全自动洗衣机毕业设计论文.pdf

1 第一章 绪论 1.1 全自动洗衣机的基本构造及工作原理全自动洗衣机的基本构造及工作原理 1.1.1 全自动波轮洗衣机结构图全自动波轮洗衣机结构图 如图 1-1 所示，为全自动波轮洗衣机结构图 图1-1全自动波轮洗衣机结构图 1-平衡圈；2-脱水桶；3-盛水桶；4-箱体；5-波轮；6-电动机；7-离合器；8-棘轮； 9-离合器皮带轮；10-棘爪；11-排水机构；12-传动架；13-牵引电磁铁；14-吊杆；15- 盖开关；16-程序控制器 2 1.1.2 全自动洗衣机工作原理全自动洗衣机工作原理 全自动洗衣机是通过电磁阀和继电器一起配合来控制进水、排水以及电机的通 断，从而实现自动控制。电磁进水阀起着通、断水源的作用。当电磁进水阀的线圈断 电时，移动铁芯在重力以及弹簧力的作用下，紧紧地顶着橡胶膜片，并将膜片的中心 小孔堵塞，此时阀门关闭，切断水源。当电磁进水阀线圈得电后，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，实现进水。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。 进水时采用重力感应传感器对水位进行实时监测。洗衣机进水过程，重力感应传 感器对盛水桶中的水位进行实时监测。当水位到达预设水位时，自动停止进水，开始 洗涤/漂洗。 全自动洗衣机的洗涤过程主要是在机械产生的排渗、 冲刷等机械作用和洗涤剂的 润湿、分散作用下，将污垢拉入水中来实现洗净的目的。首先充满于波轮叶片间的洗 涤液，在离心力作用下被高速地甩向桶壁，同时沿桶壁上升。在波轮的中心处，因甩 出液体从而形成低压区，使得洗涤液流回到波轮附近。这样，在波轮附近形成了以波 轮轴线为中心的涡流。衣服在涡流的作用下，作螺旋式的回转运动，吸入中心后又被 甩向桶壁，与桶壁发生摩擦。又因为波轮的中心是低压区，衣物比较易被吸在波轮附 近，不断地与波轮发生摩擦，就如同人工揉搓衣服，从而迫使污垢脱离衣服。其次， 当在放进洗涤液之后， 由于惯性作用衣服的运动开始变得缓慢，在水流与衣服之间存 在着速度差，使得两者发生相对运动，水流与衣服便开始相对摩擦，这种水流冲刷力 同样有助于污垢脱离衣物。 再者由于洗衣涌不规则的形状，当旋转着的水流碰到桶壁 后，其速度及方向都会发生改变，从而形成湍流。在湍流的作用下，衣物做无规则地 运动并且不断翻滚，其纤维不断地被弯曲、绞纽和拉长，衣物开始相互相摩擦，增大 了洗涤的有效面积，提高衣物洗净的均匀性。 1.2 全自动洗衣机的优缺点全自动洗衣机的优缺点 全自动洗衣机是集洗涤、 漂洗和甩干于一体，并且能自动完成洗衣全过程的洗衣 机。 全自动洗衣机可提供多种洗涤方式供用户选择，用户可以自己根据自己需要洗涤 的衣服的多少自由选择。 全自动洗衣机还能自动处理脱水不平衡（具有各种故障以及 高低电压自动保护功能） ，工作结束或电源故障会自动断电，无需用户看管，确保用 电安全。 目前， 有的全自动洗衣机上还采用了模糊技术，即洗衣机能对传感器提供的信息 进行逻辑推理，自动判断衣服的质地、重量和脏污的程度，从而可以自动选择最佳的 3 洗涤、漂洗和甩干时间，进水量的多少和洗涤剂的使用量，使用方便，节能减排，真 正地实现了洗涤衣物的自动化。 全自动洗衣机也有一些不可避免的缺点，比如耗水、衣物易缠绕、耗电量偏大、 清洁性不佳、故障率偏高、洗涤剂使用量偏大和适用范围有限等。 1.3 我国全自动洗衣机的发展现状我国全自动洗衣机的发展现状 2013 年 10 月起，洗衣机能效新标准正式实施，我国洗衣机产品将发生结构性的 变化。 与现行标准相比，新标准对洗衣机耗电量和用水量的限定值的要求提高了几个 台阶， 洗衣机的耗电量大幅下降。尤其是滚筒洗衣机现行 1 级能效仅相当于新标准的 5 级。