基于单片机的洗衣机的控制系统设计上课讲义.doc
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1、Good is good, but better carries it.精益求精,善益求善。基于单片机的洗衣机的控制系统设计-基于单片机的洗衣机的控制系统设计摘要根据洗衣机的控制要求,从功能要求、硬件设计、软件设计三个方面描述了一个以51单片机为核心的洗衣机控制系统。硬件线路及控制程序的设计是该系统的重要组成部分。硬件线路设计主要包括电源、功能及控制系统、洗衣机状态显示、输出控制电路的设计。控制程序设计主要包括主程序、内部定时中断服务程序、外部中断服务程序的设计。关键字:STC51单片机;洗衣机控制系统;硬件;控制程序-AcontrolsystemwiththeSCMCasthecoreabo
2、utwashingmachineAbstractAccordingtothewashingmachinecontrolrequirements,acontrolsystemwiththeSTC51SCMCasthecoreaboutwashingmachinesweredescribedinthefollowingthreeaspectsoffunctionalrequirements,hardwaredesign,softwaredesignThehardwarecircuitdiagramandrelatedcontrolflowchartoftheprogramweregivenHard
3、warecircuitdesign,includingpower,functionandcontrolsystem,washingmachinestatusdisplay,outputcontrolcircuit.Controlprogramdesignincludesthemainprogram,theinternaltimerinterruptserviceroutine,thedesignoftheexternalinterruptserviceroutine.Keywords:STC一51SCMC;Washingmachinecontrolsystem;Hardware;Control
4、program前言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。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由单片机控制实现的,单片机的体积小,控制功能灵活,因此,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
5、实用性。本设计采用STC89C2051为控制核心,为保证洗衣机及人身安全,设计了蜂鸣报警电路.因本设计输入按键较少,所以采用直接输入方式,使电路简单化。为方便理解与熟悉本,本文还介绍了与全自动洗衣机有关的一些常见的电子元器件的基本功能。本设计只设计了全自动洗衣机的基本功能,其他的一些功能可在原有的基础上扩展升级,使全自动洗衣机能更加智能化,更加完善。第一章洗衣机的功能及设计1.1洗衣机功能要求洗衣机的主要工作程序是:洗涤脱水漂洗脱水漂洗脱水。上述工作程序中,包含三个过程,洗涤过程、漂洗过程、脱水过程。(1)洗涤过程:放好待洗物,启动开关,进水阀通电,向洗衣机供水,当供水达到预定水位时,水位开关
6、接通,进水阀断电关闭,停止供水。洗涤电动机接通电源,带动波轮(或桶)旋转,产生各种形式的水流搅动衣物进行洗涤。通过电动不停的正转、停、反转、反复循环,形成洗涤水对洗涤物产生强烈的翻滚作用。同时,衣物之间、衣物与四周桶壁之间产生互相摩擦和撞击力,以次达到洗涤衣物的目的。(2)漂洗过程:漂洗的目的在于清除衣物上的洗涤液,因此,漂洗过程与洗涤过程的电器动作是完全相同的。(3)脱水过程:洗涤或漂洗后,需要对衣物进行脱水以便晾干,节省水资源,所以脱水是洗衣过程中必不可少的环节。洗涤或漂洗过程结束后,电动机停止转动,排水阀通电,打开排水阀门排水。当水位低到一定程度时,满足安全条件,脱水电动机接通,电机带动
7、脱水桶高速旋转,利用离心力把衣服上的水从桶壁的小眼里甩出。全部洗衣工作完成后,由蜂鸣器发出音响,表示衣物已洗干净。1.2洗衣机硬件电路设计1.2.1洗衣机总体设计框图椭圆型表示指示灯:从上到下依次为强洗、弱洗、洗涤次数、洗衣定时、脱水定时、洗衣剩余时间、脱水剩余时间。电动机正转为强洗,正反交替转动设定为弱洗,初始设定的状态为强洗,若要选择弱洗模式需按下增加按键,再次按下选择按键,则表示洗涤次数的指示灯被点亮,选择增加或减少按键对时间进行加减。然后对脱水时间设定,最后按下启动键,洗衣机开始工作。数码管2(显示时间)数码管1(显示时间)出水进水开始/暂停反转正转51单片机38译码器电动机蜂鸣器选择
