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1、摘 要 随着数字技术的快速发展，数字技术被广泛应用于智能控制的领域中。单片机以体积小、功能全、价格低廉、开发方便的优势得到了许多电子系统设计者的青睐。它适合于实时控制，可构成工业控制器、智能仪表、智能接口、智能武器装置以及通用测控单元等。本文以AT89C51单片机为核心设计了全自动洗衣机控制系统，本系统实现了对洗衣机整个洗衣过程的控制，包括用户参数输入、洗涤、漂洗、脱水和结束报警等阶段。控制系统主要由电源电路、单片机控制系统和外部硬件电路三大模块组成。电源电路为单片机主控系统提供5v的直流电压；单片机主控系统负责控制洗衣机的正常工作由AT89C51单片机构成；外部硬件电路由液晶显示屏、单相异步
2、电机、进水出水阀门、负载水位传感器、蜂鸣器等组成。本系统运用keil软件对单片机进行编程，再编译成hex文件后，通过proteus仿真软件进行仿真，从而实现预期的效果。关键词 单片机 负载水位传感器 单相异步电机 AbstractWith the development of the digital technology, digital technology has been widely applied in the field of intelligent control. MCU with small volume, complete functions, low price, con
3、venient development advantage by many electronic system designers favor. It is suitable for real-time control, can form industrial controllers, intelligent instruments, intelligent interface, intelligent weapon device and universal measurement and control unit.Based on the AT89C51single-chip microco
4、mputer as the core design of the full automatic washing machine control system, this system realizes the washing machine the whole washing process control, including user parameter input, wash, rinse, dehydration and the end of alarm level. The control system is mainly composed of a power circuit, S
5、CM control system and the external hardware circuit is composed of three modules. Power supply circuit for single-chip microcomputer control system with 5V DC voltage; single-chip microcomputer control system controls the normal work of the washing machine based on AT89C51 MCU; external hardware cir
6、cuit is composed of liquid crystal display screen, single asynchronous motor, water inlet and outlet valve loadandwaterlevelSensor sensor, buzzer, etc. The system using keil software for single-chip programming, and then compiled into a hex file, through proteus simulation software, in order to achi