洗衣机市场的准入门槛提高，考验洗衣机企业技术研发、产品结构调整、成本 控制、市场布局等各方面的综合能力，洗衣机行业格局将发生改变。 前瞻产业研究院发布的中国洗衣机行业产销需求与投资预测分析报告显示， 2013 年 1-9 月， 我国共生产洗衣机 4208.95 万台， 同比增长 2.66%； 内销洗衣机 2752.35 万台，同比增长 7.78%；出口洗衣机 1337.96 万台，同比下降 15.05%。 随着一线城市竞争日趋白热化和城镇化进程加快， 三四级市场已经成为了洗衣机 企业的竞争战场。 现阶段我国三四级市场消费者对价格的承受能力上限逐渐与城市市 场趋同，消费需求逐渐由价格焦点转向品牌质量焦点。这种背景下，能效新标准的实 施使这种形势更为严峻，谁能在技术研发、产品结构调整、成本控制、市场布局等各 方面的综合能力获得竞争优势，谁将在三四级市场获得市场占有率. 逐渐从价格战中脱离出来的三四级市场将迎来新的竞争模式， 在三四级市场的竞 争格局将有可能使得整个洗衣机行业格局发生改变。 三四级市场会是未来洗衣机企业 重点竞争的区域， 但一二级市场更新换代带来的存量市场也不可忽视，一二级市场与 三四线市场共同产生新的行业格局。 1.4 设计思路及选题意义设计思路及选题意义 此次设计中的洗衣机设有不同水位，用户可以根据自己的需求选择不同水位。设 置水位后，洗衣机会根据用户设置的水位自动控制进水量的多少，最佳的洗涤、漂洗 和甩干的时间，从而真正做到了节能减排。此次设计的洗衣机定位为中低档洗衣机， 主要用于学校、小型宾馆等场所。主要用于洗涤中低档、不易手洗的大件衣物。 随着计算机技术的飞速发展，单片机作为嵌入式微控制器，因其具有体积小、价 格低、可靠性高和使用灵活方便的特点，在工业测控系统、智能仪器和家用电器中得 到了广泛的应用，将此次课题选为基于 C51 单片机的全自动洗衣机设计，主要是为 了更加贴近我们的实际生活， 为了将在书本上学到的知识应用到实际设计成产中。并 4 在设计过程中对已学习到的知识进一步巩固，使自己对单片机的应用有更深入的认 识。 5 第二章 全自动洗衣机元器件选择 2.1 51 系列单片机选择系列单片机选择 全自动洗衣机的控制系统主要由 51 系列单片机组成。 单片机控制模块采用87C51 作为主控制芯片。 87C51 作为普通的单片机广泛应用于各种产品中， 其接口方便简单， 应用广泛并且功能强大。89C51 是一种带 4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器 （FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能 CMOS8 位微处理器， 俗称单片机。 单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除 100 次。 该器件采用 ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的 MCS-51 指令 集和输出管脚相兼容。由于将多功能 8 位 CPU 和闪烁存储器组合在单个芯片中， ATMEL 的 89C51 是一种高效微控制器，89C2051 是它的一种精简版本。89C51 单片 机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。 单片机的主要特征是将 CPU、RAM、ROM、定时器/计时器和多功能可编程 I/O 接 口等计算机所需要的基本功能部件集成在一块大规模集成电路中。 2.1.1 51 系列单片机内部总体结构系列单片机内部总体结构 从结构上来说，单片机的主要特征是将 CPU、RAM、ROM、定时器/计数器和多 功能可编程 I/O 接口等计算机所需的基本功能部件集成在一块大规模集成电路中。 这 些部件通过高速片内总线连接在一起， 在软件和控制逻辑的作用下构成了一个有机的 整体。