全自动洗衣机课设.docx

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全自动洗衣机课设

1引言

1.1本次设计任务与要求

设计全自动洗衣机的硬件电路和控制程序，实现如下功能并满足以下要求:

1．实现全自动洗衣机的洗涤控制，其过程为：

加水——》洗涤——》排水——》甩干——》加水——》漂洗——》排水——》甩干——》加水——》漂洗——》排水——》甩干——》报警;

2.实现全自动洗衣机洗涤电机的正反向旋转，在洗涤时，正向旋转1分钟，停止30秒，反向旋转1分钟，停止30秒，再正向旋转，重复前面的过程，直到定时时间到停止；

3.实现全自动洗衣机的各项洗涤定时控制，可以通过键盘设定此时间；

4.在各项控制时，要检测加水的高度、是否排水干净等，组成闭环控制；

5．根据题目要求的指标，通过查阅有关资料，确定系统设计方案，并设计其硬件电路图；

6．画出电路原理图，分析主要模块的功能及他们之间的数据传输和控制关系；

7．用protel软件绘制硬件电路原理图；

8．软件设计，给出流程图及源代码并加注释。

1.2本次设计的现实意义

首先，这次课程设计就是要让我们熟悉计算机控制系统，掌握微机的组成、原理，理解计算机控制系统的构成原理、接口电路与应用程序，以便在将来实际工作中更好地应用。

全自动洗衣机现在已经广泛应用在人们的社会生活中，并且随着计算机控制技术的发展，它的硬件控制系统及控制程序都在不断完善，从而使人们的生活更加方便。

本文按照设计的一般步骤，先了解设计要求，再分别从硬件系统设计和软件系统设计两个宏观方面着手。

然后大量阅读相关资料,硬件方面,熟练微机的基本工作原理,画出系统流程图和电路原理图，再对系统工作原理做简单的说明。

软件方面，熟悉编程语言，查找相关程序。

熟悉PROTEL99SE并用PROTEL99SE设计出主要模块，并对主要模块的功能及他们之间的数据传输和控制关系进行分析。

2设计内容

2.1设计分析

2.1.1设计总体方案

全自动洗衣机的工作部件有三个，这就是电机、进水阀和排水阀。

电机是洗衣机的动力源，它的转动带动洗衣桶和涡轮的转动，从而实现对衣物的洗涤。

进水阀用于控制洗衣机的进水量，排水阀用于控制排水。

电机在脱水时还高速旋转带动衣物脱水。

电机的工作状态有三种，即正转、反转及停止状态。

电机一般工作在这3种状态不断的转换之中，从而实现洗涤。

但在脱水时只工作在高速状态。

进水阀和排水阀只有开、关这两种状态。

2.2硬件电路设计及描述

2.2.1系统硬件的构成

AT89C51的P2端口中的P2.1~P2.4共4条I/O线通过4块SP1110新型固态继电器分别直接驱动洗衣机的这些工作部件。

SP1110是一种交流固态继电器，内有发光二极管及光触发双向可控硅，10~10mA输入电流即可使双向可控硅完全导通，之所以选用这个器件是因为它一方面可使电路进一步简化，另一方面可使强、弱两类电完全隔离，保证主板的安全。

74S05为4个反相器，可分别驱动4个SP1110继电器。

P2.5~P2.7为发光二极管指示电路，分别为洗涤、漂洗、脱水三个状态。

P3.0~P3.7为键盘控制电路，分别表示0~9（10个数字键），洗涤、漂洗、脱水三个功能选择键，一个总程序开关键，一个确认键，一个强制复位键。

P0.0~0.7为数码管显示电路，用于各项洗涤定时时间控制的显示，其中通过译码器外接四个7段数码管，分别显示小时和分钟。

89C51是一种高性能低功耗的采用CMOS工艺制造的8位微控制器，它提供下列标准特征：

4K字节的程序存储器，128字节的RAM,32条I/O线，2个16位定时器/计数器,一个5中断源两个优先级的中断结构，一个双工的串行口,片上震荡器和时钟电路。

引脚说明：

·VCC：

电源电压

·GND:

