电子信息工程专业毕业论文数字模拟洗衣机控制电路.doc

系 别 : 光电信息科学系 专 业 ： 电子信息工程 学 号 ： 122672009047 姓 名 ： 俞海林 指导教师： 廖晓东 数字显示洗衣机控制电路光电信息科学系 电子信息工程专业122672009047 俞海林 指导老师 廖晓东【摘要】本设计是以数字集成电路技术为基础，以8051单片机为核心，软件、硬件相结合，组成洗衣机控制电路。实现了洗衣机进水、洗涤、漂洗、脱水、排水等功能的自动进行，并且设计了指示灯，用来指示洗衣机的工作状态，基于单片机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，节约能源还是改善劳动条件等方面都显示出无比的优越性。【关键词】:洗衣机，单片机，集成电路，控制系统iii目录 1引言.11.1 研究背景，目的与意义.11.2 洗衣机的分类.21.3 洗衣机的工作原理.31.3.1 普通型波轮洗衣机.31.3.2 机械全自动洗衣机.31.4 国内外洗衣机应用现状及发展趋势.32方案论证与选择.42.1 设计要求.42.2控制功能要求.42.3 实现方法.53硬件设计电路.5 3.1 系统的整体框图.5 3.2 8051单片机.6 3.2.1 管脚说明.6 3.2.2 单片机最小系统复位电路.8 3.3 数码管显示电路.9 3.4 报警电路设计.10 3.5 电机控制系统.11 3.6 硬件系统整体电路图.124系统软件设计.12 4.1 主程序设计.12 4.2洗涤程序设计.13 4.3 计时程序设计.145洗衣机功能仿真.14 5.1 仿真流程.14 结束语.16致谢.16参考文献.16附录i.171 引 言1.1 研究背景、目的与意义洗衣机在当今设计已经成为家庭中不可缺少的一种家用电器，而且它从一开始崛起到现在发展迅速，洗衣机之所以会发展的如此迅速原因就是因为它的方便，也就是它可以自动完成进水、洗涤、漂洗、脱水的所有过程，对于各种衣服可以使用不同的洗涤规则从而我们洗衣机的洗涤程序也会针对不同的衣物设置不同的程序。随着现今社会电子行业技术的不断发展，我们的洗衣机它的工作的效率将会不断的趋于完整。洗衣机在中国当今市场更新换代的速度非常快而且它在市场上的发展空间也很大，我们要不断提高洗衣机的性能才能适应市场的需求，洗衣机虽然有了强弱洗功能和进排水系统的自动诊断功能以及脱水烘干等功能，不过这些还远远不能适应当今市场的需求，所以我们要不断的学习或者更多的专业技术知识才能够为当前的洗衣机需求提供比较多的设想和为实现当前需求打下坚固的基础从而才能够将现今市场的需求变成现实。拥有强大的技术支持我们就可以想出更加便捷的、功能更加非人工化完全自动的智能洗衣机。大部分厂家生产出来的洗衣机都只是在突出自己产品都独有的某些特点比较突出和别的厂家生产出来的洗衣机不一样的地方从而现今市场洗衣机只是停留在部分兼容而没有实现全部兼容的情况。所以，从而设计出具有很强实用性的基于单片机的数字洗衣机控制系统为中心的洗衣机。而我们的基于单片机的数字洗衣机控制系统也具有很多突出的优点。无论在提高产品质量还是产品数量，节约能源还是改善劳动条件等方面都显示出无比的优越性1。如果我们要学会洗衣机这种在家庭里占有很高地位的工作原理和它的控制系统，我们就要深入探究我们的基于单片机的数字洗衣机控制系统，从而可以更加全面的去知道单片机使用的在各种领域的方法。也可以为以后从事单片机为基础的行业奠定坚固的基础。洗衣机已经慢慢的深入到了各个家庭当中，成为家庭必不可少的重要部分，之所以它会这么受广大家庭的欢迎就是因为它具有对需要洗涤的衣服磨损小而且一次性可以放比较多的衣物还可以顺应当今节约水资源的主题。随着社会的不断进步以及人们生活水平的提高，为了顺应人们对洗衣机方方面面的更加全面的更加系统化的需求，洗衣机的控制器需要慢慢过渡到全智能的电子时代。而我们的单片机别名也叫微控制处理器，即嵌入式控制器。在当今社会的智能型家用电器中都是以为控制处理器为中心从而来实现家用电器的各种各样的功能。