51 系列单片机的内部基本结构及基本特性如下： 1）一个 CPU,一个片内振荡器及时钟电路。 2）4KB 程序存储器，128B 数据存储器。 3）21 个特殊功能寄存器。 4）32 条可编程的 I/O 线（4 个 8 位并行 I/O 口） 。 5）可寻址 64KB 外部数据存储器和 64KB 外部程序存储器的控制电路。 6）两个 16 位定时器/计数器。 7）5 个中断源，两个优先级嵌套中断系统。 8）一个可编程全双工串行接口。 9）一个具有位寻址功能、适于逻辑运算的位处理机。 2.1.2 51 系列单片机引脚的定义与功能系列单片机引脚的定义与功能 图 2-1 所示为 51 系列单片机按总线功能分类排列的引脚图，下面将详细介绍各 引脚定义及功能。 6 1）主电源引脚 Vcc(40 脚)：单片机供电电源引脚，一般接+5V 电源正端。 Vss(20 脚)：单片机供电电源引脚，一般接+5V 电源地端。 2）外接晶体振荡器引脚 XTAL1（19 脚） ：外接晶体振荡器的一端。它是片内振荡电路中反相放大器的输 入端。当不使用片内时钟电路而外接时钟信号时，对于 HMOS 单片机，该引脚接地； 对于 CHMOS 单片机，该引脚作为外接时钟信号的输入端。 XTAL2（18 脚） ：外接晶体振荡器的另一端。它是片内振荡电路中反相放大器的 输出端。当不使用片内时钟电路而外接时钟信号时，对于 HMOS 单片机，该引脚作 为外接时钟信号的输入端；对于 CHMOS 单片机，该引脚悬空不接。 图 2-1 51 系列单片机按总线功能分类排列的引脚图 3）控制线 RST/VPD（9 脚） 复位/备用电源线。RST 的含义为复位（RESET） ，VPD 的含 义为备用电源， 该引脚为单片机的上电复位或掉电保护输入端。复位分为上电复位和 系统运行中复位。在上电时，考虑到振荡器有一定的起振时间，因此该引脚上的高电 7 平必须持续 10ms 以上才能保证有效复位，最简单的复位电路形式是在此引脚和 Vss 引脚之间连接一个约 8.2 千欧的下拉电阻， 与 Vcc 引脚之间连接一个约 10uF 的电容， 以保证可靠复位。单片机系统正常运行时该引脚上出现持续两个机器周期的高电平， 可是单片机恢复到初始状态，实现单片机的复位操作 在 Vcc 掉电期间，此引脚可接上备用电源，以保持内部 RAM 数据不会丢失。当 Vcc 的电压值下降到低于规定的水平时， 接到 VPD 引脚的备用电源就向内部 RAM 供 电。 ALE/PROG（30 脚） 地址锁存允许/编程线。51 系列单片机为减少外部引脚的 数量，采用了地址/数据总线复用技术。 ALE 信号为振荡器频率的 1/6，在访问片外存储器的时候，ALE 输出的脉冲下降 沿用于锁存 P0 口输出的低 8 位地址线，与 P2 口结合形成 16 位地址总线；在不访问 外部存储器时， 该引脚仍以不变的频率周期性的输出脉冲信号，可以用作对外输出的 时钟或定时的目的。 PSEN（29 脚） 片外程序存储器读选通信号输出端，低电平有效。从外部程序 存储器读取指令或常数期间，该信号在每个机器周期两次有效，通过数据总线 P0 口 读回指令或常数。在访问片外数据存储器的时候，该信号将不出现。 EA/Vpp（31 脚） 片外程序存储器选用端，低电平有效。该引脚为高电平时，访 问内部程序存储器，当 PC（程序计数器）值超过片内程序存储器空间时，则自动转 向外部程序存储器的程序。该引脚为低电平时，只访问外部程序存储器，不管是否有 内部程序存储器。 4）输入/输出口 P0 口（3932 脚） 输入/输出线 P0.0P0.7 统称为 P0 口。在不进行片外存储器 扩展或 I/O 扩展时，可作为准双向输入/输出口使用，由于内部无上拉电阻，一般需要 外接上拉电阻；在进行片外存储器扩展或 I/O 扩展时，P0 口作为分时复用的低 8 位 地址总线和双向数据总线。 