课程设计洗衣机水位控制.docx

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1、泅耐）物理S电3工程当晚洗衣机水位控制系统课程设计报告书设计题目：洗衣机水位控制系统的软件设计专业：自动化班级：一班学号：2023341121指导教师：尹世忠2023年11月H日物理与电子工程学院课程设计任务书专业：自动化班级:一班学生姓名乔彬学号2023341121课程名称单片机设计题目洗衣机水位控制系统的软件设计80514K ROM128322个16位646487514K EPROM128322个16位64648031无128322个16位646480C514K ROM128322个16位646487C514K EPROM128322个16位646480C31无128322个16位6464

2、80524K ROM256323个16位646487524K EPROM256323个16位64648032无256323个16位6464MCS-51具有比较大的寻址空间，地址线宽达16条，即外部数据存储器和程 序存储器的寻址范围达2j6妹B,这作为单片机控制来说已是比较大的，这同时 具备对I/O 口的访问能力。此外，MCS-51采用模块化结构，可方便地增删一个 模块就可使引脚和指令兼容的新产品，从而容易使产品形成系列化。由于MCS-51集成了几乎完善的8位中央处理单元，处理功能强，中央处理 单元中集成了方便灵活的专用寄存器，硬件的加、减、乘、除法器和布尔处理机 及各种逻辑运算和转移指令，这给

3、应用提供了极大的便利。MCS-51的指令系统近乎完善，指令系统中包含了全面的数据传送指令、完 善的算术和逻辑运算指令、方便的逻辑操作和控制指令、对于编程来说，是相当 灵活和方便的。MCS-51单片机的工作频率为2-12MHz,当振荡频率为12MHz时，一个机器周 期为lus,这个速度应该说是比较快的。MCS-51把微型计算机的主要部件都集成在一块芯片上，使得数据传送距离 大大缩短，可靠性更高，运行速度更块。由于属于芯片化的微型计算机，各功能 部件在芯片中的布局和结构达最优化，抗干扰能力加强，工作亦相对稳定。因此, 在工业测控系统中，使用单片机是最理想的选择。单片机属于典型的嵌入式系统, 所以它

4、是低端控制系统最佳器件。鉴于MCS-51的以上特点，本文的设计就是基于MCS-51的8051型号单片机 来设计的洗衣机控制系统。第2. 2节 洗衣机控制系统面板设计及控制原理图2. 2. 1面板设计洗衣机控制控制系统面板如图2. 1所示。图2.1控制面板在图2.1中控制面板中设置了一个电源开关，启动按纽，洗涤控制等按纽。2. 2. 2 系统控制原理图图2. 2洗衣机控制系统控制原理图在本系统设计的洗衣机控制系统中，采用8051单片机设计一个最小系 统，为了增加单片机的驱动能力，系统中扩展一组上位排阻电路和一组 数码管位驱动电路,其原理图如图2. 2所示。第2.3节微型处理器2. 3.1 805

5、1性能特点8051引脚功能:MCS-51是标准的40引脚双列直插式集成电路芯片，引脚分布请参照单片机引脚图:（l）P0.0P0.7 Po 口 8位双向口线（在引脚的3932号端子）。（2）PLOP1.7 Pl 口 8位双向口线（在引脚的18号端子）o（在引脚的2广28号端子）。(3)P2. 0P2. 7 P2 8 位双向 口线（4）P3.0P3.7 P3 口 8位双向口线（在引脚的1017号端子）。图2.3单片机8051管脚图2. 3. 2 8051主要性能晶体管的动态扫描P0 口有三个功能：1、外部扩展存储器时，当做数据总线（如图1中的D0D7为数据总线 接口）2、外部扩展存储器时，当作地址

6、总线（如图1中的A0A7为地址总线接口）3、不扩展时，可做一般的I/O使用，但内部无上拉电阻，作为输入或 输出时应在外部接上拉电阻。P1 口只做I/O 口使用：其内部有上拉电阻。P2 口有两个功能：1、扩展外部存储器时，当作地址总线使用2、做一般I/O 使用，其内部有上拉电阻；P3 口有两个功能：除了作为I/。使用外（其内部有上拉电阻），还有一些特殊功能，由特 殊寄存器来设置，具体功能请参考我们后面的引脚说明。有内部EPROM的 单片机芯片（例如8751）,为写入程序需提供专门的编程脉冲和编程电源， 这些信号也是由信号引脚的形式提供的，即：编程脉冲：30脚（ALE/PROG）编程电压（25V）