地

·P0口：

P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，作为输出口用时，每个引脚能驱动8个TTL逻辑门电路。

当对0端口写入1时，可以作为高阻抗输入端使用。

当P0口访问外部程序存储器或数据存储器时，它还可设定成地址数据总线复用的形式。

在这种模式下，P0口具有内部上拉电阻。

在EPROM编程时，P0口接收指令字节，同时输出指令字节在程序校验时。

程序校验时需要外接上拉电阻。

·P1口：

P1口是一带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。

P1口的输出缓冲能接受或输出4个TTL逻辑门电路。

当对P1口写1时，它们被内部的上拉电阻拉升为高电平，此时可以作为输入端使用。

当作为输入端使用时，P1口因为内部存在上拉电阻，所以当外部被拉低时会输出一个低电流（IIL）。

·P2口：

P2是一带有内部上拉电阻的8位双向的I/O端口。

P2口的输出缓冲能驱动4个TTL逻辑门电路。

当向P2口写1时，通过内部上拉电阻把端口拉到高电平，此时可以用作输入口。

作为输入口，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出电流（IIL）。

P2口在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器（例如MOVX＠DPTR）时，P2口送出高8位地址数据。

在这种情况下，P2口使用强大的内部上拉电阻功能当输出1时。

当利用8位地址线访问外部数据存储器时（例MOVX＠R1）,P2口输出特殊功能寄存器的内容。

当EPROM编程或校验时，P2口同时接收高8位地址和一些控制信号。

·P3口：

P3是一带有内部上拉电阻的8位双向的I/O端口。

P3口的输出缓冲能驱动4个TTL逻辑门电路。

当向P3口写1时，通过内部上拉电阻把端口拉到高电平，此时可以用作输入口。

作为输入口，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出电流（IIL）。

P3口同时具有AT89C51的多种特殊功能，具体如下表1所示：

端口引脚

第二功能

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）

P3.5

T1（定时器1）

P3.6

（外部数据存储器写选通）

P3.7

（外部数据存储器都选通）

表1P3口的第二功能

2.2.2ADC0809的引脚结构

ADC0809的引脚排列如下图2.3所示，其主要引脚的功能如下。

图2.3ADC0809引脚图

IN0～IN7：

8个模拟输入端。

START：

启动A/D转换器，START高电平的上升沿，开始A/D转换。

EOC：

转换结束信号。

当A/D转换结束之后，发出一个正脉冲，表示A/D转换结束。

此信号可以作为A/D转换是否结束的检测信号或中断信号。

OE：

输出允许信号，高电平有效。

此信号被选中时，允许从A/D转换器锁存器中读取数字量。

CLK：

时钟信号。

ALE：

地址锁存允许，高电平有效。

当ALE为高电平时，允许C、B、A所示的通道被选中，并将该通道的模拟量介入A/D转换器。

ADDA、ADDB、ADDC：

通道号端子，C为最高位，A为最低位。

通过C、B、A的不同逻辑选择即可选择接入的通道。

：

8位数字量输出引脚。

为最高有效位D7，

为最低有效位D0。

、

：

参考电压端子。

用来提供D/A转换器权电阻的基准电平。

：

电源端子，接+5V。

GND：

接地端。

2.2.3ADC0809应用说明

（1）ADC0809内部带有输出锁存器，可直接与PC总线相连。

有时为了增加控制功能，也采用I/O接口连接。

（2）初始化时，使ST和OE信号全为低电平。

采用外部电源供给参考电平。

（3）ADC0809启动时只要在启动转换输入引脚上加一个启动脉冲即可。

（4）ADC0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号必须由外界提供，通常使用频率为500KHZ。