所以各种智能家用电器的核心部位就是单片机。也是实现家用电器的非人工化的中心部分。而家用电器的控制处理器的体积也随着家用电器的体积不断变小而变小，所以电机的控制处理器需要比家用电器更加的体积才能潜入到其构架当中。控制处理器需要功能多样化才能适应各种不同种类和不同性能的家用电器当中。单片机之所以会满足家用电器的各种要求就是因为它本来就体积小而且可以比较灵活的编写各种各样的程序来控制不同的功能。嵌入式应用的计算机系统是面向控制对象的单片机。它对通用型数值计算领域过渡到了智能化的控制领域起到了很大的作用，至此通用计算机领域和嵌入式计算机领域的发展是计算机技术在两个重要领域，而且在不断的改变人们的生活, 今后洗衣机将以高可靠性完善的功能节水节电降噪省时及规格品种多样化为发展方向2 。单片机的结构特征是一块晶体芯片上集成了组成计算机的基本部件，组成了一台功能特别的，完整的单片微型计算机3。单片机独特的结构决定了它具有如下特点：（1）很高的集成度和很高的可靠性单片机的功能部件都集成在一块晶体的芯片上，它的集成度非常的高,体积相对来说比较小。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，51单片机内含2kb可反复烧录的flash存储器ram字节也有128个有15条可编程控制的i/o线4。（2）控制功能强想要满足对对象的控制的要求，单片机的控制指令系统都有很丰富的条件:分支的转移能力，输入输出口的逻辑操作和位操作能力，很适用于专用控制功能。（3）低电压，低功耗想要满足广泛的使用于便携式的系统，许多的单片机内的工作电压都是在1.2v12v范围之内,而工作电流都差不多在数百微安。（4）优异的性价比单片机的性能很高，想要提高它的速度和运行的效率，单片机已经开始使用risc流水线和dsp等高端技术。单片机的寻址能力已经超过了64kb的范围限制，有的单片机可以达到1mb和16mb的寻址范围，片内rom的容量达到了62mb，ram的容量也可达到2mb。因为单片机的广泛的使用，所以销量增大，各个商业竞争者更使其价格十分低廉，它的性价比很高。1.2 洗衣机的分类现今比较受欢迎的洗衣机主要是波轮式洗衣机，滚筒式洗衣机和搅拌式洗衣机三大类。三类洗衣机各有各的特点，下面我们讲讲三种洗衣机的特点：（1）波轮式洗衣机特点：是由微电脑控制洗衣和甩干功能和节省时间和省力。缺点：消耗电量、消耗水量、衣服比较容易缠绕、清洁的性能不是很好，比较适用洗涤除了需要特殊洗涤以外的衣服。轮式洗衣机比较流行在日本、中国、东南亚等地方。（2）滚筒式洗衣机特点：是由微电脑控制所有功能，衣服不会缠绕。是最不会损耗衣服的一种方式。缺点：耗时，它的时间是普通的几倍，而且在洗衣时候一旦关门，洗衣的过程中是没有办法打开，洁净力不够强，比较适合洗涤衣服如：羊毛类、羊绒类的衣物和丝绸类、纯毛的衣物。这种洗衣机比较流行在欧洲、南美等主要穿毛、绵为主的地带，几乎100的家庭使用的洗衣机都是滚筒洗衣机。滚筒洗衣机优点：具有比较全面的洗涤功能。因为衣物在洗涤的过程中不会缠绕、洗涤比较的均匀、磨损比较小，所以连羊绒、羊毛、真丝衣物等也可以在这种洗衣机中洗涤，它做到真正的全面洗涤功能。由于这种洗衣机的用水量比较小，所以可以在桶内形成比较高浓度的洗衣液，在节约水量的情况下可以带来比较理想的洗衣效果。这种洗衣机发源于欧洲是模仿了棒锤击式打衣物的原理设计出来的，它是利用电动机的机械原理从而使滚筒旋转，衣物在滚筒中的时候不断的被提升摔下，再提升再摔下，不断的做重复的运动，加上之前的洗衣粉和水的共同的作用可以让衣物洗涤更加的干净。滚筒洗衣机的发展的最为成熟，直到如今在结构上没有发生太多的变化，基本上都是是不锈钢的内桶，由机械程序控制器，经过了磷化、电泳、喷涂等一系列的三重保护的外壳，以及还有两块笨重的水泥块主要用于平衡滚筒旋转时候产生的巨大的离心力，因为用料比波轮式的洗衣机要好，所以在寿命上也一般在1520年，而以塑料件为主的波轮的寿命一般在810年左右。