7、： 31 脚（EA/Vpp）接触过工业设备的兄弟可能会看到有些印刷线路板上会有一个电池， 这个电池是干什么用的呢？这就是单片机的备用电源，当外接电源下降到 下限值时，备用电源就会经第二功能的方式由第9脚（即RST/VPD）引入， 以保护内部RAM中的信息不会丢失。在介绍这四个I/O 时提到了一个“上拉电阻”那么上拉电阻又是一 个什么东东呢？他起什么作用呢？都说了是电阻那当然就是一个电阻啦， 当作为输入时，上拉电阻将其电位拉高，若输入为低电平则可提供电流源； 所以如果P0 口如果作为输入时，处在高阻抗状态，只有外接一个上拉电阻 才能有效。ALE/PROG地址锁存控制信号：在系统扩展时，ALE用于

8、控制把P0 的 输出低8位地址送锁存器锁存起来，以实现低位地址和数据的隔离。（在后 面关于扩展的课程中我们就会看到8051扩展EEPROM电路，在图中ALE与 74LS373锁存器的G相连接，当CPU对外部进行存取时，用以锁住地址的低 位地址，即P0 输出。ALE有可能是高电平也有可能是低电平，当ALE是 高电平时，允许地址锁存信号，当访问外部存储器时，ALE信号负跳变（即 由正变负）将P0 口上低8位地址信号送入锁存器。当ALE是低电平时，P0 口上的内容和锁存器输出一致。关于锁存器的内容，我们稍后也会介绍。在没有访问外部存储器期间，ALE以1/6振荡周期频率输出（即6分频）,当访问外部存储

9、器以1/12振荡周期输出(12分频)。从这里我们可以看到， 当系统没有进行扩展时ALE会以1/6振荡周期的固定频率输出，因此可以 做为外部时钟，或者外部定时脉冲使用。PORG为编程脉冲的输入端：在第五课单片机的内部结构及其组成中， 我们已知道，在8051单片机内部有一个4KB或8KB的程序存储器(ROM), ROM的作用就是用来存放用户需要执行的程序的，那么我们是怎样把编写好 的程序存入进这个ROM中的呢？实际上是通过编程脉冲输入才能写进去的， 这个脉冲的输入端口就是PROGoPSEN外部程序存储器读选通信号：在读外部ROM时PSEN低电平有效, 以实现外部ROM单元的读操作。(1)内部ROM

10、读取时，PSEN不动作；(2)外部ROM读取时，在每个机器周期会动作两次；(3)外部RAM读取时，两个PSEN脉冲被跳过不会输出；外接ROM时，与ROM的0E脚相接。EA/VPP访问和序存储器控制信号1、接高电平时：CPU读取内部程序存储器(ROM)扩展外部ROM：当读取内 部程序存储器超过0FFFH (8051) 1FFFH (8052)时自动读取外部ROM。2、接低电平时：CPU读取外部程序存储器(R0M)o在前面的学习中我们已 知道，8031单片机内部是没有ROM的，那么在应用8031单片机时，这个脚 是一直接低电平的。3、8751烧写内部EPROM时，利用此脚输入21V的烧写电压。RS

11、T复位信号: 当输入的信号连续2个机器周期以上高电平时即为有效，用以完成单片机 的复位初始化操作，当复位后程序计数器PC=OOOOH,即复位后将从程序存 储器的0000H单元读取第一条指令码。XTAL1和XTAL2外接晶振引脚。当 使用芯片内部时钟时，此二引脚用于外接石英晶体和微调电容；当使用外 部时钟时，用于接外部时钟脉冲信号。VCC：电源+5V输入；VSS： GND接 地。AVR和PIC都是跟8051结构不同的8位单片机，因为结构不同，所以 汇编指令也有所不同，而且区别于使用CISC指令集的8051,他们都是RISC 指令集的，只有几十条指令，大部分指令都是单指令周期的指令，所以在 同样晶

12、振频率下，较8051速度要快。另PIC的8位单片机前几年是世界上 出货量最大的单片机，飞思卡尔的单片机紧随其后。ARM实际上就是32位的单片机，它的内部资源（寄存器和外设功能） 较8051和PIC、AVR都要多得多，跟计算机的CPU芯片很接近了。常用于、路由器等等。DSP其实也是一种特殊的单片机，它从8位到32位的都有。 它是专门用来计算数字信号的。在某些公式运算上，它比现行家用计算机 的最快的CPU还要快。比如说一般32位的DSP能在一个指令周期内运算完 一个32位数乘32位数积再加一个32位数。应用于某些对实时处理要求较 高的场合。第2. 4节系统扩展2. 4.1晶体管的动态扫描LED显示

