單片機課程設(shè)計 基于單片機的洗衣機控制系統(tǒng)

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1、 東 北 石 油 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計 課 程 單片機課程設(shè)計 題 目 基于單片機的洗衣機控制系統(tǒng) 院 系 電氣信息工程學(xué)院測控技術(shù)與儀器系 專業(yè)班級 學(xué)生姓名 學(xué)生學(xué)號 指導(dǎo)教師

2、 2013年 7 月 8日 東北石油大學(xué)課程設(shè)計任務(wù)書 課程 單片機課程設(shè)計 題目 基于單片機的洗衣機控制系統(tǒng) 專業(yè) 姓名 學(xué)號 一、任務(wù) 以AT89C51單片機為控制核心，利用獨立

3、鍵盤、LED顯示電路、直流電機等部分模擬一套完整的洗衣機模型控制系統(tǒng)。 二、設(shè)計要求 [1] 利用獨立鍵盤模擬洗衣機操作按鈕，K1為設(shè)置洗衣操作時間，K2為電機啟動按鈕，當(dāng)K2按下后，電機正轉(zhuǎn)30秒后，反轉(zhuǎn)30秒后，反復(fù)執(zhí)行此操作到洗衣操作時間結(jié)束。 [2] 利用LED顯示單元，顯示時間信息。 [3] 基本電路包括：單片機最小系統(tǒng)、電機驅(qū)動電路、LED顯示電路等。 [4] 提交設(shè)計報告、電路圖及程序源碼。 三、參考資料 [1] 張毅剛.單片機原理及應(yīng)用[M]. 北京：高等教育出版社.2003:160-190. [2] 李光飛.單片機C程序設(shè)計實例指導(dǎo)[M].北京:北京航天航空大

4、學(xué)出版社.2005.9. [3]王曉娟.單片機原理及應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計.[M].北京:機械工業(yè)出版社.2012.8 [4] 韓全立，趙德申.微機控制技術(shù)及應(yīng)用[M]北京:機械工業(yè)出版社.2003.6 [5]. 周潤景.基于Proteus的電路與單片機仿真系統(tǒng)設(shè)計與仿真[M]. 北京:北京航空航天大學(xué)出版社. 2005..7 [6] 萬光毅.單片機實驗與實踐教程[M]. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社.2005.1. 完成期限 2013.7.1 - 2013.7.10 指導(dǎo)教師 專業(yè)負責(zé)人

5、 2013年 6月 29 單片機課程設(shè)計 目 錄 第1章 緒論 1 1.1什么是單片機 1 1.2單片機的結(jié)構(gòu) 1 1.3 AT89C51單片機的引腳功能 1 1.4 本設(shè)計任務(wù) 5 第2 章 總體方案論證與設(shè)計 6 2.1 總體硬件組成框圖 6 第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 8 3.1 顯示電路與按鍵控制設(shè)計 8 3.2 電動機的控制電路 8 3.3 硬件總體電路設(shè)計 8 第4章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 10 4.1 主程序設(shè)計 10 4.2 顯示程序設(shè)計 11 4.3 電機程序設(shè)計 11 結(jié) 論 12 參考

6、文獻 13 附錄1 仿真效果圖 14 附錄2 程序 15 第1章 緒論 1.1什么是單片機 單片機即單片微型計算機。（Single-Chip Microcomputer ），是 集CPU 、RAM 、ROM 、定時器、計數(shù)器和多種接口于一體的微控制器。這樣所組成的芯片級芯片級微型計算機稱為單片微型計算機（Single-Chip Microcomputer ），簡稱位單片微機或單片機。他體積小，成本低，功能強，廣泛應(yīng)用于智能產(chǎn)品和工業(yè)自動化上。由于單片機的硬件結(jié)構(gòu)與指令系統(tǒng)都是按工業(yè)控制要求設(shè)計的，常用于工業(yè)的檢測、控制裝置中，因而也稱為微控制器或嵌入式控制器。單片機按用途可分為