（3）搅拌式洗衣机特点：衣物洁净能力最强，很节省洗衣粉。缺点：在缠绕相比前两种方式的损坏性加大，噪音比较大，比较适合用于洗涤衣服，除了很需要特殊洗涤之外的所有衣物，北美比较普遍使用这种类型的洗衣机。1.3 洗衣机的工作原理1.3.1普通型波轮洗衣机： 结构特点：它的结构是洗衣桶、电动机、定时器、传动部件、箱体、箱盖和控制面板等构成。 工作原理：主要依靠装在洗衣桶底部的波轮的正、反旋转，带动桶内的衣物上、下、左、右不停的翻转，使衣物与衣物之间、衣物与桶壁之间，在水中进行不断的柔和地磨擦，在洗涤剂的作用下实现了去污清洗的效果。 1.3.2机械全自动洗衣机： 结构特点：它的结构是电动程控器、水位开关、安全开关（盖开关）、排水选择开关、不排水停机开关、贮水开关、漂洗选择开关、洗涤选择开关等构成。 工作原理：主要依靠各种开关组成的控制电路，来控制电动机、进水阀、排水电磁铁和蜂鸣器的电压的输出，从而让洗衣机实现程序的运转。 1.4国内外洗衣机应用现状及发展趋势洗衣机一开始源于19世纪的初期，经历了一个多世纪的不断升级。1911年世界上的第一台洗衣机就由此诞生，这就标志着家务劳动的自动化就此开始。1922年世界上的第一台搅拌式的洗衣机就此诞生。1937年世界上第一台全自动的滚筒洗衣机投放于市场。1957年第一台涡流式的波轮洗衣机诞生。从此，搅拌式、滚筒式和波轮式洗衣机已经确立了三足鼎立的态势。在20世纪中期后，洗衣机在一些发达国家的使用率在不断的上升。70年代初期，日本推出了波轮式的套筒全自动的洗衣机。70年代后期，日本又再次推出了微电脑控制型波轮式的套筒全自动的洗衣机。80年代后，“模糊控制”概念开始应用在了洗衣机这个领域里，生产出了更为先进的智能型的模糊控制的洗衣机。到了20世纪末，变频式的洗衣机诞生，从而让洗衣机的功能更加接近人性化的一面，从而进一步实现了真正的意义上的智能化控制，成为目前所需要研究的主要课题。随着越来越多的国内外品牌研究新的技术领域，开发出了新的产品，洗衣机的行业爆发了以“节能环保”为前提的技术改革。消费者从而通过选择智能的模式，更加进一步实现节约水、电资源。从此以后，洗衣机会以高度可靠性，完善性的功能，节水节电，降噪声省时间和规格品种多样化为发展方向3。（1）向大容量、小容量和多功能的方向发展；为了更加节约时间和资源，能够更好的提高洗衣机的效率，洗衣机已经向大容量的方向发展是必然的。但是也不断有更多的独身和双职工的小家庭，因为受居住环境等诸多的限制，迫切需要一种小容量、轻便化的全自动的洗衣机。小容量的小型化洗衣机也是当前一种新的发展趋势。目前家庭用户较受欢迎的产品是多功能洗衣机。多功能全自动洗衣机一般是指洗衣机从脏衣服投入开始，到预洗、洗涤、漂洗、甩干、烘干等一系列的动作，能够完成比较多的功能。现在又研制出了“模糊”逻辑控制下的全自动的洗衣机，使的洗衣机的功能进一步的完善。（2）向微处理器、传感器、模糊逻辑控制方向发展；在洗衣机中应用了微处理器技术后，配以各种传感器，能自动称重、自动测出各种洗涤参数，从而实现洗衣全过程各动作能连续、自动完成。（3）向节水、省电省时、节约洗涤用的药剂方向发展；通常全自动的洗衣机比双桶半自动的洗衣机明显耗水。在某些波轮式的全自动的洗衣机装有水量的控制器，可以通过衣物的多少做到最大限度的节水，此后又通过改进了漂洗的方法和采用一边淋一边甩干的方法从而进一步大大降低了消耗的水量。在某些滚筒式的全自动的洗衣机下是采用自动的循环装置和水量控制器。洗衣机的省电方面下制定出了洗衣机的额定耗电量的标准，限制了耗能高的产品生产出来，某些厂家把具有正温度系数的ptc电热元件应用于全自动的洗衣机里面，可以有效的节省10%以上的电量。另外用液体洗涤剂代替以前的粉沫剂，可以更加便利的按微电脑的需要，随时随刻的按程序泵入洗涤剂。（4）向机电一体化方向发展；将洗衣机产品和微电子技术、微处理器技术互相结合起来达到构成一种以机电一体化为技术的全自动的洗衣机。这种产品在结构方面是由机械部分、传感器、信息的处理部分和执行部分组成。