13、屏的基本工作原理是动态扫描。显示控制的过程是先从数据存储器 读得字模数据，再通过单片机的串行口或并行口将数据写给LED点阵片，然后再 行扫描。动态扫描方案和静态显示方案相比节省驱动元件，但要求刷新频率高于 50Hz,以避免显示的图像或文字出现闪烁。由于刷新频率的限制，一片单片机能 控制显示元件的片数是较少的。现在大屏幕LED显示屏的应用已越来越广泛。为了对成百、上千片的LED点 阵片实现有序的、快速的显示控制，人们动了许多脑筋，双CPU、双RAM的方案, FPGA的方案等都获得了成功的应用；但是这些方案的显示控制过程还是先读后 写。本方案另开思路：用一条读指令，将读和写合在一步完成，可大大地提

14、高显 示控制的效率，且电路简单。2. 4. 1 LED显示屏的工作原理LED显示屏的基本工作原理是动态扫描。动态扫描又分为行扫描和列扫描两 种方式，常用的方式是行扫描。行扫描方式又分为8行扫描和16行扫描两种。在行扫描工作方式下，每一片LED点阵片都有一组列驱动电路，列驱动电路 中一定有一片锁存器或移位寄存器，用来锁存待显示内容的字模数据。在行扫描 工作方式下，同一排LED点阵片的同名行控制引脚是并接在一条线上的，共8条 线，最后连接在一个行驱动电路上;行驱动电路中也一定有一片锁存器或移位寄 存器，用来锁存行扫描信号。LED显示屏的列驱动电路和行驱动电路一般都采用单片机进行控制，常用的 单片机

15、是MCS51系列。LED显示屏显示的内容一般按字模的形式存放在单片机的 外部数据存储器中，字模是8位二进制数。单片机对LED显示屏的控制过程是先读后写。按LED点阵片在屏幕上的排列 顺序，单片机先对第1排的第1片LED点阵片的列驱动锁存器，写入从外部数据 存储器读得的字模数据，接着对第2片、第3片直到这一排的最后一片都写 完字模数据后，单片机再对这一排的行驱动锁存器写行扫描信号，于是第1排第 1行与字模数据相关的发光二极管点亮。接着第2排第1行、第3排第1行 直到最后一排第1行的点亮。各排第1行都点亮后，延时一段时间，然后黑屏， 这样就算完成了单片机对LED显示屏的一行扫描控制。单片机对LED

16、显示屏第2行的扫描控制、第3行的扫描控制直到第8行 的扫描控制，其过程与第1行的扫描控制过程相同。对全部8行的控制过程都完 成后，LED显示屏也就完成了 1帧图像的完整显示。虽然按这种工作方式，LED显示屏是一行一行点亮的，每次都只有一行亮， 但只要保证每行每秒钟能点亮50次以上，即刷新频率高于50Hz,那么由于人的 视觉惰性，所看到的LED显示屏显示的图像还是全屏稳定的图像。2. 4. 2LED显示屏的传统控制方法显示控制电路是按行扫描方式工作的，列控制电路分为两大类。列控制电路 中，一类是用74LS377之类的芯片作为列驱动电路的锁存器，CPU通过并行总线 给列驱动电路的锁存器写字模数据；

17、另一类是用移位寄存器74LS595之类的芯片 作为列驱动电路的锁存器,CPU通过串行总线给列驱动电路的锁存器写字模数据。 无论是并行总线的控制方式还是串行总线的控制方式，其工作过程都是先给数据 指针DPTR赋值，接着累加器A按数据指针DPTR的指向，从外部数据存储器RAM 中读得字模数据。然后，并行总线时，再给数据指针DPTR赋值，接着CPU将累 加器A中的字模数据，按数据指针DPTR的指向，写给LED点阵片列驱动电路的 锁存器;串行总线时，CPU将累加器A中的字模数据，通过串行口写给LED点阵 片列驱动电路的锁存器。一般显示控制中，使用较多的单片机是MCS51系列。假设单片机系统的晶振 频率

18、是12MHz,机器周期是1 u s,上述两种控制方式完成1片LED点阵片的显示 控制都得十几PSo本文提出的高速控制方案，完成1片LED点阵片的显示控制大约只要4 H so 按此推算，1片MCS51系列的单片机，差不多可以对600多片LED点阵片进行显 示控制。与传统的控制方法相比，显示控制的效率成倍提高。8051具有很强的扩展功能，允许扩展各种外围电路以补充片内资源不足， 适应特定应用的需要，扩展内容包括数据存储器、程序存储器、I/O接口等扩展 结构如图2.4所示：8051825连工据。I/O 接口的扩展门采集的数日多，因止匕C率瘠的萝求.uAj i/o 口 zA硒用，所以我们使用强Inte

