课程设计（论文）-洗衣机控制电路设计.doc

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1、 西华大学课程设计说明书西华大学课程设计说明书 1 洗衣机控制电路设计洗衣机控制电路设计 摘摘 要要：本文提出了一个洗衣机控制电路的设计方案，该装置通过 AT89C51 单片机控 制电机动力模块，数码管显示模块，按键控制模块等单元电路来实现洗衣机的自动控制。 经过软件控制，控制电机转动方向，并通过 LED 显示出洗衣机工作状态以及相应工作状态 下地时间，控制设定工作状态和紧急情况制动。 关关键词键词： ：数码管，AT89C51，时钟电路， Abstract: This is a circuit design scheme of a washing machine,the device thro

2、ugh the AT89C51 control motor driving module, the LED display module, button control module unit circuit to realize the automatic control of the washing machine. After software control, control motor rotation direction, and displayed by LED out of the washing machine working state and the correspond

3、ing working state and time, control configuration working status and emergency brake. Keywords: LED，AT89C51，clock circuit， 西华大学课程设计说明书西华大学课程设计说明书 2 目录目录 1 前言前言.3 2 2 整体方案设计整体方案设计4 2.12.1 方案论证方案论证.4 2.22.2 方案比较方案比较.5 3 3 单元模块设计单元模块设计.5 3.1CPU3.1CPU 控制电路控制电路.5 3.1.1AT89C513.1.1AT89C51 介绍介绍.5 3.1.2 晶振电

4、路晶振电路7 3.2 LED 显示电路显示电路.8 3.2.1 数码管数码管 02821A 介绍介绍9 3.3 键盘输入电路键盘输入电路9 3.4 电机控制电路电机控制电路10 3.4.1 74LS00 介绍介绍11 3.4.2 三极管三极管 9013 介绍介绍13 3.5 报警电路报警电路13 3.5.1 三极管三极管 9012 介绍介绍14 4 软件设计软件设计.15 5 系统技术指标及精度和误差分析系统技术指标及精度和误差分析.26 6 6 设计结论设计结论.27 7 7 设计小结设计小结28 8 参考文献参考文献29 附录附录 1 原理图原理图.30 西华大学课程设计说明书西华大学课程

5、设计说明书 3 1 前言前言 洗衣机是现代家庭必不可少的家电之一，它为人们的生活提供了很多得便 捷。从第一台洗衣机发明到现在，洗衣机经过了几次重大的革命。其中 70 年代 电子技术的引入使洗衣机自动化智能化便是最近的革命。洗衣机自动化使洗衣 机使用更人性化，更便捷。 洗衣机引入微机控制，使其更节省使用者洗衣时的时间，在洗涤衣物的时 候，调好洗衣机的洗涤状态便可以让洗衣机自主洗涤，不用人力看管。微机的 引入， 让人机界面更加直观，使用更加方便。 本文拟设计一个洗衣机的控制电路，包括各个模块硬件电路的设计和软件 设计。 西华大学课程设计说明书西华大学课程设计说明书 4 2 2 整体方案设计整体方案

6、设计 本设计的整体思路是：以单片机 AT89C51 为核心，以 74LS190，74LS48 等 外围器件构成洗涤时间控制输入，洗涤状态显示，电机控制电路，报警电路。 达到洗衣机的自动控制。洗涤时，电机正转 60 秒，停 5 秒，再反转 60 秒，停 5 秒为一个洗涤周期。通过洗涤时间电路控制输入洗涤周期数。LED 显示洗涤状 态。报警电路提示人们洗涤完成或者洗涤出现故障。 2.12.1 方案论证方案论证 设计时，我考虑了两种方案，具体如下： 方案一，全模拟电路实现方案 全部采用模拟电路的方法搭建一个控制电路，实现洗衣机的自动控制。 方 案二，微机自动控制式 以 AT89C51 为核心，构建一

7、个洗衣机自动控制电路。由按键输入系统输入 洗涤时间交给 CPU，经过 CPU 发出指令给电机控制电路，进行洗涤的自动控制， 并且通过 LED 显示出洗衣机工作状态，方便用户查看洗涤情况。洗涤完成，报 警电路发出报警，提示用户洗涤完成。 （如图 1） CPU AT89C51 按键输入 电路 电机控制 电路 LED 显示电路 报警 电路 图 1 2.22.2 方案比较方案比较 方案一的优点是成本低廉。但是模拟电路设计复杂，调试难度大，使用调 节 不够方便和直观。方案二的优点是，人机界面更人性化，电路设计简单，调试 西华大学课程设计说明书西华大学课程设计说明书 5 较容易，使用环境要求低，使用更方便