（5）洗衣机外观的设计更加美观和更加的实用。全自动洗衣机总体外观设计发展的趋势为：洗衣机外观整体造型美、华、协调，有艺术感染性；使用便利、有效方便清洁，通常都是采用触摸式的控制方式；轮廓外形没有棱角，富有流线感；色泽优雅而庄重。2 方案的论证与选择2.1 设计要求洗衣机在洗涤的过程中，洗涤电动机按一定规律即正转停反转一停正转直到洗涤定时时间到，便自动停止工作。本洗衣机控制电路对洗衣过程中的洗涤程序作控制，本设计没有包括其它如脱水等过程作为发挥部分。 1.洗涤时间：120分钟任意设置，采用两位数码显示器，动态显示洗涤剩余时间。2.洗涤电动机运转规律为：正转20秒停10秒反转20秒停10秒正转20秒。3.用3只发光二极管表示洗涤电动机的运转规律。4.设定的洗涤时间一到，整个控制器应停止工作。2.2控制功能要求本系统控制的对象为数字显示洗衣机控制电路，其功能要求如下：1.发光二极管设计。三个发光二极管轮流显示电机正转，反转和停止。2.洗涤过程。洗衣机脱水期间，若打开机盖时，洗衣机就会自动停止脱水操作。待机盖关闭后恢复工作。3.数码管显示过程。洗衣机正反转剩余时间在数码管中显示出来。4.暂停功能。在剩余时间为零的时候，全部电路暂停，蜂鸣器发出报警。2.3实现方法基于上述要实现软硬件结合，考虑到8051的特点，以其作为核心器件，设计了显示洗衣机控制电路。本系统实现了对洗衣机洗涤过程的控制。控制系统主要由数字显示电路和电机控制电路两大模块组成，数字显示电路负责控制洗衣机的洗涤剩余时间，主要由8051单片机、按键、蜂鸣器、两位阴极数码管、发光二极管和继电器组成；电机控制电路实现模拟洗涤过程中的正转、反转、停止等功能。3 硬件电路的设计3.1 系统的整体框图 主控系统是运用8051单片机，其控制的对象包括：电机、按键和两位阴极数码管和继电器这些被控制对象需要根据不同的洗衣程序来设定它们的工作状态和时间，同时需要发光二极管显示不同的工作状态和两位阴极数码管显示洗衣机洗涤过程中的剩余时间。按键用来控制程序的运行。蜂鸣器用来进行程序结束提示。洗衣机控制系统整体框图如图3-1所示。复位电路时钟电路输入/输出设备电源单片机图3-1控制系统整体框图（1）单片机电路：整个系统的中心部分就是单片机，计算机中的各种功能同时都在一块单片机电路上，这些功能主要包括了cpu、可读存储器、只读存储器、输入输出口、计时定数系统等等，洗衣机的各种需要用到的程序都固化到了rom中，单片机调出程序主要是通过各种指令的检测然后再执行程序的相关操作，经过了一定的相关处理后从而输出到了各种控制信号上面，从而让洗衣机可以完成相应的操作。（2）复位电路：复位电路主要是指当洗衣机电路在运行过程中突然死机或者需要重新开始的时候进行复位，让程序初始化。（3）时钟电路：时钟电路主要是为了驱动单片机能够正常进行工作，起到了一个驱动的作用。（4）输入/输出设备：主要是指本设计的发光二极管和两位阴极数码管组成的系统，用来显示洗衣机的剩余时间和电机的正反转状态的一个电路体统。在洗衣机工作结束时，发出蜂鸣声提示用户洗衣完成。完成一次洗涤过程所需的动作有：（1）单片机上电：用三节电池给单片机上电，从而使整个电路供电。（2）给电机驱动电路上电：由于电机工作需要较大的启动和工作电流，所以单独采用一个5v/1a开关电源供电，这样也方便电机干扰主控电路，主控电路需要工作电流较小，采用三节5号电池供电。（3）显示洗涤运规律：用3只发光二极管表示洗涤电动机的运转规律。（4）洗涤过程：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。（5）数码管的显示：用两位阴极数码管显示洗涤剩余时间。待到剩余时间为零的时候，整个程序停止工作3.2 8051单片机 在本设计中我们采用的是51单片机，因为 次单片机运用比较广，价格比较的实惠，功能也比较的完善而且可靠性非常高，51单片机是itel公司研发的一个八位的单片机系列产品中的一种，此种单片机主要是由四对管脚构成，每一对管脚分别有八个，其中第一对管脚称为p0口，它的主要作用就是输入输出高低电平；第二对管脚称为p1口，它的主要作用如p0口相似，第三对管脚称为p2口，第四对管脚称为p3口，p3口中分布着单片机的各种中断口，51单片机的指令集为mcs-51系列的指令集。