《基于at89s52洗衣机控制电路》的设计毕业论文

电气与信息工程学院毕业设计说明书（论文）衢州学院毕业设计（论文）题目： 基于AT89S52洗衣机控制电路的设计 作者： 分 院： 电气与信息工程学院 专业班级： 0 9生产过程自动化技术 指导教师： 职称： 2012年 6月 8日- III -基于AT89S52洗衣机控制电路的设计摘 要单片机已经渗透到我们生活的各个领域，全自动洗衣机的控制就是其中的一个典型应用。本系统利用单片机实现了洗衣机的全自动控制，即洗涤、漂洗、脱水各工序之间的转换无需人工介入而自动完成。并且了单片机控制的原理方法、特点及控制洗衣机的特色。本文在介绍洗衣机结构的同时，对全自动洗衣机的控制系统进行分析，在此基础上提出了基于单片机的全自动洗衣机控制方案，并对方案进行了深入的研究,根据洗衣机的工作原理对程序及其流程进行了设计,实现了洗衣机由进水、洗涤、排水、脱水到自动停机的循环过程的自动控制，并且具有智能化程度高、安全可靠等特点。关键词：洗衣机； AT89S52；LED A Washing Machine；AT89S52；LED目录第1章 概 述11.1 全自动洗衣机11.1.1洗衣机的各种形式11.1.2全自动洗衣机的工作原理21.2单片机简介31.2.1单片机的特点及应用领域31.2.2常用单片机芯片4第2章 硬件电路的设计52.1AT89S52单片机简介52.1.1AT89S52的引脚及主要功能52.1.2振荡器72.2单片机的存储器82.2.1程序存储器82.2.2数据存储器82.2.3特殊功能存储器92.3定时器/计数器的概述92.3.1 定时/计数器的四种工作方式102.3.2 定时器/计数器的定时/计数范围112.3.3 AT89S52的中断112.4AT89S52的各个电路112.4.1AT89S52电源电路122.4.2复位电路122.4.3报警电路142.5LED显示器142.5.1 LED显示器的特点142.5.2 LED显示电路152.5.3LED显示器结构152.5.4LED显示器的分类16第3章 洗衣机的检测和触发电路183.1 洗衣机水位检测183.2洗衣机浑浊度检测193.2.1光传感器的介绍193.2.2光传感器的工作原理193.3洗衣机的触发电路203.4 触发元件213.4.1 双向晶闸管的结构及工作原理21第4章 洗衣机的其他主要部件224.1洗衣机的电机224.1.1单相电机224.1.2单相电机工作原理224.2固态继电器的介绍234.2.1固态继电器的技术参数234.2.2固态继电器的优缺点244.3电磁阀244.3.1 进水电磁阀244.3.2排水电磁阀254.4水位开关254.5 安全开关254.674LS139译码器254.7 洗衣机的洗涤254.7.1洗衣机的功能要求264.7.2 洗衣机的洗衣步骤264.8 系统总图及总图说明27第5章 系统程序295.1程序框图295.2主程序295.3 子程序325.3.1 故障处理程序325.3.2 中断服务程序335.3.3 延时子程序345.3.4水位检测程序35参考文献36致 谢37附录38第1章 概 述洗衣机是一种在家庭中不可缺少的家用电器,发展非常快。全自动式洗衣机由于具有对衣物的磨损小、洗涤量大、节水等特点,越来越得到广大家庭的青睐。其主要依靠装在洗衣桶底部的波轮正、反旋转，带动衣物上、下、左、右不停地翻转，使衣物之间、衣物与桶壁之间，在水中进行柔和地摩擦，在洗涤剂的作用下实现去污清洗。全自动即进水、洗涤、清洗、甩干等一系列过程自动完成，通过各种开关组成控制电路，来控制电动机、进水阀、排水电磁铁的电压输出，使洗衣机实现程序运转。随着社会的进步和生活水平的提高,人们对全自动洗衣机的功能多样化、操作简单化也提出了更高的要求。为适应这种变化,全自动洗衣机的控制器已由机械式、混合式逐步过渡到全电子控制。单片机又称微控制器，或称嵌入式控制器。而现在的智能家电无一例外是采用微控制器来实现的，所以家用电器是单片机应用最多的领域之一。它是家用电器实现智能化的心脏和大脑。1.1 全自动洗衣机在全自动洗衣机中，现在比较通用的控制手段是利用单片机或者PLC两种方法，本课设选用的是单片机。之所以选用单片机主要考虑了以下原因。首先，单片机具有较强的抗干扰能力，当受到外部强干扰，程序出错时，可以自动使系统复位重新执行程序。并且采用无噪声、无电磁干扰的双向晶闸管作为控制元件，控制电磁阀和电机。其次，单片机具有欠压和过压保护，欠压时，控制器不工作；超压时，保护电路起作用。再次，单片机还具有瞬间掉电保护功能，电源短时间停电后，电压恢复时，能够维持原来运行程序的工作状态并继续完成洗衣程序。最后，各种操作和洗衣机的运行状态均可以用LED显示。