7、通用型和專用型兩大類，按內(nèi)部數(shù)據(jù)通道的寬度又可分為４位、８位、１６位及３２位。而51 單片機是各單片機中最有代表性的一種[1]。 1.2單片機的結(jié)構(gòu) AT89C51 芯片內(nèi)部集成了 CPU、RAM、ROM、定時/計數(shù)器和I/O口等各功能部件，并由內(nèi)部總線把這些部件連接在一起。 AT89C51 單片機內(nèi)部包含以下一些功能部件： (1) 一個8位CPU； (2) 一個片內(nèi)振蕩器和時鐘電路； (3) 4KB 的ROM (4) 128x8字節(jié)內(nèi)部RAM； (5) 可尋址64KB的外ROM和外RAM控制電路； (6) 兩個16位定時/計數(shù)器； (7) 21個特殊功能寄存

8、器； (8) 4個8位并行I/O口，共32條可編程I/O端線； (9) 一個可編程全雙工串行口； (10) 5個中斷源； 1.3 AT89C51單片機的引腳功能 AT89C51單片機一般采用雙列直插DIP封裝，共40個引腳，圖1-2為單片 機引腳排列圖。40個引腳大致可分為4類：電源、時鐘、控制和I/O引腳。 圖1-2 單片機引腳排列圖 1.3.1電源 (1)VCC（40腳）——芯片電源，接+５Ｖ； (2)VSS（GND20腳）——接地端。 1.3.2時鐘 XTAL1（19腳）、XTAL2（18腳）——晶體振蕩電路反

9、相輸入端和輸出端。使用內(nèi)部振蕩電路時外接石英晶體如圖1-3[2]。 圖1-3晶體振蕩電路 1.3.3控制信號引腳線 控制線共有4根，其中3根是復(fù)用線。所謂復(fù)用線是指具有兩種功能，正常使用時是一種功能，在某種條件下是另一種功能。 （1）ALE/PROG（30腳）地址鎖存允許/片內(nèi)EPROM編程脈沖。 ①ALE功能：用來鎖存P0口送出的低8位地址。 AT89C51在并行擴展外存儲器（包括并行擴展I/O口）時，P0口用于分時傳送低8位地址和數(shù)據(jù)信號，且均為二進制數(shù)。那么如何區(qū)分是低8位地址還是8位數(shù)據(jù)信號呢？當(dāng)ALE為高電平時，P0

10、口傳送的是低8位地址信號；ALE為低電平時，P0口傳送的是8位數(shù)據(jù)信號。在ALE信號的下降沿，鎖定P0口傳送的內(nèi)容，即低8位地址信號[3]。 ②PROG功能：片內(nèi)有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，此引腳輸入編程脈沖。 PSEN（29腳）——外ROM讀選通信號。 80C51讀外ROM時，沒個機器周期內(nèi)PSEN兩次有效輸出。PSEN可作為外ROM芯片輸出允許OE的選通信號。在讀內(nèi)ROM或讀外RAM時，PSEN無效。PSEN可驅(qū)動8個LSTTL門電路。 (3) RST/Vpd（9腳）——復(fù)位/備用電源。 ①正常工作時，RST（Reset）端為復(fù)位信號輸入端，只要在該引腳上連續(xù)保持

11、兩個機器周期以上高電平，80C51芯片即實現(xiàn)復(fù)位操作，復(fù)位后一切從頭開始，CPU從0000H開始執(zhí)行指令。8051的復(fù)位方式可以是自動復(fù)位，也可以是手動復(fù)位，見下圖1—4上電自動復(fù)位電路 和圖1—5手動復(fù)位電路。 圖1-4上電自動復(fù)位電路 圖1-5 手動復(fù)位電路 ②Vpd功能：在Vcc掉電情況下，該引腳可接上備用電源，由Vpd向片內(nèi)供電，以保持片內(nèi)RAM中的數(shù)據(jù)不丟失[4]。 (4) EA/VPP（31腳） ——內(nèi)外ROM選擇/片內(nèi)EPROM編程電源。 ①EA功能：正常工作時，EA為內(nèi)外ROM選擇端。AT89C51單片機ROM尋址范圍為6

