單片機(jī)課程設(shè)計(jì)電梯模擬系統(tǒng).

1、黑金學(xué)院本科生課程設(shè)計(jì)單片機(jī)原理及應(yīng)用課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目：基于AT89C52電梯模擬控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)專 業(yè)：電子信息科學(xué)與技術(shù)班 級(jí)：2012 級(jí)學(xué)生姓名：xx學(xué) 號(hào)：指導(dǎo)教師：張三豐（副教授）2015年01月i基于AT89C52電梯模擬控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)XX(瓊州學(xué)院 電子信息工程學(xué)院，海南 三亞 572022 )摘要：本設(shè)計(jì)是利用AT89C52單片機(jī)控制的多層電梯模擬控制系統(tǒng)，主要包括硬件系 統(tǒng)的設(shè)計(jì)、軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及模擬電路的仿真調(diào)試。本設(shè)計(jì)主要是利用中斷電路控制電梯 的響應(yīng)和電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，是專門為樓層快速通行控制設(shè)計(jì)的智能系統(tǒng)。此外，利用單片機(jī)控 制電梯有成本低、通用性強(qiáng)、靈活性大及易于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制

2、等優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞：AT89C52單片機(jī)；仿真調(diào)試；電梯1. 設(shè)計(jì)任務(wù)1.1 設(shè)計(jì)目的目前電梯控制系統(tǒng)大多采用繼電器或者可編程控制器( PLC的控制方式，存在著成 本高，需要三相供電等缺點(diǎn)，本設(shè)計(jì)給出了一種基于單片機(jī)的電梯模型控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。以 單片機(jī)為核心，再輔以適當(dāng)?shù)挠布娐泛涂刂瞥绦騺頇z測(cè)和控制整個(gè)電梯的信號(hào)，具有成 本低、通用性強(qiáng)、靈活性大、擴(kuò)展容易及易于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制等優(yōu)點(diǎn)。本設(shè)計(jì)注重基本理論知識(shí)與實(shí)際情況的緊密結(jié)合，同時(shí)對(duì)學(xué)生獨(dú)立創(chuàng)新和分析問題的 能力進(jìn)行培養(yǎng)，加深對(duì)知識(shí)的理解，為以后的工作和學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。1.2 方案論證1.2.1 設(shè)計(jì)要求(1) 設(shè)置電梯的內(nèi)外按鍵，即電梯外都有上

3、或下的按鍵，電梯內(nèi)有樓層的選擇按鍵。(2) 電梯狀態(tài)要有指示燈顯示，即電梯目前運(yùn)行到達(dá)樓層的實(shí)時(shí)顯示，電梯升降的狀 態(tài)顯示等。(3) 電梯無人時(shí)，應(yīng)默認(rèn)停在第一層。1.2.2 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖圖1.1系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1.1所示，樓層電梯呼叫按鍵就是樓層外面的上行、下行按鍵，有需求時(shí)即可按 下；電梯內(nèi)呼叫按鍵就是電梯內(nèi)部的數(shù)字按鍵，它是內(nèi)部按鍵需求的輸入；單片機(jī)就是整 個(gè)系統(tǒng)的核心，接收輸入信息，經(jīng)過處理后輸出信息；樓層顯示數(shù)碼管就是接收單片機(jī)處 理的信息，顯示此時(shí)的樓層數(shù)；電梯狀態(tài)指示燈就是接收單片機(jī)處理的信息，顯示電梯的 狀態(tài)：上升、下降、停止。電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)和控制就是接收單片機(jī)的PW脈沖信號(hào)

4、來控制驅(qū)動(dòng)器，進(jìn)而控制電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)，使電動(dòng)機(jī)牽引電梯做上下運(yùn)動(dòng)。2.電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算2.1硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算2.1.1硬件設(shè)計(jì)思路與計(jì)算電梯最底層為1樓，因此在1樓僅有上升按鍵，而電梯最高層為 6樓，因此6樓應(yīng)僅 有下降按鍵。其他樓層則既有上升按鍵，也有下降按鍵。在電梯內(nèi)部按鍵設(shè)置方面，則應(yīng) 有16樓的各層選擇按鍵。按鍵的一端接地，另一端通過集成電路芯片連至單片機(jī)引腳。 這里，由于按鍵數(shù)量很多，又要求電梯控制系統(tǒng)能以最快速度響應(yīng)按鍵的需求，因此，所 有按鍵通過與門連接單片機(jī)。用五片雙4輸入與門74LS21即可實(shí)現(xiàn)16個(gè)按鍵對(duì)象的集體與運(yùn)算的最終結(jié)果，按鍵動(dòng)作最終是送到單片機(jī)的INTO