总的来说，如果所做的设计需要的管脚不多的情况下，我嗯就可以选择51单片机来做我们的控制芯片，这样可以让我们的电路得到进一步的的简单化，而且还能让程序变得更加的便捷和灵活起来。 51单片机是一个有2k的rom的单片机，这种单片机可以反复擦除原来的程序，然后用新的程序烧录进单片机，那么单片机就是执行新的程序指令，一般我们51单片机可以反复擦除程序大约上千次。3.2.1管脚说明单片机的主要特性：51单片机的管脚排布图如图3-2所示，它的主要特性为：可以支持mcs-51的指令集，有4k的rom，此种单片机可以反复烧录程序上千次，可以保留数据的时间可达十年以上，全静态工作在0hz到24mhz之间有128*8为的内部可读存储器，有可以编程的输入输出管脚三十二个，在p3口还有两个十六位的定时计数器，在p3口上有五个中断分别是外部中断0，外部中断1，定时器中断0，定时器中断1，串口中断这五种，具有低消耗的闲置和掉电模式。单片机内部还设有振荡时钟电路。 图3-2 8051管脚排布管脚说明：vcc：这个管脚一般接正5v的电源。gnd：此管脚一般接地。p0口，p1口和p2口都是基本输入输出管脚，一般高电平为5v，低电平为0v。p3口是也是几本输入输出管脚不过相应的有特殊功能：p3.0： rxd；p3.1： txd；p3.2： /int0；p3.3： /int1；p3.4： t0；p3.5： t1；p3.6： /wr；p3.7： /rd；p3口同时也可以接收闪烁编程和编程校验控制信号。rst即为复位输入。当接入振荡电路的时候，要保持rst脚的两个机器周期的高电平。 xtal1：接入晶振电路的输入信号。xtal2：接入晶振电路的输出信号。 xtal1和xtal2是晶振电路的输入输出信号端口。这种晶体有一个很重要的特性就是如果给它通电的时候，它就会产生机械振荡，反之如果给它机械力，它又会产生电，这种特性叫机电效应这个晶振输入输出段卡欧就是为片内起振的电路5。当使用芯片内部时钟时此二引脚用于外接石英晶体和微调电容当使用外部时钟时用于接外部时钟脉冲信号6。一般振荡电路有很多种我们可以采用石晶振荡和陶瓷振荡。如果外部时钟驱动器驱动的时候晶振信号的输出信号端口应该不要接入。对于外面的脉冲宽度没有作任何的要求。但是高低电平所必要的最低脉冲宽度，因此我们使用外部振荡脉冲信号由xtall和xtal2端引脚输入7 。3.2.2 单片机最小系统复位电路图3-3复位电路图 在整个电路中，我们的复位电路在整个体统中是一个非常关键的环节，它的作用就是当我们的整个系统正在运行的时候，有时候会出现系统卡机的情况或者程序突然停止的时候，我们就需要一个复位电路让它初始化才可以重新运行程序。我们本次所有的51单片机复位脚是rst引脚即第九个管脚，如果单片机运行的时候出现了十二个晶振周期时，单片机就会自动去运行单片机的复位操作。如果复位电路的第九引脚上出现了高电平，那么单片机就会不断的运行复位电路。复位电路的基本形式有上电以后会自动进行复位，还有一种复位电路是使用一个开关让系统复位。复位电路是为确保微机系统中电路稳定可靠工作必不可少的一部分在复位电路中单片机的复位引脚分别与一个复位按键、电阻、电容相连复位电路的第一功能就是上电复位8。两种基本的复位电路如图3-3所示。 上电自动复位的电路是指在整个系统上电的那一霎那，复位电路上的电容由于是通交隔直的作用，电容上的电压不会马上就发生变化，这时电容上负极上就会和单片机的 第九管脚项链，电压就会全部跑到了电阻上，复位引脚的输入状态当时为+5v，那么单片机芯片这个时候就会被复位。与此同时在电容的另一端上的+5v的电源就会给出电压让电容不断地充电，随之复位电阻上的电压就会不断的减小，等到电阻的电压为零的时候，那么单片机芯片就会重新开始工作。