(精品論文)模擬電梯控制系統(tǒng)設(shè)計論文

20102010 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 題目題目： 單片機模擬電梯控制系統(tǒng)文獻綜述 學(xué)學(xué) 生生 姓姓 名：名： 院院 系：系： 專業(yè)、班級專業(yè)、班級 ： 學(xué)學(xué) 號號 ： 指指 導(dǎo)導(dǎo) 教教 師：師： 完完 成成 日日 期：期： 模擬電梯控制系統(tǒng)設(shè)計模擬電梯控制系統(tǒng)設(shè)計 摘要摘要 單片機即單片微型計算機（Single-Chip Microcomputer ） ，是集 CPU ,RAM ,ROM , 定時，計數(shù)和多種接口于一體的微控制器。其中 51 單片機是各種單片機中最為典型和最 有代表性的一種,廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域.電梯是集機械原理應(yīng)用、電氣控制技術(shù)、微處理 器技術(shù)、系統(tǒng)工程學(xué)等多學(xué)科和技術(shù)分支于一體的機電設(shè)備，它是建筑中的永久垂直交 通工具。 本論文選擇 AT89S51 為核心控制元件，設(shè)計了一個八層電梯系統(tǒng)，使用單片機匯編 語言進行編程，實現(xiàn)運送乘客到任意樓層，并且顯示電梯的樓層和上下行。利用單片機 控制電梯有成本低，通用性強，靈活性大及易于實現(xiàn)復(fù)雜控制等優(yōu)點。 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞 單片機 電梯 控制 Abstract Microcontroller that microcomputer (Single-Chip Microcomputer) gathering CPU, RAM, ROM, the timing, number and variety of interface integrated microcontrollers. 51 various SCM SCM is the most typical and most representative of a widely used in various fields. Elevator is the application of the principle set machinery, electrical control technology, microprocessor technology, systems engineering and other technical disciplines and branches of the integration of mechanical and electrical equipment, which is building a permanent vertical transport. This paper choice AT89S51 control of the core components, designed a new 8 storey lift systems, using single-chip assembly language programming, transporting passengers arrived a floor, it also shows the elevator floor and downlink. SCM control elevators low cost, versatility, flexibility and ease of large complex control advantages KeyboardsKeyboards Single-Chip Microcomputer Elevator control 目目 錄錄 引引 言言.1 第一章第一章 單片機概述單片機概述.2 1.1 單片機簡介.2 1.2 單片機的特點3 1.3 單片機的應(yīng)用領(lǐng)域4 1.4 單片機的發(fā)展趨勢5 1.5 單片機的主要生產(chǎn)廠家和機型5 第二章第二章 硬件系統(tǒng)實現(xiàn)硬件系統(tǒng)實現(xiàn).7 2.1 功能模塊圖7 2.2 各功能模塊介紹7 2.2.1 AT89S51 芯片.7 2.2.2 顯示模塊10 2.2.3 復(fù)位開關(guān)模塊10 2.2.4 振蕩器電路模塊11 2.2.5 程序下載模塊11 2.3 設(shè)計電路及連線12 第三章第三章 軟件設(shè)計軟件設(shè)計.13 3.1 匯編語言簡介13 3.2 流程圖設(shè)計14 3.3 程序設(shè)計15 3.3.1 程序初始化.15 3.3.2 主程序調(diào)用.16 3.3.3 中斷程序調(diào)用.16 第四章第四章 系統(tǒng)調(diào)試系統(tǒng)調(diào)試.19 4.1 硬件調(diào)試.19 4.2 軟件調(diào)試.19 結(jié)論結(jié)論.21 致謝致謝.22 參考文獻參考文獻.23 程序附錄程序附錄.24 模擬電梯控制系統(tǒng)設(shè)計 第- 1 頁 共 33 頁 引引 言言 隨著現(xiàn)代高科技的發(fā)展，住房和辦公用樓都已經(jīng)逐漸向高層發(fā)展。