单片机在洗衣机中的应用

石家庄铁道大学四方学院毕业设计 1 第 1 章 绪论 1 1 洗衣机控制器的概述 1 1 1 课题开发背景 随着人民生活水平的提高 越来越多的人需要用洗衣机 现在洗衣机越来越高 度自动化 只要衣服放入洗衣机 简单的按两个键 就会自动注水 一些先进的电 脑控制洗衣机 还能自动的感觉衣物的重量 自动的添加适合的水量和洗涤剂 自 动的设置洗涤的时间和洗涤的力度 洗涤完以后自动的漂洗甩干 更有些滚筒洗衣 机还会将衣物烘干 整个洗衣的过程完成以后还会用动听的音乐声提醒用户 用户 可以在洗衣的过程做其它的事 节省了不少的时间 总之 每一项技术的进步极大 地推动了洗衣过程自动化程度的提高 1 1 2 目的意义 本次设计的洗衣机控制器是为了满足不同用户的不同需求 同时也将计算机控 制技术用到了实际生活中 最重要的是将所学的东西运用化 1 1 3 国内外现状及水平 全自动洗衣机根据结构不同可分为波轮式全自动洗衣机 也叫套桶式全自动洗 衣机 滚筒式全自动洗衣机和搅拌式全自动洗衣机三大类 波轮式 滚筒式 搅拌 式全自动洗衣机分别占全球洗衣机市场份额的 33 52 和 15 搅拌式洗衣机目 前还没有进入我国市场 以下对波轮式和滚筒式两种洗衣机进行讨论 1 滚筒式洗衣机 更好地软化衣物纤维 减小洗涤过程中衣物的损伤和变形 并且还可以使洗 后的衣物柔软而蓬松 提高温度来洗涤可充分溶解洗衣粉 加快洗衣粉中弱酸性物质与污物化学反 应速度 提高洗衣粉中酶的活性 同时有利于溶解汗渍 血渍 降低灰尘 油污的 粘附作用 从而可在同样的洗净比下 注 洗净比是国家对洗衣机的质量考核标准中 的一个基本指标 可大幅度降低洗涤过程对机械外力的需求 温度高有利于污物存水中的扩散 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 2 高温能有效地杀死细菌 加温洗涤的波轮式洗衣机无论怎样的水流 要达到 一定的洗净比 就必须有足够的机械力 而机械力对衣物是有损伤的 这就注定了 波轮式洗衣机的磨损率人人高于滚筒式洗衣机 各种新水流基本原理是一样的 就 是尽量以紊乱的水流减少衣物的缠绕 增大水流的冲刷力用于洗涤 与以前依靠衣 物与桶壁和衣物相互之问的摩擦方式相比 水流冲刷对衣物的损伤较小 2 波轮式洗衣机 因为滚筒式机的价格人人高十波轮式机 所以波轮式机仍受到普遍欢迎 关于水流 现存波轮式全自动洗衣机的宣传重点放存新水流上 如 LG 的拳 击棒 松下的双瀑布 荣事达的网络水流等 但正如上面说到过的 各个厂家是用 小同的方法实现同一个目标 实际效果也差小多 所以小必太在意 关于程序控制器 新推山的波轮式全自动洗衣机均采用甲 片机程序 控制器 原来的机械式程序控制器基本上已被淘汰 各厂家生产的各种型弓的波轮 式全自动洗衣机的控制程序有所不同 最少的也有好几个控制项 每一项又有几种 不同的洗涤程序可供选择 足以满足不同的洗涤要求 所以没有必要考虑这个问题 存模糊控制的洗衣机中 单片机通过采集水位传感器 布量传感器 光传感器的信 号以及电动机的转速 判断出衣物的质地 多少 肮脏程度 从而自动调整对衣物 进行合理的洗涤 缺点是价格太贵 关于不锈钢内桶 采用不锈钢内桶的目的是为了减小衣物和内桶壁的摩擦力 从而减轻衣物的磨损 选购时应予以考虑 关于同心洗 同心洗是直接把电动机轴与洗衣桶主轴同心安装 直接驱动 这样在洗涤 特别是脱水的时候洗衣桶震动减小 使噪声得以降低 但要 I 说这样 会延长洗衣机的寿命是不正确的 至于变频洗衣机 其一是可以对不同质地的衣物自动选用不同的电动机转速 从而给不同质地的衣物以恰当的洗涤强度 在保证洗得干净的同时 最大限度地降 低衣物的磨损 其二是可以存脱水甩干时 由慢到快地启动 使衣物在桶内分布均 匀 脱水效果好 同时由于衣物均匀地分布存洗衣桶的四周 洗衣桶的重心落在轴 心上 可以减小震动 降低噪声 这当然是有好处的 缺点也是价格太贵 现在已经有厂家开发出了不需要使用洗涤剂的洗衣机 还有的厂家开发出了更 迷你的旅行洗衣机 小到可以在出外旅行的时候随身携带 为了更方便的操作有的 厂家还开发出了可以远程控制的洗衣机 将来的洗衣机会朝着使用更方便 更加节 能 更加个性化的方向发展 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 3 1 1 4 设计任务 1 主要内容 设计一个用单片机控制的洗衣机控制器 以单片机为主控制 器 扩展必要的外部电路 设计制作一个洗衣机控制器 洗涤按钮 标准 洗涤 12 分钟 漂洗 5 分钟二次 脱水 3 分钟 轻柔 洗 涤 3 分钟 漂洗 3 分钟 二次 脱水 2 分钟 快速 洗涤 4 分钟 漂洗 1 分钟 二 次 脱水 2 分钟 洗涤时洗涤指示灯闪烁 漂洗时漂洗指示灯闪烁 脱水时脱水指示灯闪烁 有启动 暂停按钮控制 第一次启动 标 i 准洗涤 工作时按此按钮暂停 再按则恢复工作 有电源开关 洗涤 漂洗 22 秒正转 停 8 秒 反转 22 秒 停 8 秒 有水位控制 1 2 工程技术方案 目前同内市场上有很多种类的洗衣机 采用的控制系统也各有不同 基于学习 实际的情况 本设计我选用 MC 51 系列单片机来实现洗衣机控制器的各控制要求 此设计以单片机为主体 配以各种控制电路 构成洗衣机的程序控制系统 当有故 障时 在排除了机械系统和控制器外接部件后 一般来说 先检测判定单片机外围 的控制电路 正常后 再判断单片机的故障 程序控制系统接受来自操作面板的动 作指令 送出相应的执行命令 使电动机 进水阀 排水电磁铁等按程序通电运行 同时还 可监测和显示洗衣机的工作状态 并判断工作是否正常 一旦出现异常 会 立即送出停止命令 