基于单片机的洗衣机控制面板设计毕业设计.doc

天津工程师范学院天津工程师范学院 20102010 届本科生毕业设计届本科生毕业设计 基于单片机的洗衣机控制面板设计毕业设计基于单片机的洗衣机控制面板设计毕业设计 目 录 1 1 绪论绪论 1 1 11 1 课题开发的背景课题开发的背景 1 1 21 2 目的意义目的意义 1 1 31 3国内外发展状况国内外发展状况 1 1 41 4 洗衣机控制面板设计任务及技术要求洗衣机控制面板设计任务及技术要求 2 2 2 系统概述系统概述 4 2 12 1 系统设计要求系统设计要求 4 2 22 2 系统构成部件系统构成部件 4 3 3 方案设计与比较方案设计与比较 6 3 13 1 显示模块的选择显示模块的选择 6 3 23 2 单片机的选择单片机的选择 6 4 4 系统硬件电路的设计系统硬件电路的设计 8 4 14 1 单片机控制部分单片机控制部分 单片机单片机 AT89S52AT89S52 8 4 24 2 单片机时钟信号单片机时钟信号 11 4 34 3 显示模块显示模块 12 4 44 4 键盘部分键盘部分 17 5 5 系统程序的设计系统程序的设计 21 5 1 主程序 21 5 2 延时子程序 22 5 3查键子程序 22 6 系统调试与性能分析系统调试与性能分析 6 1 硬件调试硬件调试 23 6 2 软件调试软件调试 23 6 3 性能分析性能分析 23 结结 论论 24 天津工程师范学院天津工程师范学院 20102010 届本科生毕业设计届本科生毕业设计 参考文参考文献献 25 附录 1 源程序 25 附录附录 2 主电路图主电路图 25 附录附录 3 英文原文 英文原文 25 附录附录 4 中文译文 中文译文 25 致致 谢谢 25 Comment 木木木木1 和在一起 天津工程师范学院天津工程师范学院 20102010 届本科生毕业设计届本科生毕业设计 第一章第一章 绪论绪论 1 11 1 课题开发背景课题开发背景 洗衣机是一种在家庭中不可缺少的家用电器 发展非常快 全自动式洗衣机因使 用方便得到大家的青睐 全自动即进水 洗涤 漂洗 摔干等一系列过程自动完成 控制器通常设有几种洗涤程序 对不同的衣物可供用户选择 展 洗衣机的性能将会 不断完善 全自动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 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 1 21 2 目的意义目的意义 本次设计的洗衣机控制面板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到实际生活中 1 31 3 国内外发展状况国内外发展状况 目前我国的家用电动洗衣机产品的发展已进入了成熟期 国营 集体 个体 外 资 合资企业遍布全国各地 2001 年家用电动洗衣机的产销量达到 1400 万台 出口 量为 170 万台 已成为全球洗衣机生产和消费的大国 就品种而言 波轮式 搅拌式 滚筒式洗衣机满足了各个阶层消费者的需求 可以说世界上各种各样的洗衣机在我国 都可以生产 产品类型的多样化 控制方式的多样化 洗涤容量的多样化 为广大消费者 提供了广泛的选择空间 但就产品质量而言 我国与世界先进水平相比还有一定的差距 洗 净度高是我国洗衣机独有的特点 外观 噪声 平均无故障时间 用电量 用水量指 标比起国外分歧就比较大了 外观主要表现在其整体感不强 光泽度差 颜色呆板 噪声指标普遍比国外产品高 平均无故障运行时间 只有少数企业的部分产品达到了世 界先进水平 大多数企业的产品与国外企业产品相比还有较大差距 用电量 用水量由 于以前在产品标准中没有要求 所以 比国外产品的差距更大 全自动洗衣机根据结构不同可分为波轮式 滚筒式 搅拌式 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 以下仅 对波轮式和滚筒式两种洗衣机进行讨论 1 滚筒式洗衣机 1 更好的软化衣物纤维 减小洗剂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 2 提高温度来洗剂可充分溶解洗衣粉 加快洗衣粉中弱酸性物质与污物的 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 可大幅降低洗剂过程对机械 外力的需 求 3 温度高有利于污物在水中的扩散 4 高温能有效的杀死一些细菌 加温洗剂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 天津工程师范学院天津工程师范学院 20102010 届本科生毕业设计届本科生毕业设计 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大大 高于滚筒式洗衣机 各种新水流基本原理是一样的 就是尽量以紊乱的的水流减少衣物的缠绕 增 大水流的冲刷力用于洗剂 与以前靠衣物与桶壁相互之间的摩擦方式相比 水流冲 刷对衣物损伤较小 2 波轮式洗衣机 因为滚筒式洗衣机的价格大大高于波轮式机 所以波轮式机仍然受到普遍欢迎 1 关于水流 现在波轮式全自动洗衣机的宣传重点放在新水流上 