此外，在硬件规模方面，单片机相当于将一个基本规模的单板机所具有的资源复合在一块芯片上，因此具有相当的规模；在功能方面，单片机已经超过了PLC的功能；在指令系统方面，如果将单片机的指令系统PLC的指令系统相比较，除单片机的数据传送能力较弱一点之外，单片机的指令系统已大大超过PLC；此外，无论在性价比方面，还是在体积、重量方面相比较，单片机都比PLC优越得多。1.1.1洗衣机的各种形式当今主流洗衣机主要有三大类，分别是波轮式洗衣机，滚筒式洗衣机和搅拌式洗衣机。三种洗衣机各有所长，下面我们详细介绍一下三种洗衣机的特点：（1）波轮式洗衣机洗衣特点：微电脑控制洗衣及甩干功能、省时省力。缺点：耗电、耗水、衣物易缠绕、清洁性不佳，适合洗涤衣物：除需要特别洗涤之外的所有衣物。轮式洗衣机流行于日本、中国、东南亚等地。（2）滚筒式洗衣机洗衣特点：微电脑控制所有功能衣物无缠绕。最不会损耗衣物的方式。缺点：耗时，时间是普通的几倍，而且一旦关上门，洗衣过程中无法打开，洁净力不强，适合洗涤衣物：羊毛、羊绒以及丝绸、纯毛类织物。流行于欧洲、南美等主要穿毛、绵为主的地区，几乎100的家庭使用的都是滚筒洗衣机。滚筒洗衣机优点：全面的洗涤能力鹤立鸡群。因为衣物在洗涤过程中不缠绕、洗涤均匀、磨损小，所以就连羊绒、羊毛、真丝衣物也能在机内洗涤，做到真正的全面洗涤性能。可以利用加热激活洗衣粉中的活性酶，充分发挥出洗衣粉的去污效能。由于用水量较小，可以在桶内形成高浓度洗衣液，在节水的情况下带来理想的洗衣效果。这种发源于欧洲的洗衣机是模仿棒锤击打衣物原理设计，利用电动机的机械 做功使滚筒旋转，衣物在滚筒中不断地被提升摔下，再提升再摔下，做重复运动，加上洗衣粉和水的共同作用使衣物洗涤干净。滚筒洗衣机的发展最为成熟，多年来在结构上没有多少变化，基本是不锈钢内桶，机械程序控制器，经过磷化、电泳、喷涂三重保护的外壳，和两块笨重的水泥块用于平衡滚筒旋转时产生的巨大离心力，由于用料比波轮洗衣机好，所以寿命一般在1520年，而以塑料件为主的波轮寿命一般只有810年左右。（3）搅拌式洗衣机洗衣特点：衣物洁净力最强，省洗衣粉。缺点：喜欢缠绕相比前两种方式损坏性加大，噪音最大，适合洗涤衣物，除需要特别洗涤之外的所有衣物，北美普遍使用。1.1.2 全自动洗衣机的工作原理全自动洗衣机由洗衣系统和控制电路组成。其控制电路分为机械和电脑型，电脑型控制电路是以单片机作为控制电路的核心。全自动洗衣机的洗衣程序，键盘上有两个按钮01键和02键。01键设为开始按钮；02键设为停止按钮，其功能是按下停止按钮后洗完一个周期后停止，中间不能停。洗衣机的标准洗衣程序是：开始进水洗涤排水进水清洗排水脱水。1.洗涤过程通电后，洗衣机进入暂停状态，以便放好衣物并且等待按下开始按钮。当按下开始按钮01时，进入洗涤过程。首先进水阀打开，开始进水，向洗衣机供水；当到达预定水位时，进水阀关闭，停止进水；步进电动机接通电源，开始旋转，形成洗衣水流。步进电动机可以实现正反转功能，可以形成往返水流，有利于洗涤衣物。 2. 脱水过程洗涤或漂洗过程结束后，电机停止转动，排水阀通电，开始排水。当水位低到一定值时，排水停止，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。 3.漂洗过程与洗涤过程操作相同，只是多一个循环周期，清洗两次。全部洗衣工作完成后，电机停止，停止指示灯亮。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，紧紧顶在橡胶膜片上，并将膜片的中心小孔堵塞，这样阀门关闭，水流不通。当电磁线圈通电后，移动铁芯在磁力作用下上移，离开膜片，并使膜片的中心小孔打开，于是膜片上方的水通过中心小孔流入洗衣桶内。由于中心小孔的流通能力大于膜片两侧小孔的流通能力，膜片上方压强迅速减小，膜片将在压力差的作用下上移，闭门开启，水流导通。水位开关实际上是一个压力开关。气室的入口与洗衣桶中的贮气室相联接。当水注入洗衣桶后，贮气室口很快被封闭，随水位上升，贮气室的水位也上升，被封闭的空气压强亦增大，水位开关中的波纹膜片2受压而胀起，推动顶杆3运动而使触点4改变，从而实现自动通断。智能型模糊控制的全自动洗衣机还可以自动判断水温、水位、衣质衣量、衣物的脏污情况，决定投放适量的洗涤剂和最佳的洗涤程序。当洗衣桶内衣物的多少和质地不同，而注入水使其达到相同的水位时，其总重量是不同的。利用这一点，通过对洗衣电动机低速转动后的惯性测量，可以判断衣质和衣量。方法是：在洗衣桶内注入一定量水后使电机低速运转，平稳后快速断电，洗衣桶在惯性作用下带动电机继续转动。此时，电机绕组产生反电动势，对其半波整流并放大整形后获得一矩形脉冲系列。通过分析脉冲个数和脉冲宽度。就能得到衣质衣量情况。物的脏污程度是通过水的透明度来判断的。在洗衣桶的排水口处加一红外光电传感器，使红外光通过水而进入另一侧的接收管。