8、，更加节约电能。因此我选择了第二种 方案。 3 3 单元模块设计单元模块设计 本设计单元模块包括：CPU 控制模块，按键输入模块，LED 显示模块，电机 控制模块和报警模块。 3.1CPU3.1CPU 控制电路控制电路 以 AT89C51 作为 CPU，加上基本外围电路：复位电路，晶振电路，电源电 路，构成 CPU 控制电路。 3.1.1AT89C513.1.1AT89C51 介绍介绍 AT89C51 是一种带 4K 字节闪烁可编程可 擦除只读存储器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能 CMOS8 位微

9、处 理器，俗称单片机。AT89C2051 是一种带 2K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器的 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 AT89C51 是一种高效微控制器，AT89C2051 是它的一种精简版本。AT89C 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。 2管脚说明： VCC：供电电压。 GND：接地。 P0 口：P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口

10、，每脚可吸收 8TTL 门电流。当 P1 口的管脚第一次写 1 时，被定义为高阻输入。P0 能够用于外部程 序数据存 储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在 FIASH 编程时，P0 口作为原码 输入口，当 FIASH 进行校验时，P0 输出原码，此时 P0 外部必须被拉高。 西华大学课程设计说明书西华大学课程设计说明书 6 P1 口：P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P1 口缓冲器能接 收输出 4TTL 门电流。P1 口管脚写入 1 后，被内部上拉为高，可用作 输入，P1 口 被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在 FLASH 编 程和校验时

11、，P1 口作为第八位地址接收。 P2 口：P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 口缓冲器可接收， 输出 4 个 TTL 门电流，当 P2 口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻 拉高，且 作为输入。并因此作为输入时，P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由 于内部上拉的缘故。P2 口当用于外部程序存储器或 16 位地址外部数据存 储器 进行存取时，P2 口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉 优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2 口输出其特殊功能寄存器 的内容。P2 口在 FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3 口：P3

12、 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 I/O 口，可接收输出 4 个 TTL 门电流。当 P3 口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。 作为输入，由于外部下拉为低电平，P3 口将输出电流（ILL）这是由于上拉的 缘故。 P3 口也可作为 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表所示： 口管脚 备选功能 P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD（串行输出口） P3.2 /INT0（外部中断 0） P3.3 /INT1（外部中断 1） P3.4 T0（记时器 0 外部输入） P3.5 T1（记时器 1 外部输入） P3.6 /WR（外部数据存储器写选通） P3.7 /RD（

13、外部数据存储器读选通） P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持 RST 脚两个机器周期的高电平 时间。 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地 位字节。在 FLASH 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE 端以不 西华大学课程设计说明书西华大学课程设计说明书 7 变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的 1/6。因此它可用作对 外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器 时，将跳过一个 ALE 脉冲。如想禁止 ALE 的输出可在 SFR8EH 地址上置

14、0。此时， ALE 只有在执行 MOVX，MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，该引脚被略微拉高。 如果 微处理器在外部执行状态 ALE 禁止，置位无效。 /PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机 器周期两次/PSEN 有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN 信 号将不出现。 /EA/VPP：当/EA 保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH） ， 不管是否有内部程序存储器。注意加密方式 1 时， /EA 将内部锁定为 RESET； 当/EA 端保持高电平时，此间内部程序存储器。在 FLASH 编程期间，此引脚也 用于施

15、加 12V 编程电源（VPP） 。 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。 3.1.2 晶振电路晶振电路 XTAL1 和 XTAL2 分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配 置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器 件， XTAL2 应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外 部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。 电路连接(如图 2) 西华大学课程设计说明书西华大学课程设计说明书 8 图 2 3.2 LED 显示电路显示电路 通过单片机的 P0 口的 0

16、至 7 控制数码管的 ah 管脚，P20 和 P21 为数码 管的片选信号。 （如图 3） 图 3 西华大学课程设计说明书西华大学课程设计说明书 9 3.2.1 数码管数码管 02821A 介绍介绍 02821A 是一种两位数共阴极码管，表面颜色为黑色胶体颜色为乳白色。 （如图 4） 图 4 引脚排布(如图 5) 图 5 参数（Ta=25） 3.3 键盘输入电路键盘输入电路 西华大学课程设计说明书西华大学课程设计说明书 10 用三个按键控制洗衣机循环次数，S1 表示次数加，S2 表示次数减，S3 表 示确定。其中 S1 接单片机 P1.0 口，S2 接单片机 P1.1 口，S3 接单片机 P1