電梯是 高層賓館、商店、住宅、多層倉庫等高層建筑不可缺少的垂直方向的交通運輸 工具。1889 年美國奧梯斯升降機公司推出的世界上第一部以電動機為動力的升 降機，同年在紐約市馬累特大廈安裝成功。隨著建筑物規(guī)模越來越大，樓層也 越來越高，對電梯的調(diào)速精度、調(diào)速范圍等靜態(tài)和動態(tài)特性都提出了更高的要 求。由于傳統(tǒng)的電梯運行邏輯控制系統(tǒng)采用的是繼電器邏輯控制線路。采用這 種控制線路,存在易出故障、維護不便、運行壽命較短、占用空間大等缺點。 目前，由可編程控制器（PLC）或微型計算機組成的電梯運行邏輯控制系 統(tǒng)，正以很快的速度發(fā)展著。可編程控制器，是微機技術(shù)與繼電器常規(guī)控制技 術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是在順序控制器和微機控制器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型控制 器，是一種以微處理器為核心用作數(shù)字控制的專用計算機，它有良好的抗干擾 性能，適應(yīng)很多工業(yè)控制現(xiàn)場的惡劣環(huán)境，所以現(xiàn)在的電梯控制系統(tǒng)主要還是 由可編程控制器控制。但是由于 PLC 的針對性較強，每一臺 PLC 都是根據(jù)一 個設(shè)備而設(shè)計的，所以價格較昂貴。而單片機價格相當(dāng)便宜，如果在抗干擾功 能上有所提高的話完全可以代替 PLC 實現(xiàn)對工控設(shè)備的控制。當(dāng)然單片機并不 象 PLC 那么有針對性，所以由單片機設(shè)計的控制系統(tǒng)可以隨著設(shè)備的更新而不 斷修改完善，更完美的實現(xiàn)設(shè)備的升級。 電梯控制系統(tǒng)是比較復(fù)雜的一個大型系統(tǒng)，在計算機誕生的幾十年里，繼 電器控制系統(tǒng)為電梯控制的發(fā)展做了巨大的貢獻，但在性能上和 PLC 還是有本 質(zhì)上的差距。在科技的不斷發(fā)展下，單片機控制系統(tǒng)很快可以解決抗擾性，成 為方便有效的電梯控制系統(tǒng)。 運城學(xué)院計算機科學(xué)與技術(shù)系畢業(yè)論文 第- 2 頁 共 33 頁 第一章第一章 單片機概述單片機概述 單片機全稱為單片微型計算機（Single Chip Microcomputer）,又稱為微 控制器（Microcontroller Unit）或嵌入式控制器（Embedded Controller） 。 它是將計算機的基本部件微型化并集成到一塊芯片上的微型計算機，通常片內(nèi) 都含有 CPU、ROM、RAM、并行 I/O、串行 I/O、定時器/計數(shù)器、中斷控制、系 統(tǒng)時鐘及系統(tǒng)總線等。 （如圖 1-1 所示） 。隨著技術(shù)的發(fā)展，單片機片內(nèi)集成的 功能越來越強大，并朝著 SOC（System on Chip）方向發(fā)展 圖 1-1 單片機結(jié)構(gòu) 單片機有著體積小、功耗低、功能強、性能價格比高、易于推廣應(yīng)用等顯 著優(yōu)點，在自動化裝置、智能儀器儀表、過程控制、通信、家用電器等許多領(lǐng) 域得到日益廣泛的應(yīng)用。 1.1 單片機簡介單片機簡介 模擬電梯控制系統(tǒng)設(shè)計 第- 3 頁 共 33 頁 單片機是一種集成電路芯片，采用超大規(guī)模技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力(如 算術(shù)運算，邏輯運算、數(shù)據(jù)傳送、中斷處理)的微處理器(CPU)，隨機存取數(shù)據(jù) 存儲器(RAM)，只讀程序存儲器(ROM)，輸入輸出電路(I/O 口)，可能還包括定 時計數(shù)器，串行通信口(SCI)，顯示驅(qū)動電路(LCD 或 LED 驅(qū)動電路)，脈寬調(diào)制 電路(PWM)，模擬多路轉(zhuǎn)換器及 A/D 轉(zhuǎn)換器等電路集成到一塊單塊芯片上，構(gòu) 成一個最小,然而完善的計算機系統(tǒng)。這些電路能在軟件的控制下準確、迅速、 高效地完成程序設(shè)計者事先規(guī)定的任務(wù)。 由此來看，單片機有著微處理器所不具備的功能，它可單獨地完成現(xiàn)代工 業(yè)控制所要求的智能化控制功能，這是單片機最大的特征。 