并发出声音报警 程序控制系统的这些功能是由它的各种控制 电路相互配合作来实现的 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 4 第 2 章 硬件设计 2 1 洗衣机控制器的外部设计 2 1 1 洗衣机控制器控制面板的设计 洗衣机控制面板主要包括 启动 停止 电源 标准 轻柔 快速 水位选择按 钮 图 2 1 洗衣机控制面板 完成次洗衣过程所需的动作有 1 进水动作 进行洗涤时 盛水桶内的水量必须达到水位设定要求 洗衣机 的进水和水位判断 是由水位开关和进水阀的开合来进行控制的 当桶内没有水或 水量达不到设定水位时 单片机程序将控制进水阀闭合 开始注水 当桶内的水位 达到设定水位时 水位开关受压闭合 程序就可进入下步处理 2 排水动作 进入脱水动作前应先排水 为了避免空排水造成时间浪费以及 排水不完而带水脱水造成对电机的损害 洗衣机能够根据实际水量对排水时间进动 态控制 3 洗涤动作 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 4 脱水动作 排水结束后进入脱水动作 脱水是通过电机的正转来实现的 同时要求排水阀直打开 也正是由于排水阀的打开 才使得脱水时的电机正转速度 不同于洗涤时的电机正转速度 进行脱水时若遇到洗衣机盖打开 则暂停脱水 并 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 5 发出报警 直至用户合上桶盖后 才继续进行脱水 脱水结束后 发出报警 并自 动关闭排水阀 5 脱水不平衡修正 进行脱水处理 电机要正转 电机要进行高速单向正转 若此时衣物偏向于一边 脱水桶会因离心的作片的作用 在很短的时间内碰撞安全 开关装置 使安全开关产生瞬时的关闭和断开 此时要进行脱水不平衡修正 进行 脱水不平衡修正 洗衣机将停止脱水 并自动插入 进水 洗涤 1 分钟 排水 动作 通过这一插入动作 衣服将调整到洗衣桶中心位置 在同一脱水过程中 如果连续 修正 3 次仍达不到脱水平衡 则进行报警 等用户打开洗衣机将衣物放置均匀再盖 上桶盖 方可继续进行脱水 6 其它动作 洗衣机控制器在此控制面板上还配有启动 停止电源 标准 轻 柔 快速 水位选择按钮 2 1 2 硬件设计框图 主控制系统运用的是 AT89c51 单片机 其要控制的对象包括 进水阀 排水阀 电机 这些被控对象是需要根据不同的洗衣程序来设定它们的不同工作状况和工作 时间的 进水阀和排水阀的控制还需要水位检测 同时需要数码管显示不同的工作 状态及运行剩余时间 发光二极管用来指示洗涤速度和脱水速度 按键用来控制程 序的运行和 设置洗涤速度和脱水速度 蜂鸣器用来进行程序运行提示及故障报警 下面是洗衣机控制器系统框图 1 各框图的作用包括 图 2 2 设计框图 单片机电路 单片机电路是程序控制的中心它把计算机的各种功能电路都集 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 6 成在块芯片上 主要包括中央处理器 CPU 程序存储器 ROM 数据存储器 RAM 输入 输出接口电路及计时 分频 扫描 定时 时间设定等电路 ROM 内已固化 了洗衣机操作程序 单片机根据输入指令和检测信号 调出内部相应的操作程序 通过电路处理后 输出各种电路控制信号 使洗衣机自动完成程序操作过程 如果 单片机自身出故障 或控制电路传送给单片机的信息不正确 洗衣机就不能正常工 作 直流电源电路 这是为单片机及其外围控制电路提供晓以电压 直流电源的 电路 它将输入的 220v 交流电经过变压 整流 滤波 稳压后 变为稳定的低压直 流电 送给单片机 可控硅触发电路 显示电路等 复位电路 此电路的作用是复位 在单片机接上电源以后 或电源出现过低 电压时 将单片机存储器复位 使其各项参数处于初始位置 即处于开机时的标准 程序状态 以消除由于某种原因的程序紊乱 时钟电路 由晶振元件与单片机内部电路组成 产生的振荡频率为单片机提 供时钟信号 供单片机信号定时和计时 按键输入电路 按键开关按一定的矩阵排列 当按键被按动时 其接通的信 号将输送到单片机 单片机对应地调出内部软件进行工作 使洗衣机进入相应的洗 涤程序 显示电路 显示电路由发光二极管按一定的矩阵排列而成 它是程序控制系 统向用户直接观察到洗衣机的工作状态的窗口 预设工作程序时 可根据指示灯的 闪亮来判断洗衣机是否接受了指令 还可以通过批示灯的显示来判断洗衣机工作是 否正常 负载驱动电路 该电路多由双向可控硅及触发电路组成 双各可控硅作为无 触点开关控制电机等负载的通断及运行 单片机根据按键输入指令或接收到的检测 信号 输出相应的控制信号 控制可控硅触发电路的导通 使电机等负载得电运转 报警电路 此电路在洗衣机中起提示和报警的作用 根据程序安排和软件设 置 当洗衣完成后 洗衣机将发出音乐以提示用户洗衣完成 水位开关和安全开关电路 水位电路和安全开关电路由传感器监测 其通断 状态由电路输送给单片机 由单片机进行指令控制 2 2 系统硬件详细设计图 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 7 2 2 1 晶闸管驱动控制电路设计 晶闸管驱动控制电路如图 2 3 所示 其作用是控制洗衣机的进水阀 排水阀和 电动机的正反转 完成洗衣机的进水 排水以及驱动电机洗衣功能 单片机 I O 口 直接与驱动芯片 uLN2803 连接 将信号放大后驱动晶闸管的导通和关断 图 2 3 晶闸管驱动电路 洗衣机完成衣物检测或手动设置洗衣程序后 进水阀打开 当水位检测电路检 