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 各个厂家是用不同的方法实现同一个目标实际效果也差不多 所 以不必太在意 2 关于程序控制器 新推出的波轮式全自动洗衣机均采用单片机程序控 制器 原来的 机械式程序控制器基本上已经被淘汰 各厂家生产的各 种型号的波轮式全自动洗衣机的控制程序有所不同 最少也有好几个 控制项 每一项又有几种不同的程序可供选择 足以满足不同的洗剂 要求 所以没有必要考虑这个问题 在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 肮脏程度从热自动调整对义务进行合 理的洗剂 缺点是价格太贵 3 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 4 关于同心洗 同心洗是直接把电动机轴与洗衣机轴同心安装 直接驱 动 这样在洗剂 特别是脱水的时候洗衣桶震动减小 使噪声得以降 低 但要说这样会延长洗衣机寿命是不正确的 5 至于变频洗衣机 其一是可以对不同质地的衣物自动选择不同的电极 转速 从而给不同质地的衣物以恰当的洗剂程度 在保证洗的干净的 同时最大限度的降低衣物的磨损其二是可以在脱水甩干时 由慢到快 的启动 使衣物在桶内均匀的分布 脱水效果好 同时不由衣物均匀 的分布在洗衣桶的四周 洗衣桶的重心落在轴上 可以减小震动 降 低噪声 当然这是有好处的 缺点也是价格太贵 现在已经有厂家开发出了不需要实用洗涤剂的洗衣机 还有的厂家开发出了更 迷你的旅行洗衣机 小到出行的时候可以随身携带 为了更方便的操作有的厂家开 发出了可以远程控制的洗衣机 怎么样 是不是看得眼花缭乱 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 1 4 洗衣机控制面板设计任务及技术要求洗衣机控制面板设计任务及技术要求 1 主要内容主要内容 设计一个用单片机控制的洗衣机控制面板 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面板 1 洗涤按钮 洗涤时间 20 分钟 洗涤种类有 强洗 弱洗 轻柔等 通 过按键改变洗涤种类 天津工程师范学院天津工程师范学院 20102010 届本科生毕业设计届本科生毕业设计 2 洗涤时 洗涤指示灯亮 强洗时强洗指示灯亮 弱洗时 弱洗指示灯 亮 轻柔时 轻柔指示灯亮 3 有启动 停止按钮控制 第一次启动时 标准洗涤 工作时 再按停止 按键停止工作 默认洗涤时间为 20 分钟 2 工程技术方案工程技术方案 目前国内市场上有很多种类的洗衣机 采用的控制系统也各不相同 基于学习 与实际的情况 本设计采用 AT89S52 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程控器外接部件后 一般来说 先检测判定单片机外围控 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 传送出相应的执行命令 并发出声音报警 重新控制系统的这些功能是由它的 各种控制电路相互配合工作来实现的 天津工程师范学院天津工程师范学院 20102010 届本科生毕业设计届本科生毕业设计 第二章第二章 系统概述系统概述 2 1 系统设计要求系统设计要求 洗衣机控制面板主要包括 功能键 选择键 时间调整键 复位键 设计内容 设计一个用单片机控制的洗衣机控制面板 以单片机为主控制器 扩展必要的外部电路 设计创作一个洗衣机控制器 完成一次洗涤过程需要的动作有 1 进水动作 进行洗涤时 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 单片机程序奖可在进水阀闭合 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 程序就可进行下一步处 理 2 排水动作 进入脱水动作前应先排水 为了避免空排水及排水不完造成对电 机的损害 洗衣机能够根据实际水量对排水时间进行动态控制 3 洗涤动作 洗涤动作指的是点击周期性的 正传 停止 反转 停止 不 同的洗衣过程 控制电机执行 正传 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 时要求排水阀一直打开 脱水结束后 发出报警 并自动关闭排水阀 5 其他动作 洗衣机控制面板上还配有启动 停止 电源 强洗 弱洗按钮 2 2 系统构成部件系统构成部件 主控制系统运用的是 AT89S52 单片机其主要控制的对象包括 洗衣时间 洗衣种类及电机 这些被控对象是根据不同的洗衣程序来设定他们不同的工作 状况和工作时间的 同时需要液晶显示不同的工作状态及运行时间 发光二极 管用来指示洗涤速度及洗涤种类 按键用来控制程序的运行和洗涤种类和洗涤 时间 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控制框图 天津工程师范学院天津工程师范学院 20102010 届本科生毕业设计届本科生毕业设计 ATS8952 电源 时钟 信号 LCD 液晶显 示电路 按键控制 电路 复位 电路 报警 电路 各框图的作用包括 a 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成 