我们电路中的复位电路使用的就是上电自动复位电路。 需要按键才能复位的电路其实就是在电容的两端并联一个复位开关，在复位开关没有按下去的时候，整个电路就会马上实现上电复位，如果单片机芯片回复正常工作以后，如果复位开关按下让复位引脚上出现了高电平，那么单片机就会马上开始复位。在上图所示的电路图中所示的电子元件的电容都是一般人们所用的值，在实际操作制作过程中，当然可以用一样的阻值的电阻和电容在换掉上图电路中的阻值和电容。3.3数码管显示电路在电路中我们使用到了led灯，也就是我们常说的发光二极管。这种发光二极管的原理很简单就是将在电路中接收到的电能通过一系列的转化变成了光能从而我们就看到了二极管发光了。发光二极管的里面的结构是由pn结构组成的，而且是向一个方向导电的，在给led灯加正电压的时候，发光二极管的内部就会让电容从p区流到了n区的 空穴上去。与此同时，电子就会方向流动。电子和空穴所释放的能量跟半导体的材料有关系。电子和空穴所释放出来的能量越多，那么led灯的亮度也会不一样通常是成正比的，能量不一样发出来的波长也会不同，一般较短的波形所发出来的光亮就是红色的，所以我们比较常用的发光二极管都是红色的led灯，当然本设计中的发光二极管也都是红色的led灯。外加上拉电阻加强驱动能力使数码管更亮9 发光二极管的额定电压比较低，一般都是1到2v之间，它所需要的电流也比较小，只需要一点点的电流就可以将我们的发光二极管点亮，发光二极管的使用时间一般会比较长，如果没有特别的去破坏它都具有抗震动能力，一般都不会损坏。综上所示的特点，发光二极管可以用作光源使用，也可以在很多时候可以当做信号的警报器来使用。 如果将八个led灯并连接在一起讲发光二极管的阴极使用一条导线连接到低，那么我们把这个状态称为共阴极。如果如果将八个led灯并连接在一起讲发光二极管的阴极使用一条导线连接到正电源，那么我们把这个状态称为共阳极。这样子就构成了共阳极数码管和共阴极数码管，这两种数码管的差别是在编码上有所差别。在本电路中我是用了两位阴极数码管，两位阴极数码管，因为数码管内部的led灯流过的电流一般比较弱，所以我们在数码管外部加上一个排阻，在本设计中我是用了一个10k的排阻作驱动也就是上拉电阻，让两位阴极数码管流过的电流变大从而成功的驱动了数码管的亮灭，从而达到了我设计中所要做的要求。共阴极数码管的内部结构图如3-4所示。 图3-4 共阴极led数码管的内部结构图假如要让led显示器可以按照你想要在数码管上出现的数字那么就要编写一个整体的编码，在七个数码管上在加一个小数点构成八个led灯从而刚好生成一个字节，在数码管读取的时候，就是在单片机内输入高低电平，分别由单片机的八个管脚控制电平的变化，将这些电平的变化送入数码管里面的八个发光二极管电路中，这个时候电路中就会有电流流过从而就会在数码管上面显示出数字了。led数码管的真值表如表3-1所示。 表3-1 led数码管真值表0x3f0x060x5b0x4f0x66012340x6d0x7d0x070x7f0x6f56789 静态工作方式和动态工作方式就是led灯的两种工作方式。静态工作方式一般就是当电路连接好一会，在单片机的管脚口送入一个字节的编码，把这个编码送入数码管内，数码管就会按照编码来显示所想要的数字，在没有送入别的字符编码之前，数码管上的数字就会保存上一次的数字。如果有下一个字符编码送入的时候才会显示出下次的数字来。这种工作方式最好的优点就是对cpu的利用率少，这样子就方便用来控制和检测而且这种工作方式相对动态的工作方式来说造价比较高而且电路也会相对比较复杂。动态的工作方式就是就是用一个电源讲八个led灯并连接到了一起共同用位选线来控制数码管的显示数字，我们使用动态实时扫描的方法来控制数码管的亮灭，由于数码管的亮度是由流过led灯的电流强弱来控制的，又因为动态工作方式下的数码管中流过的电流相对于静态工作方式所流过的电流较小，所以动态数码管上所显示的数字亮度比静态数码管的亮度相对暗一些。