测水位达到预定高度时 进水阀关闭停止进水 在整个进水过程中 若进水阀打开 时间超过 15 分钟水位检测电路仍末检测到水位达到预定高度 洗衣机将会报警并暂 停进水 等待故障排除 如果无故障 当进水满后关闭进水阀 启动电机开始洗涤 洗涤程序结束排水阀将会打开 进入脱水程序 2 2 2 水位检测电路 水位检测模块通过水位传感器实现对桶内水位的检测 水位传感器内部存在 Lc 振荡电路 当水压改变后电容值也会随之改变 从而影响水位传感器的输出频率 不同的水位对应一个固定的频率值 本课题采用 SW 1 型水位传感器 在零水位时 输出频率为 26 8kHz 随着水位的升高水位传感器输出的频率会之减小 当达到本 课题设计的最高水位 390mm 时输出频率为 22 57kHz 将水位传感器的输出连接到水 位检测电路如图 2 4 所示 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 8 图 2 4 水位检测电路 2 2 3 开关电源电路 开关电源为单片机供电 原理图如图 2 5 所示 交流 220V 电源经变压器降压再 经过电力二极管整流 滤波后产生直流电压 经稳压芯片 LM2575 稳压后得到 5v 电 压 为单片机供电 LM2575 220V VCC C3 CAP C2 GND D5 TRANS1 BRIDGE1 D1 OUT SW SPST T1 CAPACITORTOL IN 1 4 3 2 图 2 5 开关电源电路 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 9 2 2 4 键盘输入及显示电路 图 2 6 键盘输入及显示电路 本设计键盘输入及显示部分 采用 8279 芯片作为电路的核心 如图 2 6 所示 当用户从键盘输入命令时 8279 芯片将自动产牛一个中断信号 向单片机发送请求 将 RAM 中的数据取走 图 2 5 中 8279 的地址由 P2 7 和 A0 决定 故数据口地址为 7FFEH 命令口地址为 7FFFH 所接的 5 个按键 扫描线接在 74Lsl38 的译码输出端 Y0 和 Y1 上 当 Y0 为 0 SL2SLlSL0 000 时 扫描第 1 列按键 当 Y1 为 O SL2SL1SL0 001 时 扫描第 2 列按键 当某一按键被按下后 键值就自动进入 8279 缓冲区 当 8279 不空时由 INT 输出高电平告知 CPU 取走缓冲区数据 故 INT 连接 CPU 的中断输入需加一反向器 电路中 ALE 连接 8279 的 CLK 以提供 8279 工作需要的 100KHZ 则时钟必须在 8279 编程时提供分频系数为可得到 100KHZ 本设计单片机的时钟频率为 1 2MHZ 则 ALE 输出频率为时钟的 1 6 等于 2MHZ 要得到 100MHZ 的频率需进行 2MHZ 100KHZ 20 分频 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 10 2 3 各芯片介绍 2 3 1 Mcs 51 单片机介绍 各类单片的指令系统各不相同 功能各有所长 而市场占有率最高的是 Mcs 51 系列 并且还在不断推出功能更强的新产品 因此基于学习与实际设计的需要本次 设计我选用 Mcs 51 系列单片机作为洗衣机控制器的主控芯片 如今的市场上为我们提供了丰富多彩的单片机产品 从宏观上讲 有 RISC 和 CISC 两大类型 从微观上说 有 Intel Motorola Philips Microchip EMC NEC 等公司的相关产品 Mcs 51 系列泛指以 8051 为内核的 Mcs 51 主要产品有 8051 8751 89C51 8031 8051 是 ROM 型单片机 内有 4KB 可编程的 ROM 程序存 储器 8751 是 EPROM 型单片机 内部有 4KB 可编程的 ROM 程序存储器 而 89C51 是 Flash 型单片机 可以对 ROM 中程序进行多次修改 使用方便 8031 是内部无 ROM 程序存储器的单片机 必须外接程序存储器 这样使用起来就不方便 基于以上分 析 本次设计选择了 89C51 作为控制核心 89C51 单片机是低耗能 低电压 高性能的 8 位单片机 它采用了 CMOS 和 ATMEL 公司的高密度非易失存储器技术 而且其输出引脚和指令系统都与 MCS 51 兼容 是 一种功能强 灵活性高而且价格合理的单片机 可方便应用于各种控制领域 2 3 2 89C51 单片机的管脚图和各个管脚的作用 图 2 7 89C51 的管脚图 89C51 是典型的 40 管脚双列直插式集成电路芯片 其中各个引脚的功能如下所 P1 0 P1 1 P1 2 P1 3 P1 4 P1 5 P1 6 P1 7 1 2 3 4 6 5 7 8 9 10 11 12 13 15 16 17 18 14 19 20 40 39 37 38 36 35 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 34 RST VPD RXD P3 0 TXD P3 1 INT1 P3 3 INT0 P3 2 T0 P3 4 T1 P3 5 WR P3 6 RD P3 7 XTAL2 XTAL1 VSS VCC P0 0 P0 1 P0 2 P0 3 P0 4 P0 5 P0 6 P0 7 EA VPP ALE PROG PSEN P2 7 P2 6 P2 5 P2 4 P2 3 P2 2 P2 1 P2 0 89C51 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 