然而單片機又不同于單板機，芯片在沒有開發(fā)前，它只是具備功能極強的 超大規(guī)模集成電路，如果賦予它特定的程序，它便是一個最小的、完整的微型 計算機控制系統(tǒng)，它與單板機或個人電腦(PC 機)有著本質(zhì)的區(qū)別，單片機的應(yīng) 用屬于芯片級應(yīng)用，需要用戶了解單片機芯片的結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)以及其它集成 電路應(yīng)用技術(shù)和系統(tǒng)設(shè)計所需要的理論和技術(shù)，用這樣特定的芯片設(shè)計應(yīng)用程 序，從而使該芯片具備特定的功能。 不同的單片機有著不同的硬件特征和軟件特征，即它們的技術(shù)特征均不盡 相同，硬件特征取決于單片機芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，用戶要使用某種單片機，必須 了解該型產(chǎn)品是否滿足需要的功能和應(yīng)用系統(tǒng)所要求的特性指標。這里的技術(shù) 特征包括功能特性、控制特性和電氣特性等等，這些信息需要從生產(chǎn)廠商的技 術(shù)手冊中得到。軟件特征是指指令系統(tǒng)特性和開發(fā)支持環(huán)境，指令特性即我們 熟悉的單片機的尋址方式，數(shù)據(jù)處理和邏輯處理方式，輸入輸出特性及對電源 的要求等等。開發(fā)支持的環(huán)境包括指令的兼容及可移植性，支持軟件(包含可 支持開發(fā)應(yīng)用程序的軟件資源)及硬件資源。要利用某型號單片機開發(fā)自己的 應(yīng)用系統(tǒng)，掌握其結(jié)構(gòu)特征和技術(shù)特征是必須的。 單片機控制系統(tǒng)能夠取代以前利用復(fù)雜電子線路或數(shù)字電路構(gòu)成的控制系 統(tǒng)，可以軟件控制來實現(xiàn)，并能夠?qū)崿F(xiàn)智能化，現(xiàn)在單片機控制范疇無所不在， 例如通信產(chǎn)品、家用電器、智能儀器儀表、過程控制和專用控制裝置等等，單 片機的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛。 誠然，單片機的應(yīng)用意義遠不限于它的應(yīng)用范疇或由此帶來的經(jīng)濟效益， 更重要的是它已從根本上改變了傳統(tǒng)的控制方法和設(shè)計思想。是控制技術(shù)的一 次革命，是一座重要的里程碑。 1.2 單片機的特點單片機的特點 單片機與通用微機相比較,在結(jié)構(gòu),指令設(shè)置上均有其獨特之處,其主要特 點如下: （1（單片機的存儲器 ROM 和 RAM 是嚴格區(qū)分的.ROM 稱為程序存儲器,只 存放程序,固定常數(shù)及數(shù)據(jù)表格.RAM 則為數(shù)據(jù)存儲器,用作工作區(qū)及存放用戶 運城學(xué)院計算機科學(xué)與技術(shù)系畢業(yè)論文 第- 4 頁 共 33 頁 數(shù)據(jù).這樣的結(jié)構(gòu)主要是考慮到單片機用于控制系統(tǒng)中,有較大的程序存儲空間,把 開發(fā)成功的程序固化在 ROM 中,而把少量的隨機數(shù)據(jù)存放在 RAM 中.這樣,小容 量的數(shù)據(jù)存儲器能以高速 RAM 形式集成在單片機內(nèi),以加速單片機的執(zhí)行速度. 但單片機內(nèi)的 RAM 是作為數(shù)據(jù)存儲器用,而不是當(dāng)作高速緩沖存儲器(CACHE)使 用. （2（采用面向控制的指令系統(tǒng).為滿足控制的需要,單片機有更強的邏輯 控制能力,特別是具有很強的位處理能力. （3（單片機的 I/O 引腳通常是多功能的.由于單片機芯片上引腳數(shù)目有 限,為了解決實際引腳和需要的信號線的矛盾,采用了引腳功能復(fù)用的方法.引 腳處于何種功能,可由指令來設(shè)置或由機器狀態(tài)來區(qū)分. （4（單片機的外部擴展能力強.在內(nèi)部的各種功能部分不能滿足應(yīng)用需 求時,均可在外部進行擴展(如擴展 ROM,RAM,I/O 接口,定時器/計數(shù)器,中斷系 統(tǒng)等),與許多通用的微機接口芯片兼容,給應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計帶來極大的方便和靈 活性. 1.3 單片機的應(yīng)用領(lǐng)域單片機的應(yīng)用領(lǐng)域 單片機廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備 的智能化管理及過程控制等領(lǐng)域，大致可分如下幾個范疇： (1) 在智能儀器儀表上的應(yīng)用:單片機具有體積小、功耗低、控制功能強、 擴展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于儀器儀表中，結(jié)合不同類型 的傳感器，可實現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、 角度、長度、硬度、元素、壓力等物理量的測量。