19、l公亚产向价用可编用、彳：谕接和8255A相是供三个3面电也 允许乘用晌可、异若科加电方式传送I/O数数据存储器程序存储器I/O 接口8255A内部结构和引脚功能内部结构8255A内部由四部分电路组成。它们是A 口、B 口和C 口，A组控制器和B控 制器，数据缓冲器及读写控制逻辑。1 .A 口、B 口和C 口。A 口、B 口和C 口均为8位I/O数据口，但结构上略 有差别。A 口由一个8位的数据输出缓冲/锁存器和一个8位的数据输入缓冲/锁 存器组成。B 口由一个8位的数据输出缓冲/锁存器和一个8位的数据输入缓冲 器组成。三个端口都可以和外设相连，分别传送外设的输入/输出数据或控制信 ,息、。2

20、 . A、B组控制电路。这是两组根据CPU的命令字控制8255工作方式的 电路。A组控制A 口及C 口的高4位，B组控制B 口及C 口的低4位。3 .数据总线缓冲器。它是一个8位的双向三态驱动器，用于与单片机的数 据总线相连，传送数据或控制信息。4 .读/写控制逻辑。这部分电路接收MCS-51送来的读/写命令和选口地址， 用于控制对8255A的读/写。图2. 5 8255A芯片的内部结构图引脚功能8255A有40条引脚，采用双列直插式封装。如图2. 6所示。图2. 6 8255A引脚图.数据总线（8条）:DOD7:三态双向数据总线，8255A与CPU数据传送的通道，当CPU执行输 入输出指令时

21、，通过它实现8位数据的读/写操作，控制字和状态信息也通过数 据总线传送。1 .控制总线（6条）：RESET:复位信号，输入高电平有效。一般和单片机的复位相连，复位后,8255A 所有内部寄存器清0,所有口都为输入方式。在：片选信号线，当这个输入引脚为低电平时有效，表示芯片被选中，允许 8255A与CPU进行通讯。而：读信号线，当这个输入引脚为低电平时，允许8255A通过数据总线向 CPU发送数据或状态字。而：写入信号，当这个输入引脚为低电平时，允许CPU将数据或控制字写入 8255AoAO、Al：地址输入线。当=0,芯片被选中时，这两位的4种组合00、01、 10、11分别用于选择A、B、C

22、口和控制寄存器。其组合如表2. 2。表2. 2 8255A控制信号功能表CSA1A2RD薇端口地址端口功能000010011A 口读A 口0001000 HA 口写A 口0010101HB 口读B 口0011001HB 口写B 口0100102HC 口写C 口0101002HC 口读C 口0111003H控制口写控制字1X XXXXX总线高阻2 .并行I/O总线（24条）：这些总线用于和外设相连，分别与A、B、C 口相 对应，用于8255A和外设之间传送数据，共分三组：PAOPA7:端口 A输入输出线，一个8位的数据输出锁存器/缓冲器，一个8 位的数据输入锁存器。PBOPB7:端口 B输入输出

23、线，一个8位的I/O锁存器，一个8位的输入输出缓冲器。PCOPC7:端口 C输入输出线，一个8位的数据输出锁存器/缓冲器，一个8 位的数据输入缓冲器。3 .电源线(2条)：VCC为+ 5V电源线，允许变化10%； GND为地线。(2) 8255A方式控制字8255A有两个控制字：方式控制字和C 口单一置复位控制字。用户通过程序 可以把这两个控制字送到8255A的控制寄存器(A1AO = 11B),以设定8255A的工 作方式和C 口各位状态。这两个控制字以D7位状态作为标志。8255A各端口工 作于什么方式和是输入还是输出方式，是由方式控制字决定的。方式控制字格式 如图2-7所示。D7为控制字

24、标志位，若D7=l,则本控制字为方式控制字，若D7 = 0,则本控 制字为C 口单一置复位控制字。D6D3为A组控制位。其中，D6和D5位A组方式选择位：若D6D5 = 00, 则A组设定为方式0；若D6D5 = 01,则A组设定为方式L若D6D5 = 1X (义为 任意)，则A组设定为方式2。D4为A 口输入/输出控制位：若D4=0,则PAO PA7,用于输出数据；若D4=0,则PAOPA7用于输入数据。D3位C 口高4位输 入/输出控制位：若D3 = 0,则PC4PC7为输出数据方式；若D3 = l,则PC4 PC7为输入方式。图2. 7方式控制字D2D0为B组控制位，其作用和D6D3类似