11 示 1 信号引脚的功能介绍 输入 输出口线 P0 0 P0 7 P0 口的 8 位双向口线 P1 0 P1 7 P1 口的 8 位双向口线 P2 0 P2 7 P2 口的 8 位双向口线 P3 0 P3 7 P3 口的 8 位双向口线 ALE 地址锁存控制信号 在系统扩展时 ALE 用于控制把 P0 口输出的低 8 位地址送入锁存器锁存起来 以实现低位地址和数据的分时传送 此外由于 ALE 是以六分之一的晶振频率的固定 频率输出正脉冲 因此可作为外部时钟或外部定时脉冲使用 外部程序存储器选通信号 PSEN 在读外部的 ROM 时有效 低电平 以实现外部 ROM 单元的读操作 PSEN 访问程序存储器控制信号 EA 当信号为低电平时 对 ROM 的读操作限定在外部程序存储器 而当信EAEA 号为高电平的时候 则对于 ROM 的读操作是从内部程序存储器开始 并可以延续 至外部程序存储器 RST 复位信号 当输入的复位信号延续 2 个机器周期以上高电平时即为有效 用以完成单片机 的复位操作 XYAL1 和 XTAL2 外接晶体引线端 当使用芯片内部时钟时 此二引线端用于外接石英晶体和微调电容 但是当使 用外部时钟脉冲信号 VSS 地线 VCC 5V 电源 以上就是 89C51 单片机芯片的 40 条引脚的定义及简单说明 2 信号引脚的第二功能 由于工艺及标准化等原因 芯片的引脚数目是有限的 例如 MCS 51 系列芯片 引脚数目 40 条 但单片机为实现其功能所需要的信号数目却远远超过此数 因此就 出现了供需矛盾 EPROM 存储器程序固化所需要的信号 有内部 EPROM 的单片机芯片 如 87C51 为写入程序需提供专门的编程脉冲 和编程电源 它们是由信号引脚的第二功能的形式提供的 即 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 12 编程脉冲 30 脚 ALE PROG 编程电源 25V 31 脚 VPP EA 备用电源的引入 MCS 51 单片机的备用电源也是以信号引脚的第二功能方式由 9 脚 RST VPD 引入的 当电源发生故障的时候 电源下降到下限值时 备用电源经 此端向内部的 RAM 提供电压 以保护内部 RAM 信息不会丢失 3 最后 引脚的第一 第二功能是不会在用的时候混淆的 因为 对于各种型号的芯片 所有管脚的第一功能信号是相同的 所不同的是引脚 的第二功能信号上 对于 9 30 和 31 各个引脚 由于第一功能信号与第二功能信号是单片机在 不同的工作方式下的信号 因此不会发生使用上的矛盾 P3 口线的情况却有所不同 它的第二功能信号都是单片机上的重要控制信号 因此 在实际使用的时候 总是先按照需要优先选用它的第二功能 剩下不用的再 考虑作为口线使用 表 2 1 P3 口线的第二功能 口线 第二功能 信号名称 P3 0RXD串行数据接收 P3 1 TXD串行数据发送 P3 2 0INT 外部中断 0 的申请 P3 3 1INT 外部中断 1 的申请 P3 4 T0定时器 计数器 0 计数输入 P3 5 T1定时器 计数器 1 计数输入 P3 6 WR 外部 RAM 的写通道 P3 7 RD 外部 RAM 的读通道 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 13 2 3 3 单片机的复位电路 根据应用的要求 用到单片机 为了可靠的复位要外加一个复位电路 复位操 作通常有 上电复位和按键手动复位 工作原理是通电时 电容两端相当于是短路 于是RST引脚上为高电平 然后电源通过电阻对电容充电 RST端电压慢慢下降 降到一定程度 即为低电平 单片机开始正常工作 上电复位的时间常数要在10ms 以上 才能保证上电 一般可以取电容的大小为10 F 电阻为8 8K 图 2 8 89C51 的复位电路 2 3 4 单片机的时钟电路与时序 时钟电路用于产生单片机工作时需要的时钟信号 单片机本身就是一个复杂的 同步时序电路 为了保证同步方式的实现 电路应该在唯一的时钟信号控制下严格 地按时序进行工作 而时序所研究的则是指令执行中各信号之间的相互时间关系 1 MCS 51 系列芯片的内部有一个高增益的反相放大器 其输入端为芯片引脚 XTAL1 输出端引脚为 XTAL2 在芯片的外部通过这两个引脚跨接晶体振荡器和微 调电容 形成反馈电路 就构成了一个稳定的自激振荡器 如图 2 9 所示 电路中 的电容 C1和 C2一般取 30pF 左右 而晶体的振荡频率范围通常是 1 2MHz 12MHz 晶体的振荡频率高 则系统的时钟频率也高 单片机运行速度也 就快 MCS 51 在通常的情况下 使用振荡频率为 6MHz 的石英晶体 而 12MHz 主 要是在高速串行通信的情况下才使用 振荡电路产生的振荡脉冲并不是直接使用 而是经分频后在为系统所用 如图 2 9 所示 振荡脉冲经二分频后作为系统的时钟信号 在二分频基础上再三分频产生 ALE 信号 这就是之前说的 ALE 是以晶振六分之一的固定频率输出的正脉冲 在二分频 RST 9 40 VCC VCC 20 R1 C1 80C51 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 14 的基础上再六分频得到机器周期信号 2 在由多片单片机组成的系统中 为了各单片机之间的时钟信号的同步 应 当引入唯一的公用外部脉冲信号作为各单片机的振荡脉冲 这时的外部脉冲信号是 经过 XTAL1 引脚注入 XTAL2 悬空 且外接脉冲信号应当是高低电平持续时间大 于 20ns 的方波 