P1 口（18 脚）输入/输出线 P1.0P1.7 统称为 P1 口。P1 口可作为准双向 I/O 口使用。 P2 口（2128 脚）输入/输出线 P2.0P2.7 统称为 P2 口。在进行片外存储器扩 展或 I/O 扩展时， P0 口作为高 8 位地址总线； 在不进行片外存储器扩展或 I/O 扩展时， 可作为准双向输入/输出口使用。 P3 口 （1017 脚） 输入/输出线 P3.0P3.7 统称为 P3 口。 P3 口除作为准双向 I/O 口使用外，每条端口线还可以用于第二功能。P3 口的每一条端口线均可定义为第一 功能或第二功能。 P3 口的第二功能如表 2-1 所示。 8 表 2-1P3 口的第二功能表 引脚第二功能说明 P3.0RXD串行口输入端 P3.1TXD串行口输出端 P3.2INT0外部中断 0 请求输入 P3.3INT1外部中断 1 请求输入 P3.4T0定时器/计数器 0 计数脉冲输入 P3.5T1定时器/计数器 1 计数脉冲输出 P3.6WR外部数据存储器写选通信号输出 P3.7RD外部数据存储器读选通信号输出 2.1.3 存储器的配置存储器的配置 微型计算机的存储器地址空间有两种结构形式：普林斯顿结构和哈佛结构。普林 斯顿结构是将数据存储器和程序存储器空间合二为一， 一个地址对应唯一的一个存储 单元，CPU 访问 ROM 和 RAM 使用相同的指令；哈佛结构是将 ROM 和 RAM 分别 安排在两个不同的地址空间，ROM 和 RAM 可以有相同的地址，CPU 访问 ROM 和 RAM 使用不相同的指令。单片机面向的控制对象一般需要有较大的程序存储器用来 固化调试好的程序，需要较小的数据存储器来存储程序执行过程中的数据，所以 51 系列单片机采用的结构是哈佛结构。 51 系列单片机存储器从物理地址空间上可分为片内、片外程序存储器和片内、 片外数据存储器 4 部分。由于片内、片外程序存储器统一编址，因此，从用户使用角 度，其寻址（逻辑地址）空间可划分为：片内外统一的 64KB 程序存储器、128B 内 部数据存储器和 64KB 外部数据存储器 3 个独立的地址空间。 在访问这 3 个不同的逻 辑空间时采用的是不同形式的指令。 MCS-51 单片机存储器的空间分配如表 2-2 所示。 表 2-2MCS-51 单片机存储器的空间分配 存储类型（Cx51 定义）地 址 范 围说明 DATAD：00HD：7FH片内 RAM 直接寻址区 BDATAD：20HD：2FH片内 RAM 位寻址区 IDATAI：00HI：FFH片内 RAM 间接寻址区 XDATAX：0000HX：FFFFH64KB 片内 RAM 数据区 CODEC：0000HC：FFFFH64KB 片内外 ROM 代码区 2.2 直流电机选择直流电机选择 直流电动机是指能将直流电能转换成机械能的旋转电机。 它是能实现直流电能和 机械能互相转换的电机。 直流电动机的结构由定子和转子两大部分组成。直流电动机 9 运行时静止不动的部分称为定子，定子的主要作用是产生磁场，由机座、主磁极、换 向极、端盖、轴承和电刷装置等组成。运行时转动的部分称为转子，其主要作用是产 生电磁转矩和感应电动势， 是直流电动机进行能量转换的枢纽， 所以通常又称为电枢， 由转轴、电枢铁心、电枢绕组、换向器和风扇等组成。 1）设计中使用的电动机基本参数 本设计中使用的电动机基本参数如表 2-3 所示 表 2-3 设计中使用的电动机基本参数 品牌绿格 产品类型无刷直流电动机 型号LGBL57 极数4 极 额定功率500W 额定电压24V 额定转速5000(rpm) 2.3A/D 转换器的选择转换器的选择 ADC0808 是 8 路 8 位、逐次逼近式、单片 CMOSA/D 转换器件，它在产品设计 是融汇了若干种模/数转换技术的长处。 8 路 8 位 A/D 转换器 ADC0808 常用于生产过 程中微电脑自动化控制和机床微电脑自动化控制中。 