25、。其中，D2为方式选择位，若 D2 = 0,则B组设定为方式0,若D2 = l,则B组设定为方式1。DO为C 口低4位 输入/输出控制位，若D0 = 0,则PCOPC3用于输出数据，若D0 = l,则PCO PC3用于输入数据。如图2.8所示：图2. 8置位控制字8255A的工作方式8255A有三种工作方式：方式0 (Mode。)、方式1 (Model)和方式2(Mode2)o 正确的选用方式控制字，并把它通过程序送给8255A的控制字寄存器就可设定 8255A的工作方式。方式0 (基本输入/输出方式)：这种方式不需要任何选通信号。A 口、B 口及C 口的两个4位口中的任何一 个端口都可以被设

26、定为输入或输出。输出锁存，输入不锁存。根据控制字D4、 D3、DI、DO位的变化，方式。有16种不同的输入、输出组合方式。方式1 （选通输入/输出方式）：这种方式下，A 口、B 口、C 口分为两组。A组包括A 口和C 口的高4位, A 口可由编程设定为输入口或输出口，C 口的高四位则用来作为输入/输出操作 的控制和同步信号；B组包括B 口和C 口的低4位，B 口可由编程设定为输入 口或输出口，C 口的低四位则用来作为输入/输出操作的控制和同步信号。A 口 和B 口的输入输出数据都被锁存。方式2 （双向总线方式）：这种方式下，A 口为8位双向总线口，C 口的PC3PC7用来作为输入/输出 操作的

27、控制和同步信号；B 口和C 口的PC0-PC2则可编程为方式0或方式1 工作。第2.5节电源除了 220V的电源，我们还选择了 LM7805三端稳压器产生一个+ 5V的电 源。其电路如图2.9所示。图2. 9 +5V电源电路三端固定输出集成稳压器，它是一种串连调整式稳压器。它将全部电路集成 在单块硅片上，整个集成稳压电路只有输入、输出和公共三个引出端，使用非常 方便。典型的有78xx正电压输出系列，79xx负电压输出系列。当输入的电压VI、输出电流10或温度变化时，输出电压VO可保持不变； 另外，当输出短路。可使输出电流10限制为一定值；若稳压器过热，则它就停 止工作，以免稳压器遭到损坏。三端

28、固定输出电压集成稳压器，因内部有过热、过流保护电路，因此它的性 能优良、可靠性高。有因这种稳压器具有体积小、使用方便、价格低廉等优点， 所以我们选用了这种芯片。第3章电机控制系统的设计第3.1节直流电机Ml控制系统3. 1. 1电机的选取直流电动机按励磁方式不同可分为他励、并励、串励和复励四种。下面一常 用的他励和并励电动机为例介绍其机械特性、起动、反转和调速，他励和并励电设计一个基于单片机的洗衣机控制系统，洗衣机的工作流程由进水、洗衣、排水和脱水四个过程组成，并且能达到“正常运行”和“强制停止”两种控制要求：（1）按下启动按钮，开始进水直到水满（即水位达到高水位）时停止进水开始洗 涤。设计目

29、的、 主要内容 （参数、方 法）及要求（2）洗涤时，正转30秒，停2秒；然后反转30秒，停2秒，如此循环5次，总 共320秒开始排水。（3）水位下降到低水位时开始脱水并继续排水，脱水30秒。（4）开始清洗，重复（1） （4）,清洗三遍。（5）清洗完成，报警3秒并自动停机。（6）若按下排水按钮，可实现手动排水。（7）若按下停止按钮，不管洗衣机工作在什么状态，洗衣机需停止工作。工.作量2周时间，每天3学时，共计42学时进度安排第1-3天：根据任务书的要求查阅相关资料。阅读相关文南犬。搞清楚本课题的设计内 容，对本课题的设计有个初步的设想。第4-5天：完成本课题设计的基本设计方案，通过指导老师的审核

30、。第6-7天：完成课题的硬件电路的设计，完成程序设计。第8-9天：进行调试。第10T1天：撰写课题设计报告书，并根据指导教师的意见进行修改。第12天：完成课程设计报告书。第13天：提交报告书。第14天：指导教师批阅课程设计报告书。主要参考 资料1、韩志军，沈晋源，王振波.单片机应用系统设计M机械工业出版社，2005年2、李全利.单片机原理与接口技术M高等教育出版社，2023年第二版3、马淑兰.单片机技术及应用实例分析M西安电子科技大学出版社，2023年指导教师 签字教研室主任签字摘要本文详细介绍了国内洗衣机控制系统的发展现状，发展中所面临的问题。从产品质量、性能及应用方面看洗衣机机的差距；整个