（5）将要转换的通道的地址送到A，B，C端口上。

在ST端给出一个至少有100ns宽的正脉冲信号。

（6）是否转换完毕，我们根据EOC信号来判断。

（7）当EOC转换完变成高电平后，转换的数据就输出给PC机了。

3Protel99se软件绘制原理图

3.1Protel99se简介

Protel99SE是一个电子设计自动化软件，它具有强大的电路自动设计、编辑、管理能力。

在电路原理图的设计环境中，可完成从电路原理图的设计、检查、汇总报表、图纸输出，并产生网络表文件，电路网络表文件是电路原理图转换成电路板设计的一个桥梁。

在PCB电路板设计环境中，可实现对PCB电路板自动布线、编辑、设计、检查、汇总报表、图纸输出等功能。

3.2Protel99se操作步骤

3.2.1Protel99SE设计文档的建立方式

当我们点击“Protel99SE”后，进入第一“DesignExplorer”设计管理器窗口，先选择数据库的路径，再输入新数据库名称，最后确定存储方式的设置，单击OK建立一个新的设计数据库（DDB文件）。

建立设计数据库后，就要建立需要的各种电路设计文件。

执行File/New命令，选择要增加文件类型。

3.2.2电路原理图设计

（1）设计环境参数设置。

设计窗口参数设置当建立电路文件后就可对其进行电路设计、编辑工作，双击选中电路原理图（．SCH）文件就进入电路原理图编辑窗口。

（2）放置元件

（3）布线。

当元件的位置放置好后，要用导线将电路连接起来。

导线连接是绘制电路原理图的重要一部分工作。

（4）编辑、调整、检查。

编辑元件的属性（元件名、封装、参数等），调整元件的位置和连线，检查是否符合电气规则。

（5）电气规则检查。

设置好电气规则检查参数后，就单击OK按钮就开始检查，将错误写进报告，并标记错误位置。

（6）生成网络表。

网络表文件是原理图的文本表达方式，是原理图与电路板之间的桥梁。

4.全自动洗衣机控制系统设计

4.1系统总体设计

根据设计要求，本微机控制的A/D数据采集和控制系统，对8个通道上输入的模拟电压进行采集，并将其输出接到IBM-PC机的扩展总线插槽上。

因此，系统的功能结构可用图4.1表示。

其中选择ADC0809作为A/D转换器芯片，采集数据并将其转换为数字信号传入PC机扩展槽，并利用PC微机系统的IRQ2作为ADC0809的外部中断。

图4.1A/D数据采集和控制系统总体结构图

本文设计的是用微机控制的8路A/D数据采集和控制系统，该系统首先将输入的模拟信号通过ADC0809转换芯片转换为数字信号，然后将转换的信号传到PC扩展槽。

其中PC微机系统的IRQ2作为ADC0809的外部中断。

PC机的地址线A0～A9作为译码电路的输入信号，控制ADC0809的启动和输出，从而完成本次设计的数据采集任务。

本设计的整个系统非常精简,而且具有灵活的现场可更改性。

在不更改硬件电路的基础上,对系统进行各种改进还可以进一步提高系统的性能。

该数字频率计具有高速、精确、可靠、抗干扰性强和现场可编程等优点。

4.2系统硬件设计

多路数据采集和控制系统电路原理图如附录A所示。

A/D转换器采用通用的ADC0809芯片，利用中断方式读取A/D转换的结果，此设计中利用PC微机系统的IRQ2作为ADC0809的外部中断。

由于ADC0809内部带有输出锁存器，可直接与PC总线或扩展槽相连。

由于ADC0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号必须由外界提供，此系统采用2MHZ时钟分频得到使用频率500KHZ。

地址线A0～A9经译码电路译码，译码输出的

与

经过或非门控制ADC0809的启动信号START和通道地址锁存允许信号ALE，用于启动A/D转换。

与

经过或非门控制ADC0809的输出允许信号OE。

通道地址选择信号ADDA、ADDB、ADDC分别接到数据总线的D0、D1、D2。

设计中断控制位（用数据总线D7）用于控制ADC0809的EOC中断申请，将信号接至PC扩展槽的IRQ2从而引起中断。

具体模块设计介绍如下：

4.2.1电源模块

由于ADC0809内部没有没有基准电源，故采用外部电源供给参考电压+5V。

此设计中电源部分为一个6-9V、400毫安的外接交流电源，通过整流滤波稳压电源输出的直流电压，左边两个是5V的电源滤波电容，一般大电容旁边并联一个小电容的目的是降低高频内阻。