ADC0808 8 路 8 位 A/D 转换器的内部包括 8 位的模/数转换器、8 通道多路转换 器和微处理器兼容的控制逻辑电路。其内部设计有 8 通道多路转换器，它能起到电路 的装换连接作用。8 通道多路转换器能够直接连通 8 个单端模拟信号中的任何一个。 ADC0808 8 路 8 位 A/D 转换器芯片内具有带有锁存功能的 8 路模拟多路开关 （即 8 通道多路转换器） ， 该开关可以对 8 路 05V 的输入模拟电压分时进行转换。片内具 有多路开关的地址译码和锁存电路，以及比较器、256R 电阻 T 型网络、树状电子开 关、逐次逼近寄存器 SAR、控制电路和时序电路等。ADC0808 8 路 8 位 A/D 转换器 的输出具有 TTL 三态锁存缓冲器，可以直接连接到单片机数据总线上。 ADC0808 8 路 8 位 A/D 转换器的综合功能是： 1）分辨率为 8 位； 2）最大不可调误差小于1/2LSB； 3）单一+5V 供电，模拟输入范围 05V； 4）具有锁存控制的 8 路模拟开关； 5）可以锁存三态输出，输出与 TTL 电平兼容； 6）功耗为 15mW； 7）不必进行零点和满刻度调整； 10 8）转换速度取决于芯片的时钟频率。时钟频率的范围是 101280kHz。当 CLK=500kHz 是，转换速度位 128 微秒。 ADC0808 8 路 8 位 A/D 转换器的芯片引脚排列图，如图 2-2 图 2-2ADC0808 8 路 8 位 A/D 转换器的芯片引脚排列图 IN0IN7：8 路输入通道的模拟量输入端口。 OUT1OUT8：8 位数字量输出端口。 START，ALE：START 位启动控制输入端口，ALE 位地址锁存控制信号端口。 这两个信号端口可以连接在一起，当通过软件输入一个正脉冲的时候，便立即启动 ADC0808 8 路 8 位 A/D 转换器进行 A/D 转换。 EOC，OE：EOC 为转换结束信号脉冲输出端口，OE 位输出允许控制端口，这 两个信号端口可以连接在一起， 用来表示 A/D 转换的结束。 当 OE 端的电平发生由低 变高跳变时， 该跳变就会打开三态输入锁存器，将转换结果的数字量输出到数据总线 上。 VREF(+)， VREF(-)： VREF(+)和VREF(-)为参考电压输入端。 一般情况下， VREF(+) 与 Vcc 连接在一起，VREF(-)与 GND 连接在一起。 CLK：时钟输入端。 ADDA，ADDB，ADDC：这是 8 路模拟开关的三位地址选通输入端。 在 ADC0808 8 路 8 位 A/D 转换器中，ADDA，ADDB，ADDC8 路模拟开关的三 位地址选通输入端与输入通道的对应关系，如表 2-4 所示 11 表 2-4三位地址选通输入端与输入通道的对应关系 地址码 对应的输入通道 ADDCADDBADDA 000IN0 001IN1 010IN2 011IN3 100IN4 101IN5 110IN6 111IN7 ADC0808 8 路 8 位 A/D 转换器与 C51 单片机的硬件接口有三种方式，即查询方 式、 中断方式和等待方式。 这三种硬件接口方式中， 最常用的是查询方式和中断方式。 实际应用中，究竟采用哪种方式，应当根据具体情况和总体要求进行选择。 2.4 重力感应传感器的选择重力感应传感器的选择 重力传感器是根据压电效应的原理来工作的。 此次设计中使用的重力感应传感器 用于在洗衣机进水过程中对滚筒内水位的实时监测，并将检测到的电压信号传输给 A/D 转换器进行 A/D 转换。 在 PROTEUS 模拟中，由于没有重力感应传感器模型，于是用如图 2-5 所示的滑 动变阻器代替重力感应传感器模型， 模拟实际中重力感应传感器实时监测到的洗衣机 滚筒内的水位。 