所以在动态工作方式下的数码管选择驱动电路的时候，我们的排阻要相对于静态工作方式的排阻阻值小一些，但是为了降低成本，提升我们的系统可靠性，一般来说我们的数码管都是采用动态扫描方式在让数码管显示数字的。本设计所采用的是两位阴极数码管，它的作用就是用来显示洗衣机的洗涤剩余时间。它是用单片机的p0管脚来控制两位数码管的八位led灯的高低电平，使用p2.7和p2.8来分别控制两位阴极数码管的段选和位选，然后在外加一个排阻来做数码管的驱动，让数码管所显示的数字更加明亮。设计中数码管的显示电路图如图3-5所示图3-5 数码管显示电路3.4报警电路设计在洗衣机的运行报警电路中主要是起到了提示的作用。蜂鸣器的介绍10 1. 蜂鸣器的作用 蜂鸣器是一种一体化接受的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机，打印机，复印机，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。 2. 蜂鸣器的分类 蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。 3. 蜂鸣器的电路图型符号 蜂鸣器在电路中用祖母“h”或“ha”来表示提示洗衣机的洗涤时间已经到了，它是根据程序的安排和软件来设置，在洗衣机完成以后洗衣机就会马上发出蜂鸣用来提示用户洗衣机的洗涤时间到了已经完成了。本设计采用的是蜂鸣器来做报警功能的发声体，蜂鸣器主要是由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片还有外壳等等构成的。在电路接通电源之后，连接蜂鸣器的管脚就会变成低电平，然后与蜂鸣器的另一端的5v的电源形成高低电平，从而产生的电流从蜂鸣器中流过，这样就完成了警报的功能，本设计的蜂鸣是由管脚p1.0来控制的当p1.0输出为1的时候就代表洗涤完成了，这个时候就会让洗衣机的蜂鸣器发出声音，从而提示用户洗涤已经完成了。其报警电路图如图3-6所示。 图3-6 报警电路图3.5 电机控制系统电动机也可以叫做电机，它的主要的作用就是产生驱动的力矩，从而可以作为用电器或者小型的机械的动力源。电机广泛应用在电风扇里、电冰箱里、洗衣机里、空调器里、以及食品的加工机等家用电器还有各种电动工具、以及小型机电设备中。本次设计主要用的是普通的直流电机，该电机是永磁转子的，一般是用直流的脉冲电压信号给一个驱动；给它加一个恒定的电压，那就只能转动一个很小的角度，如果要在它的几相定子线圈中转动，那么就要按一定的顺序加上一个直流脉冲，才能够按要求的转动一定的角度。本设计是用继电器来驱动电机转动，在单片机中所产生的电流是很小的，一般情况下来说大都都是工作在5v电压之下或者甚至更低.驱动的电流一般都是在ma级以下的.如果要把它用于一些比较大功率场合下,例如本设计的控制电动机,我们可以看的出来肯定是不行的.因此,就需要有一个环节来衔接,而这个环节就是我们所谓的驱动电路即“功率驱动”，而继电器驱动就是很典型的、很简单的一种功率驱动环节.我们在这个设计中,继电器驱动主要含有两中意思:一个意思就是对继电器进行所谓的驱动,因为继电器本身就是对于单片机来说是一个功率器件;还有一个意思就是继电器还可以去驱动其他的负载,例如继电器能驱动中间的继电器,可以直接驱动我们的接触器,因此,继电器驱动成为了单片机与其他大功率负载的接口。电机控制原理图如图3-7所示。图3-7电动机控制原理图3.6硬件系统整体电路图经过了在我们前面的各节各单元电路中的设计以及器件的选择之后，我们得到了以8051单片机控制为中心的洗衣机整体的硬件电路图。本设计的整体硬件电路的大概的工作过程就是：本设计为双电源供电，由于电机工作需要较大的启动和工作电流，所以单独采用一个5v/1a开关电源供电，这样也方便电机干扰主控电路，主控电路需要工作电流较小，采用三节5号电池供电。通电之后默认1分钟，按下k1可以进入设置时间，按下k2时间加一分钟，按下k3时间减一分钟。时间调整好之后按下k1即可退出设置。