7、eve the desired effect.Key words Singlechipmicrocomputer Loadandwaterlevelsensor LCD Singleasynchronous motor 目 录摘 要IAbstractII第1章 绪论11.1 课题研发背景11.2 设计的目的和意义11.3 国内外洗衣机的发展概述1第2章 设计方案32.1 洗衣工作方式选择32.2 洗涤程序的选择32.3 水位的选择42.4 液晶显示42.5 洗衣机报警42.6 洗衣机的按键4第3章 硬件设计53.1 单片机的选型53.1.1 单片机的选型比较53.1.2 AT89C51芯片的特
8、点63.2 单片机时钟电路83.3 复位电路83.4 8255外扩I/O口电路93.4.1 74L373锁存器介绍93.4.2 8255芯片介绍93.5 负载和液位传感器检测电路113.5.1 ADC0809芯片介绍113.5.2 负载和液位传感器的选型113.5.3 负载和液位传感器电路113.6 电动机的驱动控制电路123.6.1 电机的工作方式123.6.2 电机整体控制电路143.7 进水/排水阀控制电路143.8 液晶显示电路153.9 按键电路163.10 报警电路173.11 洗衣机电源电路173.12 ISP下载电路18第4章 软件设计194.1 主程序设计194.2 洗涤模式
9、程序设计194.3 漂洗程序的设计204.4 脱水程序的设计204.5 中断程序的设计21第5章 仿真225.1 仿真软件的介绍225.2 仿真电路225.3 各个功能仿真23结 论29致 谢30参考文献31附录132附录244第1章 绪论1.1 课题研发背景随着人民生活水平的提高，越来越多的人需要使用洗衣机。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
10、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。1.2 设计的目的和意义目前中国洗衣机市场正进入更新换代期，市场潜力巨大，人们对于洗衣机的要求也越来越高，目前的洗衣机主要有强弱洗涤功能、进排水系统故障自动诊断功能、暂停等几大功能，在许多方面还不能达到人们的需求。这就要求设计者们有更高的专业和技术水平，能够提出更多好的建议和新的课题，将人们的需要变成现实，设计出更节能、功能更全面、更人性化的全自动洗衣机。目前的洗衣机都没有实现全方面的兼容，大多洗衣的厂家都注重各自品牌的洗衣机的特长，突出一两个与别的洗衣机不同的个性化的功
11、能，洗衣机的各项功能是由单片机控制实现的，单片机的体积小，控制功能灵活，因此，设计出基于单片机的洗衣机控制系统就具有很强的实用性。而本次设计的洗衣机控制器也是为了满足某些用户的不同需求。同时也将单片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。1.3 国内外洗衣机的发展概述从古到今，洗衣服都是一项难于逃避的家务劳动，而在洗衣机出现以前，对于许多人而言，它并不像田园诗描绘的那样充满乐趣，手搓、棒击、冲刷、甩打等等这些不断重复的简单的体力劳动，留给人的感受常常是：辛苦劳累。1858年，美国人史密斯制成了世界上第一台洗衣机。1874年，“手洗时代”受到了前所未有的挑战有人发明了木制手摇洗
12、衣机。发明者是美国人比尔布莱克斯。布莱克斯的洗衣机构造极为简单，是在木筒里装上6块叶片，用手柄和齿轮传动，使衣服在筒内翻转，从而达到“净衣”的目的。这套装置的问世，让那些为提高生活效率而冥思苦想的人士大受启发，洗衣机的改进过程开始大大加快。1880年，美国又出现了蒸气洗衣机，蒸气动力开始取代人力。之后，水力洗衣机、内燃机洗衣机也相继出现。到1911年，美国试制成功世界上第一台电动洗衣机。电动洗衣机的问世，标志着人类家务劳动自动化的开端。电动洗衣机几经完善，在1922年迎来一种崭新的洗衣方式“搅拌式”。搅拌式洗衣机由美国玛依塔格公司研制成功。这种洗衣机是在筒中心装上一个立轴，在立轴下端装有搅拌翼
13、，电动机带动立轴，进行周期性的正反摆动，使衣物和水流不断翻滚，相互摩擦，以此涤荡污垢。搅拌式洗衣机结构科学合理，受到人们的普遍欢迎。不过10年之后，美国本德克斯航空公司宣布，他们研制成功第一台前装式滚筒洗衣机，洗涤、漂洗、脱水在同一个滚筒内完成。这意味着电动洗衣机的型式跃上一个新台阶，朝自动化又前进了一大步！直至今日，滚筒式洗衣机在欧美国家仍得到广泛应用。随着工业化的加速，世界各国也加快了洗衣机研制的步伐。首先由英国研制并推出了一种喷流式洗衣机，它是靠筒体一侧的运转波轮产生的强烈涡流，使衣物和洗涤液一起在筒内不断翻滚，洗净衣物。1955年，在引进英国喷流式洗衣机的基础之上，日本研制出独具风格、