在一块芯片上 单片机根据输入指令和检测信号 调出内部的相应程序 通过电路 处理后输出各种控制信号 是洗衣机自动完成操作过程 如果单片机自己出现故障 或控制电路传送给单片机的信号不正确 洗衣机就不能正常工作 b 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 显示电路等 c 复位电路 此电路的作应是复位 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 以消除某种原因的程序紊乱 d 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 供单片机计时和定时 e 按键输入电路 按键开关按照一定的矩阵排列 当按键被按动时 其接通的信号 将输送到单片机 单片机将对应的调出内部软件进行工作 使洗衣机进入相应的洗 涤程序 f 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 还可以通过指示灯的显示来判断洗衣机工作是否正 常 g 报警电路 此电路在洗衣机中起提示和报警作用 根据程序安排和软件设置 当 洗衣完成后 洗衣机将发出声音以提示用户洗衣完成 天津工程师范学院天津工程师范学院 20102010 届本科生毕业设计届本科生毕业设计 第三章第三章 方案论证与比较方案论证与比较 3 1 显示模块的选择显示模块的选择 方案一方案一 采用数码管显示 数码管是现在电子设计中使用相当普遍的一种显示 设备 每个数码管由 7 个发光二极管按照一定的排列结构组成 根据七个发光二极 管的正负极连接不同 又分为共阴极数码管和共阳极数码管两种 选择的数码管不 同 程序设计上也有一定的差别 数码管显示的数据内容比较直观 通常显示从 0 到 F 中的任意一个数字 一个数码管可以显示一位 多个数码管就可以显示多位 在显示位数比较少的电路中 程序编写 外围电路设计都十分简单 但是当要显示 的位数相对多的时候 数码管操作起来十分烦琐 显示的速度受到限制 并且当硬 件电路设计好之后 系统显示能力基本也被确定 系统显示能力的扩展受到了限制 而且数码管功耗高 与现代洗衣机大肆提倡节能省电的口号相悖 方案二方案二 采用液晶显示器显示 液晶显示屏具有体积小 功耗低 显示内容丰 富等特点 用户可以根据自己的需求 显示自己所需要的 甚至是自己动手设计的 图案 当需要显示的数据比较复杂的时候 它的优点就突现出来了 并且当硬件设 计完成时 可以通过软件的修改来不断扩展系统显示能力 外围驱动电路设计比较 简单 显示能力的扩展将不会涉及到硬件电路的修改 可扩展性很强 字符型液晶 显示屏已经成为了单片机应用设计中最常用的信息显示器件之一 不足之处在于其 价格比较昂贵 驱动程序编写比较复杂 Comment 木木木木2 置换位置 天津工程师范学院天津工程师范学院 20102010 届本科生毕业设计届本科生毕业设计 综上所述 为了更好的显示出洗衣机的工作状态以达到系统设计的要求 本设 计选用方案二 即采用液晶显示及相关电路来构成洗衣机的控制面板 3 2 单片机的选择单片机的选择 方案一方案一 AVR 单片机 Atmega16 AVR 单片机开发的门槛非常低 只要会操作电脑就可以学习AVR 单 片机的开发 只需一条 ISP 下载线 把编辑 调试通过的软件程序直接在 线写入 AVR 单片机 即可以开发 AVR 单片机系列中的各种封装的器件 AVR 单片机因此在业界号称 一线打天下 便于升级 AVR 程序写入是 直接在电路板上进行程序修改 烧录等操作 AVR 单片机是高速嵌入式单片机保密性能好 它具有不可破解的位加 密锁 Lock Bit 技术 保密位单元深藏于芯片内部 无法用电子显微镜看到 1 AVR 是单指令周期 相对 51 的一个机器周期是 12 个时钟周期似乎很快 但是 AVR 常用外接晶振为 4M 而 51 常用外接晶振为 24M 这样算下来 AVR 速递不过是 51 的 2 倍 2 AVR 不支持并行总线 而且没有 WR RD ALE 等管脚 如果访问外部 并行总线器件 RAM FLASH 等 时 就要用 I O 口仿并行总线时序 不仅编 程麻烦 而且速递也下降了 方方案案二二 AT89S52 单片机 52 系列优点之一是它从内部的硬件到软件有一套完整的按位操作系统 称作位 处理器 或布尔处理器 它的处理对象不是字或字节而是位 它不光能对片内 某些特殊功能寄存器的某位进行处理 如传送 置位 清零 测试等 还能进 行位的逻辑运算 其功能十分完备 使用起来得心应手 虽然其他种类的单片 机也具有位处理功能 但能进行位逻辑运算的实属少见 51 系列在片内 RAM 区间还特别开辟了一个双重功能的地址区间 十六个字节 单元地址 20H 2FH 它既可作字节处理 也可作位处理 作位处理时 合 128 个位 相 应位地址为 OOH 7FH 使用极为灵活 这一功能无疑给使用者提供了极大 的方便 因为一个较复杂的程序在运行过程中会遇到很多分支 因而需建立很 多标志位 在运行过程中 需要对有关的标志位进行置位 清零或检测 以确 定程序的运行方向 而实施这一处理 包括前面所有的位功能 只需用一条位 操作指令即可 方方案案三三 凌阳单片机 凌阳单片机采用 nSPTM 内核 就是基于 SOC 的新型的数 模混合的系统级芯 片 