采用單片機控制使得儀器儀 表數(shù)字化、智能化、微型化，且功能比起采用電子或數(shù)字電路更加強大。例如 精密的測量設(shè)備（功率計，示波器，各種分析儀） 。 (2) 在工業(yè)控制中的應(yīng)用: 用單片機可以構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù) 采集系統(tǒng)。例如工廠流水線的智能化管理，電梯智能化控制、各種報警系統(tǒng)， 與計算機聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級控制系統(tǒng)等。 (3) 在家用電器中的應(yīng)用: 可以這樣說，現(xiàn)在的家用電器基本上都采用了 單片機控制，從電飯褒、洗衣機、電冰箱、空調(diào)機、彩電、其他音響視頻器材、 再到電子秤量設(shè)備，五花八門，無所不在。 (4) 在計算機網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域中的應(yīng)用:現(xiàn)代的單片機普遍具備通信接口， 可以很方便地與計算機進行數(shù)據(jù)通信，為在計算機網(wǎng)絡(luò)和通信設(shè)備間的應(yīng)用提 供了極好的物質(zhì)條件，現(xiàn)在的通信設(shè)備基本上都實現(xiàn)了單片機智能控制，從手 機，電話機、小型程控交換機、樓宇自動通信呼叫系統(tǒng)、列車無線通信、再到 日常工作中隨處可見的移動電話，集群移動通信，無線電對講機等。 (5) 單片機在醫(yī)用設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用:單片機在醫(yī)用設(shè)備中的用途亦相當(dāng)廣 泛，例如醫(yī)用呼吸機，各種分析儀，監(jiān)護儀，超聲診斷設(shè)備及病床呼叫系統(tǒng)等 模擬電梯控制系統(tǒng)設(shè)計 第- 5 頁 共 33 頁 等。 此外，單片機在工商，金融，科研、教育，國防航空航天等領(lǐng)域都有著十 分廣泛的用途。 1.4 單片機的發(fā)展趨勢單片機的發(fā)展趨勢 現(xiàn)在可以說單片機是百花齊放，百家爭鳴的時期，世界上各大芯片制造公 司都推出了自己的單片機，從 8 位、16 位到 32 位，數(shù)不勝數(shù)，應(yīng)有盡有，有 與主流 C51 系列兼容的，也有不兼容的，但它們各具特色，互成互補，為單片 機的應(yīng)用提供廣闊的天地。 縱觀單片機的發(fā)展過程，可以預(yù)示單片機的發(fā)展趨勢，大致有： (1) 低功耗 CMOS 化 MCS-51 系列的 8031 推出時的功耗達 630mW，而現(xiàn)在的單片機普遍都在 100mW 左右，隨著對單片機功耗要求越來越低，現(xiàn)在的各個單片機制造商基本 都采用了 CMOS(互補金屬氧化物半導(dǎo)體工藝)。像 80C51 就采用了 HMOS(即高密 度金屬氧化物半導(dǎo)體工藝)和 CHMOS(互補高密度金屬氧化物半導(dǎo)體工藝)。CMOS 雖然功耗較低，但由于其物理特征決定其工作速度不夠高，而 CHMOS 則具備了 高速和低功耗的特點，這些特征，更適合于在要求低功耗像電池供電的應(yīng)用場 合。所以這種工藝將是今后一段時期單片機發(fā)展的主要途徑。 (2) 微型單片化 現(xiàn)在常規(guī)的單片機普遍都是將中央處理器(CPU)、隨機存取數(shù)據(jù)存儲(RAM)、 只讀程序存儲器(ROM)、并行和串行通信接口，中斷系統(tǒng)、定時電路、時鐘電 路集成在一塊單一的芯片上，增強型的單片機集成了如 A/D 轉(zhuǎn)換器、PMW(脈寬 調(diào)制電路)、WDT(看門狗)、有些單片機將 LCD(液晶)驅(qū)動電路都集成在單一的 芯片上，這樣單片機包含的單元電路就更多，功能就越強大。甚至單片機廠商 還可以根據(jù)用戶的要求量身定做，制造出具有自己特色的單片機芯片。 此外，現(xiàn)在的產(chǎn)品普遍要求體積小、重量輕，這就要求單片機除了功能強 和功耗低外，還要求其體積要小。現(xiàn)在的許多單片機都具有多種封裝形式，其 中 SMD(表面封裝)越來越受歡迎，使得由單片機構(gòu)成的系統(tǒng)正朝微型化方向發(fā) 展。 (3) 主流與多品種共存 現(xiàn)在雖然單片機的品種繁多，各具特色，但仍以 80C51 為核心的單片機占 主流，兼容其結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)的有 PHILIPS 公司的產(chǎn)品，ATMEL 公司的產(chǎn)品和 中國臺灣的 Winbond 系列單片機。