脉冲频率应低于 12MHz 其连接图如图 2 10 所示 图 2 9 单片机的晶振电路 图 2 10 89C51 外部脉冲源接法 最后选择第一种提供时钟脉冲的方式 选择 6MHz 的晶振 经过十二分频后产 生周期信号 0 5MHz 也就是时钟脉冲的周期是 2 S 晶振 C1 C2 XTAL1 XTAL2 反 相 器 至内部时钟电路 80C51 XTAL2 XTAL1 VSS 外部时钟 悬空 80C51 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 15 2 3 5 8279 芯片 Intel8279 芯片是种通用可编程的键盘 显示 单个芯片就能完成键盘输入和 LED 自动显示控制两种功能 内含 8 个宁符的键盘输入 FIFO 16 个字节的显示 RAM 键盘部分提供的扫描方式 可以显示和具有 64 个按键或传感器的阵列 能自 动清除开关抖动以及 N 键同时按下的保护 显示部分按扫描力式工作 可以显示 8 或 16 位 LED 数码管 1 8279 的引脚及功能 8279 芯片采用双列直插式封装 各引脚排列如图 2 11 所示 图 2 11 8279 引脚图 A0 地址输入线 A0 O 为数据口地址 A0 l 为命令 状态口地址 D7 D0 双向数据线 三态 用于与 CPU 之间的命令数据传送 CLK 时钟输入线 用于 8279 的时钟输入 以产生内部定时的时钟脉冲 其工 作频率为 100kMz 一般由 CPU 的 ALE 信号分频得到 RST 复位输入线 高电平有效 CS 片选输入线 低电平有效 RD 读信号输入控制线 低电平有效 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 16 WR 写信号输入线 低电平有效 INT 中断请求输出线 高电平有效 在键盘 工作方式下 当 FIFO 传感器 RAM 中有数据时 输出高电平 在 FIFO 传感器 RAM 每次读出时 下降为低电平工作方 式 若在 RAM 中还有信息 则又变为高电平 在传感器工作方式中 每当探测到传 感器信号变化时 中断线就变为高电平 SLO SL3 扫描输出线 用来扫描按键开关 传感器阵列和显示 RL0 RL7 回送输入线 按键或传感器扫描时 回送扫描状态 其内部有上拉 电阻 使之保持为高电平 当有按键闭合时 对应的回送输入线变为低电平 SHIFT 换挡输入线 高电半有效 用于键盘上下挡功能设置 在传感器工作方 式中 输入无效 CNTL 在键盘工作方式时 常用来扩展开关的控制功能 OA3 OA0 及 OB3 OB0 A 组显示输出线和 B 组显示输出线 输出与扫描线 SL0 SL3 同步 可被独立控制输出 也可看成一个 8 位端口控制输出 BD 消隐信号输出线 低电平有效 在显示信息切换时 不使切换信息输出至 LED 上显示 VCC 5v 电源输入线 VSS 地线输入线 2 命令及命令格式 8279 有三种工作方式 键盘工作方式 显示工作方式和传感器工作方式 键盘 工作方式 双键互锁和 N 键轮回 双键互锁是指当有两个以上按键同时按下时 只 能识别最后一个被放的按键 并把其键值送入内部 FIFO RAM 中 N 键轮回是指当有 多个按键 同时按下时 所有按键的键值均可按扫描顺序依次存入 FIFO RAM 中 显示工作方式 是指当 CPU 输入至 8279 内部 FIFO RAM 的数据的输出格式 有 8 个字符左端入口显示 8 个字符右端入口显示 16 个字符左端入口显示 16 个字 符右端入口显示四种方式 传感器工作方式 是指扫描传感器阵列时 一旦发现传感器的状态发生变化就 置位 INT 向 CPU 申请中断 选择不同的工作方式均是通过 CPU 对 8279 送入命令来进行控制 8279 共有 8 种命令 命令寄存器为 8 位 其中 D7 D5 为命令特征位 D4 D0 为命令的控制位 CPU 对 8279 写入的命令数据为命令字 读出的数据为状态字 8279 共有八条命令 其功能和命令格式分述如下 键盘 显示方式设置命令字 命令格式 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 17 D7D6D5D4D3D2D1D0 000DDKKK 其中 000 为方式设置命令特征位 DD 用来设置显方式 如表 2 2 所示 表 2 2 显示方式选择 D4D3 显示方式 D4D3 显示方式 00 8 个字符显 示 左端入 口 10 8 个字符显 示 右端入 口 01 16 个字符 显示 左端 入口 11 16 个字符 显示 右端 入口 所谓左端入口 即显示位置在左一位开始 以后逐次输入的显示字符逐个按顺 序排列 所谓右入口 则是显示位置从最后一位开始 以后逐次输入显示字符时 已 有的显示字符依次向左移动 KKK 用来设定七种键盘 显示扫描方式 如表 2 3 所示 表 2 3 键盘 显示扫描方式 D2D1D0 键盘 显 示扫描方 式 D2D1D0 键盘 显 示扫描 方式 000 编码扫描 键盘 双 键锁定 100 编码扫 描传感 器矩阵 001 译码扫描 键盘 双 键锁定 101 译码扫 描传感 器矩阵 010 编码扫描 键盘 N 键轮回 110 选通输 入 编 码显示 扫描 011 译码扫描 键盘 N 键轮回 111 选通输 入 译 码显示 扫描 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 18 时钟编程命令 命令格式 D7D6D5D4D3D2D1D0 001PPPPP 其中 001 为时钟特征位 PPPPP 为分频系数 其数值为 2 