5、端。即：INTO (P1.0*P1.1*P1.2*P1.3 ) * (P1.4*P1.5*P1.6*P1.7 ) * (P3.0*P3.1*P2.0*P3.3 )* (P3.4*P3.5*P2.1*P2.2 )無論哪一個(gè)按鍵有動(dòng)作，低電平信號(hào)就會(huì)送到 INTO端，從而引發(fā)外部中斷0服務(wù)子 程序運(yùn)行。當(dāng)定時(shí)器0中斷時(shí)，單片機(jī)向電動(dòng)機(jī)發(fā)送 pwm脈沖信號(hào)，電動(dòng)機(jī)接到脈沖信號(hào) 后，經(jīng)過驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)，電動(dòng)機(jī)便牽引電梯上下運(yùn)動(dòng)。電梯的樓層顯示用七段數(shù)碼管完成顯示。本設(shè)計(jì)電梯只有6層，因此用七段數(shù)碼管即可，數(shù)碼管的顯示數(shù)據(jù)通過單片機(jī)的P0 口來進(jìn)行傳送。設(shè)計(jì)中要求數(shù)碼管隨著電梯的位置變化而變化，即數(shù)碼管顯

6、示數(shù)據(jù)要與樓層數(shù)同步，因此數(shù)碼管的片選線直接連接地，而 不需要再選擇電梯升降的狀態(tài)用上升和下降指示燈來進(jìn)行顯示，通過單片機(jī)的P3.7和P3.6引腳分別連接上升和下降指示燈的負(fù)極，其正極均連接至系統(tǒng)正電源處。2.1.2時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)與計(jì)算XTAL1C1130pFX1C230pFXTAL2111圖2.1時(shí)鐘電路圖單片機(jī)的時(shí)鐘電路（如圖2.1所示）有振蕩電路和分頻電路組成。其中振蕩電路由反 相器以及并聯(lián)外接的石英晶體和電容構(gòu)成，用于產(chǎn)生振蕩脈沖。而分頻電路則用于把振蕩 脈沖分頻，以得到所需要的時(shí)鐘信號(hào)。AT89C52單片機(jī)各功能部件的運(yùn)行都是以時(shí)鐘控制信號(hào)為基準(zhǔn)，有條不紊地一拍一拍 地工作，因此時(shí)鐘頻

7、率直接影響單片機(jī)的速度，時(shí)鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機(jī)系統(tǒng)的 穩(wěn)定性。AT89C52單片機(jī)電路中的電容C1和C2典型值通常選擇為30pF。晶振的頻率越高 則系統(tǒng)的時(shí)鐘頻率也越高，單片機(jī)的運(yùn)行速度也越快。但反過來運(yùn)行速度越快對(duì)內(nèi)存的速 度要求就越高，對(duì)印刷電路板片靠近，以減少寄生電容，更好的保證振蕩器穩(wěn)定、可靠的 工作?；谝陨媳驹O(shè)計(jì)我們考的工藝要求也越高，即要求產(chǎn)生的寄生電容要小，晶振和電 容應(yīng)盡可能安裝得與單片機(jī)芯慮選擇頻率為12MHZ的晶振，當(dāng)振蕩脈沖頻率為12MHZ寸,一個(gè)機(jī)器周期為1us。2.1.3復(fù)位電路設(shè)計(jì)與分析SVCC RSTOR110KC110uF圖2.2復(fù)位電路圖復(fù)位電路圖如

8、圖2.2所示，復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，程序給單片機(jī)的復(fù)位引腳RST加大于2個(gè)機(jī)器周期（即24個(gè)時(shí)鐘振蕩周期）的高電平就可使單片機(jī)復(fù)位。AT89C52的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實(shí)現(xiàn)的。復(fù)位電路通常采用上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位兩種方式，手動(dòng) 復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種，我們采用了手動(dòng)復(fù)位為電平方式的復(fù)位。 如圖3-2所示, 我們通過RST端經(jīng)由電阻與電源VCC接通而實(shí)現(xiàn)，當(dāng)按鍵按下時(shí)，RST端為高電平復(fù)位。當(dāng)時(shí)鐘頻率選用12MHz時(shí)，C1取10uF, R1取10KQ時(shí)，電容 C1充放電時(shí)間 t=R1*C1=0.1s2us （2 個(gè)機(jī)器周期）。2.1.4中斷電路設(shè)計(jì)與分析各中斷的優(yōu)先級(jí)（由高到低排列）