12、4KB，其中4KB在片內(nèi)，60KB在片外。當(dāng)EA保持高電平時，先訪問內(nèi)部ROM，但當(dāng)PC（程序計數(shù)器）值超過4KB（0FFFH）時，將自動轉(zhuǎn)向執(zhí)行外ROM中的程序。當(dāng)EA保持低電平時，則CPU只訪問外ROM，當(dāng)EA為高電平時，則CPU要先對內(nèi)部ROM訪問,然后自動延至外部超過4KB的ROM。 ②Vpp功能：片內(nèi)有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，此引腳用于施加編程電源Vpp。 1.3.4輸入/輸出引腳（I/O口線） (1)P0口（32—39腳）——8位雙向I/O口。在不并行擴展外存儲器(包括并行擴展I/O口)時, P0口可用作雙向I/O口。在并行擴展外存儲器(包括并行擴展I/O口)

13、時, P0口可用于分時傳送低8位地址(地址總線)和8位數(shù)據(jù)信號(數(shù)據(jù)總線)。P0口能驅(qū)動8個LSTTL門。 （2）P1口（1——8腳）——8位準(zhǔn)雙向I/O口(“準(zhǔn)雙向”是指該口內(nèi)部有固定的上拉電阻)。 P1口能驅(qū)動為4個LSTTL門。 (3) P2口（21——28腳）——8位準(zhǔn)雙向I/O口。在不并行擴展外存儲器(包括并行擴展I/O口)時, P2口可用作雙向I/O口。在并行擴展外存儲器(包括并行擴展I/O口)時, P2口可用于傳送高8位地址(屬地址總線) 。P2口能驅(qū)動4個LSTTL門。引腳上拉電阻同P1口。在結(jié)構(gòu)上，P2口比P1口多一個輸出控制部分[5]。 (4) P3口（10——17腳）

14、——8位準(zhǔn)雙向I/O口?？勺饕话鉏/O口用,同時P3口每一引腳還具有第二功能,用于特殊信號輸入輸出和控制信號(屬控制總線)。P3口驅(qū)動能力為4個LSTTL門。 P3口第二功能如下: P3.0——RXD:串行口輸入端; P3.1——TXD:串行口輸出端; P3.2——INT0:外部中斷0請求輸入端; P3.3——INT1:外部中斷1請求輸入端 P3.4——T0:定時/計數(shù)器0外部信號輸入端; P3.5——T1:定時/計數(shù)器1外部信號輸入端; P3.6——WR:外RAM寫選通信號輸出端; P3.7——RD:外RAM讀選通信號輸出端

15、。 上述4個I/O口,各有各的用途。 在不并行擴展外存儲器(包括并行擴展I/O口)時, 4個I/O口都可作為雙向I/O口用。在并行擴展外存儲器(包括并行擴展I/O口)時, P0口專用于分時傳送低8位地址信號和8位數(shù)據(jù)信號,P2口專用于傳送高8位地址信號。P3口根據(jù)需要常用于第二功能,真正可提供給用戶使用的I/O口是P1口和一部分未用作第二功能的P3口端。 1.4 本設(shè)計任務(wù) 單片機又稱微控制器，或稱嵌入式控制器。而現(xiàn)在的智能家電無一例外是采用微控制器來實現(xiàn)的，所以家用電器是單片機應(yīng)用最多的領(lǐng)域之一。它是家用電器實現(xiàn)智能化的心臟和大腦。 由于家用電器體積小，故要求其控制

16、器體積更小以便能嵌入其結(jié)構(gòu)之中。而家用電器品種多，功能差異也大，所以又要求其控制器有靈活的控制功能。單片機以微小的體積和編程的靈活性而產(chǎn)生多種控制功能，完全可以滿足家用電器的需求。 單片機主要用于計算機外設(shè)、實時控制、儀器儀表、通信和家用電器等各個領(lǐng)域，是計算機技術(shù)和電子技術(shù)的綜合性應(yīng)用，在不同應(yīng)用場合其技術(shù)要求各不相同，因此設(shè)計方法和研制的步驟不完全一樣。單片機應(yīng)用系統(tǒng)由硬件和軟件組成。硬件是指MCU、存儲器、I/O接口和外設(shè)等物理器件的有機組合。軟件是指系統(tǒng)監(jiān)控程序的總稱。在開發(fā)的過程中，它們的設(shè)計不能完全分開，二者需要互相配合、不斷調(diào)整才能組成高性能的應(yīng)用系統(tǒng)。單片機應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)包括