在一个芯片内集成了单片机数据采集或控制系统所需的模拟和数字外设及 其它功能部件 单片机有 8 位 16 位共 50 多种不同的 IC 芯片型号及其产品 凌阳单片机具有集成度高 数 模混合 功能全 低功耗 低电压和易于开发等 特点 另外 凌阳单片机还增加了适合于 DSP 的某些特殊指令 有些系列的单 片机还嵌入了 LCD 控制 驱动和双音多频发生器功能 这些都进一步扩大了单 片机的应用范围 综上所述 AT89S52 单片机以其高性价比进入了我的视野 并足以实现洗 天津工程师范学院天津工程师范学院 20102010 届本科生毕业设计届本科生毕业设计 衣机的各种功能 所以 在我设计的这个洗衣机控制面板中 我选用了方案二 即采用 AT89S52 单片机 第四章第四章 系统硬件电路的设计系统硬件电路的设计 4 1 单片机控制部分单片机控制部分 单片机单片机 AT89S52 AT89S52 是一个低功耗 高性能 CMOS 8 位单片机 片内含 8k Bytes ISP In system programmable 的可反复擦写 1000 次的 Flash 只读程序存储器 器件采用 ATMEL 公司的高密度 非易失性存储技术制造 兼容标准 MCS 51 指令系统及 80C51 引脚结构 芯片内集成了通用 8 位中央处理器和 ISP Flash 存储单元 功能强大的微 型计算机的 AT89S52 可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案 单片机采用 AT89S52 其采用最小化应用系统设计 P0 口和 P2 口作为共阳 LED 数码管驱动用 P1 口作为 16 键的键盘接口 其中 T0 T3 分别为百位 个位 小数 位的频率操作键 百位数只能是 0 或 1 当百位数为 0 时 十位数为 8 或 9 当百位 数为 1 时 十位数只能为 0 个位及小数位为 0 9 之中任意数 T4 T14 为发射频率 预置键 T15 为单声道 立体声控制键 P3 0 P3 1 和 P3 2 作为与 BH1415F 的通信 端口 用于传送发射频率控制数据 P3 3 用于立体声发射指标 芯片内部结构及性能 AT89S52 单片机包含中央处理器 程序存储器 ROM 数据存储器 RAM 定时 器 计数器 并行 I O 口 串行 I O 口和中断系统等几大单元以及数据总线 地址总 线和控制总线三大总线构成 图 4 1 为单片机内部结构框图 13 1 1 中央处理器中央处理器 中央处理器 CPU 是整个单片机的核心部件 能处理 8 位二进制数据或代码 CPU 负责控制 指挥和调度整个单元系统协调的工作 完成运算和控制输入输出功 能等操作 天津工程师范学院天津工程师范学院 20102010 届本科生毕业设计届本科生毕业设计 2 2 程序存储器程序存储器 AT89S52 共有 8KB 个 E2PROM 用于存放用户程序 原始数据或表格 3 数据存储器 RAM AT89S52 内部有 128 个 8 位用户数据存储单元和 128 个专用寄存器单元 它们 是统一编址的 专用寄存器只能用于存放控制指令数据 用户只能访问 而不能用 于存放用户数据 所以 用户能使用的 RAM 只有 128 个 可存放读写的数据 运算 的中间结果或用户定义的字型表 端口0驱动器端口2驱动器 RAM 128 8 端口0锁存器端口2锁存器 ROM 4K 8 程序地址寄存器 缓冲器 PC加1寄存器 程序计数器PC 数据指针DPTR 堆栈指示器SP PCONSCONTMODTCON TH0TL0TH1TL1 SBUF TX SBUF RX IE 中断 串行口和定时器 RAM地址 寄存器 ACC B寄存器 ALU 状态寄存器 暂存器2暂存器1 定时 与 控制 指令 寄存 器 端口1锁存器端口3锁存器 端口1驱动器端口3驱动器 XTAL1XTAL2 P0 0 P0 7P2 0 P2 7 P1 0 P1 7P3 0 P3 7 ALE RST PSEN EA Vcc Vss 5V 图 4 1 内部结构框图 4 4 并行输入输出口并行输入输出口 AT89S52 共有 4 组 8 位 I O 口 P0 P1 P2 或 P3 用于对外部数据的传输 5 5 串行输入输出口串行输入输出口 AT89S52 内置一个全双工串行通信口 用于与其它设备间的串行数据传送 该 串行口既可以用作异步通信收发器 也可以当同步移位器使用 6 6 定时定时 计数器计数器 AT89S52 有三个 16 位的可编程定时 计数器 以实现定时或计数功能 并以其 天津工程师范学院天津工程师范学院 20102010 届本科生毕业设计届本科生毕业设计 定时或计数结果对单片机进行控制 7 7 中断系统中断系统 AT89S52 具备较完善的中断功能 有两个外中断 三个定时 计数器中断和一个 串行中断 可满足不同的控制要求 并具有两级的优先级别选择 8 8 主要性能主要性能 8KB 可改编程序 Flash 存储器 可经受 1000 次的写入 擦除周期 全静态工作 0Hz 24MHz 三级程序存储器保密 128 8 字节内部 RAM 32 条可编程 I O 线 2 个 16 位定时器 计数器 6 个中断源 可编程串行通道 片内时钟振荡器 AT89S52 的引脚及功能 p1 0 1 p1 1 2 p1 2 3 p1 3 4 p1 4 5 p1 