14、并流行至今的波轮式洗衣机。至此，波轮式、滚筒式、搅拌式在洗衣机生产领域三分天下的局面初步形成。20世纪60年代以后，洗衣机在一些发达国家的消费市场开始形成系列，家庭普及率迅速上升。此间洗衣机在日本的发展备受瞩目。60年代的日本出现了带干桶的双桶洗衣机，人们称之为“半自动型洗衣机”。70年代，生产出波轮式套桶全自动洗衣机。70年代后期，微电脑控制的全自动洗衣机横空出世，让人耳目一新。到80年代，“模糊控制”的应用使得洗衣机操作更简便，功能更完备，洗衣程序更随人意，外观造型更为时尚进入90年代，由于电机调速技术的提高，洗衣机实现了宽范围的转速变换与调节，诞生了许多新水流洗衣机。此后，随着电机驱动技
15、术的发展与提高，日本生产出了电机直接驱动式洗衣机，省去了齿轮传动和变速机构，引发了洗衣机驱动方式的巨大革命。第2章 设计方案本系统采用AT89C51单片机作为主控芯片，对单片机进行编程，由程序执行相关过程的控制操作，I/O口充分指派给传感器检测、电机正反转控制、进水与排水控制、液晶显示、报警等模块电路，各电路部分相互区分又构成统一整体，洗衣机控制器可设定高、中、低水位，选择洗衣的工作方式以及洗衣时间的长短，设计总方框图如图2-1所示： 图2-1 设计总方框图2.1 洗衣工作方式选择三种洗衣工作方式分为洗涤、漂洗和脱水。洗涤程序的过程是进水洗涤排水进水漂洗排水脱水；漂洗程序与洗涤程序一样，只是时
16、间比较短。脱水的程序过程是排水脱水；洗涤程序、漂洗程序和脱水程序是通过按键来进行选择，可单独进行某一项程序。2.2 洗涤程序的选择洗涤工作分为标准洗涤、快速洗涤和轻柔洗涤。整个过程的时间、电机的转速的不同代表不同的洗衣方式。标准为35分钟，快速为30分钟，轻柔为40分钟。标准电机转速中等，快速的电机转速快，轻柔电机转速慢。三种洗涤工作方式可以通过按键进行选择。2.3 水位的选择洗衣开始之前可以根据洗衣量的多少通过按键进行水位低、中、高档的选择。2.4 液晶显示本洗衣机控制系统由LCD液晶显示洗衣机正在执行的程序以及程序执行剩余的时间。2.5 洗衣机报警(1)在洗衣之前如果衣服的重量超过了10k
17、g负载，洗衣机自动报警，报警蜂鸣器响起。(2)在脱水期间如果打开机盖洗衣机脱水电机自动停止运行报警蜂鸣器响起。2.6 洗衣机的按键洗衣机面板上有6个按钮K1、K2、K3、K4、K5、K6。(1)K1是电源的总开关按键。(2)K2 用于控制洗衣机的开始和暂停。(3)K3 用于选择洗衣的工作方式。(4)K4 用于选择洗涤的模式。(5)K5 用于选择水位的档位。(6)K6 用于模拟脱水过程中洗衣机的盖板打开。第3章 硬件设计本系统的硬件电路组成共分为11个部分：分别为AT89C51单片机时钟电路、复位电路、8255外扩I/O口电路、负载和液位传感器检测电路、电机驱动控制电路、进水排水阀控制电路、液晶
18、显示电路、按键电路、报警电路、洗衣机电源转换电路以及ISP下载电路。3.1 单片机的选型3.1.1单片机的选型比较(1)PIC系列PIC单片机系列是美国微芯公司（Microchip）的产品，它的CPU采用RISC结构，分别有33、35、58条指令，属精简指令集。采用Harvard双总线结构，运行速度快，它能使程序存储器的访问和数据存储器的访问并行处理，这种指令流水线结构，在一个周期内完成两部分工作，一是执行指令，二是从程序存储器取出下一条指令，这样总的看来每条指令只需一个周期，这也是高效率运行的原因之一。此外，它还具有低工作电压、低功耗、驱动能力强等特点。PIC系列单片机共分三个级别，即基本级
19、、中级、高级。该系列单片机的专用寄存器（SFR）并不像51系列那样都集中在一个固定的地址区间内(80FFH)，而是分散在四个地址区间内。只有5个专用寄存器，得反复地选择对应的存储体，这多少给编程带来了一些麻烦。(2)AVR系列AVR单片机是Atmel公司推出的较为新颖的单片机，其显著的特点为高性能、高速度、低功耗。它取消机器周期，以时钟周期为指令周期，实行流水作业。AVR单片机指令以字为单位，且大部分指令都为单周期指令。而单周期既可执行本指令功能，同时完成下一条指令的读取。通常时钟频率用48MHz，故最短指令执行时间为250125ns。该系列的型号较多，但可用下面三种为代表：AT90S2313
20、(简装型)、AT90S8515、AT90S8535(带A/D转换)。通用寄存器一共32个（R0R31），前16个寄存器（R0R15）都不能直接与立即数打交道，因而通用性有所下降5。AVR系列没有类似累加器A的结构，它主要是通过R16R31寄存器来实现A的功能。在AVR中，没有像51系列的数据指针DPTR，而是由X（由R26、R27组成）、Y（由R28、R29组成）、Z（由R30、R31组成）三个16位的寄存器来完成数据指针的功能(相当于有三组DPTR)，而且还能作后增量或先减量等的运行。(3)51系列51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