通过三端稳压芯片7805稳压成5伏直流电源提供给ADC0809使用，右边两个电容是5伏电源的滤波电容，电阻和绿色的LED组成5V电源的工作指示电路，只要电源部分正常，绿色的LED就会点亮，我们可以根据这个LED来判断整个电源部分是否工作正常。

其电路原理图如图4.2所示：

图4.2电源模块电路原理图

4.2.2时钟分频电路

由于ADC0809的内部没有时钟电路，所以时钟信号必须由外界提供，一般采用时钟分频或单独的振荡电路得到。

本系统设计中采用时钟分频的方法获得，当外界时钟频率采用2MHZ时，经D触发器二分频后得到500kHZ，符合ADC0809对频率的要求。

故ADC0809的时钟分频电路如下图4.3所示：

图4.3时钟分频电路

4.2.3ADC0809接口电路设计

ADC0809与PC系列微机总线的接口方法有多种，本系统采用中断方式，EOC作为中断请求信号，并且将START和ALE信号相连，用于启动A/D转换。

通道地址选择信号ADDA、ADDB、ADDC分别接到数据总线的D0、D1、D2。

此系统中模拟信号为单极性，故有

通过变阻器接正极电源+5V，

接地。

译码输出的

与

经过或非门控制ADC0809的启动信号START和通道地址锁存允许信号ALE，用于启动A/D转换。

与

经过或非门控制ADC0809的输出允许信号OE。

这样便可以得到ADC0809的接口电路。

ADC0809的连接图如下图4.4所示：

图4.4ADC0809的连接图

4.2.4译码电路设计

本系统采用全译码电路，所有A0～A9地址线都参加译码，其中A0～A2作为3-8译码器的输入端，A3～A9和其他门电路组合的信号作为3-8译码器的控制端。

从而选通74LS138译码器译出8个端口地址，8个端口共占用8个端口地址。

其输出控制ADC0809的启动和输出。

本系统的译码电路如下图4.5所示：

图4.5译码电路原理图

4.3软件设计

4.3.1主程序设计

主程序：

地址线A0～A9经译码器译码，对应片选端口地址为0220H～0230H。

则译码输出的有效的片选低电平有效，控制ADC的STRAT和ALE端。

EOC和D7经触发器作为中断请求信号，向IRQ2请求中断，利用中断方式读取A/D转换结果。

按中断方式对IN1通道进行A/D转换，进行数据采样。

共取300个采样点，结果送变量BUF开始的内存区域。

系统主程序流程图如图4.6所示：

图4.6系统主程序流程图

4.3.2中断服务程序设计

中断服务程序：

在中断方式下，当A/D转换结束后就会自动产生EOC信号。

设置中断控制位，用于控制ADC0809的EOC中断申请，用数据总线D7控制，当写入数据为1时，允许EOC申请中断，写入数据为0时，不允许EOC申请中断。

此信号接至PC扩展槽的IRQ2从而引起一次硬中断。

中断服务程序应先将IRQ2原对应的中断向量（中断号为0AH）保存起来。

然后设置新的中断向量以指向中断服务程序，还应将中断屏蔽寄存器的相应位开放。

程序流程图如图4.7所示：

图4.7中断服务程序流程图

源程序清单：

********主程序********

DATASEGMENT；定义数据段

INTDB？

RESULTDB？

INT_SEGDW？

；用于保存中断向量段基址的变量

INT_OFFDW？

；用于保存中断向量偏移量的变量

INTSORDB？

；定义保存中断屏蔽字的变量

BUFDB400DUP（？

）；A/D转换数据区

DATAENDS

STACKSEGMENT；定义堆栈段

STADB20DUP（？

）

TOPEQULENGTHSTA

STACKENDS

CODESEGMENT；定义代码段

ASSUMECS：

CODE，DS：

DATA，SS：

STACK，ES：

DATA

；由ASSUME伪指令定义各段

START：

MOVAX，DATA；初始化

MOVDS，AX；设数据段寄存器的值

MOVAX，STACK

MOVSS，AX；设堆栈段寄存器的值

MOVAX，TOP

MOVSP，AX；设堆栈指针