若水的透明度低，接收管获得的光能小，说明衣物较脏。1.2 单片机简介单片机是一个单芯片形态,面向控制对象的嵌入式应用计算机系统。它的出现及发展使计算机技术从通用型数值计算领域进入到智能化的控制领域.从此,计算机技术在两个重要领域通用计算机领域和嵌入式计算机领域都得到了极其重要的发展,并正在深深地改变着我们的社会。单片机的结构特征是将组成计算机的基本部件集成在一块晶体芯片上,构成一台功能独特的,完整的单片微型计算机。1.2.1 单片机的特点及应用领域1.单片机独特的结构决定了它具有如下特点：（1）高集成度,高可靠性单片机将各功能部件集成在一块晶体芯片上,集成度很高,体积自然也是最小的。芯片本身是按工业测控环境要求设计的,内部布线很短,其抗工业噪音性能优于一般通用的CPU。单片机程序指令,常数及表格等固化在ROM中不易破坏,许多信号通道均在一个芯片内,故可靠性高。（2）控制功能强为了满足对对象的控制要求,单片机的指令系统均有极丰富的条件:分支转移能力,I/O口的逻辑操作及位处理能力,非常适用于专门的控制功能。（3）低电压,低功耗为了满足广泛使用于便携式系统,许多单片机内的工作电压仅为1.8V3.6V,而工作电流仅为数百微安。（4）优异的性能价格比2.单片机的应用范围很广，主要的应用领域如下：（1）在测控系统中的应用单片机可以用于构成各种工业控制系统,自适应控制系统,数据采集系统等。例如,工业上的锅炉控制,电机控制,车辆检测系统,水闸自动控制,数控机床及军事上的雷达,导弹系统等。（2）在智能化仪器仪表中的应用单片机应用于仪器仪表设备中促使仪器仪表向数字化,智能化,多功能化和综合化等方向发展。单片机的软件编程技术使长期以来测量仪表中的误差修正,线性化的处理等难题迎刃而解。（3）在机电一体化中的应用单片机与传统的机械产品结合使传统的机械产品结构简化,控制走向智能化,构成新一代的机电一体化产品。这是机械工业发展的方向。（4）在智能接口中的应用1.2.2 常用单片机芯片常用的单片机芯片有STC单片机、PIC单片机、ATMEL单片机(51单片机)、EMC单片机、 PHLIPIS 51PLC系列单片机(51单片机)、HOLTEK单片机、TI公司单片机(51单片机)和松翰单片机（SONIX）。本课设则采用ATMEL单片机(51单片机)，选用型号为AT89S52。ATMEL单片机(51单片机)是ATMEL公司的8位单片机，有AT89、AT90两个系列，AT89系列是8位Flash单片机，与8051系列单片机相兼容,静态时钟模式，AT90系列单片机是增强RISC结构、全静态工作方式、内载在线可编程Flash的单片机，也叫AVR单片机。第2章 硬件电路的设计2.1 AT89S52单片机简介AT89S52为 ATMEL 所生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flsah存储器，是一种20引脚双列直插式芯片。它内含2KB可反复烧录的FLASH存储器，RAM字节也有128个，15个I/O口，5个中断，2个定时，已经可以满足程序的需要，指令也和51系列兼容。主要性能特点如下：1） 片内有2KBFPEROM,可以循环写/擦1000次2） 片内FPEROM具有2级加密保护3） 128*8位片内SRAM4） 15条可编程I/O 线,可以直接驱动LED5） 2个16位定时器/计数器6） 五个中断源7） 可编程串行通道8） 片内有精密模拟比较器9） 2.76V操作电压10)全静态工作方式:024MHz11)低功耗的空闲方式和掉电方式其内部结构图见附录一2.1.1 AT89S52的引脚及主要功能AT89S52 是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU 和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、有效的解决方案。AT89S52具有以下标准功能： 8k字节Flash，256字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16 位 定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口， 片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。 AT89S52主要包括P0口、P1口、P2口和P3口。各口完成不同工作。图2-2 AT89S52的引脚图（1）P0 口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，P0具有内部上拉电阻。在flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。 （2）P1 口：P1 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，p1 输出缓冲器能驱动4个TTL 逻辑电平。对P1 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入 口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX），具体如下表所示。在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。引脚号第二功能 P1.0 T2（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出 P1.1 T2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制） P1.5 MOSI（在系统编程用） P1.6 MISO（在系统编程用） P1.7 SCK（在系统编程用） （3）P2 口：P2 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P2 输出缓冲器能驱动4个TTL 逻辑电平。对P2 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX DPTR）时，P2 口送出高八位地址。在这种应用中，P2 口使用很强的内部上拉发送1。在使用 8位地址（如MOVX RI）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。（4）P3 口：P3 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，p2 输出缓冲器能驱动4个TTL 逻辑电平。对P3 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。P3口亦作为AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。 端口引脚 第二功能P3.0 RXD(串行输入口)P3.1 TXD(串行输出口)P3.2 INTO(外中断0)P3.3 INT1(外中断1)P3.4 TO(定时/计数器0)P3.5 T1(定时/计数器1)P3.6 WR(外部数据存储器写选通)P3.7 RD(外部数据存储器读选通)此外，P3口还接收一些用于FLASH闪存编程和程序校验的控制信号。P3口引脚功能P3.0 RXD(串行输入端口)P3.1 TXD(串行输出端口)P3.2 INT0(外中断0)P3.3 INT1(外中断1)P3.4 TO(定时器0外部输入)P3.5 T1(定时器1外部输入)2.1.2 振荡器振荡器是一种能量转换装置将直流电能转换为具有一定频率的交流电能。其构成的电路叫振荡电路。 XTAL1：作为振荡器反相放大器的输入和内部时钟发生器的输入。XTAL2：作为振荡器反相放大器的输出。XTAL1, XTAL2为片内振荡器的反相放人器的输入和输出端，如下图所示。可采用石英晶体或陶瓷振荡器组成时钟振荡器，如需从外部输入时钟驱动AT89C2051，时钟信号从XTAL1输入，XTAL2应悬空。由于输入到内部电路是经过一个2分频触发器，所以输入的外部时钟信号无需特殊要求，但它必须符合电平的最大和最小值及时序规范。石英晶体时:C1, C2=30pF1 10pF 外部驱动电路 陶瓷滤波器:C1, C2=40pF士10pF 图2-3内部振荡电路2.2 单片机的存储器存储器是单片机的又一个重要组成部分，图2.4给出了一种存储容量为256个单元的存储器实物图。其中每个存储单元对应一个地址，256个单元共有256个地址，用两位16进制数表示，即存储器的地址（00HFFH）。存储器中每个存储单元可存放一个八位二进制信息，通常用两位16进制数来表示，这就是存储器的内容。存储器的存储单元地址和存储单元的内容是不同的两个概念，不能混淆。图2-4存储器实物图2.2.1 程序存储器程序存储器是用于存放程序代码的，是控制计算机动作的一系列命令，单片机只认识由“0”和“1”代码构成的机器指令。如前述用助记符编写的命令MOV A，#20H，换成机器认识的代码74H、20H：（写成二进制就是01110100B和00100000B）。在单片机处理问题之前必须事先将编好的程序、表格、常数汇编成机器代码后存入单片机的存储器中，该存储器称为程序存储器。2.2.2 数据存储器单片机的数据存储器由读写存储器RAM组成。其最大容量可扩展到64k，用于存储实时输入的数据。