8、增加减少启动图一总体设计框图1.2.2元器件介绍(1)STC51单片机STC89C51系列单片机是宏晶科技推出的新一代超强抗干扰/高速/低功耗的单片机,是MCS-51系列单片机的派生产品;它们在指令系统中、硬件系统和片内资源与标准的8052单片机完全兼容,DIP-40封装系列与8051为pin-to-pin兼容,指令代码是与8051完全兼容的单片机。STC89C51单片机具有增强型12时钟/机器周期、6时钟机器/周期任意选择,工作电压为5.5V-3.4V(5V单片机)/3.8V-2.0V(5V单片机);工作频率范围:0-40MHZ,相当于普通8051的0-80MHZ。实际频率可达48MHZ。用
9、户应用程序空间为4K/8K/13K/16K/20K/32K/64K字节;片上集成1280字节/512字节RAM;有32/36个通用I/O口,P1/P2/P3/P4是准双向口;集成ISP(在系统可编程)/IPA(在应用可编程),无需专用的编程器/仿真器,可通过串行口(P3.0/P3.1)直接下载用户程序,8K程序3秒就可以完成一片,具备EEPROM功能,工作温度范围在0-750,共有3个16位定时器/计数器,其中定时器T0还可以当成2个8位定时器使用;封装形式有DIP-40,PLCC-44,PQFP-44等。本文选取的是DIP-40引脚的。(2)74LS3874LS138为3线8线译码器,共有5
10、4/74S138和54/74LS138两种线路结构型式,其中74LS138工作原理:当一个选通端为高电平,另两个选通端和为低电平时,可将地址端(A、B、C)的二进制编码在一个对应的输出端以低电平译出。表一74LS138真值表输入输出S1S2S3A2A1A0Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y70111001001001001001001001000000010100111001011101111111111111111111111111110111111110111111110111111110111111110111111110111111110111111110(3)晶振晶振全称为晶体振荡器,其
11、作用在于产生原始的时钟频率,这个频率经过频率发生器的放大或缩小后就成了电脑中各种不同的总线频率。以声卡为例,要实现对模拟信号44.1kHz或48kHz的采样,频率发生器就必须提供一个44.1kHz或48kHz的时钟频率。如果需要对这两种音频同时支持的话,声卡就需要有两颗晶振。但是娱乐级声卡为了降低成本,通常都采用SRC将输出的采样频率固定在48kHz,但是SRC会对音质带来损害,而且现在的娱乐级声卡都没有很好地解决这个问题。晶振一般叫做晶体谐振器,是一种机电器件,是用电损耗很小的石英晶体经精密切割磨削并镀上电极焊上引线做成。这种晶体有一个很重要的特性,如果给它通电,它就会产生机械振荡,反之,如
12、果给它机械力,它又会产生电,这种特性叫机电效应。他们有一个很重要的特点,其振荡频率与他们的形状,材料,切割方向等密切相关。由于石英晶体化学性能非常稳定,热膨胀系数非常小,其振荡频率也非常稳定,由于控制几何尺寸可以做到很精密,因此,其谐振频率也很准确。根据石英晶体的机电效应,我们可以把它等效为一个电磁振荡回路,即谐振回路。他们的机电效应是机-电-机-电.的不断转换,由电感和电容组成的谐振回路是电场-磁场的不断转换。在电路中的应用实际上是把它当作一个高Q值的电磁谐振回路。由于石英晶体的损耗非常小,即Q值非常高,做振荡器用时,可以产生非常稳定的振荡,作滤波器用,可以获得非常稳定和陡削的带通或带阻曲线
13、。图二STC89C51单片机元件图图三晶振实物图(4)蜂鸣器蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器,采用直流电压供电,广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。;蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。蜂鸣器在电路中用字母“H”或“HA”(旧标准用“FM”、“LB”、“JD”等)表示。蜂鸣器的结构原理1压电式蜂鸣器压电式蜂鸣器主要由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹配器及共鸣箱、外壳等组成。有的压电式蜂鸣器外壳上还装有发光二极管。多谐振荡器由晶体管或集成电路构成。当接通电源后(1.515V直流工作电压),多谐振荡器起振,输出1.5