31、行业看国产洗衣机机所存在 的问题以及它的发展趋势。同时也详尽的介绍了此次设计中最重要的组成部件单 片机的概念、工作原理及设备总体结构，其中包括MCS-51的发展历程，选型依据。设计了一种基于单片机MCS-51的洗衣机机，介绍了所选用的8051、8255等动机只是连接方式上的不同，两者的特性是一样的，如图3.1所示。图3. 1洗衣机电机控制他励电动机的励磁绕组与电枢是分离的，分别由励磁电源电压Uf和电枢电 源电压U两个直流供电；而在并励电动机中两者是并联的，由同一电压U供电。 并励电动机的励磁绕组与电枢并联，其电压与电流间的关系为：TJ EU=E+Rala即：Ia =（电本区电压）UIf“a(3

32、-1)当电源电压U和励磁电路的电阻Rf （包括励磁绕组的电阻和励磁调节电阻 号）保持不变时，励磁电流If以及由它所产生的磁通中也保持不变，即=常 数。则电动机的转距也就和电枢电流成正比，T= KT中Ia= Kia这是并励电动机 的特点。当电动机的电磁转距T必须与机械负载转距T2及空载损耗转距TO相平衡 时，电动机将等速转动；当轴上的机械负载发生变化时，将引起电动机的转速、 电流及电磁转距等发生变化。，称为：-J =(3 2)K KeKt/TJ - F并励电动机在稳定运行时，其电枢电流位：/=彳=，因电枢电阻Ra很 小，所以电动机在正常运行时，电源电压U与反电动势6近似相等.在起动时，n=0,所

33、以E = kE0n = Oo这时电枢电流及起动电流为七= ,R由于Ra很小，因此起动电流last可达额定电流IN的1020倍，这时不允件的。同时并励电动机的转距正比于电枢电流la,这么大的起动电流引起极大的起动 转距，会对生产机械的传动机构产生冲击和破坏。限制起动电流的方法就是在起动时的电枢电路中串接起动电阻Rst,见图。这时起动电枢中的起动电流的初始值为：u 丁 _ U则起动电阻为：Rst =-Rq 1 ast - n . n 晨Ra + Rst一般：last=（1.52.5） IN起动时，可将起动电阻Rst放在最大值处，待起动后，随着电动机转速的上升，再把它逐段切除。注意：直流电动机在起动

34、或工作时，励磁电路一定要保持接通，不能断开（满 励磁起动）。否则，由于磁路中只有很小的剩磁，就有可能发生以下：要改变电动机的转动方向，就必须改变电磁转距T的方向，可通过改变磁 通中（励磁电流）或电枢电流la的方向实现。3. 1.2并励电动机的调速电动机的调速就是在同一负载下获得不同的转速，以满足不同的要求。种。由转速公式：nJTK可知常用的调速方式有调磁调速和调压调速两 Ke。3. 1.3改变磁通（调磁调速）当保持电源电压U为额定值不变时，调节励磁电路的电阻号，改变励磁电 流If而改变磁通。由式=T可见，当磁通中减小时，nO升高了，转速降盟也大了；但福与中2成正比，所以磁通愈小，机械特性曲线也

35、愈陡，但仍有一 定的硬度。见图3.2由于电动机一般是在额定状态下运行的，它的磁路已接近于饱和，所以在一 定负载下，通常是减小磁通调速（中 nN）o调磁调速是恒功率调速，即转速升高后，输出转距必须减小，否则电枢电流 la会超过原来的额定电流，使电动机发热烧坏。调磁调速的优点：1 .调速平滑，可得到无级调速；2 .调速经济，控制方便；3 .机械特性较硬，稳定性较好。对专门生产的调磁调速的电动机，其调速幅度可达到34倍1.4改变电压U （调压调速）当保持他励直流电动机的励磁电流If为额定值时，降低电枢电压U,使转 速n降低。由式=心r可见，在一定负载下，U愈低，转速n愈小，但机械勺。KeKt（/）-

36、特性的硬度不变，见图3. 3一般电动机都处在额定状态下运行，再进行调压调速时，为保证电动机的绝 缘，一般是将电动机的电压下调UU N,而转速也下调nVnN。调压调速是在额定电流下调速，是恒转距调速。调压调速的优点：1 .机械特性较硬，电压降低后硬度不变，稳定性较好。2 .调速幅度较大，其调速幅度可达到610倍。3 .可均匀调节电枢电压，得到平滑的无级调速。这里采用电压调节方式实现对直流伺服电机的调速。第3.2节交流电机M2控制系统目前较常用的交流电动机有两种：1、三相异步电动机。2、单相交流电动机。 第一种多用在工业上，而第二种多用在民用电器上。3. 2. 1三相异步电动机的旋转原理三相异步电