设置完成之后按下k3电机开始运行，洗涤电动机运转规律为：正转20秒停10秒反转20秒停10秒正转20秒。发光管也指示相应的方向。等到剩余时间为零的时候，蜂鸣器就发生警报，整个电路停止工作。4 系统软件设计4.1 主程序设计本设计系统功能要求如下：（1）洗涤时正、反转驱动时间各为20秒，间歇时间为10秒。（2）洗涤过程中，两位阴极数码管动态显示剩余时间，总时间为六十秒，待到剩余时间为零的时候，洗涤结束，整个电路停止工作。（3）在洗涤的过程中，用三个发光二极管显示正转，反转和间歇的状态。（4）洗衣结束是有蜂鸣声提示用户结束。本设计主要是依托8051单片机的软件设计来控制系统的整体的功能。当打开洗衣机的电源开关之后，电动机就会开始正转，第一个发光二极管亮，然后过了二十秒电机停止，第一个发光二极管灭，第二个发光二极管亮，再过了十秒电机反转，第二个发光二极管灭，第三个发光二极管亮，不断循环，到了六十秒以后整个电路停止工作。待到数码管显示的剩余时间一到，蜂鸣器开始发声。主程序流程图如图所示4-1。开始默认数码管显示一分钟是否要进入设置时间模式按下k3开关电机开始运行正转是否到了20s二极管按顺序向下依次亮灭停止是否到了10s二极管灭反转是否到了20s二极管按顺序向上依次亮灭数码管的剩余时间是否为零 蜂鸣器发出警报按开关k1进入设置时间按开关k2加一分钟按开关k3减一分钟按下k1退出设置时间模式打开电源 结束nyny图4-1 主程序流程图4.2洗涤程序设计 当洗衣机开始运行的时候，主程序就会启动，然后检测数码管上的剩余时间是否为零，若不为零则会开始运转电机，调用相应的洗涤程序，完成对衣物洗涤的控制动作。洗涤程序流程图如图4-1所示。4.3计时程序设计8051单片机内部有两个定时计数器，分别是定时计数器1和定时计数器0，这两个定时计数器可以用来做定时器用也可以用作计数器来使用。定时计数器是一个十六位的寄存器，高八位是th1或者th0，低八位是tl0或者tl1。如果定时计数器用作定时器来使用的时候，它的工作原理就是利用振荡电路中的输出频率来计时的，一般如果输出通过的频率为十二分之一的时候，那么定时器就会计数。定时器/计数器的工作方式有四种方式（即为方式0，方式1，方式2，方式3），它的工作方式的选定和控制是由它的特殊功能寄存器（即为tmod和tcon）的内容从而来决定的。用指令改变tmod或tcon的内容后，则在下一条指令的第一个机器周期时起作用15。在为计数工作方式的时候，它的计数值的范围一般就是在：1-256（28）之间，在为定时工作方式的时候，它的定时时间的计算公式如公式4-1所示：t=（28-计数的初值）机器周期12或（28计数的初值）晶振周期 （4-1）在本次设计中只是用到了t0进行中断控制，t0用的是方式一。在中断的程序中设定了显示数码管数字的程序，中断时间为1s，从而实现了动态扫描数码管的要求。5 洗衣机功能的仿真5.1 仿真流程（1）编译正确的程序文件运用keil uvision3软件，编译界面如图5-1。图5-1编译界面（2）设置讲程序编程可用于生成可执行代码的hex文件，生成.hex设置界面如图5-2所示。图5-2 hex生成设置界面（3）打开protel99se 软件，画出原理图。在原理图中电路图主要是由蜂鸣器，两位阴极数码管，两个用来控制直流电机正反转的继电器，一个10k的排阻，一个89c51单片机芯片，一个晶振电路，一个复位电路，还有三个显示电机正反转状态的发光二极管等等组成了数字迷你洗衣机控制电路。仿真原理图如图5-3。（4）查询电路上有无问题。（5）将程序生成的.hex文件装入单片机的芯片中。（6）运行。图5-3 proteus仿真原理图结束语这次洗衣机的控制系统设计是采用了8051单片机为主控模块采用程序控制，结合了软硬件控制，实现了洗衣机的洗涤洗衣功能，并且还包含了报警保护、还有灯光的指示等等功能。性价比高，构架简单，控制方便，工作比较稳定。它的特点就是使用器件比较少，结构相对来说比较紧凑，在洗衣机的控制方面有着比较高的