5 6 p1 6 7 p1 7 8 RST VPD 9 RXD P3 0 10 TXD P3 1 11 INT0 P3 2 12 INT1 P3 3 13 T0 P3 4 14 T1 P3 5 15 WR P3 6 16 RD P3 7 17 XTAL2 18 XTAL1 19 GND 20 P2 0 21 P2 1 22 P2 2 23 P2 3 24 P2 4 25 P2 5 26 P2 6 27 P2 7 28 PSEN 29 ALE PROG 30 EA VPP 31 P0 7 32 P0 6 33 P0 5 34 P0 4 35 P0 3 36 P0 2 37 P0 1 38 P0 0 39 VCC 40 图 4 2 AT89S52 芯片引脚图 1 1 电源和晶振电源和晶振 VCC 供电电压 GND 接地 XTAL1 反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入 XTAL2 来自反向振荡器的输出 天津工程师范学院天津工程师范学院 20102010 届本科生毕业设计届本科生毕业设计 2 2 I OI O 口口 P0 口 P0 口的字节地址为 80H 位地址为 80H 87H P0 口既可以作为通用 I O 口使用 也可以作为单片机系统的地址 数据线使用 当作为输出口使用时 由于输出电路是 漏极开路 必须外接上拉电阻才能有高电平输出 P1 口 P1 口的字节地址为 90H 位地址为 90H 97H P1 口只能作为通用 I O 口使用 当作为输出口使用时 已能对外提供推拉电流负载 外电路无需再接上拉电阻 当 作为输入口使用时 应先向其锁存器写入 1 使输出驱动电路的 FET 截止 P2 口 P2 口的字节地址为 0A0H 位地址为 0A0H 0A7H P2 口用于为系统提供高位地 址 但只作为地址线使用而不作为数据线使用 此外 P2 口也可作为通用 I O 口使 用 P3 口 P3 口的字节地址为 0B0H 位地址为 0B0H 0B7H P3 口可以作为通用 I O 口使 用 但在实际应用中它的第二功能信号更为重要 P3 口引脚的第二功能 如下所示 表 4 1 P3 端口的特殊功能 3 3 4 4 根控制线根控制线 RST 复位信号 保持 RST 脚两个机器周期以上的高电平 就可以完成 CPU 系统复位操作 使系统的一些单元内容回到规定值 PSEN 外部程序存储器读选通信号 在读外部 ROM 时 PSEN 有效 低电平 以实现外部 ROM 单元的读操作 EA VPP 访问程序存储器控制信号 当 EA 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 EA 为高电平时 则对 ROM 的读操作是从内部程序存 端口引脚 兼 用 功 能 P3 0 RXD 串行输入口 P3 1 TXD 串行输出口 P3 2 外部中断 0 INT0 P3 3 外部中断 1 INT1 P3 4 T0 定时器 0 的外部输入 P3 5 T1 定时器 1 的外部输入 P3 6 外部数据存储器写选通 WR P3 7 外部数据存储器读选通 RD 天津工程师范学院天津工程师范学院 20102010 届本科生毕业设计届本科生毕业设计 储器开始 并可延续至外部程序存储器 ALE PROG 地址锁存控制信号 在系统扩展时 ALE 用于控制 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 是以六分之一晶振频率的固定频率输出的正脉冲 因此也可作为外部时钟或外 部定时脉冲使用 4 24 2 单片机时钟信号单片机时钟信号 C1 C2 XTAL1 内 内 AT89C52 内内内内内内内 4 34 3 显示模块显示模块 4 3 1 液晶显示管概述液晶显示管概述 要用单片机构成洗衣机控制面板 就需要一个人机界面 常采用的方式是LCD液 晶显示运行结果 用一个小键盘执行某些功能 如请零 预置值 改变工作方式等 等 所谓 1602 是指显示的内容为 16 2 即可以显示两行 每行 16 个字符 目前市面上字符液晶 绝大多数是基于 HD44780 液晶芯片的 控制原理是完全相同的 因此基于 HD44780 写的控制 程序可以很方便地应用于市面上大部分的字符型液晶 天津工程师范学院天津工程师范学院 20102010 届本科生毕业设计届本科生毕业设计 4 3 1602 液晶的正面 绿色背光 黑色字体 4 4 1602液晶背面 绿色背光 黑色字体 4 3 24 3 2 工作原理工作原理 字符型 LCD1602 通常有 14 条引脚线或 16 条引脚线的 LCD 多出来的 2 条线是背光电源线 VCC 15 脚 和地线 GND 16 脚 其控制原理与 14 脚的 LCD 完全一样 引脚定义如下表所示 HD44780 内置了 DDRAM CGROM 和 CGRAM DDRAM 就是显示数据 RAM 用来寄存待显示的字符代码 共 80 个字节 其地址和屏幕 的对应关系如下表 也就是说想要在 LCD1602 屏幕的第一行第一列显示一个 A 字 就要向 DDRAM 的 00H 地址写 入 A 字的代码 指 A 的字模代码 0 x20 0 x7F 为标准的 ASCII 码 通过这个代码 在 CGROM 中查找到相应的字符显示 就行了 天津工程师范学院天津工程师范学院 