实际设计中选用的传感器基本参数如表 2-5 所示 表 2-5传感器基本参数 产品名称TBH-1 半导体式称重传感器 额定载荷3150kg 综合精度0.3（线性+滞后+重复性） 灵敏度40mV 蠕变0.3%FS/30min 零点输出4%FS 零点温度影响0.3%FS/10 输出温度影响0.3%FS/10 工作温度-20+65 输入阻抗35030或 12030 输出阻抗35030或 12030 绝缘电阻3000M 安全过载150%FS 供桥电压建议 6V(DC) 材质合金钢 12 接线方式电源（+）红线电源（-）黑线 输出（+）绿线输出（-）白线 2.5 进进/出水电磁阀的选择出水电磁阀的选择 电磁阀（Electromagnetic valve）是用电磁控制的工业设备，是用来控制流体的自 动化基础元件，属于执行器，并不限于液压、气动。用在工业控制系统中调整介质的 方向、流量、速度和其他的参数。电磁阀可以配合不同的电路来实现预期的控制，而 控制的精度和灵活性都能够保证。 电磁阀有很多种，不同的电磁阀在控制系统的不同 位置发挥作用，最常用的是单向阀、安全阀、方向控制阀、速度调节阀等。 图 2-3 电磁阀实物图 1)工作原理 电磁阀里有密闭的腔，在不同位置开有通孔，每个孔连接不同的油管，腔中间是 活塞，两面是两块电磁铁，哪面的磁铁线圈通电阀体就会被吸引到哪边，通过控制阀 体的移动来开启或关闭不同的排油孔，而进油孔是常开的，液压油就会进入不同的排 油管，然后通过油的压力来推动油缸的活塞，活塞又带动活塞杆，活塞杆带动机械装 置。这样通过控制电磁铁的电流通断就控制了机械运动。 图 2-4 所示为电磁阀内部结构示意图。 13 图 2-4 电磁阀内部结构示意图 2)主要分类 (1)电磁阀从原理上分为三大类： 直动式电磁阀： 分步直动式电磁阀： 先导式电磁阀： (2)电磁阀从阀结构和材料上的不同与原理上的区别，分为六个分支小类：直动膜片 结构、分步直动膜片结构、先导膜片结构、直动活塞结构、分步直动活塞结构、先导 活塞结构。 (3)电磁阀按照功能分类：水用电磁阀、蒸汽电磁阀、制冷电磁阀、低温电磁阀、燃 气电磁阀、消防电磁阀、氨用电磁阀、气体电磁阀、液体电磁阀、微型电磁阀、脉冲 电磁阀、液压电磁阀 常开电磁阀、油用电磁阀、直流电磁阀、高压电磁阀、防爆电 磁阀等。 3）此次设计中使用的电磁阀基本参数如表 2-6 所示 表 2-6 电磁阀基本参数 型号2W-25SL 阀体材质增强尼龙 PA 线圈保护系数塑封线圈 IP65 密封方式膜片式密封 14 膜片材质丁晴橡胶（NPR） 适用介质水、液体、气体 介质温度050 动作方式分步直动式 螺纹 G1 通径25mm Cv 值12 长87mm 高125mm 工作电压DC24V 2.6 元器件汇总表元器件汇总表 元器件型号数量 51 单片机AT89C511 A/D 转换器ADC08081 重力感应传感器TBH-1 半导体式称重传感 器 1 锁存器74LS3731 直流电动机LGBL571 电磁阀2W-25SL2 继电器PCJ-105D3MH2 晶体管2N22196 感光晶体管3DU212 排阻1 电阻8 反相器74LS0412 二极管1N400712 熔断器1 LED4 按键4 蜂鸣器1 2.7 全自动洗衣机的基本参数全自动洗衣机的基本参数 颜色分类:灰色 产品类型:波轮洗衣机 使用方式:全自动 能效等级:二级 箱体材质:渗锌钢板 内桶材质:不锈钢 15 电机类型:普通电机 排水方式:下排水 开合方式:顶开式 洗涤功率（值）: 400W 洗涤公斤量（值）: 7.0kg 脱水功率: 400W 净重: 32kg 尺寸: 550*564*910mm 第三章 uVision4 集成开发环境的使用 3.1 uVision4 简介简介 1997 年，Keil Software 公司推出了基于 Windows 的开发工具软件 uVision2，该 软件将编辑器、编译器、调试器及辅助工具集成在一起，为 51 系列单片机应用程序 的开发和调试提供了完整的解决方案。