9、：外部 0中斷、定時(shí)器T0中斷、外部1中斷、 定時(shí)器T1中斷、串行發(fā)送中斷、串行接收中斷、定時(shí)器 T2中斷。圖2.3中斷電路圖中斷電路如圖2.3所示。圖中外部0中斷INT0與74LS21與門相接，低電平有效，所 以當(dāng)單片機(jī)接電源后，P1.0P1.3引腳此時(shí)為高電平，當(dāng)任一按鍵按下后，相應(yīng)的中斷輸入口直接與地相接，高電平變?yōu)榈碗娖剑獠?中斷立即響應(yīng)，單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)入中斷控制子程序系統(tǒng)，在中斷服務(wù)子程序中做出相應(yīng)的執(zhí)行指令。2.1.5電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路L1 L2 L3圖2.4帶有聯(lián)鎖的正反控制電路如圖2.4所示，幾只控制電路通過輔助觸頭之間的相互連接，實(shí)現(xiàn)彼此之間相互聯(lián)系 又相互制約的作用，叫做

10、聯(lián)鎖。繼電接觸控制電路，通過接觸器、繼電器之間的相互聯(lián)鎖， 可以實(shí)現(xiàn)多臺(tái)設(shè)備按生產(chǎn)工藝進(jìn)行工作，是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制及保護(hù)的重要環(huán)節(jié)。當(dāng)接通電源 后，閉合負(fù)荷開關(guān)QM按下開關(guān)SB1,線圈C1得電，使電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，此時(shí)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)。 按下開關(guān)SB2線圈C2得電，線圈C1斷開，此時(shí)電機(jī)開始反轉(zhuǎn)。2.1.6數(shù)碼管顯示模塊的選擇LED是Light Emiting Diode（發(fā)光二極管）的縮寫，發(fā)光二極管是可以將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)的電致發(fā)光器件。由條形發(fā)光二極管組成“8”字形的LED顯示器，也稱數(shù)碼管。通過數(shù)碼管中發(fā)光二極管的亮暗組合，可以顯示多種數(shù)字，字母以及其他符號(hào)。數(shù) 碼管有七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管之分。七

11、段數(shù)碼管由7個(gè)發(fā)光二極管組成，而八段數(shù)碼管則是在七段發(fā)光二極管的基礎(chǔ)上在再加一個(gè)圓點(diǎn)型發(fā)光二級(jí)管，用于顯示小數(shù)點(diǎn)，本設(shè)計(jì) 采用七段數(shù)碼管。圖2.5七段數(shù)碼管七段數(shù)碼管外形如圖2.5所示，即左邊的7個(gè)引腳跟單片機(jī)P0 口相接，下邊的引腳 連接地。2.1.7按鈕控制電路模塊的設(shè)計(jì)P10P11F6下F1上F2下P12 匸二* O 0-4 F2上P13| Q O1P14F3下F3上P15I QP16F4下F4上P17P30P31F5下F1P20F2F5上P34P35F4F5P21F6P22圖2.6電梯不同樓層的按鈕如圖2.6所示，按鍵顯示電路模塊包括電梯內(nèi)部的按鈕和每層樓的上下按鈕，這些按鈕一端與地相

12、接，一端又與單片機(jī)和與門74LS21相接，外部0中斷低電平有效，這樣可以實(shí)現(xiàn)模擬按鍵的自如操作。2.2軟件系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)2.2.1程序設(shè)計(jì)思路首先，必須得合理考慮按鍵的響應(yīng)問題。一段時(shí)間內(nèi)可能有多個(gè)不同的按鍵有動(dòng)作， 程序必須記錄每一個(gè)按鍵的動(dòng)作，并根據(jù)電梯本身所處的樓層情況與按鍵樓層之間的位置 關(guān)系，合理判斷出電梯應(yīng)當(dāng)做出上升或下降的響應(yīng)動(dòng)作。其次，電梯系統(tǒng)還有一個(gè)判斷是否無人的情況。即電梯到達(dá)某樓層后，其他樓層無按 鍵動(dòng)作，且電梯內(nèi)也無樓層選擇按鍵動(dòng)作，那么就可以判斷此時(shí)電梯內(nèi)無人。若電梯內(nèi)無 人，電梯應(yīng)自動(dòng)返回到1層等待。然后，兩個(gè)樓層之間應(yīng)考慮有一段運(yùn)行時(shí)間，而且也要設(shè)置在一個(gè)樓層的