MOVAL，0AH

MOVAH，35H

INT21H；取IRQ2对应的中断向量

MOVINT_SEG，ES；保存向量段基址ES

MOVINT_OFF，BX；保存向量偏移量BX

CLI；修改向量前关中断

PUSHDS；设置新的中断向量

MOVAX,SEGADINT；取中断服务程序的段基址

MOVDS，AX

MOVDX，OFFSETADINT

MOVAL，0AH；设IRQ2中断向量指向中断服务程序

MOVAH，25H

INT21H；取IRQ2对应的中断向量

POPDS；恢复DS

INAL，21H；取中断屏蔽寄存器的值

MOVINTSOR，AL；保护原中断屏蔽字

ANDAL，0FBH；允许IRQ2中断

OUT21H，AL；写入OCW1

MOVAL，80H；允许EOC申请中断（D7=1）

MOVCX，300；采样300个点

MOVBX，OFFSETBUF；建立存放A/D转换结果数据区的指针

AGAIN：

STI；开中断

MOVDX，22H；启动A/D开始转换，且锁存INT1通道号

OUTDX，AL

HLT；等IRQ2到来

CLI；关中断

MOVAX，SI；取转换结果

MOV[BX]，AL

INCBX；地址加1

LOOPAGAIN；判断CX是否为0，若为0，则继续循环

MOVAX，INT_SEG；恢复IRQ2中断向量

MOVDS，AX；DS指向向量段基址

MOVDX，INT_OFF；DX指向向量偏移量

MOVAL，0AH

MOVAH，25H

INT21H

INAL，21H；屏蔽IRQ2

ORAL，04H

OUT21H，AL；写入OCW1

MOVAL，00H；禁止EOC申请中断（D7=0）

MOVDX，INTE

OUTDX，AL

MOVAH，4CH

INT21H；返回DOS

RET

********中断服务程序********

ADINTPROCFAR；中断服务程序

PUSHAX；保护DX，AX

PUSHDX

MOVDX，221H；读取A/D转换后的数据

INAL，DX

MOVSI，AX

MOVAL，20H；发中断结束命令

OUT20H，AL

POPDX；恢复

POPAX

IRET；中断返回

ADINTENDP；中断服务程序结束

CODEENDS；代码段结束

ENDSTART；整个程序汇编结束

5.心得体会

经过石喜玲老师的精心指导以及两个星期的学习、研究，我终于按时完成了多路数据采集和控制系统的设计。

随着社会的发展、科技的进步以及人们生活水平的逐步提高，各种方便于生活的控制系统开始进入了人们的生活，以微机为核心的系统越来越多。

它实用性强、功能齐全、技术先进，使人们相信这是科技进步的成果。

通过这次课程设计，所学理论知识很好的运用到了实际的工程当中，在具体的设计过程中，真正做到了学以致用，并使自己的实际工程能力得到了很大的提高。

对设计过程熟悉外，还掌握了Protel软件的使用，各种数据信息的分析，对WORD编辑文档的使用以及所有资料的整合等多方面的能力。

除此之外，我也认识到保持认真的态度,坚持冷静独立的解决问题，认真学好自己的基础知识,扎实自己的基础知识是最重要的。

面对问题时自然会遇到很多挫折,但问题总会有解决的办法，只要思路清晰，认真查阅资料，想设计出来其实不难。

因此我们应该好好学习基础知识,一步一步的来,最大的发挥自己所学的知识和自身潜能。

总而言之，这次的课程设计让我学到的不仅是一些专业知识，更重要的是它让我学会了认真对待每一件事的态度，从这次的设计中我受益匪浅。

取得一定成绩的同时也感觉自身能力上的不足，认识到自己还没有真正的掌握好所学的知识，还不能把自己所学的知识熟练的运用到实际生活中，在今后还须继续努力学习，锐意进取，不断进步，更好地掌握专业知识，为社会服务。

附录A系统硬件原理图

参考文献

[1]顾德英.计算机控制技术（第二版）.北京邮电大学出版社,2005

[2]李顺增，吴国东，赵河明.微机原理及接口技术.机械工业出版社，2004

[3]尹建华，张慧群.微型计算机原理与接口技术.高等教育出版社，2003