17、系統(tǒng)總體設(shè)計、硬件設(shè)計、軟件設(shè)計、系統(tǒng)調(diào)試等幾個階段，它們有時交叉進行。 第2 章 總體方案論證與設(shè)計 本系統(tǒng)采用單片機AT89C51為洗衣機的控制核心，系統(tǒng)主要包括狀態(tài)顯示模塊、電機驅(qū)動模等。 洗滌時間需要顯示出來，我們需要選擇顯示狀態(tài)的器件。有LED數(shù)碼管和LCD液晶顯示可供我們選擇。 LCD是液晶顯示器英文名稱的縮寫，液晶顯示器是一種被動式的顯示器，即液晶本身并不發(fā)光，而是利用液晶經(jīng)過處理后能改變光線通過方向的特征，達到白底黑字或黑底白字顯示的目的。 LCD有明顯的優(yōu)點：工作電流小其功耗很低；尺寸

18、?。蛔舟E清晰、美觀、使人舒服；壽命長，使用方便且能夠顯示四行漢字，更加人性化的特點。液晶動態(tài)顯示功能強大，可以實現(xiàn)多種信息的顯示，提供了一個友好的用戶界面，使系統(tǒng)更加直觀，人性化。但是LCD液晶顯示器價格貴，且占I/O端口比較多 LED數(shù)碼管實際上是由七個發(fā)光管組成8字形構(gòu)成的，加上小數(shù)點就是8個。這些段分別由字母a,b,c,d,e,f,g,dp來表示。當(dāng)數(shù)碼管特定的段加上電壓后，這些特定的段就會發(fā)亮，以形成我們眼睛看到的字樣了。 LED 數(shù)碼管的主要特點如下：(1) 編程容易，硬件電路調(diào)試簡單。(2)能在低電壓、小電流條件下驅(qū)動發(fā)光，能與 CMOS、ITL 電路兼容。 (3)發(fā)光響應(yīng)時間

19、極短(<0．1μs)，高頻特性好，單色性好，亮度高。 (4)體積小，重量輕，抗沖擊性能好。 (5)壽命長，使用壽命在 10 萬小時以上，甚至可達 100 萬小時。成本低。因此它 被廣泛用作數(shù)字儀器儀表、數(shù)控裝置、計算機的數(shù)顯器件[6]。 本次設(shè)計只是顯示時間，所以采用LED就可以達到目的了。 直流電機作為驅(qū)動部分，需要來回正反轉(zhuǎn)動，我們可以利用輸出高低電平控制三極管的導(dǎo)通來控制直流電機的正負極性，即簡單又方便，還可減少器件損耗。 2.1 總體硬件組成框圖 AT89C51 電機控制電路 蜂鳴器報警電路 復(fù)位電路 顯示電路 時鐘電路

20、 圖2-1控制系統(tǒng)的電路組成 第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 3.1 顯示電路與按鍵控制設(shè)計 LED顯示器有靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示2種方式。 LED顯示器工作于靜態(tài)顯示方式時，各位的共陰極（共陽極）連接在一起并接地（或+5V）；每位的段碼線（a-dp）分別與一個8位的鎖存器輸出相連。之所以稱之為靜態(tài)顯示，是因為各個LED的顯示字符一經(jīng)確定，相應(yīng)鎖存器鎖存的段碼輸出將維持不變，直到送入另一個的段碼為止。正因為如此，靜態(tài)顯示器的亮度都較高，但靜態(tài)現(xiàn)實的缺點是占用口線太多，如果顯示器的位數(shù)太多，則需要加鎖存器，因此一般情況下采用動態(tài)顯示[7]。