20102010 届本科生毕业设计届本科生毕业设计 DDRAM 地址与显示位置的对应关系 事实上我们往 DDRAM 里的 00H 地址处送一个数据 譬如 0 x31 数字 1 的代码 见字模关 系对照表 并不能显示 1 出来 这是一个令初学者很容易出错的地方 原因就是如果你要想在 DDRAM 的 00H 地址处显示数据 则必须将 00H 加上 80H 即 80H 若要在 DDRAM 的 01H 处显示数据 则必须将 01H 加上 80H 即 81H 依次类推 大家看一下控制指令的的 8 条 DDRAM 地址的设定 即可以明白是怎么样的一回事了 1602 液晶模块内部的字符发生存储 器 CGROM 已经存储了 160 个不同的点阵字符图形 无汉字 如下表所示 这些字符有 阿 拉伯数字 英文字母的大小写 常用的符号 和日文假名等 每一个字符都有一个固定的代码 比如大写的英文字母 A 的代码是 01000001B 41H 显示时模块把地址 41H 中的点阵字符图 天津工程师范学院天津工程师范学院 20102010 届本科生毕业设计届本科生毕业设计 形显示出来 我们就能看到字母 A 上表中的字符代码与我们 PC 中的字符代码是基本一致的 因此我们在向 DDRAM 写 C51 字符代码程序时甚至可以直接用 P1 A 这样的方法 PC 在编译时就把 A 先转为 41H 代 码了 字符代码 0 x00 0 x0F 为用户自定义的字符图形 RAM 对于 5X8 点阵的字符 可以存放 8 组 5X10 点阵的字符 存放 4 组 就是 CGRAM 了 后面我会详细说的 0 x20 0 x7F 为标准的 ASCII 码 0 xA0 0 xFF 为日文字符和希腊文字符 其余字符码 0 x10 0 x1F 及 0 x80 0 x9F 没有定义 那么如何对 DDRAM 的内容和地址进行具体操作呢 HD44780 的指令集及其设置说明 请浏览该指令集 并找出对 DDRAM 的内容和地址进行 操作的指令 共 11 条指令 HD44780 的指令集 天津工程师范学院天津工程师范学院 20102010 届本科生毕业设计届本科生毕业设计 1 清屏指令清屏指令 功能 清除液晶显示器 即将 DDRAM 的内容全部填入 空白 的 ASCII 码 20H 光标归位 即将光标撤回液晶显示屏的左上方 将地址计数器 AC 的值设为 0 2 光标归位指令光标归位指令 功能 把光标撤回到显示器的左上方 把地址计数器 AC 的值设置为 0 保持 DDRAM 的内容不变 3 进入模式设置指令进入模式设置指令 功能 设定每次定入 1 位数据后光标的移位方向 并且设定每次写入的一个字符是否移动 参 数设定的情况如下所示 位名 设置 I D 0 写入新数据后光标左移 1 写入新数据后光标右移 S 0 写入新数据后显示屏不移动 1 写入新数据后显示屏整体右移 1 个字 4 显示开关控制指令显示开关控制指令 功能 控制显示器开 关 光标显示 关闭以及光标是否闪烁 参数设定的情况如下 位名 设置 D 0 显示功能关 1 显示功能开 C 0 无光标 1 有光标 B 0 光标闪烁 1 光标不闪烁 5 设定显示屏或光标移动方向指令设定显示屏或光标移动方向指令 天津工程师范学院天津工程师范学院 20102010 届本科生毕业设计届本科生毕业设计 功能 使光标移位或使整个显示屏幕移位 参数设定的情况如下 S C R L 设定情况 0 0 光标左移 1 格 且 AC 值减 1 0 1 光标右移 1 格 且 AC 值加 1 1 0 显示器上字符全部左移一格 但光标不动 1 1 显示器上字符全部右移一格 但光标不动 6 功能设定指令功能设定指令 功能 设定数据总线位数 显示的行数及字型 参数设定的情况如下 位名 设置 DL 0 数据总线为 4 位 1 数据总线为 8 位 N 0 显示 1 行 1 显示 2 行 F 0 5 7 点阵 每字符 1 5 10 点阵 每字符 7 设定设定 CGRAM 地址指令地址指令 功能 设定下一个要存入数据的 CGRAM 的地址 8 设定设定 DDRAM 地址指令地址指令 功能 设定下一个要存入数据的 CGRAM 的地址 注意这里我们送地址的时候应该是 0 x80 Address 这也是前面说到写地址命令的时候要加上 0 x80 的原因 9 读取忙信号或读取忙信号或 AC 地址指令地址指令 天津工程师范学院天津工程师范学院 20102010 届本科生毕业设计届本科生毕业设计 功能 读取忙碌信号 BF 的内容 BF 1 表示液晶显示器忙 暂时无法接收单片机送来的数 据或指令 当 BF 0 时 液晶显示器可以接收单片机送来的数据或指令 读取地址计数器 AC 的内容 10 数据写入数据写入 DDRAM 或或 CGRAM 指令一览指令一览 功能 将字符码写入 DDRAM 以使液晶显示屏显示出相对应的字符 将使用者自己设计的图形存入 CGRAM 11 从从 CGRAM 或或 DDRAM 读出数据的指令一览读出数据的指令一览 功能 读取DDRAM或CGRAM中的内容 基本操作时序 基本操作时序 读状态 输入 RS L RW H E H 输出 DB0 DB7 状态字 写指令 输入 RS L RW L E 下降沿脉冲 DB0 DB7 指令码 输出 无 读数据 输入 RS H RW H E H 输出 DB0 DB7 数据 写数据 