17、.2 口。 （如图 6） 图 6 3.4 电机控制电路电机控制电路 用三个发光二极管(LED)表示三个工作状态，其中红色表示正转，黄色表 示待机，绿色表示反转。用单片机的 P2.2 控制正转通路，P2.3 控制反转通路， 如果电机正转，P2.2 输出高电平使 T1 和 LED1 导通，如果反转，P2.3 输出一 个高 电平使 T2 和 LED3 导通。如果待机，P2.2 和 P2.3 都输出低电平。经过与非门 IC2 后，使 LED2 导通，显示待机状态。电路图（如图 7） 西华大学课程设计说明书西华大学课程设计说明书 11 图 7 3.4.1 74LS00 介绍介绍 00 系列为四组 2 输

18、入端与非门（正逻辑） ，共有 54/7400、54/74H00、54/74S00、54/74LS00 四种线路结构形式，其主要电特性 的典型值如下： 型号Tplh(ns)tPHL(ns)Pd(mW) 5400/740011740 54H00/74H005.96.290 54S00/74S003375 54LS00/74LS009109 引出端符号 1A4A，1B4B 输入端 1Y4Y 输出端 封装图（如图 8） 西华大学课程设计说明书西华大学课程设计说明书 12 双列直插封装 图 8 极限值 电源电压.7V 输入电压 54/7400、54/74H00、54/74S00.5.5V 54/74LS

19、007V AB 间电压 除 54/74LS00 外5.5V 工作环境温度 54XXX . -55125 74XXX . 070 存储温度 .-65150 逻辑表（如图 9） 图 9 西华大学课程设计说明书西华大学课程设计说明书 13 3.4.2 三极管三极管 9013 介绍介绍 9013 简述 9013 - NPN 外延型晶体管(三极管) 9013 是一种最常用的普通三极管。它是一种低电压,大电流,小信号的 NPN 型硅 三极管 特性 集电极电流 Ic：Max 500mA 集电极-基极电压 Vcbo：40V 工作温度：-55 to +150 功率(W):0.625 西华大学课程设计说明书西华大

20、学课程设计说明书 14 fT(MHZ):-. 150MHZ hFE :64 202 和 9012（PNP）相对 主要用途：a，开关应用 b, 射频放大 c, 低噪声放大管 三极管引脚图 e b c (如图 10) 1 脚 e 发射极 2 脚 b 基极 3 脚 c 集电极 图 10 3.5 报警电路报警电路 用单片机的 P2.8 口控制报警电路，将 P2.8 接到三极管 9012 的基极控制三极 管的导通来控制报警。 （如图 11） 图 11 3.5.1 三极管三极管 9012 介绍介绍 9012 是非常常见的晶体三极管，在收音机以及各种放大电路中经常看到它， 应用范围很广,它是 pnp 型小功

21、率三极管。 西华大学课程设计说明书西华大学课程设计说明书 15 管脚图（图 12） 1、发射极 2、基极 3、集电极 9012 三极管参数 集电极-发射极电压 -30 图 12 集电极-基电压 -40V 射极-基极电压 -5V 集电极电流 0.5A 耗散功率 0.625W 结温 150 特怔频率 最小 150MHZ 放大倍数：D64-91 E78-112 F96-135 G122-166 H144-220 I190-300 西华大学课程设计说明书西华大学课程设计说明书 16 4 软件设计软件设计 1、主程序设计：按键输出的数据送入单片机内部后，单片机就采集数据，将 数据采集到内部存储器的存储单

22、元存储，将输入的 BCD 码转换为七段码显示。 再调用查表子程序送入到 LED 上显示。并且控制电机的运行。当运行完以后就 控制报警 2、洗衣机运行状态子程序设计：洗衣机待机 5S正转 60S待机 5S反转 60S，并且在 LED 上显示每个状态时间。 程序开始 CPU 执行中 断 查询确认键 是否按下 程序初始化 N Y 电机转动循 环及 LED 显 示子程序 报警控制 结束 程序整体设计框图 图 13 程序代码； #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int sbit key1=P10； sbit key2=P

23、11; sbit key3=P12; sbit duan1=P20; 西华大学课程设计说明书西华大学课程设计说明书 17 sbit duan2=P21; sbit bj=P27; uchar i，a; uint b,c,d,e; uchar code table= 0x3f,0x06,0x5b,0x4f, 0x66,0x6d,0x7d,0x07, 0x7f,0x6f,0x77,0x7c, 0x39,0x5e,0x79,0x71, 0x76,0x79,0x38,0x3f,0; void delay(unsigned int); void init(); void main() init()； w