8051内部有256个单元的内部数据存储器，其中00H7FH为内部随机存储器RAM，80HFFH为专用寄存器区。实际使用时应首先充分利用内部存储器，从使用角度讲，搞清内部数据存储器的结构和地址分配是十分重要的。8051内部数据存储器地址由00H至FFH共有256个字节的地址空间，该空间被分为两部分，其中内部数据RAM的地址为00H7FH（即0127）。而用做特殊功能寄存器的地址为80HFFH。在此256个字节中，还开辟有一个所谓“位地址”区，该区域内不但可按字节寻址，还可按“位（bit）”寻址。对于那些需要进行位操作的数据，可以存放到这个区域。从00H到1FH安排了四组工作寄存器，每组占用8个RAM字节，记为R0R7。究竟选用那一组寄存器，由前述标志寄存器中的RS1和RS0来选用。在这两位上放入不同的二进制数，即可选用不同的寄存器组。2.2.3 特殊功能存储器特殊功能寄存器（SFR）的地址范围为80HFFH。在MCS51中，除程序计数器PC和四个工作寄存器区外，其余21个特殊功能寄存器都在这SFR块中。其中5个是双字节寄存器，它们共占用了26个字节。片内特殊功能寄存器(SFR)空间存储区的映象图如下所示2.3 定时器/计数器的概述在单片机中有两个特殊功能寄存器与定时/计数有关，其作用主要包括产生各种时标间隔、记录外部事件的数量等，是微机中最常用、最基本的部件之一。图2-5单片机定时器/计数器结构2.3.1 定时/计数器的四种工作方式（1）工作方式0定时器/计数器的工作方式0称之为13位定时/计数方式。它由TL（1/0）的低5位和TH（0/1）的8位组成13位的计数器，此时TL（1/0）的高3位未用。图2-6（a）工作方式0的结构图图中，C/T为定时/计数选择：C/T0，T1为定时器，定时信号为振荡周期12分频后的脉冲；C/Tl，T1为计数器，计数信号来自引脚T1的外部信号。(2) 工作方式116位方式，与工作方式0基本相同，区别仅在于工作方式1的计数器由TL1和TH1组成16计数器。从而比工作方式0有根号更宽的定时/计数范围，工作方式1的结构见图2-6（b）。图2-6（b） 工作方式1的结构图(3) 工作方式28位自动装入时间常数方式。由TL1构成8位计数器，TH1仅用来存放时间常数。启动T1前，TL1和TH1装入相同的时间常数，当TL1计满后，除定时器回零标志TF1置位，具有向CPU请求中断的条件外，TH1中的时间常数还会自动地装入TL1，并重新开始定时或计数。(4) 工作方式32个8位方式。工作方式3只适用于定时器0。如果使定时器1为工作方式3，则定时器1将处于关闭状态。当T0为工作方式3时，TH0和TL0分成2个独立的8位计数器。其中，TL0既可用作定时器，又可用作计数器，并使用原T0的所有控制位及其定时器回零标志和中断源。TH0只能用作定时器，并使用T1的控制位TR1、回零标志TF1和中断源。2.3.2 定时器/计数器的定时/计数范围工作方式0：13位定时/计数方式，因此，最多能计到2的13次方，也就是8192次。工作方式1：16位定时/计数方式，因此，最多能计到2的16次方，也就是65536次。工作方式2和工作方式3，都是8位的定时/计数方式，因此，最多能计到2的8次方，也说是256次。2.3.3 AT89S52的中断AT89S52单片机具有高、低2个中断优先级。高优先级用“1”表示，低优先级用“0”表示。各中断源的优先级由中断优先级寄存器IP进行设定。IP寄存器字节地址为B8H，可以位寻址；位地址为0BFH0B8H。寄存器的内容及位地址表示如下表2-1所示：表2-1寄存器的内容及位地址位序D7D6D5D4D3D2D1D0位标志PT2PSPT1PX1PT0PX0位地址BFBEHBDHBCHBBHBAHB9HB8H其中与中断有关的控制位共6位：PX0：外部中断0（）中断优先级控制位；PT0：定时器0（T0）中断优先级控制位；PX1：外部中断1（）中断优先级控制位；PT1：定时器1（T1）中断优先级控制位；PS： 串行口中断优先级控制位；PT2：定时器2（T2）中断优先级控制位。各中断优先级的设定，可用软件对IP的各位置1或清0，为1时是高优先级，为0时是低优先级。2.4 AT89S52的各个电路选择单片机AT89S52作为主要芯片后，根据它的特性，为了完成整个设计的功能，需要外接其它电路，如电源电路、报警电路、复位电路等。2.4.1 AT89S52电源电路电源电路是指提供给用电设备电力供应的电源部分的电路设计，使用的电路形式和特点。电源有交流电源也有直流电源。单片机应用系统使用的电源电压为弱电,而供电电源则为220V交流电，所以要进行电压的变换、整流、滤波、及稳压等工作。一般MCS51单片机使用的电源电压为直流5V,而此处采用的是AT89系列单片机中的AT89C2051,使用的电压范围可以是23V6V,因此同样可以选用类似的方法。