21、 在多位LED顯示時，為簡化硬件電路，通常將所有位的段碼線相應(yīng)段并聯(lián)在一起，由1個8位I/O口控制，形成段碼線的多路復(fù)用，而各位的共陰極或共陽極分別由相應(yīng)的I/O線控制，形成各位的分時選通 顯示部分主要是通過一個兩位數(shù)碼管顯示系統(tǒng)的工作時間信息。該數(shù)碼管共有10個管腳，其中A——G 7個管腳為數(shù)碼管的段選，1和2為數(shù)碼管的位選，DP為小數(shù)點顯示。其中數(shù)碼管的段選與單片機的P0.0——P0.6口相連接，數(shù)碼管的位選1和2分別與單片機的P2.0和P2.1相連接。 該系統(tǒng)通過兩個獨立按鍵來控制系統(tǒng)的啟動、停止和時間設(shè)置，兩個鍵k1，k2分別為：時間增加和啟動。兩個鍵分別與單片機的P1.0和P1.

22、2口相連接： 3.2 電動機的控制電路 電動機控制部分由一個直流電機，四個PNP三極管，四個電阻組成。電動機有四個控制端，D1,D2,D3,D4分別于P1.6，P1.7，P3.6，P3.7相連。當(dāng)洗衣機接到“正轉(zhuǎn)”指令時P1.6，P1.7輸出高電平,P3.6,P3.7輸出低電平，使得Q1，Q4，導(dǎo)通Q2,Q3斷開，從而使得電機正轉(zhuǎn)。 當(dāng)洗衣機接到“反轉(zhuǎn)”的指令時P1.6，P1.7輸出低電平,P3.6，P3.7輸出高電平，使得Q1，Q4斷開，Q2，Q3導(dǎo)通，從而使得電機反轉(zhuǎn)。 3.3 硬件總體電路設(shè)計 硬件電路主要有這幾部分組成： 1.單片機最小系統(tǒng)：（1）復(fù)位電路 （2）時鐘電路

23、（3）AT89C51； 2.按鍵控制部分 3.LED數(shù)碼顯示部分 5.報警部分 7.電動機部分 該電路主要組成部件是由AT89C51單片機、電動機、蜂鳴器、LED數(shù)碼管、及2只按鍵組成。其組成如圖3.1所示。電動機有4個控制端，兩端控制電動機正轉(zhuǎn)且與P1.6,P3.7相連，另兩端控制電動機的反轉(zhuǎn)且與P1.7，P3.6相連。顯示器為一個兩位數(shù)碼管，P0控制顯示器的段選，P2控制顯示器的位選。蜂鳴器有由P1.5控制，當(dāng)P1.5輸出為“0”時蜂鳴器發(fā)聲。本系統(tǒng)采用12M的晶體振蕩器定時器0設(shè)置為每隔50ms產(chǎn)生一次中斷[8]。

24、 圖3-1電路原理圖 第4章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 4.1 主程序設(shè)計 本系統(tǒng)中單片機89C51的主要功能就是實現(xiàn)LED數(shù)碼管上時間的顯示，電機的轉(zhuǎn)動，蜂鳴器報警等功能。其主程序流程如圖4-1所示[9]。 圖4-1 主程序流程圖 系統(tǒng)初始化 否 是 Key1=0 顯示時間 key2=0 賦初值 Time++++1+ Time=0 是 否 開機 電機轉(zhuǎn)動 結(jié)束 報警 4.2 顯示程序設(shè)計 開始 初始化 開始計時 顯示時間 結(jié)束 計時完成 顯示部分使用LED數(shù)碼管顯示，在定時器0的