37、动机要旋转起来的先决条件是具有一个旋转磁场，三相异步电动 机的定子绕组就是用来产生旋转磁场的。我们知道，但相电源相与相之间的电压 在相位上是相差120度的，三相异步电动机定子中的三个绕组在空间方位上也互 差120度，这样，当在定子绕组中通入三相电源时，定子绕组就会产生一个旋转 磁场，其产生的过程如图1所示。图中分四个时刻来描述旋转磁场的产生过程。 电流每变化一个周期，旋转磁场在空间旋转一周，即旋转磁场的旋转速度与电流 的变化是同步的。旋转磁场的转速为：n=60f/P式中f为电源频率、P是磁场的 磁极对数、n的单位是：每分钟转数。根据此式我们知道，电动机的转速与磁极 数和使用电源的频率有关，为此

38、，控制交流电动机的转速有两种方法：1、改变 磁极法；2、变频法。以往多用第一种方法，现在则利用变频技术实现对交流电 动机的无级变速控制。图3. 4三相异步电机工作图观察图3. 4还可发现，旋转磁场的旋转方向与绕组中电流的相序有关。相序 A、B、C顺时针排列，磁场顺时针方向旋转，若把三根电源线中的任意两根对调, 例如将B相电流通入C相绕组中，C相电流通入B相绕组中，则相序变为：C、B、 A,则磁场必然逆时针方向旋转。利用这一特性我们可很方便地改变三相电动机 的旋转方向。定子绕组产生旋转磁场后，转子导条（鼠笼条）将切割旋转磁场的 磁力线而产生感应电流，转子导条中的电流又与旋转磁场相互作用产生电磁力

39、， 电磁力产生的电磁转矩驱动转子沿旋转磁场方向以nl的转速旋转起来。一般情 况下，电动机的实际转速nl低于旋转磁场的转速n。因为假设n=nl,则转子导 条与旋转磁场就没有相对运动，就不会切割磁力线，也就不会产生电磁转矩，所 以转子的转速nl必然小于no为此我们称三相电动机为异步电动机3. 2.2单相交流电动机的旋转原理单相交流电动机只有一个绕组，转子是鼠笼式的。当单相正弦电流通过定子 绕组时，电动机就会产生一个交变磁场，这个磁场的强弱和方向随时间作正弦规 律变化，但在空间方位上是固定的，所以又称这个磁场是交变脉动磁场。这个交 变脉动磁场可分解为两个以相同转速、旋转方向互为相反的旋转磁场，当转子

40、静 止时，这两个旋转磁场在转子中产生两个大小相等、方向相反的转矩，使得合成 转矩为零，所以电动机无法旋转。当我们用外力使电动机向某一方向旋转时（如 顺时针方向旋转），这时转子与顺时针旋转方向的旋转磁场间的切割磁力线运动 变小；转子与逆时针旋转方向的旋转磁场间的切割磁力线运动变大。这样平衡就 打破了，转子所产生的总的电磁转矩将不再是零,转子将顺着推动方向旋转起来。 要使单相电动机能自动旋转起来，我们可在定子中加上一个起动绕组，起动绕组 与主绕组在空间上相差90度，起动绕组要串接一个合适的电容，使得与主绕组 的电流在相位上近似相差90度，即所谓的分相原理。这样两个在时间上相差90 度的电流通入两个

41、在空间上相差90度的绕组，将会在空间上产生（两相）旋转 磁场。在这个旋转磁场作用下，转子就能自动起动，起动后，待转速升到一定时, 借助于一个安装在转子上的离心开关或其他自动控制装置将起动绕组断开，正常 工作时只有主绕组工作。因此，起动绕组可以做成短时工作方式。但有很多时候, 起动绕组并不断开，我们称这种电动机为电容式单相电动机，要改变这种电动机 的转向，可由改变电容器串接的位置来实现。在单相电动机中，产生旋转磁场的另一种方法称为罩极法，又称单相罩极式 电动机。此种电动机定子做成凸极式的，有两极和四极两种。每个磁极在1/31/4 全极面处开有小槽，把磁极分成两个部分，在小的部分上套装上一个短路铜