一般情况下有两种电源的设计方法。一种方法是通过变压器变压、整流、大电容滤波、集成稳压获得电压较稳定的5V电源。另外一种方法是直接选用开关电源，主要有无工频变压器式集成开关电源，具体分为脉宽调制式（PWM）和脉频调制式（PEM）两种。但是开关电源会带来开关噪声，对系统造成干扰，所以应采取一定的屏蔽措施，对于系统本身就已经有多出抗干扰设计这一角度来说，无疑会增大系统的复杂程度以及可靠程度。另外，开关电源的造价较高，很不经济。前一种方法在选择变压器时，其电压比要满足后面的集成稳压器件对输入电压的要求。集成稳压器一般选择7800系列三端固定式集成稳压器。7800系列集成稳压器的最大输出电流为1.5，其中型号7805输出5V电压、7806输出电压为+6V电压。输出电压值允许有正负5的偏差。最小输入输出电压之间的压差为2V。所以为工作可靠起见，一般选46V。最高输入电压为35V。所以，变压器一般选用9V变压器，下图2-7所示为一种供电电源电路图，选用的是7805三端稳压器。图2-7供电电源电路图2.4.2 复位电路在单片机应用系统工作时，除了进入系统正常的初始化之外，当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需要按复位键以重新启动。所以，系统的复位电路必须准确、可靠地工作。另外，单片机的复位状态与应用系统的复位状态又是密切相关的，因此，必须熟悉单片机的复位状态。AT89S52的复位输入引脚RST为AT89S52提供了初始化的手段有了它可以使程序从指定处开始执行,即从程序存储器中的0000H地址单元开始执行程序。在AT89S52的时钟电路工作后，只要在RET引脚上出现10mS以上的高电平时，单片机内部则初始复位。只要RET保持高电平，则AT89S52循环复位。只有当RET由高电平变低电平以后，AT89S52才从0000H地址开始执行程序。AT89S52的复位电路是由外部的复位电路来实现的， 复位引脚RST通过一个斯密特触发器与复位电路相连，斯密特触发器用来抑制噪声，它的输出在每个机器周期的S5P2，由复位电路采样一次。复位电路通常有上电复位和按扭复位两种方式，我们采用的复位方式是上电与按钮复位电路。2.4.2.1 复位操作单片机的复位都是靠外部电路实现的，在时钟电路工作后，只要在单片机的RST引脚上出现24个时钟振荡脉冲（2个机器周期）以上的高电平，单片机便实现初始化状态复位。为了保证应用系统可靠地复位，在设计复位电路时，通常使RST引脚保持10ms以上的高电平。只要RST保持高电平，则MCS-51单片机就循环复位。单片机的复位状态要注意以下几点：1.复位是单片机的初始化操作。其主要功能是把 PC初始化为0000H，使单片机从0000H单元开始执行。2.复位操作除了把PC初始化为0000H之外，还对一些特殊功能寄存器（专用寄存器）有影响，它们的复位状态见表2-2。3.复位操作还对单片机的个别引脚信号有影响，例如把 ALE和PSEN信号变为无效状态，即ALE=0,PSEN=1。但复位不影响单片机内部的 RAM 状态。表2-2 复位时片内各寄存器的状态寄存器复位状态寄存器复位状态PC0000HTMOD00HA00HTCON00HB00HTH000HPSW00HTL100HSP07HTH000HDPTR0000HTL100HP0P3FFHSCON00HIP00000SBUFIE000000PCON00000说明：表中符号为随机状态由于单片机内部的各个功能部件均受特殊存储器控制，程序运行直接受程序计数器（PC）指挥。表中各寄存器复位时的状态决定了单片机内有关功能部件的初始状态。下面对表2-1中的内容作进一步的说明：A00H，表明累加器已被清零；PSW00H，表明选寄存器0组为工作寄存器组；SP07H，表明堆栈指针指向片内RAM 07H字节单元，根据堆栈操作的先加后压法则，第一个被压入的内容写入到08H单元中；P0P3FFH，表明已向各端口线写入1，此时，各端口既可用于输入又可用于输出；IP000000，表明各个中断源处于低优先级；IE0000000，表明各个中断均被关断；TMOD00H，表明TO，T1均为工作方式0，且运行于定时器状态；TCON00H，表明T0，Tl均被关断；SCON00H，表明串行口处于工作方式0，允许发送，不允许接收；PCON0B，表明SMOD0，波特率不加倍。2.3.2.2 基本时序单位单片机以晶体振荡器的振荡周期(或外部引入的时钟周期)为最小的时序单位，片内的各种微操作都以此周期为时序基准。振荡频率二分频后形成状态周期或称s周期，所以，1个状态周期包含有2个振荡周期。振荡频率foscl2分频后形成机器周期MC。所以，1个机器周期包含有6个状态周期或12个振荡周期。