输入 RS H RW L E 下降沿脉冲 DB0 DB7 数据 输出 无 4 44 4 键盘部分键盘部分 4 4 14 4 1 单片机单片机键盘键盘和键盘接口概述和键盘接口概述 天津工程师范学院天津工程师范学院 20102010 届本科生毕业设计届本科生毕业设计 单片机使用的键盘可分为独立式和矩阵式两种 独立式实际上就是一组相互独 立的按键 这些按键可直接与单片机的I O接口连接 其方法是每个按键独占一条口 线 接口简单 12 矩阵式键盘也称行列式键盘 因为键的数目不多 所以键采用独 立式 如图4 7所示 图4 5 键盘接口电路图 按一个键到键的功能被执行主要应包括两项工作 一是键的识别 即在键盘中 找出被按的是哪个键 通过接口电路来实现 另一项是键功能的实现 通过执行中 断服务程序来完成 下面来介绍键盘接口问题 13 具体来说 键盘接口应完成以下操作功能 a 键盘扫描 以判定是否有键被按下 称之为 闭合键 b 键识别 以确定闭合键的行列位置 c 产生闭合键的键码 d 排除多键 串键 复按 及去抖动 这些内容通常是以软硬件结合的方式来完成的 即在软件的配合下由接口电路 来完成 但具体那些由硬件完成由软件完成 要看接口电路的情况 总的原则是 硬件复杂软件就简单 硬件简单软件就得复杂一些 4 4 24 4 2 单片机单片机键盘键盘接口和键功能的实现接口和键功能的实现 1 1 键盘接口处理内容键盘接口处理内容 键扫描键扫描 键盘上的键按行列组成矩阵 在行列的交点上都对应有一个键 为判定有无键 按下 闭合键 以及被按键的位置 可使用两种方法 扫描法和翻转法 其中 扫描法使用较为普遍 去抖动去抖动 当扫描表明有键被按下之后 紧接着应进行去抖动处理 因为常用键盘的键实 SW PBS3 SW PBS9 SW PBSF SW PBS0SW PBS4 SW PBS1 SW PBS2SW PBS6SW PBSA SW PBS5 SW PBSE SW PBSBSW PBS7 SW PBS8SW PBSC SW PBSD P1 0 P1 1 P1 1 P1 2 P1 3 P1 0 P1 3 P1 2 P1 4 P1 5 P1 7 P1 4 P1 5 P1 6 P1 7 P1 6 EA VP 31 X1 19 X2 18 RESET 9 RD 17 WR 16 INT0 12 INT1 13 T0 14 T1 15 P10 1 P11 2 P12 3 P13 4 P14 5 P15 6 P16 7 P17 8 P00 39 P01 38 P02 37 P03 36 P04 35 P05 34 P06 33 P07 32 P20 21 P21 22 P22 23 P23 24 P24 25 P25 26 P26 27 P27 28 PSEN 29 ALE P 30 TXD 11 RXD 10 8051 U 天津工程师范学院天津工程师范学院 20102010 届本科生毕业设计届本科生毕业设计 际上就是一个机械开关结构 被按下时 由于机械接触点的弹性及电压突跳等原因 在触点闭合或断开的瞬间会出现电压抖动 如图4 8所示 抖动时间长短与键的机械 特性有关 一般为5 10ms 而键的稳定闭合时间和操作者按键动作有关 大约为十 分之几到几秒不等 图4 6 键闭合和断开时的电压抖动 键码计算键码计算 被按键确定下来之后 接下来的工作是计算闭合键的键码 因为有了键码 才 能通过散转指令把程序执行转到闭合键所对应的中断服务程序上去 也可以直接使 用该闭合键的行列值组合产生键码 但这样做会使各子程序的入口地址比较散乱 给JMP指令的使用带来不便 所以通常都是以键的排列顺序安排键号 这样安排 使 键码既可以根据行号列号以查表求得 也可以通过计算得到 若各行的首号依次是 00H 04H 08H 0CH 若列号按0 3顺序 则键码的计算公式为 键码 行首号 列号 等待键释放等待键释放 计算键码之后 再以延时后进行扫描的方法等待键释放 等待键释放是为了保 证键的一次闭合仅进行一次处理 综上所述 键盘接口处理的核心内容是测试有无闭合键 对闭合键进行去抖动 处理 求得闭合键的键码 为了使键盘操作更稳定可靠 还可以加一些附加功能 例如屏蔽功能 在对一 个闭合键已进行处理时 再按下其它键不会产生影响 对于一个键 不管按下多长 时间 仅执行一次键处理子程序等 2 2 键盘接口的控制方式键盘接口的控制方式 在单片机的运行过程中 何时执行键盘扫描和处理 可有以下3种情况 随机方式 每当CPU空闲时执行键盘扫描程序 中断方式 每当有键闭合时才向CPU发出中断请求 中断响应后执行键盘扫 描程序 定时方式 每隔一定时间执行一次键盘扫描程序 定时可由单片机定时器完 成 3 键处理子程序 在计算机中每一个键都对应一个处理子程序 得到闭合键的键码后 就可以根 据键码 转相应的键处理子程序 分支是使用JMP等散转指令实现的 进行字符 键按下 前沿抖动 后沿抖动 Comment 木木木木3 注意层次 天津工程师范学院天津工程师范学院 20102010 届本科生毕业设计届本科生毕业设计 Bridge1 D1 VinVout GND 7812 VinVout GND 7805 Trans CT T1 470uF 25V C2 1000uF 25V C4 10uF C3 2200uF 25V C1 104 C6 104 C7 104 C5 104 C8 