24、hlie（1） keyscan(); display(i); if(a=1) for(f=i,f=0,f-) while(b0;x-) for(y=110;y0;y-); /* 功 能：按键检测 keyscan() * * */ void keyscan() if(key1=0) delay(10) if(key1=0) i+； if(i=16) i=0; whlie(!key1); if(key3=0) delay(10) if(key3=0) if(i=0) i=16; i-； 西华大学课程设计说明书西华大学课程设计说明书 21 whlie(!key3); if(key2=0) delay

25、(10) if(key2=0) a=1; while（!key2）; uchar keyscan() if(key1=0) delay(10) if(key1=0) i+； if(i=16) i=0; whlie(!key1); if(key3=0) delay(10) if(key3=0) 西华大学课程设计说明书西华大学课程设计说明书 22 if(i=0) i=16; i-； whlie(!key3); return(i); unchar keyscan() if(key2=0) delay(10) if(key2=0) a=1; while（!key2）; return(a); void

26、init() /初始化函数 TMOD=0x01; TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256; EA=1; ET0=1; 西华大学课程设计说明书西华大学课程设计说明书 23 /* 功 能：按键显示 * * */ void display(uchar i) uchar shi,ge; shi=i/10; ge=i%10; duan2=1; P0=tableshi; duan2=0; duan1=1; P0=tablege; duan1=0; void display(uchar c) uchar shi,ge; shi=c/10; ge=c%10;

27、duan2=1; 西华大学课程设计说明书西华大学课程设计说明书 24 P0=tableshi; duan2=0; duan1=1; P0=tablege; duan1=0; void display(uchar e) uchar shi,ge; shi=e/10; ge=e%10; duan2=1; P0=tableshi; duan2=0; duan1=1; P0=tablege; duan1=0; void display(uchar g) uchar shi,ge; shi=g/10; 西华大学课程设计说明书西华大学课程设计说明书 25 ge=g%10; duan2=1; P0=tabl

28、eshi; duan2=0; duan1=1; P0=tablege; duan1=0; 西华大学课程设计说明书西华大学课程设计说明书 26 5 系统技术指标及精度和误差分析系统技术指标及精度和误差分析 本设计中，时间是用单片机的内部时钟，定时精准度不是非常高，但是对 洗衣机来说是足够了。在洗衣机运行完成后，数码管只有两位，最多显示待机 时间为 99 秒，这是一个设计缺陷。洗衣机洗衣循环次数的输入使用的是独立按 键，没有键盘方便快捷。对洗衣机出现紧急情况处理存在缺陷。 本设计基本能满足设计功能要求。 西华大学课程设计说明书西华大学课程设计说明书 27 6 6 设计设计结论结论 本文实现了洗衣机

29、自动控制的设计，达到了今本设计要求。本设计可以实 现循环次数的输入（最大 15 次），洗衣机待机 5s正转 60s待机 5s反转 60s 以及各个状态显示时间的功能，并且在洗衣完成后发出报警。 在本次设计中，我再次熟悉了单片机，电路设计，c 语言，protel 等知识。 在电路设计时，自己刚开始考虑不周全，是设计非常复杂，经过向同学请教以 及大量翻阅书籍，我设计出了本文中较为简单的电路图。在编程方面更是遇到 了很多麻烦。自己也在解决困难得过程中学到了很多知识。 西华大学课程设计说明书西华大学课程设计说明书 28 7 7 设计小结设计小结 随着更加好的微处理器，（如 PLC,FPGA）等新的处理

30、速度更快，处理能 力更强的出现。洗衣机朝功能越来越多，能耗越来越低的方向发展，全自动洗 衣机都已经大量走入广大老百姓的家中。随着电子技术的飞速发展，洗衣机也 讲走向不一样的明天。 西华大学课程设计说明书西华大学课程设计说明书 29 8 参考文献参考文献 1 潘琢金,孙德龙,夏秀峰. C8051F 单片机应用解析M. 北京：北京航空航天大 学出版社，2002 2 潘琢金，施国君. C8051Fxxx 高速 SOC 单片机原理及应用M. 北京：北京 航空航天大学出版社，2002 3 张凤言. 电子电路基础M. 北京：高等教育出版社，1986 4 朱达斌.模拟集成电路的特性及应用M. 北京：航空工业出版社，1994 5 谢沅清. 信号处理电路M. 北京：电子工业出版社，1984 6 康华光. 电子技术基础(数字部分 第四版). 北京. 高等教育出社.2006.1 7 谢自美.电子线路设计 实验测 试（第三版）.武汉.华中科技大学出版社 2006.8 西华大学课程设计说明书西华大学课程设计说明书 30 附录附录 1 原理图原理图