21、的处理对象不是字或字节而是位。它不仅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20H2FH，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00H7FH），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
22、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2。有的单片机并不能直接对RAM单元中的位进行操作，如AVR系列单片机中，若想对RAM中的某位置位时，必须通过状态寄存器SREG的T位进行中转。51系列的另一个优点是乘法和除法指令，这给编程也带来了便利。八位除以八位的除法指令，商为八位，精度嫌不够，用得不多。而八位乘八位的乘法指令，其积为十六位，精度还是能满足要求的，用的较多。作乘法时，只需一条指令就行了，即 MULAB(两个乘数分别在累加器A和寄存器B中。积的低位字节在累加器A中，高位字节在寄存器B中)。很多的八位单片机都不具备乘法功能，作乘法时还得编上一段子程序调用，
23、十分不便7。综上所述，本次设计采用51系列，而51系列的典型产品是89C51。89C51是一种40引脚双列直播式芯片。它含有4KB可反复烧录及擦除内存和128字节的RAM，有32条可编程控制的I/O线，5个中断发源，指令与MCS-51系列完全兼容。选用它作为核心控制新片，可使电路极大地简化，而且程序的编写及固化也相当方便、灵活。选用它设计制作全自动洗衣机控制电路，该电路的组成相对简单，工作原理清晰，易于理解1。3.1.2 AT89C51芯片的特点AT89C51是美国ATMEL公司生产的低功耗高性能CMOS8位单片机内含4k bytes的可系统编程的flash，只读程序存贮器采用ATMEL公司的
24、高密度、非易失性存贮技术产生兼容标准8051指令系统及引脚，它集flash程序存贮器既可在线编程（ISP）也可以用传统方法进行编程及通用8位微处理器于芯片中，ATMEL公司的功能强大低价位AT89C51单片机可位你提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各个控制领域8。AT89C51单片机作为控制部件，该型号单片机共有40个引脚采用双列直插式的，下面是各个引脚的功能：(1)输入/输出口线P0.0P0.7为P0口的8位双向口线。P1.0P1.7为P1口的8位双向口线;内部具有上拉电阻。P2.0P2.7为P2口的8位双向口线;内部具有上拉电阻。P3.0P3.7为P3口的8位双向口线;内部具有上拉电
25、阻，还具有第二功能见表3-1。表3-1 P3口的第二功能口线第二功能信号名称P3.0RXD串行数据接收P3.1TXD串行数据发送P3.2INT0外部中断0的申请P3.3INT1外部中断1的申请P3.4T0定时器/计数器0计数输入P3.5T1定时器/计数器1计数输入P3.6WR外部RAM写选通P3.7RD外部RAM读选通(2)控制信号线RST：复位输入信号高电平有效,用以完成单片机的复位初始化操作。EA/Vpp：外部程序存贮器访问允许信号/编程电压输入端，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；当EA信号为高电平时，对ROM的读操作是从内部程序存储器开始的，并可延至外部程序存
26、储器。PSEN：低电平有效，可实现对外部ROM单元的读操作。ALE/PROG：低字节地址锁存信号/编程脉冲输入端。(3)电源和外部晶振引脚Vcc：电源电压输入引脚。GND：电源地。XAL1、XTAL2：外部晶振引脚。3.2 单片机时钟电路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9。在AT89C51单片机内部有一个高增益反相放大器，其输入端引脚为XTAL1，其输出端为XTAL2。一般地，电容C1和C2取22pf左右；晶体振荡器，简称晶振，频率范围是1.212MHz。晶振频率越高，系统的时钟频率也就越高，单片机的运行速度也就越快。在通常情况