31 用以产生一个 100kHz 的内部时钟 在复位后自动定为 31 读 FIFO 传感器 RAM 此命令用来设置读 FIFO 传感器 RAM 其格式为 D7D6D5D4D3D2D1D0 010AIXAAA 010 为此命令的特征位 AI 为地址自动加 1 标志 AAA 为 FIFO 传感器 RAM 的地址 在键扫描方式时 每次读取数据总按先进先出的原则依次读出 而与 AI AAA 无关 在传感器方式及选通输入方式时 AAA 为 RAM 地址 当 AI 0 时 CPU 对 地址为 AAA 的单元读数 读完后地址不变 当 AI 1 时 CPU 对地址为 AAA 的单 元读数 读完后其地址自动加 1 读显示器 RAM 此命令用来设置读显示器 RAM 其格式为 D7D6D5D4D3D2D1D0 011AIAAAA 其中 011 为此命令的特征位 AAAA 用来寻址 RAM 中存储单元 由于位显示 RAM 中有 16 个字节单元 故需要 4 位寻址 写显示命令 此命令用来设置写显示器 RAM 其格式为 D7D6D5D4D3D2D1D0 100AIAAAA 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 19 100 为此命令的特征位 AI AAAA 分别为地址自动加 1 标记及显示器 RAM 的地址 显示禁止写入 消隐命令特征位 命令格式 D7D6D5D4D3D2D1D0 101XIW AIW BBL ABL B 其中 101 为显示禁止写入 消隐命令特征位 此命令用在将二个 8 段显示分作两个 4 段显示的情况 在 IWA 置 1 IWB 置 0 时 将屏蔽半字节 A 即 CPU 向显示器 RAM 写入数据时 只能更改半字节 B 而不能更改 半字节 A 此时显示器仅将 OUTB0 3 的部分更改 而由 OUTA0 3 控制的显示器保持 不变 即 A 的部分不允许新的数据写入 同样 当 IWA 0 IWB 1 时 屏蔽半字节 B 如果要求显示一个空格 则可将 BLA 置成 1 或 BLB 置成 1 这时由 OUTA 或 QUTB 控制的显示器显示空格 如要求两个半字节都为空格 则应将 BLA 与 BLB 均置 1 清除命令 命令格式 D7D6D5D4D3D2D1D0 110CDCDCDCFCA 其中 110 为消除命令特征位 消除显示 RAM 方式如表 2 4 所示 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 20 表 2 4 显示 RAM 清除方式 D4D3D2 消除方式 10X 将全部显示 RAM 清为 00H 11 将全部显示 RAM 置成 20H 111 将全部显示 RAM 置成 FFH 0XX D0 0 不清除 D0 1 按 上述方法清除 CF D1 用来设置空 FIFO 存储器 当 CF 1 时 清除 FIFO 状态 并将中断复位 对于传感器 RAM 的指示器也置为 0 CA 1 为 CD 与 CF 的结合 此时清除显示器 RAM 以及 FIFO 状态 传感器方式数据和外部译码方式 此种方式 8 位输入数据输入为 RL0 RL7 的状态格式如下 D7D6D5D4D3D2D1D0 RL7RL6RL5RL4RL3RL2RL1RL0 控制键 CNTL SHIFT 为单独的开关键 CNTL 与其他键连用作特殊命令键 SHIFT 可做上 下档控制键 2 3 6 水位开关的简介 水位开关和联动开关是全自动洗衣机中比较重要而结构又相对简单的两个器件 它们一般都在直流低压下工作 是电子程控器的两个输入端 只有判定它们处于正 确的闭合状态 程序才可以正常地向下运行 完成正常的操作 双水位开关 传统的下排水全自动洗衣机在进水后达到设定水位时 洗衣机开 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 21 始洗涤 如果这时进水阀出现了战障 那么洗涤过程中洗衣机仍旧会不停地进水 当超过溢水水位时 水就会从洗衣机溢水口溢出 再通过排水管排出 而上排水洗 衣机的溢水则因排水放置较高 出现这种情况时就无法从正常渠道排出 而是通过 洗衣机的溢水口向外溢出 为防止由此给用户带来的麻烦 可以通过改进后的双水 位开关回路来解决这一问题 双水位开关回路如图 2 12 所示 它应用在以水位开关来进行水位调节的上排水 全自动洗衣机上 其中的一个水位开关 其功能与普通水位开关没什么区别 是用 于设定进水水位的 当进水到达设定水位时 其触点闭合 单片机接收到这一信号 则发出控制指令给电动机回路 从而实现洗涤控制 另一路水位开关则是水位达到 溢水水位时闭合 单片机接收到这一信号 则发出指令驱动排水泵动作 实现排水 图中是用于进行 中 高 低 省 水位调节的水位开关 它还有补水挡 可以随 时提供补给水 双水位联运开关 普通的全自动洗衣机 其联运开关只有一组触点 当洗衣上 盖板盖好后 其触点闭合 电路处于接通状态 在脱水过程和脱水最后过程中 若 出现 50 200ms 的瞬间断开 则判为碰桶 程序进入开盖处理 断开超过 200ms 判为开盖 程序进入开盖子程序 断开不到 50ms 则不处理 图 2 12 水位开关 2 3 7 ULN2803 驱动芯片 1 高电压大电流八达林顿晶体管阵列 该阵列系列的八达林顿晶体管是低逻辑 点评数字电路 如TTL CMOS 或PMOS NMOS 和大电流高电压要求的灯 继电 器 打印机和其他类似负载间的接口理想器件 广泛用于计算机 工业和消费类产 品中 所有器件有集电极开路输出个用于瞬变抑制的续流箝位二极管 ULN2803的 设计与标准TTL系列兼容 最大额定值 TA 