25、作用下，顯示洗衣的剩余時間[10]。 否 是 圖4-2顯示程序流程圖 是 4.3 電機程序設(shè)計 電機由四個端口連接的三極管控制，由連接端口發(fā)出高低電平控制電機正反轉(zhuǎn)。 開始 電機正傳 電機停止 電機反轉(zhuǎn) 電機停止 剩余時間=0 結(jié)束 否 是 圖4-3電機程序流程圖 結(jié) 論 基于單片機的洗衣機控制系統(tǒng)的設(shè)計是基于單片機及其接口技術(shù)、計算機技術(shù)、微電子技術(shù)綜合應(yīng)用的設(shè)計。實現(xiàn)了對洗衣機整個洗衣過程的控制包括時間參數(shù)輸入、洗衣、脫水和結(jié)束報警四個階段。控制

26、系統(tǒng)主要由開關(guān)控制電路、電機電路，顯示電路，蜂鳴器電路，最小系統(tǒng)五大模塊構(gòu)成?？刂葡到y(tǒng)負責(zé)控制洗衣機的工作過程，主要由AT89C51單片機、7段兩位共陽LED數(shù)碼管、按鍵、蜂鳴器、電動機組成。實驗調(diào)試使用劃分模塊的方式，方便找出問題并改正。編程用到定時中斷，使數(shù)碼管顯示出剩余時間。 參考文獻 [1] 張毅剛.單片機原理及應(yīng)用[M]. 北京：高等教育出版社.2003:160-190. [2] 李光飛.單片機C程序設(shè)計實例指導(dǎo)[M].北京:北京航天航空大學(xué)出版社.2005.9. [3]王曉娟.單片機原理

27、及應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計.[M].北京:機械工業(yè)出版社.2012.8 [4] 韓全立，趙德申.微機控制技術(shù)及應(yīng)用[M]北京:機械工業(yè)出版社.2003.6 [5]. 周潤景.基于Proteus的電路與單片機仿真系統(tǒng)設(shè)計與仿真[M]. 北京:北京航空航天大學(xué)出版社. 2005..7 [6] 萬光毅.單片機實驗與實踐教程[M]. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社.2005.1. [7] 馬忠梅.單片機的C 語言應(yīng)用程序設(shè)計［M］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社.2006.5 [8] 彭偉.單片機c語言程序設(shè)計實訓(xùn)100例——基于8051+Proteus仿真[M].北京:電子工業(yè)出版社. 2009.5

28、[9] 林立.單片機原理及應(yīng)用——基于Proteus和Keil C[M].北京:電子工業(yè)出版社.2009.2 [10] 彭為. 單片機典型系統(tǒng)設(shè)計實例精講[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，2006..3 附錄1 仿真效果圖 附錄2 程序 15 #include #include #define uint unsigned int #define uchar unsigned char sbit d1=P3^6; sbit d2=P3

29、^7; sbit d3=P1^6; sbit d4=P1^7; sbit key1=P1^0; sbit key2=P1^2; sbit feng_m_qi=P1^5; uchar code table[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90}; uint a,sm1,sm2,i; int time; void delay(uint z) { uint x,y; for(x=z;x>0;x--) for(y=110;y>0;y--); } void display(uint sm1

30、,uint sm2) { P2=0x01; P0=table[sm1]; delay(2); P0=0xFF; P2=0x02; P0=table[sm2]; delay(2); P0=0xFF; } void keyscan() { if(key1==0) { delay(10); if(key1==0) { while(key1==0); time=time+1; } } if(key2==0) { delay(10); TR0=1; } } voi

31、d dingshi() interrupt 1 { TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256; a++; if(a==20) { a=0; time--; if(time<=0) { d1=1; d2=0; d3=0; d4=1; delay(600); d1=0; d2=0; d3=0; d4=0;

32、 feng_m_qi=0; delay(5000); feng_m_qi=1; } } } void xidi() { if(key2==0) { delay(10); for(i=0;i

33、 d4=0; delay(10); d1=0;d2=1;d3=1;d4=0; delay(30000); d1=0; d2=0; d3=0; d4=0; delay(10); } } } void main() { TMOD=0x01; TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256; EA=1; ET0=1; TR0=0; time=0; while(1) { keyscan(); sm1=time/10; sm2=time%10; if(time<0) { sm1=0; sm2=0; } display(sm1,sm2); xidi(); } } 16