。另外,洗衣机工作时,有五位LED实时显示洗衣机的工作状态及其该状态的
12、工作时间。2 总体方案设计2.1 方案选取2.1.1 对全自动洗衣机控制器的说明全自动洗衣机依据程控器的种类可分为微计算机式程控器全自动洗衣机和机电式程控器全自动洗衣机两种。微计算机式程控器全自动洗衣机是由CPU芯片发出各种指令,利用电磁铁或晶闸管控制电器执行部件运行的。机电式程控器全自动洗衣机是通过程控器内的各个触点分别接通和断开,来接通和断开线路控制电气部件运行的。无论哪一类型的电气控制系统,它们控制的对象都是一样的,即进水电磁阀、排水电磁阀和电动机;它们的检测机构也是一样的,即盖(安全)开关和水位(压力)开关。全自动洗衣机控制系统方框图如图2.1.1所示,电路简图如图2.1.2所示。图2
13、.1.1 全自动洗衣机控制系统方框图图2.1.2 全自动洗衣机电路简图C4的作用,利用电容器对交流电流的移相作用,与电动机副绕组配合,产生与主绕组相位差90的交流电。使电动机内形成旋转磁场。安全开关的作用,当脱水时打开洗衣机盖时或脱水内桶摆动幅度过大时切断电动机的供电电源,迫使脱水电动机停止转动进入保护状态。2.1.2 CPU选型控制器的选择是确定整个系统硬件方案的关键,它关系到洗衣机性能成本等因素,对于全自动洗衣机,控制器的可选方案有以下三种:PIC系列:PIC系列单片机采用Harvard双总线结构,运行速度快,它能使程序存储器的访问和数据存储器的访问并行处理。此外,它还具有低工作电压、低功
14、耗、驱动能力强等特点。该系列单片机的专用寄存器并不像51系列那样都集中在一个固定的地址区间内(80FFH),而是分散在四个地址区间内。只有5个专用寄存器,得反复地选择对应的存储器,这多少给编程带来了一些麻烦。AVR系列:AVR单片机是Atmel公司推出的较为新颖的单片机,其显著的特点为高性能、高速度、低功耗。它取消机器周期,以时钟周期为指令周期,实行流水作业。AVR系列没有类似累加器A的结构,它主要是通过R16R31寄存器来实现A的功能。在AVR中,没有像51系列的数据指针DPTR,而是由X(由R26、R27组成)、Y(由R28、R29组成)、Z(由R30、R31组成)三个16位的寄存器来完成
15、数据指针的功能(相当于有三组DPTR),而且还能作后增量或先减量等的运行。通用寄存器一共32个(R0R31),前16个寄存器(R0R15)都不能直接与立即数打交道,因而通用性有所下降。51系列:51系列优点之一是它从内部的硬件到软件有一套完整的按位操作系统,称作位处理器,或布尔处理器。它的处理对象不是字或字节而是位。它不仅能对片内某些特殊功能寄存器的某位进行处理,如传送、置位、清零、测试等,还能进行位的逻辑运算,其功能十分完备,使用起来得心应手。51系列在片内RAM区间还特别开辟了一个双重功能的地址区间,十六个字节,单元地址20H2FH,它既可作字节处理,也可作位处理(作位处理时,合128个位
16、,相应位地址为00H7FH),使用极为灵活。51系列的另一个优点是乘法和除法指令,这给编程也带来了便利。51系列的I/O脚的设置和使用非常简单,当该脚作输入脚使用时,只须将该脚设置为高电平(复位时,各I/O口均置高电平)。当该脚作输出脚使用时,则为高电平或低电平均可。低电平时,吸入电流可达20mA,具有一定的驱动能力;而为高电平时,输出电流仅数十A甚至更小(电流实际上是由脚的上拉电流形成的),基本上没有驱动能力。其原因是高电平时該脚也同时作输入脚使用,而输入脚必须具有高的输入阻抗,因而上拉的电流必须很小才行。作输出脚使用,欲进行高电平驱动时,得利用外电路来实现,I/O脚不通,电流经R驱动LED
17、发光;低电平时,I/O脚导通,电流由该脚入地,LED灭(I/O脚导通时对地的电压降小于1V,LED的域值1.51.8V)。综上所述,我们本次设计采用51系列,而51系列的典型产品是89C51。89C51是一种40引脚双列直播式芯片。它含有4KB可反复烧录及擦除内存和128字节的RAM,有32条可编程控制的I/O线,5个中断发源,指令与MCS-51系列完全兼容。选用它作为核心控制新片,可使电路极大地简化,而且程序的编写及固化也相当方便、灵活。选用它设计制作全自动洗衣机控制电路,该电路的组成相对简单,工作原理清晰,易于理解。2.1.3 电机选型说明洗衣机电机是指驱动洗衣机旋转工作设备。目前,洗衣机
18、选用的电机基本有以下几种:单相交流异步电机、单相串励电机、永磁式无刷直流电机和开关磁阻电机。这是按电机的自身结构与工作方式分的;如果按电机与负载的连接方式分,则可分为间接驱动和直接驱动。单相交流异步电机,是目前洗衣机普遍采用的电机,原因很筒单,因为它的原理、构造大家已经非常了解,制作工艺已很成熟,而且,应用在洗衣机上已有几十年历史了。但由于这种电机是恒速运转,工作时通过皮带传动及减速离合器完成速度、力矩的转换,再分别完成洗衣机的洗涤、脱水动作。2.2 系统框图图2.2总体方案框图图2.2中,启动按钮发出启动信号,使单片机发出信号给继电器控制电路,启动进水泵开始工作,当进水泵工作一段时间之后,单
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