27、下，使用振荡频率为6MHz或12MHz的晶振。而在本次设计中采用的是频率为12MHz的晶振，具体电路如图3-1所示： 图3-1 AT89C51单片机时钟电路图3-1中单片机的18、19管脚与晶振相连，为单片机提供振荡时钟。3.3 复位电路复位电路的作用是复位。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，具体电路如图3-2所示：图3-2 单片机复位电路3.4 8255外扩I/O口电路由于本次设计中所需I/O口较多，单片机自带的I/O口不够，所以需要进行单片机I/O的外扩。3.4.1 74LS3
28、73锁存器介绍74LS373为三态输出的锁存器，74LS373的输出端D0D7可直接与总线相连，当三态允许控制端OE为低电平时，Q0Q7为正常逻辑状态，可用来驱动负载或总线。当OE为高电平时，Q0Q7 呈高阻态，即不驱动总线，也不为总线的负载，但锁存器内部的逻辑操作不受影响。74LS373芯片具体结构如图3-3所示：图3-3 74LS373芯片3.4.2 8255芯片介绍8255是Intel公司生产的可编程并行I/O接口芯片，有3个8位并行I/O口。具有3个通道3种工作方式的可编程并行接口芯片（40引脚）。其各口功能可由软件选择，使用灵活，通用性强。8255可作为单片机与多种外设连接时的中间接
29、口电路4。8255作为主机与外设的连接芯片，必须提供与主机相连的3个总线接口，即数据线、地址线、控制线接口。同时必须具有与外设连接的接口A、B、C口，8255芯片如图3-4所示：图3-4 8255芯片8255外扩I/O口电路74LS373与8255的具体接法如图3-5所示：图3-5 8255外扩I/O口电路图3-5中74LS373的D0-D7与8255中D0-D7接到单片机的P0.0P0.7口上作为数据总线用于8255与CPU之间传送8位数据。74LS373中的Q0、Q1、Q7分别连接在8255中的A0、A1、CS上用于选择8255芯片中A、B、C口与控制寄存器，本系统将A口设置为输入，B、C
30、口设置为输出。74LS373的三态允许控制端OE接地，使Q0Q7为正常逻辑状态，锁存允许端LE接到单片机的ALE管脚上。8255的RD和WR管脚接在P3.7、P3.6上用于控制读写信号，RESET接在单片机的复位脚上为8255提供复位信号。3.5 负载和液位传感器检测电路3.5.1 ADC0809芯片介绍ADC0809由一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成。多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用A/D转换器进行转换。ADC0809的工作频范围为10KHZ-1280KHZ,当频率范围为500KHZ时，其转换速度为128us。3.5.2
31、 负载和液位传感器的选型在本系统中负载和液位传感器均采用LM压力传感器。LM系列压力感器标准输出为0.54.5V，供电为5V具体参数如下： (1)输出：0.54.5V (2)量程：01psi (3)工作温度范围：-3585 (4)精确度：5% (5)供电电源：5VDC (6)特点：低成本，适于客户批量应用3.5.3 负载和液位传感器电路负载和水位传感器的AD转换电路如图3-6所示：图3-6 传感器电路图3-6中P5代表液位传感器,管脚3接+5V，管脚1接地，管脚2接在了ADC0809的IN0上，P4代表液位传感器,管脚3接+5V，管脚1接地，管脚2接在了ADC0809的IN1上。ADC0809
32、中的CLK管脚接在了单片机的P1.4口上为AD提供时钟信号输入。ADC0809中ST管脚接在了单片机的P1.5口上，当ST上跳沿时，AD中的所有内部寄存器清零，下跳沿时，开始进行A/D转换，在转换期间，ST保持低电平。ADC0809中的EOC管脚接在了单片机的P1.6口，EOC为转换结束信号，当EOC为高电平时，表明转换结束，否则，表明正在进行A/D转换。ADC0809中的OE管脚接在了单片机的P1.7口，OE为输出允许信号，用于控制向单片机输出转换得到的数据，OE1输出转换得到的数据，OE0输出数据线呈高阻状态。ADC0809中的ADDA管脚接在了单片机的P1.2口，ADDB与ADDC管脚接
33、地，当ADDA为低电平时，打开通道0，当ADDA为高电平时，打开通道1。ADC0809中的VREF+、VREF-作为参考电压输入接在+5V上。ADC0809中的D7D0为数字量输出线与8255中的PA7PA0相接。3.6 电动机的驱动控制电路3.6.1 电机的工作方式本系统的电机选用3绕组单相异步电动机。（1）调速：本系统电容式电动机采用串电抗调速，电动机定子绕组外串接一可调电感，通过改变电感的值的，来改变电动机内部气隙磁场的大小，从而实现调节电动机转速的目的13。（2）正反转 洗衣机工作时要求电动机在定时器的控制下正反交替运转。改变单相电容运转电动机转向的方法有两种：一是在电动机与电源断开时