25 C 额定值加于封装内任一器件 除非另外规定 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 22 表2 5 ULN2803工作电压及工作环境 额定值符号值单位 输出电压V050V 输入电压V130V 集电极电流 连续Lc500mA 基极电流 连续LB25mA 工作环境温度LA0至 7C 保存温度范围Tstg 55至 150C 结温TJ125C 图 2 13 ULN2803 内部结构图 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 23 表 2 6 ULN2803 电气特性图 特性符号最小值典型值最大值单位 输出漏电 流 V0 50V LCE 100 A 集电极 发射极饱和 电压 Lc 350 LB 5 00 A VCE 1 11 6V 输入电流 导通状态 V1 3 85V Ly on 0 821 25mA 输出电压 导通状态 VCE 2 0 V1 on 1 3V 输入电流 LCE 2 0 L1 off 50100 mA 2 ULN2803 电气测试图 图 2 14 图 2 15 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 24 图 2 16 图 2 17 第 3 章 系统软件设计 3 1 主程序流程图 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 25 图 3 1 洗衣机控制器主流程图 3 2 各子程序流程图 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 26 标准子程序 快速子程序 轻柔子程序 启动子程序 图 3 2 键盘中断子程序流程图及各洗衣程序流程图 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 27 图 3 3 定时器 T0 中断子程序 图 3 4 定时器 T1 中断子程序 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 28 图 3 5 延时子程序流程图 Y Y Y Y N N N 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 29 图 3 6 报警子程序 Y Y Y N N N 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 30 第 4 章 调试 4 1 硬件调试 单片机应用系统的硬件调试和软件调试是分不开的 许多硬件故障是存调试软 件时发现的 但通常是先排除系统中明显的硬件故障后才和软件结合起来调试 常见的硬件故障有 逻辑错误 样机硬件的逻辑错误是由于设计错误和加工过程中的工艺性错误所 造成的 这类错误包括 错线 开路 短路 相位等 元器件失效 元器件失效的原因包括两个方面 一方面是器件本身已损坏或不 符合要求 另方面是组装过程中造成元器件失效 如电解电容方面性接反 集成电 路或排电阻方向错误 三极管引脚接错等 可靠性差 引起系统不可靠的因素很多 如金属化孔 接插件接触不良会造成 系统时好时坏 经不起振动 内部和外部的干扰 电源纹波系统过大 器件负载过 大或热稳定性差等造成逻辑电平不稳定 另外 走线和布局的不合理等也会引起系 统可靠性差 电源故障 若样机中存在电源故障 则加电后将造成器件损坏 电源故障包括 电压值不符合设计要求 电源引出线和插座不对应 电源功率不足 负载能力差等 硬件的调试方式有 脱机调试 脱机调试是在样机加电之前 先用万用表等工具 根据硬件电 气原理图和装配图仔细检查样机的正确性 并核对元器件的型号 规格和安装 是否符合要求 就特别注意电源的走线 防止 电源之间的短路和极性错误 并重点 检查扩展系统总路线是否存在相互间的短路或与其它信号线的短路 对于样机所用 电源事先必须单独调试 调试好后 检查其电压值 负载能力 极性等均符合设计 要求 才能加到系统的各个部件上 在不插芯片的情况下 加电检查各插件上引脚 的电位 仔细测量各点电位是否正常 尤其应注意甲 片机插座上的电位是否正常 若有高压 可能损坏仿真机 联机调试 通过脱机调试可排除一些明显的硬件故障 有些硬件故障还是要通过联机调试才能发现和排除 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 31 4 2 软件调试 软件调试与所选用的软件结构和程序设计技术有关 如果采用模块化程序发计 技术 则逐个模块调好以后 再进行系统程序总调试 调试子程序时 一定要求符 合现场环境 即入口条件和出口状态 调试的手段可采用单步运行方式和断点运行 方式 通过检查用户系统 CPU 的现场 RAM 的内容和 I O 口的状态 检测程序执行 结果是否符合设计要求 通过检测 可以发现程序中的死循环错误 机器码错误及 转换地址错误 同时也可以发现用户系统中的硬件故障 软件算法及硬件设计错误 在调试过程中逐步调整用户系统的软件和硬件 各程序模块调试好后 可以把相关的功能模块联合起来起进行整体综合调试 存这个阶段若发生错误 可以考虑各子程序存运行时是否存破坏现场 缓冲区数据 是否发生变化 标志位的建立和清除是否影响其它标志位的变化 堆栈区的深度是 否小够 输入设备的状态是否正常等 单步和断点调试后 还应进行连续调试 因为单片机的运行是在严格的时序下 进行的 单步运行成功并不代表连续运行成功 待全部调试完成后 应反复运行多 次 除了观察稳定性之外 还要考虑仿真条件是否与实际相符 