14、2.5kHZ的音频信号,阻抗匹配器推动压电蜂鸣片发声。压电蜂鸣片由锆钛酸铅或铌镁酸铅压电陶瓷材料制成。在陶瓷片的两面镀上银电极,经极化和老化处理后,再与黄铜片或不锈钢片粘在一起。2电磁式蜂鸣器电磁式蜂鸣器由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等组成。接通电源后,振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈,使电磁线圈产生磁场。振动膜片在电磁线圈和磁铁的相互作用下,周期性地振动发声。图四蜂鸣器实物图(5)数码管数码管是一种半导体发光器件,其基本单元是发光二极管数码管按段数分为七段数码管和八段数码管,八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元(多一个小数点显示);按能显示多少个“8”可分为1位、2位、4
15、位等等数码管;按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极(COM)的数码管。共阳数码管在应用时应将公共极COM接到+5V,当某一字段发光二极管的阴极为低电平时,相应字段就点亮。当某一字段的阴极为高电平时,相应字段就不亮。共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极(COM)的数码管。共阴数码管在应用时应将公共极COM接到地线GND上,当某一字段发光二极管的阳极为高电平时,相应字段就点亮。当某一字段的阳极为低电平时,相应字段就不亮。主要参数(1)8字高度8字上沿与下沿的距离。比外型高度小。通常用英寸来表示。范围一般
16、为0.25-20英寸。(2)长*宽*高长数码管正放时,水平方向的长度;宽数码管正放时,垂直方向上的长度;高数码管的厚度。(3)时钟点四位数码管中,第二位8与第三位8字中间的二个点。一般用于显示时钟中的秒。图五数码管原理图(6)LED灯LED结构以及发光原理LED(LightEmittingDiode),发光二极管,是一种固态的半导体器件,它可以直接把电转化为光。LED的心脏是一个半导体的晶片发光二极管晶片的一端附在一个支架上,一端是负极,另一端连接电源的正极,使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成,一部分是P型半导体,在它里面空穴占主导地位,另一端是N型半导体,在这边主要是电子。
17、但这两种半导体连接起来的时候,它们之间就形成一个P-N结。当电流通过导线作用于这个晶片的时候,电子就会被推向P区,在P区里电子跟空穴复合,然后就会以光子的形式发出能量,这就是LED发光的原理。而光的波长也就是光的颜色,是由形成P-N结的材料决定的。最初LED用作仪器仪表的指示光源,后来各种光色的LED在交通信号灯和大面积显示屏中得到了广泛应用,产生了很好的经济效益和社会效益。对于一般照明而言,人们更需要白色的光源。(7)直流电动机将直流电能转换为机械能的转动装置。电动机定子提供磁场,直流电源向转子的绕组提供电流,换向器使转子电流与磁场产生的转矩保持方向不变(8)ULN2003ULN2003是高
18、耐压、大电流达林顿陈列,由七个硅NPN达林顿管组成。一、电路的特点ULN2003的每一对达林顿都串联一个2.7K的基极电阻,在5V的工作电压下它能与TTL和CMOS电路直接相连,可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器来处理的数据。ULN2003工作电压高,工作电流大,灌电流可达500mA,并且能够在关态时承受50V的电压,输出还可以在高负载电流并行运行。ULN2003采用DIP16或SOP16塑料封装。ULN2003内部还集成了一个消线圈反电动势的二极管,可用来驱动继电器。它是双列16脚封装,NPN晶体管矩阵,最大驱动电压=50V,电流=500mA,输入电压=5V,适用于TTLCOMS,由达林顿管
19、组成驱动电路。ULN是集成达林顿管IC,内部还集成了一个消线圈反电动势的二极管,它的输出端允许通过电流为200mA,饱和压降VCE约1V左右,耐压BVCEO约为36V。用户输出口的外接负载可根据以上参数估算。采用集电极开路输出,输出电流大,故可直接驱动继电器或固体继电器,也可直接驱动低压灯泡。通常单片机驱动ULN2003时,上拉2K的电阻较为合适,同时,COM引脚应该悬空或接电源。ULN2003是一个非门电路,包含7个单元,单独每个单元驱动电流最大可达350mA,9脚可以悬空。比如1脚输入,16脚输出,你的负载接在VCC与16脚之间,不用9脚。二、作用ULN2003是大电流驱动阵列,多用于单片
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