1个到4个机器周期确定一条指令的执行时间，这个时间就是指令周期。AT89S52单片机指令系统中，各条指令的执行时间都在1个到4个机器周期之间。4种时序单位中，振荡周期和机器周期是单片机内计算其它时间值(例如，波特率、定时器的定时时间等)的基本时序单位。下面是单片机外接晶振频率12MHZ时的各种时序单位的大小：振荡周期1/fosc=1/12MHZ=0.0833us2.4.3 报警电路报警电路在洗衣机硬件设计中是必需的，当洗衣机完成指定任务或执行程序时发生了错误，都会以报警来提示用户，同时自动中止程序的执行。报警电路发生报警的情况有：（1）完成指定任务，可以是完整的洗衣程序，也可以是单独的一个漂洗或脱水程序。（2）在程序执行过程中发生断电等突然事件。我们所采用的报警电路如图2-8所示。报警电路和触发电路经过脉冲信号分别经TR4和TR2驱动，达到预期的目标。图2-8 报警电路图2.5 LED显示器2.5.1 LED显示器的特点近年来，单片机系统以其体积小、功能强、扩展灵活、使用方便等优点，逐渐渗透到各行业的工程实际应用中。而LED显示电路就像单片机系统的眼睛，实时地向人们传递着系统工作的各种状态信息和处理结果。因此，高效、方便的LED显示驱动电路是构成完善的单片机系统必不可少的元素。常用的LED显示驱动电路有并行译码方式、串行并行转换方式、显示驱动接口芯片方式等。2.5.2 LED显示电路洗衣机有四种洗衣工作程序，因此必须有四种不同的显示来加以区别。对于AT89S52单片机而言，输入输出口线较少。因此使用74LS139译码器来满足这一要求。74LS139是2-4译码器它仅占用CPU的P3.0和P3.1两口线即可提供四种不同显示的驱动。对于此译码器的具体叙述见附录部分。其逻辑关系是：P3.0,P3.1为“11”时LED1亮，指示标准程序；为“10”时LED2亮，指示经济程序；为“01”时LED3亮，指示单独程序；为“00” 时LED4亮，指示排水程序。要显示则需要有显示工具，本设计采用的是发光二极管（LED）通过译码器接入电路。显示电路如下图2-9所示：图2-9 LED显示电路2.5.3 LED显示器结构图2-10 七段LED数码管结构图2-11 七段LED数码管的驱动电路基本的半导体数码管是由七个条状发光二极管芯片按图12排列而成的。可实现09的显示。其具体结构有“反射罩式”、“条形七段式”及“单片集成式多位数字式”等（1）反射罩式数码管一般用白色塑料做成带反射腔的七段式外壳，将单个LED贴在与反射罩的七个反射腔互相对位的印刷电路板上，每个反射腔底部的中心位置就是LED芯片。在装反射罩前，用压焊方法在芯片和印刷电路上相应金属条之间连好30m的硅铝丝或金属引线，在反射罩内滴入环氧树脂，再把带有芯片的印刷电路板与反射罩对位粘合，然后固化。 反射罩式数码管的封装方式有空封和实封两种。实封方式采用散射剂和染料的环氧树脂，较多地用于一位或双位器件。空封方式是在上方盖上滤波片和匀光膜，为提高器件的可靠性，必须在芯片和底板上涂以透明绝缘胶，这还可以提高光效率。这种方式一般用于四位以上的数字显示（或符号显示）。 （2）条形七段式数码管属于混合封装形式。它是把做好管芯的磷化镓或磷化镓圆片，划成内含一只或数只LED发光条，然后把同样的七条粘在日字形“可伐”框上，用压焊工艺连好内引线，再用环氧树脂包封起来。 （3）单片集成式多位数字显示器是在发光材料基片上（大圆片），利用集成电路工艺制作出大量七段数字显示图形，通过划片把合格芯片选出，对位贴在印刷电路板上，用压焊工艺引出引线，再在上面盖上“鱼眼透镜”外壳。它们适用于小型数字仪表中。 （4）符号管、米字管的制作方式与数码管类似。 （5）矩阵管（发光二极管点阵）也可采用类似于单片集成式多位数字显示器工艺方法制作。2.5.4 LED显示器的分类1.按管发光颜色分按发光管发光颜色分，可分成红色、橙色、绿色（又细分黄绿、标准绿和纯绿）、蓝光等。另外，有的发光二极管中包含二种或三种颜色的芯片。根据发光二极管出光处掺或不掺散射剂、有色还是无色，上述各种颜色的发光二极管还可分成有色透明、无色透明、有色散射和无色散射四种类型。散射型发光二极管和达于做指示灯用。2按发光管出光面特征分按发光管出光面特征分圆灯、方灯、矩形、面发光管、侧向管、表面安装用微型管等。圆形灯按直径分为2mm、4.4mm、5mm、8mm、10mm及20mm等。国外通常把3mm的发光二极管记作T-1；把5mm的记作T-1（3/4）；把4.4mm的记作T-1（1/4）。由半值角大小可以估计圆形发光强度角分布情况。从发光强度角分布图来分有三类：（1）高指向性。一般为尖头环氧封装，或是带金属反射腔封装，且不加散射剂。半值角为520或更小，具有很高的指向性，可作局部照明光源用，或与光检出器联用以组成自动检测系统。