由于该软件性能优异、易学易用，所以国内 51 系列单片机的开发都使用 uVision2 软件开发平台。2003 年，Keil Software 公司在 uVision2 版本的基础上，更新了集成的工具软件，推出了功能更强的 uVision3。 本章将对 uVision4 集成开发环境的使用进行介绍。uVision4 作为 51 系列单片机 的开发平台， 提供了一套应用软件开发工具的集合，开发人员可以利用这些工具来编 译 C 语言源代码、汇编语言源程序、连接和重定位目标文件和库文件、创建 HEX 文 件和调试目标程序。uVision4 的软件界面如图 3-1 所示。 16 图 3-1 uVision4 的软件界面 3.2 uVision4 的软件组成的软件组成 1）uVision4 IDE 2）C51 编译器和 A51 汇编器 3）LIB51 库管理器 4）BL51 连接器/定位器 5）OH51 格式转换器 6）uVision4 调试器 7）Monitor-51 8）ISD51 9）RTX51 3.3 使用使用 uVision4 工具的软件开发流程工具的软件开发流程 使用 uVision4 进行单片机项目开发时， 开发流程和通常的软件开发项目流程极其 相似。基本过程如下： 1）创建一个项目，从元件库中选择目标器件，配置工具设置。 2）用编辑器创建 C51 程序或汇编语言程序。 3）编译生成目标文件。 4）修改原程序中的错误。 5）测试，连接应用。 6）仿真调试目标程序。 17 3.4 使用使用 uVision4 调试应用程序调试应用程序 单片机的应用程序分为软件模拟调试和硬件调试两种。 软件模拟调试是用计算机 去模拟单片机的指令执行，并虚拟单片机片内资源，从而实现调试目的。但是软件调 试存在一些问题， 如计算机本身是多任务系统，执行时间片的划分是由操作系统完成 的，无法实时的模拟单片机的执行时序，也就是说，不可能完全真实的模拟单片机的 运行环境。硬件调试其实也需要计算机软件的配合，一般的过程是：计算机软件把编 译好的程序通过串行口、并行口或者 USB 口输出到硬件调试设备中（这种设备较仿 真器） ，仿真器仿真单片机的全部资源并与目标板相连接，其程序执行的过程与单片 机一致并能保存程序执行时的信息， 通过计算机的辅助软件可以了解程序执行的真实 情况。不仅如此，还可以通过计算机软件来控制程序的执行，实现断点、单步、全速、 运行到光标等常规调试手段。uVision4 调试器提供了强大的软件模拟功能，配合功能 仿真器或监控驻留程序可以实现硬件调试功能。 uVision4 调试器提供了软件模拟调试 和硬件调试两种操作方式。 第四章 全自动洗衣机的 PROTEUS 仿真 4.1PROTEUS 简介简介 Proteus 软件是英国 Lab Center Electronics 公司出版的 EDA 工具软件（该软件中 国总代理为广州风标电子技术有限公司） 。它不仅具有其它 EDA 工具软件的仿真功 能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前比较好的仿真单片机及外围器件的工具。 虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于 单片机开发应用的科技工作者的青睐。 Proteus 是世界上著名的 EDA 工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片 机与外围电路协同仿真，一键切换到 PCB 设计，真正实现了从概念到产品的完整设 计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB 设计软件和虚拟模型仿真软件三合一 的设计平台，其处理器模型支持 8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、 ARM、8086 和 MSP430 等，2010 年又增加了 Cortex 和 DSP 系列处理器，并持续增 18 加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持 IAR、Keil 和 MATLAB 等多种编译 器。 