34、，在主绕组或副绕组中任何一组的首尾两端换接以改变旋转磁场的方向，从而改变电动机的转向；二是在电动机运转时，将副绕组上的电容器串接于主绕组上，即主、副绕组对调，从而改变旋转磁场和转子的转向12。本次设计所采用的是后一种方法，因为洗衣机在正反转工作时情况完全一样，所以两相绕组可轮流充当主副相绕组，因而在设计时，主副相绕组具有相同的线径、匝数、节距及绕组分布形式如图3-7所示：图3-7 洗衣机用电容运转电动机的正、反转控制电路图3-7中电机的正反转由P2.1口控制，当主触点Kf与a接触时，流进绕组I的电流超前于绕组II的电流某一角度。假如这时电动机按顺时针方向旋转，那么当Kf切换到b点，流进绕组II
35、的电流超前绕组I的电流一个电角度，电动机便逆时针旋转。根据以上需求本次设计采用市场上的单相双值电容异步电机YC90L2，它的具体参数如下(1)功率（kw）:1.1(2)电流（A）：8.7(3)效率（%）：72(4)转速（r/min）：2800(5)额定转矩(Nm)：2.53.6.2 电机整体控制电路电机整体控制电路如图3-8所示：图3-8 电机整体控制电路图3-8中有3个IO口控制电机的3档速度，1个IO口控制电机的正反转。当P2.5为高电平时继电器Kc通电，电机速度较慢。当P2.0为高电平时继电器Kd通电，电机速度中等。当P2.4为高电平时继电器Ke通电，电机速度较快。当P2.1为高电平时继
36、电器Kf通电，电机速度反转。3.7 进水/排水阀控制电路本系统中进水阀受P2.3口的控制，出水阀受P1.3口的控制，如图3-9、图3-10所示：图3-9 进水阀控制电路图3-10 出水阀控制电路3.8 液晶显示电路本系统采用FYD12864-0402B液晶作为显示。FYD12864-0402B是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为12864,内置8192个16*16点汉字，和128个16*8点ASCII字符集利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。可以显示84行1616
37、点阵的汉字也可完成图形显示.低电压低功耗是其又一显著特点。由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶显示模块相比，不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多，且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块3。在本次设计中液晶采用串行接口，液晶上的CS、SID、CLK端口分别与单片机的P3.2、P3.0、P3.1口相接，CS为片选端，SID为串行数据输入端，CLK为串行同步时钟上升沿时读取SID的数据，PSB端接地代表选择液晶为串口方式，VO端为对比度调整，VOUT端为LCD驱动电压输出端。具体电路如图3-11所示：图3-11 液晶显示电路3.9 按键电路本系统共有6个按键分别为K1、K2、K3
38、、K4、K5、K6。（1）K1是电源的总开关按键。（2）K2 用于控制洗衣机的开始和暂停键接在单片机的P3.3口。（3）K3 用于选择洗衣的工作方式键接在单片机的P3.4口。（4）K4 用于选择洗涤的模式键接在单片机的P3.5口。（5）K5 用于选择水位的档位键接在单片机的P1.0口。（6）K6 用于模拟脱水过程中洗衣机的盖板打开键接在单片机的P1.1口。具体电路如图3-12所示：图3-12 按键电路3.10 报警电路本设计采用无源蜂鸣器，单片机必须输出固定频率的方波信号，其工作电压范围宽412V，需要外围元件少。通过CPU的P2.7输出高电平来控制蜂鸣器报警。具体电路如图3-13所示：图3-
39、13 蜂鸣器报警电路3.11 洗衣机电源电路本系统电源电路先将220V交流电通过变压器进行变压，然后经过整流电路、滤波电路后通过7805芯片将电压稳定在5V11。用7805系列三端稳压集成电路组成稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜，电子制作中经常采用。具体洗衣机电源电路如图3-14所示：图3-14 电源电路3.12 ISP下载电路ISP指系统在线可编程，是最先由Lattice公司提出的一种技术，是通过同步串行方式实现对可编程逻辑器件的重配置。ISP的实现比较简单，通用的做法是内部的存储器可以由上位机的软件通过串口来进行改写，对
