基于单片机AT89C51的模拟洗衣机控制系统设计

四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文)

第3章 系统硬件设计

硬件设计是整个系统的基础，要考虑的方方面面很多，除了实现洗衣机基本功能以外，主要还要考虑如下几个因素：①系统稳定度；②器件的通用性或易选购性；③ 软件编程的易实现性；④系统其它功能及性能指标；因此硬件设计至关重要。现从各功能模块的实现逐个进行分析探讨。

3.1 总体设计及功能描述

本设计以单片机AT89C52为控制核心，采用模块化设计，共分以下几个功能模块：单片机控制系统模块、电源模块、时钟模块、复位模块、按键控制模块、直流电机控制模块和显示模块等。洗衣机主要有强弱洗涤、进排水系统故障自动诊断、暂停等七大功能。

3.2 各功能模块硬件设计

3.2.1 单片机控制模块的设计

AT89C52单片机是一种高效微控制器，也是低功耗高性能单片机。单片机是本设计的核心主要起控制作用，采用40引脚双列直插封装形式，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，因为受引脚数目的限制，所以有不少引脚具有第二功能。外形及引脚排列如图3-1所示。

AT89C52单片机的主要管脚功能： 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，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。

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。

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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。

P3口：P3口是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。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。

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。

，不管EA/VPP：当EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH）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，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。

图3-1 AT89C52单片机的管脚图

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电源、时钟信号以及复位电路是单片机工作的基本条件，缺一不可。AT89C52单片机系统的基本工作电路包括电源电路、时钟电路、复位电路。其组成方框图如图3-2所示。

电源电路 CPU 控制 模块 时钟电路 复位电路

图3-2 单片机控制系统基本硬件组成方框图

1.电源电路

电源电路模块为系统电路和其他模块提供+5V电源。供电电源可由开关电源提供。 2.时钟电路模块的设计

由于AT89C52单片机芯片内有时钟振荡电路，因此本系统单片机采用内部时钟方式，只要在单片机的XTAL1和XTAL2引脚外接石英晶体和微调电容，就构成了自激振荡器并在单片机内部产生时钟脉冲信号，具体电路设计如图3-3所示。

图3-3 时钟振荡电路

工作原理：

时钟信号通常用两种电路形式得到：内部振荡和外部振荡。在XTAL1和XTAL2引脚上外接定时元件，就能构成自激振荡电路。定时元件通常采用石英晶体和电容组成的并联谐振电路。一般电容C4和C5主要起频率微调作用，电容值可选取为30pF左右或40pF左右；晶体振荡器，简称晶振，其晶振频率（fosc）范围为1.2MHz~12MHz,本设计中选择12MHz。晶体振荡频率越高，系统的时钟频率也越高，单片机的运行速率就越快。

3.复位电路模块设计

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复位电路使单片机或系统中的其他部件处于某种确定的状态。

当在MCS-51系列单片的RST引脚处引入高电平并保持2个机器周期，单片机内部就执行复位操作。复位操作有两种基本形式：一种是上电复位，另一位是按键复位。本设计采用按键复位方式。如图3-4

图3-4 复位电路

工作原理：

当按下按键时，RST直接与VCC相连，出现2个以上的高电平形成复位，同时电解电容被短路放电；按键松开时，电容充电，电流流过电阻，RST为高电平，仍然是复位，充电完成后，电容相当于开路，RST为低电平，正常工作。

3.2.2 控制电路设计

单片机设计中，重要的一个模块是按键的设计。常见的单片机按键设计分为独立式和行列式（矩阵式）。独立式按键设计简单，但占用I/O口较多；行列式按键设计相对复杂，占用I/O口较少。如图3-5所示。

图3-5 控制电路

为方便使用,设计了三个独立式按键，分别为程序选择键、强弱选择键、运行/暂停 。 1.程序选择键：用于选择洗衣方式，由于本设计具有4种洗衣工作程序，即标准程序、经济程序、单独程序和排水程序，所以设计程序选择按键。

2.强弱选择键：用于选择强弱洗涤功能。由于本设计要求强洗时正/反转驱动时间

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