42、环， 好象把这部分磁极罩起来一样，所以叫罩极式电动机。单相绕组套装在整个磁极 上，每个极的线圈是串联的，连接时必须使其产生的极性依次按N、S、N、S排 列。当定子绕组通电后，在磁极中产生主磁通，根据楞次定律，其中穿过短路铜 环的主磁通在铜环内产生一个在相位上滞后90度的感应电流，此电流产生的磁 通在相位上也滞后于主磁通，它的作用与电容式电动机的起动绕组相当，从而产 生旋转磁场使电动机转动起来。第4章系统软件设计第4.1节软件构思根据硬件设计要求，控制主程序流程图如图4.1所示。洗衣机通上电以后， 单片机上电，首先进行程序的初始化，包括定时器，外部中断等初始化，以及各 参数初始值的设定。默认洗衣

43、强度为标准洗，漂洗次数三次。然后扫描剩余键盘 的状态。确定强度和漂洗次数。用数码管显示洗衣时间。当启动键按下以后，洗 衣机进入待命状态，完成进水一一洗涤一一脱水一一漂洗的循环过程。当洗衣机结束时候，发出控制蜂鸣器第结束时候，发出控制蜂鸣器第杳沟洗衣机强度R2的侪查询洗衣时间R?的值进水程序洗程序涤实现洗涤正 后，计数器 K,由于排 脱水，脱水 程3次，报按下启动按扭，开始进 转，并停止进水。洗涤正转 加1,累计洗涤次数。并判 水，水位降低，当水位低于 10S后，计数器加1,脱水彳 警并停机。f gHtlW-R3-l业机反粗OS图4.2洗涤过程流程图第4.3节 脱水、漂洗流程图按下脱水按钮，洗衣

44、机自动停止进水，电机停止转动，进入漂洗脱水阶段。 洗衣机打开排水阀，电动机开始工作，脱水过程一分钟后关闭排水阀，此时判断 是否完成脱水漂洗过程，若完成则启动蜂鸣器，报警5s钟，若没完成则自动重 复以上过程。图4.3脱水漂洗流程图第4.4节第4.4节内部中断流程图工作过程中所需的各种计时均有定时器o定时中断服务程序提供。单片机晶 振频率12MHZ,定时器0选择工作方式1,设置时间常数，每0,1秒中断一次。 中断处理流程如下图4. 4内部中断流程图第4. 5节外部中断流程图为防止外部电压过高或过低对洗衣机的电器及控制硬件产出破坏，用外部中 断o进行保护。当电压过高或过低时，引起外部中断o,洗衣机停

45、止一切动作， 进入保护状态。用外部中断1来实现洗衣机过程停止工作。在洗衣过程中，当暂 停键ko按下时，引起外部中断1,转入中断1处理程序。中断1处理程序将使 洗衣机停止工作，并将停止前的状态储存起来。当按下启动键k2时，洗衣机又 恢复工作。程序设计流程如下：图4. 5外部中断流程图心得体会为期一个月的课程设计结束了，在这短短的一个月当中，我不仅巩固了以前 学到的专业知识，更重要的是学到了许多新知识，学会了设计一个系统的步骤、 方法和设计思想，还学到了作为一个设计人员应该具备的素质。在设计之初，我们首先拿到了毕业设计的题目洗衣机水位控制系统设计, 从中我知道了这次设计的目的、要求以及要完成的工作

46、。开题之后我们进入了资 料检索阶段，通过在网上及图书馆查找资料，了解了洗衣机控制控制系统的发展 状况以及现状，从中得到了许多对我们设计有用的东西，并最终确定一套方案。我的方案是利用单片机来实现的，所以翻阅了大量的单片机书籍。我们以前 的学习是围绕MCS-51系列的单片机，故在我们的系统中我们选择了 8051为 CPUo我在图书馆和和网站上查到了好多的单片机和传感器方面的知识，这对我 的设计是很有必要的，它也会对我以后的工作有很大的帮助。设计总是在不断的改进和完善中完成的，每一个器件的选择都要有很多的考 虑。我们在设计中不断的更换新的器件和设计方法，最后做成了本次设计。基本实现了毕业设计任务书中

47、的要求在设计中我们尽量做到完善。但在这次设计中还存在很多不能令人满意的地 方，这些地方也暴露了我们在以前学习过程中的疏漏之处。我一定会在以后的工 作中逐步的改正。在课程设计完成之际，我在这里向一直关心帮助我的老师、同学和朋友表示 我诚挚的谢意。首先感谢的是我的导师尹世忠老师。感谢他给我的指导，在整个设计写作过 程中，我始终得到尹老师的悉心教导和认真指点，使得我的理论知识很认识有了 很大提高，为我的课程设计的顺利完成提供了保证。他身上，体现着严谨求实的 教学作风，勇于探索的工作态度和求同思变、不断创新的治学理念让我印象深刻。 他不知疲倦的敬业精神和精益求精的治学要求，端正了我的学习态度，使我受益 匪浅。最