如晶振频率是否与 样机一致 所使用 CPU 资源是否与实际 CPU 资源相符等等 如调试时采用 52 系统 CPU 并且程序中使用 RAM 地址 80H FFH 而目标程序写入 51 系列就不 能正常运 行程序 在全部调试和修改完成后 将目标程序用相应设备写入程序存储器 插入仿真 板 一般可能正常运行 至软硬件高度完毕 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 32 参考文献 1 韩启钢 计算机模糊控制技术与仪表装置 M 北京 中国计量出版社 1999 2 林渭勋 电力电子技术 北京 航空工业出版社 1992 3 孙涵芳 Intel 16位单片机 北京 北京航空航天大学出版社 1995 4 何熙文 Intel 8XC 196MC MD高档单片机原理及实用设计 大连理工大学出版社 1995 5 陈治明 电力电子器件基础 北京 机械工业出版社 1992 6 李杏春等 8098单片机原理及实用接口技术 北京航空航天大学出版社 1996 5 7 邵丙衡 现代电力电子技术基础 北京 中国铁道出版社 1995 8 王勋先 丁一刚 Intel80 196MC在交流电机变频器中的应用 2000 9 赵良炳 现代电力电子技术基础 清华人学出版社 1995 10 胡汉才编著 单片机原理及接口技术 北京 清华人学出版社 1996 11 何立民编著 MCS 51系列单片机应用系统设计配置与接口技术 北京 北京航空航天大学出 版社 1998 12 邬逢兴编著 单片机外围器件实用手册 数据传输接口器件分册 北京 北京航空航天大学 出版社 1998 13 何立民编著 单片机应用技术选编 6 北京 北京航空航天大学出版社 1998 14 何立民编著 单片机应用技术选编 5 北京 北京航空航天大学出版社 1998 16 陈建铎编著 单片微型计算机原理及应用 北京 北京师范大学出版社 1988 8 17 张友德 赵志英 涂时亮编著 单片微型机原理 应用与实验 上海 复旦大学社 1992 3 18 李勋 李新民 桂叶欣编著 MCS 96系列单片微型计算机 北京 北京航空航天大学出版社 1990 5 19 Philips semiconductors DATA SHEET PCF8583 clock calendar with 240 8 bit RAM Printed in the Netherlands 1997 JUL 15 20 MAXIN NEW RELEASES DATA BOOK VOLUME VII 1999 21 王兆安 电力电子技术的发展动向 北京 机械工业出版社 1992 22 赵可斌 电力电子交流技术 上海 上海交通大学出版社 1993 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 33 致谢 这次毕业设计得到了很多老师 同学的帮助 其中我的导师范伟老师对我的关 心和支持尤为重要 每次遇到难题 我最先做的就是向范老师寻求帮助 而范老师 每次不管忙或闲 总会抽空来指导我 然后一起商量解决的办法 另外 感谢四方学院校方给予我们这样一次机会 能够完成这一课题 并在这 个过程当中 给予我们各种方便 使我们在即将离校的最后一段时间里 能够更多 学习一些实践应用知识 增强了我们实践操作和动手应用能力 提高了独立思考的 能力 再一次对我的母校表示感谢 感谢在整个毕业设计期间和我密切合作的同学 和曾经在各个方面给予过我帮 助的伙伴们 在大学生活即将结束的最后的日子里 我们再次演绎了团结合作的精 彩一幕 把一个从来没有上手的课题 圆满地完成了 正是因为有了你们的帮助 才让我不仅学到了本次课题所涉及的新知识 更让我感觉到了知识以外的东西 那 就是团结的力量 最后 感谢所有在这次毕业设计中给予过我帮助的人 对上述朋友 再一次真诚地表示感谢 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 34 附录附录 A A 中英文翻译中英文翻译 英文原文 英文原文 The Basic Elements and Phasors 14 1 INTRODUCTION The response of the basic R L and C elements to a sinusoidal voltage and current will be examined in this chapter with special note of how frequency will affect the opposing characteristic of each element Phasor notation will then be introduced to establish a method of analy sis that permits a direct correspondence with a number of the methods theorems and concepts introduced in the dc chapters 14 2 THE DERIVATIVE In order to understand the response of the basic R L and C elements to a sinusoidal signal you need to examine the concept of the derivative in some detail It will not be necessary that you become proficien