4.1.1Proteus 功能模块功能模块 1）智能原理图设计 2）完善的电路仿真功能 3）单片机协同仿真功能 4）实用的 PCB 设计平台 4.1.2 资源丰富资源丰富 1）Proteus 可提供的仿真元器件资源 2）Proteus 可提供的仿真仪表资源 3）Proteus 还提供了一个图形显示功能，可以将线路上变化的信号，以图形的方 式实时地显示出来，其作用与示波器相似，但功能更多。 4）Proteus 可提供的调试手段 Proteus 提供了比较丰富的测试信号用于电路的测 试。 4.1.4 应用领域应用领域 1）教学 2）技能考评 3）产品开发 4.2 全自动洗衣机全自动洗衣机 PROTEUS 模拟电路图模拟电路图 图 4-1 所示为全自动洗衣机 PROTEUS 模拟电路图 4.2.1A/D 转换器电路图转换器电路图 ADC0808 8 路 8 位 A/D 转换器与 C51 单片机的中断硬件接口，如图 4-2 所示 图 2-4 中， 将 ADC0808 作为一个外部 I/O 设备来扩展， 采用线选法寻址。 由 P2.7 和 WRL 联合控制 ADC0808 的 START 和 ALE 端，低 3 位地址线加到 AD0808 的 ADDA、 ADDB和ADDC端， 所以， ADC0808的IN0IN7通道的地址为7FF8H7FFFH。 启动 ADC0808 的工作过程是：先送通道号地址到 ADDA、ADDB 和 ADDC，由 ALE 信号锁存通道号地址后，使 START 有效，启动 A/D 转换，即执行一条“MOVX DPTR,A”指令产生 WR 信号，使 ALE 和 START 有效，锁存通道号并启动 A/D 转 换。A/D 转换完毕，EOC 端发出一正脉冲，申请中断。在中断服务程序中， “MOVX DPTR,A”指令产生 RD 信号，使 OE 端有效，打开输出锁存器三态门，8 位数据便 19 读入 CPU 中。 4.2.2 晶振电路图晶振电路图 片内振荡电路的反相放大器的输入端 XTAL1 和反相放大器的输出端 XTAL2， 两 个引脚接晶体振荡器的两端， 这样就构成了稳定的晶体振荡器。单片机的晶振电路可 以采用 6MHz 或者是 11.0592MHz 的晶振。单片机采用的晶振频率越高，单片机的处 理速度就越快。单片机晶振电路的起振电容 C1 和 C2 一般采用 15pF 到 30pF。其中 起振电容 C1 和 C2 对晶振器的频率有微调的作用。为了给单片机的 CPU 提供稳定的 时钟信号和减少寄生的电容，我们要求起振电容尽可能的靠近晶振 X1，晶振 X1 尽 可能的靠近 X1 和 X2。 图 4-3晶振电路 4.2.3 复位电路图复位电路图 1）复位操作 复位操作完成单片机内部电路的初始化。除系统上电时进行复位操作外，系统出 错处于死锁状态时，也需要进行复位操作，是单片机重新启动，这时只要单片机的复 位引脚 RST 上出现两个机器周期以上的高电平，单片机就进行复位操作。 2）复位电路 与其他计算机一样，51 系列单片机系统通常有上电复位和按键复位两种方式。 最简单的一种上电复位及按键复位电路图如图 4-4 所示。上电后，由于电容充电，是 RST 持续一段时间的高电平，完成复位操作；当单片机处于运行中或锁死时，按下复 位按钮，也可以使单片机进入复位状态。通常选择 C=1030uF，R=1001000 欧姆。 20 图 4-4 复位电路 4.2