13、停留時(shí)間。本設(shè)計(jì)中兩個(gè)樓層之間的運(yùn)行時(shí)間設(shè)為1s,每層停留時(shí)間設(shè)為5so當(dāng)定時(shí)0中斷時(shí)，可利用此發(fā)送電動(dòng)機(jī)PW脈沖信號(hào)，經(jīng)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)后，電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作指令。另外，當(dāng)電梯上升或者下降時(shí)，相應(yīng)的狀態(tài)指示燈應(yīng)及時(shí)同步點(diǎn)亮。2.2.2程序流程圖本設(shè)計(jì)程序流程圖主要包括主程序流程圖（如圖2.7所示）、啟動(dòng)電梯子程序流程圖（如圖2.8所示）、選擇當(dāng)前要去樓層子程序流程圖（如圖 2.9所示）。圖2.8啟動(dòng)電梯子程序流程圖圖2.9選擇當(dāng)前要去樓層子程序流程圖3.電路仿真與分析RP1 RESPACK5 訂閃=U5:P25 詢JIJ_LIB 2H 3fl ia586flT1COH1CXX4C6C6CT

14、C111MO皿UO7DR-BIDCUULNUBA次椒早叫腳F6下F11nU1ISIS29 云Jf M 2F12 1m3-4Hi 5MT7MFTPIT tP1.VT!Et 12 f1J 11JM5I1J5川pnnj.DiRD.WD1 fflD2P0CMD3PO.iJADIF0JSAD5P0jD6Pfl.TADt旳卿P2.1W P22A1DP21I P3.tt12 pisawP2WUR.TA15PJflfflXD PJ1/IXD P32flNP33/WTT的師Irj/rF21J吃232(*2526Fp-2S啤MP11J31V213:總15宙活一:慣tT月0h1F2下F3T卡4下F5 TF2F3R上

15、F5 二11 *11 A1s A二粥三im按shraaiw五商叫按鈕AOC52PROD RAW-1U .HEXUP LEDDILDREsTEC1 DovnLED D2LEOHLOWL 咗TBCTaU2.BioI2FlTiLSJl 12FT圖3.1電梯默認(rèn)停在一樓解析：如圖3.1所示，電梯沒有其他響應(yīng)時(shí)，默認(rèn)停在一樓，數(shù)碼管顯示1樓。此時(shí)各內(nèi)外按鍵接地的一側(cè)全部為低電平，接單片和 74LS21與門一側(cè)全部為高電平，一旦按鈕按下， 凡是按鍵所接的引腳全部為低電平，此時(shí)外部0中斷低電平有效，外部0中斷立即響應(yīng)。當(dāng)定時(shí)器0中斷響應(yīng)后，開始計(jì)時(shí)并向電動(dòng)機(jī)發(fā)送 PWN脈沖信號(hào)，經(jīng)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)后，電動(dòng)機(jī)就會(huì)牽

16、引電梯做上升或者下降運(yùn)動(dòng)，數(shù)碼管收到單片機(jī)的控制信號(hào)后就會(huì)顯示樓層的同 步變化，相應(yīng)的上升、下降指示燈會(huì)有所指示。RP1U5U1 isZETIB 20 30 IB 5B 射 SB罠 TC16!SUQL53Euu11MOTOR-BLDCMXTAL1PDDHDQPD.1MD1PQ2MD2XTW2PQ3JWD3卩iwmPQ5MDSPQ6MD5ASTPOTfflDTP2IW恫廂P22H1DfsetTPJJffillALEPllhll苗P2ffil3P2MHMWT2P30Df1.VT2EXP3.1/TXD*1JJ3ilnTDM3paanffHMlM5町蟻nMSpjsmjRMJPS.TfiU3M6 MT

17、8PIP ji 訂1Eg滬 悄2PH 5上ff下行瞬TAUP LEDU2：e1315PZI333515TttSM 七TRETilSZI TEXTF2fF4下F1Lnr-ifr-10 139383T匸35353?JRP1 RESPflCKB D1LED-GREEH Down LED D2 tEO-YELlJJW 嘴T日EU2：eF4IQ 11 2 12 11 j5 j6 JIF5即FT四攙申叫腳F3 4電梯內(nèi)FB aI壬J圖3.3電梯處于下行中，經(jīng)過四樓，下行指示燈亮解析：如圖3.3所示，電梯可能沒有響應(yīng)，在四樓以上停了 5s就返回一樓，或者是在四樓以下有響應(yīng)，執(zhí)行外部0中斷服務(wù)子程序。當(dāng)定時(shí)器