40、于单片机来讲可以通过SPI或其他的串行接口接受上位机的数据并写入存储器中。ISP下载线的接口标准，可以实现芯片内部存储器的改写，免去了调试时频繁地插入取出芯片对芯片和电路板带来的损坏，对于学生的实验教学而言显得尤为重要6。图3-15中ISP的4、5、6管脚分别与单片机的P1.5、P1.6、P1.7相接，ISP的管脚3接在单片机的复位口上，管脚2接地，管脚1接+5V。如图3-15所示:图3-15 ISP下载电路第4章 软件设计4.1 主程序设计根据硬件设计要求控制主程序流程图如图4-1所示，洗衣机通电之后单片机上电首先进行程序的初始化以及各参数初值的设定。默认洗衣水位为低，洗衣工作方式为洗涤，洗
41、涤程序为标准洗涤。然后扫描按键的状态确定洗衣过程。当发现启动键按下,洗衣机从待命状态进入工作状态。当洗衣结束时控制蜂鸣器发声。 图4-1主程序流程图4.2 洗涤模式程序设计洗衣机开始按键按下之前，洗涤的工作程序选择默认为标准洗涤，其流程图如图4-2所示:图4-2 洗涤程序选择流程4.3 漂洗程序的设计漂洗是一个比较固定的洗衣方式，与洗涤过程操作相同，只是时间短一些，如图4-3所示：图4-3 漂洗程序流程4.4 脱水程序的设计脱水前先打开排水阀排水。然后启动电动机脱水并保持排水阀开启，然后停止脱水,并且蜂鸣器报警提醒用户洗衣完成。程序流程图如图4-4所示: 图4-4 脱水程序流程4.5 中断程序
42、的设计在洗衣机工作进行中，用户可以根据需要随时的暂停或者开启，具体的中断程序设计如图4-5所示：图4-5 中断程序设计第5章 仿真5.1 仿真软件的介绍本系统采用protues软件进行仿真，Protues软件是英国Labcenter electronics公司出版的EDA工具软件。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。它是目前最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，
43、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年即将增加Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译5.2 仿真电路本系统的仿真过程是先将单片机的程序编写到keil中，编译成hex文件后，添加到protues中的硬件电路中，从而实现各个功能。如图5-1所示: 图5-1 仿真电路5.3 各
44、个功能仿真在洗衣机开始运行之前，用户可以根据需求选择适当的工作模式，在选择好后，按下开始按键洗衣机工作，洗衣机根据用户所选择的工作模式自动进行工作。本仿真用两个电位器模拟洗衣机的负载传感器和液位传感器，当电位器2的值超过120时代表负载过重，洗衣机报警。电位器1代表液位传感器，当水位选择低水位时电位器的模拟的值为100，当水位选择中水位时电位器的模拟的值为150，当水位选择高水位时电位器的模拟的值为200。洗衣机排水时电位器2的值减少到25以下代表排水结束。（1）洗衣机工作开始前用户参数的选择洗衣机开启之后用户的选择界面如图5-2、图5-3、图5-4所示，用户可以通过洗衣工作程序选择按键进行洗
45、衣模式的选择，洗衣工作共有三种模式分别为洗涤、漂洗以及脱水。如果选择了洗涤模式，可以通过洗涤工作程序选择按键进行标准、轻柔、快速三种方式的选择。用户还可以根据衣服的多少通过水位选择按键进行高、中、低档水位的选择。所有的按键选择都有配有LED指示灯作为提示。LCD液晶显示洗衣工作开始后洗衣机执行的程序和执行剩余的时间、开始/暂停按键按下的次数、电位器1电位器2的数值。 图5-2 程序选择指示灯 图5-3 按键指示 图5-4 LCD液晶显示（2）负载过重报警 如果模拟负载传感器的电位器2的数值超过了120，此时洗衣机自动报警，蜂鸣器响起，LCD液晶显示屏上出现“负载过重”的字样提醒用户如图5-5、图5-6所示： 图5-5 LCD液晶显示负载过重 图5-6 蜂鸣器报警 （3）洗衣机注水用户如果选择了洗涤或漂洗程序，在开始按键按下后如图5-7，洗衣机开始注水，LCD液晶显示“正在注水”如图5-8，此时进水阀打开如图5-9，此时手动调节电位器1来模拟进水的过程，之前如果选择的是低水位则电位器1的值调节到100代表达到了低水位液位；如果选择的是中水位则电位器的值调节到150代表达到了中水位液位；如果选择的是高水位则电位器的值调节到200代表达到了高水位液位。 图5-7 开始按键按下LED指示灯提示 图5-8 LCD液晶显示洗衣机正在注水 图5-9