2K R1 12 DS1 5 220V 数据的输入或命令的处理 这样就可以实现相应键所设定的功能 14 4 4 3 单元电源电路设计 由于采用单片机控制的数字调频台功耗很小 可用7805三端稳压块分别对单片 机和BH1415F电路单独供电 电源变压器功率大于10W即可 为了能够让单片机和调频发射部分更好 更稳定地工作 采用了图4 10所示单 元电源电路 由电源变压器 桥堆和滤波电容器所组成 电源变压器的初级电压输 入为220V 次级输出电压为12V 15 16 由于单片机所需的是 5V 电源 经滤波电容和三端稳压集成电路 MC7812 后可得 到 12V 电压 MC7812 能将 15V 25V 的直流电压变换成 12V 的稳定电压 在 12V 的 电压中含有少量的低频成分和接收外界的高频成分 再经后一级滤波后送三端稳压 集成电路 7805 7805 能将大于 7V 15V 的直流电压变换成 5V 的稳定电压 同时由 于电流较大导致三端稳压集成电路 MC7812 和 7805 过热 为了确保电路工作正常 给两个芯片分别加上散热片 图 4 7 电源电路图 直流稳压电源的检测 本系统对电源要求高 因为稳定性和可靠性在发射电路重要意义 为了提高稳 定性 所以采用如图 4 10 的稳压电源 电源电路的主要部件采用集成的三端稳压器 件如 7812 与 7805 稳压电源输入电压范围宽 输出电压稳定 抗干扰能力强 以 满足调频发射机的要求 12 数字万用表对稳压电源的测试结果 天津工程师范学院天津工程师范学院 20102010 届本科生毕业设计届本科生毕业设计 Y 清屏 调用显示 键盘扫描 判断哪个键被按下及次数 执行相应的按键功能 图 5 1 程序设计整体流程图 初始化 N 键被按下 表 4 5 稳压电源的测试结果 输入级 原 滤波稳压输出输出级 12V 直流稳压电源 220V11 99 V4 99V 第五章第五章 系统程序的设计系统程序的设计 5 15 1 主程序主程序 首先 进行整个程序的初始化 开机时先显示一下 088 0 然后进入查键和 显示函数的循环 当有按键按下时 程序判断是哪个键被按下 然后执行相应的按 键功能 并调用数码显示 显示所设置的发射频率 当没有键按下时 返回键盘扫 描 再判断是否有键被按下 本次程序设计的整体流程图 如图 5 1 所示 天津工程师范学院天津工程师范学院 20102010 届本科生毕业设计届本科生毕业设计 天津工程师范学院 2010 届本科生毕业设计 5 2 延时子程序延时子程序 延时函数在本系统中主要用于 1ms 的显示延时和 10ms 的按键消抖 5 3 查键子程序 系统采用独立式键盘 键盘部分应实现如下功能 首先 对键盘进行扫描 判 断是否有键被按下 如果没有 则转回键盘扫描 看下次是否有键被按下 如果有 键被按下 则检测此按键被按下了几次 接着对键进行去抖动 然后算出是哪个键 被按下 再延时等待键释放 因为每一个键都对应一个处理子程序 得到闭合键的 键码后 就可以根据键码 转相应的键处理子程序 进行字符 数据的输入或命令 的处理 这样就可以实现该键所设定的功能 根据上述说明 画出本次程序设计的键处理流程图 如图 5 6 所示 开始 键扫描 延时去抖 是否按下 N Y 计算键值 返回 天津工程师范学院 2010 届本科生毕业设计 第六章第六章 系统调试及性能分析系统调试及性能分析 6 1 硬件调试硬件调试 硬件调试时先检查电路板的焊接情况 在检查无误后可以通电检查 实际制作 中可结合示波器对电路各个主要点的波形情况进行综合硬件测试分析 6 26 2 软件调试软件调试 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设计 技术 则逐个模块设计好之后 再进行系统程序总调试 调试子程序时可采用单步 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 检查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 在调试过程中逐部调整用户系统的软件和硬件 各程序模块设计好后 可把相关的功能模块联合起来一起进行整体综合调试 在这个阶段若发生错误 可以考虑子程序在运行时是否在破坏现场 缓冲区数据是 否发生变化 最展区的深度是否不够 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 除观察稳定性之外 还要考虑运行条件是否与实际相符等等 6 3 性能分析性能分析 用液晶显示器显示的洗衣机控制面板显示明了简单 方便用户观察洗衣机的工 作状态 用AT89S52单片机作为主控制器价格低廉 工作可靠性高 设计调试简单 天津工程师范学院 2010 届本科生毕业设计 结结 论论 在这为期两个多月的日子里 通过对毕业设计论文方案的提出 产品的制作与调试 程序 的设计与编程 使我对五年来所学的知识有了一个清晰明确的总体概括 具体到现在 通过本 次毕业设计课题设计 我了解到洗衣机控制器的主要设计思路 巩固了自己所学电气控制方面 的大量科学知识 也增加了诸如AutoCAD绘图软件 Office办公软件 PROTEL等一系列设计毕业 课题论文所需要的必须的辅助技能的熟练程度 另外还有专门值得一提的是对新生事物的熟悉 和迅速掌握其特性规律 结构原理及其相