18、TO開始計(jì)數(shù)時(shí)，并向電動(dòng)機(jī)發(fā)送 PWM 脈沖信號(hào)，經(jīng)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)后，此時(shí)電機(jī)反轉(zhuǎn)，就會(huì)牽引電梯做下降運(yùn)動(dòng)，電梯下行，經(jīng)過 四樓，數(shù)碼管同步顯示4樓，上升指示燈滅，下降指示燈亮。4.電路安裝與調(diào)試4.1電路的安裝電路的安裝調(diào)試過程是一個(gè)比較復(fù)雜且耗時(shí)間的過程，首先要確定器件的型號(hào)，選擇器件型號(hào)除了要考慮機(jī)器設(shè)備、電壓、電流外，還要考慮經(jīng)濟(jì)實(shí)用及美觀問題。所有的器 件都備好后，接下來就是安裝，主電路等都安裝在控制柜內(nèi)，這就要考慮相互干擾的問題， 按鈕，指示燈或數(shù)碼顯示也按照原理圖接線，所有的元器件都按照一定的編號(hào)安裝好后，ii確保無誤。4.2 電路的調(diào)試4.2.1 單指令運(yùn)行調(diào)試單指令運(yùn)行調(diào)試是一種

19、最簡(jiǎn)單的調(diào)試方法，檢查所設(shè)計(jì)的程序在完成其最簡(jiǎn)單的控制 功能時(shí)是否會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤。單指令運(yùn)行調(diào)試的具體內(nèi)容如下：假定電梯的橋廂在 1 樓，1 樓 指示燈發(fā)光，此時(shí)按下 6 樓的指令按鈕， 6 樓指令顯示燈亮，電梯關(guān)門開始向上運(yùn)行，當(dāng) 橋廂升到 6 樓后，數(shù)碼管顯示為 6 樓的內(nèi)指令顯示信號(hào)消除。4.2.2 單層運(yùn)行調(diào)試單指令運(yùn)行調(diào)試之后， 接下來就是單層調(diào)試， 以確保程序再多條指令運(yùn)行時(shí)的正確性。 此種調(diào)試是讓電梯單方向運(yùn)行與 N層，譬如，電梯橋廂原先在2層，如此時(shí)3樓和4樓有 向上外呼，即按下 3 樓和 4 樓外呼指示燈亮，此時(shí)按下開門按鈕，則橋廂往上運(yùn)行，到 3 樓時(shí)經(jīng)過比較發(fā)出平層信號(hào)，橋廂

20、停層響應(yīng)呼梯， 3 樓外呼指示燈滅，過一會(huì)兒，橋廂繼 續(xù)向上運(yùn)行到 4樓時(shí)通過比較發(fā)出平層信號(hào)，橋廂停層響應(yīng)呼梯，并消除登記記號(hào)。4.2.3 復(fù)雜運(yùn)行調(diào)試此種調(diào)試是在呼梯也就是無規(guī)律呼梯時(shí)看電梯的運(yùn)行，這種調(diào)試最容易發(fā)現(xiàn)一些潛在 的開始不易發(fā)現(xiàn)的問題。但是由于這種情況不好分析，要看實(shí)際情況。5. 設(shè)計(jì)總結(jié)本次課程設(shè)計(jì)是對(duì)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)電梯的部分改進(jìn)，可以降低電梯的設(shè)計(jì)成本，實(shí)現(xiàn)樓層快 速通行的模擬控制。另外由于此次設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的功能簡(jiǎn)單，簡(jiǎn)化處理了一些實(shí)際情況，沒有 去考慮這種電梯在實(shí)際應(yīng)用中的故障問題，及一些更智能的硬件與軟件的安裝與調(diào)試。由于時(shí)間緊迫，自己能力有限，還有許多功能可以在此基礎(chǔ)上進(jìn)行拓展，例如可以擴(kuò) 展單片機(jī)增加智能識(shí)別系統(tǒng)，增加電梯內(nèi)部的溫度控制、增加單片機(jī)的故障預(yù)警等一些智 能控制系統(tǒng)。隨著科技與經(jīng)濟(jì)的深入發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步，以后的電梯控制系統(tǒng) 將會(huì)越來越智能化，這對(duì)提升人們的生活質(zhì)量、生活的幸福指數(shù)有著深遠(yuǎn)的意義。此次設(shè)計(jì)不僅僅是一個(gè)硬件電路設(shè)計(jì)和程序編寫的過程，更重要的是實(shí)際問題的分析 和設(shè)計(jì)階段的努力。我們將充分利用單片機(jī)開發(fā)上的靈活、快速的特點(diǎn)，來實(shí)現(xiàn)我們自己 智能控制的設(shè)計(jì)。通過本次畢業(yè)論文