基于单片机的洗衣机控制面板设计毕业设计.docx

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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

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

6.1硬件调试………………………………………………………………………..23

6.2软件调试…………………………………………………………………………23

6.3性能分析………………………………………………………………………….23

附录2：

主电路图………………………………………………………………………25

附录3：

英文原文……………………………………………………………………..25

附录4：

中文译文…………………………………………………………………….25

第一章绪论

1.1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。

1.2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。

1.3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

1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。

（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

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。

第二章系统概述

2.1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

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：

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。

第三章方案论证与比较

3.1显示模块的选择

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。

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

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LockBit技术，保密位单元深藏于芯片内部，无法用电子显微镜看到。

，

1AVR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；

方案二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。

方案三凌阳单片机

凌阳单片机采用μ'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。

第四章系统硬件电路的设计

4.1单片机控制部分—单片机AT89S52

AT89S52是一个低功耗,高性能CMOS8位单片机,片内含8kBytesISP（In-systemprogrammable）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ISPFlash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）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。

（2）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。

图4-1内部结构框图

（4）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）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）定时/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，并以其定时或计数结果对单片机进行控制。

（7）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）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

图4-2AT89S52芯片引脚图

（1）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。

（2）I/O口

①P0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。

②P1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。

③P2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。

④P3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4-1P3端口的特殊功能

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）

P3.3

（外部中断1）

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）

P3.7

（外部数据存储器读选通）

（3）4根控制线

①RST：

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。

②/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。

③/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储器开始，并可延续至外部程序存储器。

④ALE/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.

4.2单片机时钟信号

4.3显示模块

4.3.1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。

4.31602液晶的正面（绿色背光，黑色字体）

4.41602液晶背面（绿色背光，黑色字体）

4.3.2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，0x20～0x7F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。

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0x31（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0x00～0x0F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。

  0x20～0x7F为标准的ASCII码，0xA0～0xFF为日文字符和希腊文字符，其余字符码（0x10～0x1F及0x80～0x9F）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：

HD4