（2）标准型。通常作指示灯用，其半值角为2045。（3）散射型。这是视角较大的指示灯，半值角为4590或更大，散射剂的量较大。3按发光二极管的结构分按发光二极管的结构分有全环氧包封、金属底座环氧封装、陶瓷底座环氧封装及玻璃封装等结构。4按发光强度和工作电流分按发光强度和工作电流分有普通亮度的LED（发光强度100mcd）；把发光强度在10100mcd间的叫高亮度发光二极管。一般LED的工作电流在十几mA至几十mA，而低电流LED的工作电流在2mA以下（亮度与普通相同）除上述分类方法外，还有按芯片材料分类及按功能分类的方法。第3章 洗衣机的检测和触发电路3.1 洗衣机水位检测水位传感器检测电路 在洗衣机中采用两种水位传感器，分别是机械式和鉴频式。机械式水位传感器是最早出现的一种水位检测装置，当达到设定水位后，水位传感器闭合。MCU通过检测输入的开关量的变化，以确定水位，检测方式比较简单。而在现在的洗衣机中大多采用鉴频式水位传感器，也称之为谐振式水位传感器。 水位的变化改变谐振式水位传感器中磁芯的位置，等效于改变并联谐振电路中的电感量，从而改变电路的谐振频率。全自动洗衣机水位控制，常用水位开关，线路比较简单，但仅能检测几个固定的水位。若要求水位的检测必须是连续的，则常采用谐振式水位传感器。谐振式水位传感器是利用电磁谐振电路的LC作为传感器的敏感元件，将被测物体的变化转换为LC参数的变化，最终以频率参数输出，结构原理图如图3-1所示。图3-1 薄膜谐振式水位传感器的结构洗衣机桶内的水位h，其水压对导气管内的大气产生压力。由于水压远小于大气压，因此气体近似非压缩传递压力，水压通过引入嘴进入传感器室4。气室上面是封闭的，气压与水位h 成正比。气压传到隔膜7上时，由于导板3嵌装在隔膜上，当水位上升是气压增 大，导板向上移动。当水位下降 时气压降低，在弹簧1的作用下，导板向下移动。导板中心部位装有导面轴，受外壳6的支撑点限位，使导板上下移动，不致偏移。导板上固有支架，上面装有磁性元件2，导板上下移动时，带有磁性的使其与线圈5之间的相对位置发生变化，线圈中的电感量也发生变化。该电感与电容组成三点式振荡电路，如图3-2所示。谐振电路的固有频率将随着水位的变化而变化，故又称为谐振式水位传感器。 洗衣机被测水位一般均小于400mm，它所形成的压力远小于大气压力。因此，由此引起的检测内腔的空气体积变化很小，即气腔内外的压差为 （3-1）式中，为水密度。压差S用作于一个薄膜上，驱动磁芯位移，磁芯同时受到弹簧反作用，压差形成的压力为 （3-2）式中，S为薄膜的有效面积。弹簧的反作用力为 （3-3）式中，为反作用的弹簧的弹性系数。当时，位移变化终止，有 （3-4）由此可见，水位h与位移成线性关系。磁芯在线圈中位移，将引起电感量的变化，已知含磁芯的螺管线圈，如图3-2所示，电感由下式决定 （3-5）图3-2 水位检测电路式中，为线圈匝数，为空气导磁率，为磁芯导磁率，R为线圈平均半径，为磁芯有效半径，l为线圈长度。为了便于与单片机接口，水位传感器采用数字振荡电路。LC电路经C2耦合接入数字式谐振放大器。随着水位变化，谐振频率作用相应改变，放大器在a点输出，并经A2整形，由C点输出，此时即可将数字量接到单片机。频率与水位的关系可以用软件查表读出。表3-1为水位与水位传感器输出频率的对应关系。表3-1 水位传感器的输出频率与水位的对应关系水位/mm输出频率/kHz水位/mm输出频率/kHz025.5825023.285025.2130022.6910024.8335022.3015024.3940021.9820023.8545021.703.2 洗衣机浑浊度检测在电子程控器中，确定洗衣时间主要是根据洗涤液的肮脏程度而决定。为了便于实现洗衣机的全自动化和更人性化，我们在此次设计中增加了新颖的模糊检测，即浑浊度检测。这样，洗衣机就可以自动根据漂洗时水流的浑浊度来设定漂洗的次数和时间，而这一信息的来源是由光传感器提供的。所以我们采用了光传感器来检测水的浑浊度。3.2.1 光传感器的介绍光传感器是一种将光信号转换成电信号的设备，属传感器的一种。最常用的光传感器就应是光控开关了，其核心元件是光敏电阻，因光强弱的变化而引起电阻阻值的变化，进而引起电流的变化，这样光信号就转换成了电信号。光传感器时间的长短，取决于衣物是否洗干净。在排水管的位置上安装一个光传感器，它的任务就是测定洗涤液的浑浊程度。在洗涤液较浑浊的时候，透光度较差，相反地在洗涤液较干净时，它的透光性也就比较好。这样安装在排水管上的光敏传感器就可以将排水管内洗涤液透光度的变化转变为信号电流的变化，接到这一电流信号以后，电子程控器就可以根据这一数据来判断所洗衣物的肮脏程度。3.2.2 光传感器的工作原理当衣物上的污垢属于油性时，需要洗涤的时间较长，洗涤液浑浊程度的变化也