所以 C8051 為核心的單片機占據(jù)了半壁江山。 而 Microchip 公司的 PIC 精簡指令集(RISC)也有著強勁的發(fā)展勢頭，中國臺灣 的 HOLTEK 公司近年的單片機產(chǎn)量與日俱增，與其低價質(zhì)優(yōu)的優(yōu)勢，占據(jù)一定 的市場分額。此外還有 MOTOROLA 公司的產(chǎn)品，日本幾大公司的專用單片機。 在一定的時期內(nèi)，這種情形將得以延續(xù)，將不存在某個單片機一統(tǒng)天下的壟斷 局面，走的是依存互補，相輔相成、共同發(fā)展的道路。 運城學(xué)院計算機科學(xué)與技術(shù)系畢業(yè)論文 第- 6 頁 共 33 頁 1.5 單片機的主要生產(chǎn)廠家和機型單片機的主要生產(chǎn)廠家和機型 目前世界是較為著名的部分 8 位單片機的生產(chǎn)廠家和部分主要機型如下: Intel(美國英特爾)公司: MCS-51/96 及其增強系列. NS(美國國家半導(dǎo)體)公司: NS8070 系列. RCA(美國無線電)公司: CDP1800 系列. TI(美國得克薩斯儀器儀表)公司: TMS7000 系列. Cypress(美國 Cypress 半導(dǎo)體)公司: CYXX 系列. Rockwell(美國洛克威爾)公司: 6500 系列. Motorola(美國摩托羅拉)公司: 6805 系列. Fairchild(美國仙童)公司: FS 系列和 3870 系列. Zilog(美國齊洛格)公司: Z8 系列和 SUPER 系列. Atmel(美國 Atmel)公司: AT89 系列. National(日本松下)公司: MN6800 系列. Hitachi(日本日立)公司: HD6301,HD65L05,HD6305 系列. NEC(日本電氣)公司: Ucom87,(upd7800)系列. Philips(荷蘭菲利浦)公司:P89C51XX 系列. 其中 Intel 公司的 MCS-51 系列及其增強型系列在 8 位單片機市場中占的 份額最大,達 50%左右. 模擬電梯控制系統(tǒng)設(shè)計 第- 7 頁 共 33 頁 第二章第二章 硬件系統(tǒng)實現(xiàn)硬件系統(tǒng)實現(xiàn) 2.1 功能模塊圖功能模塊圖 在本設(shè)計中需用到 AT89S51 芯片,1 個數(shù)碼管，一個蜂鳴器，復(fù)位電 路，8 個按鍵，24 個發(fā)光二極管。 圖 2.1 功能模塊 2.2AT89S512.2AT89S51 芯片芯片 本設(shè)計主要采用 AT89S51 芯片。AT89S51 是一個低功耗，高性能 CMOS 8 位單片機，片內(nèi)含 4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反復(fù)擦 寫 1000 次的 Flash 只讀程序存儲器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易 失性存儲技術(shù)制造，兼容標準 MCS-51 指令系統(tǒng)及 80C51 引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi) 集成了通用 8 位中央處理器和 ISP Flash 存儲單元，功能強大的微型計算 機的 AT89S51 可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。 AT89S51 具有如下特點：40 個引腳，4k Bytes Flash 片內(nèi)程序存儲 器，128 bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM） ，32 個外部雙向輸入/輸出 （I/O）口，5 個中斷優(yōu)先級 2 層中斷嵌套中斷，2 個 16 位可編程定時計 數(shù)器,2 個全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電路，片內(nèi)時鐘振蕩器。 此外，AT89S51 設(shè)計和配置了振蕩頻率可為 0Hz 并可通過軟件設(shè)置省 電模式?？臻e模式下，CPU 暫停工作，而 RAM 定時計數(shù)器，串行口，外中 斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作。掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存 RAM 的數(shù)據(jù)，停止芯片其 復(fù)位鍵 輸入 時鐘電路 AT89S51單片機 輸出 顯示 運城學(xué)院計算機科學(xué)與技術(shù)系畢業(yè)論文 第- 8 頁 共 33 頁 它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時該芯片還具有 PDIP、TQFP 和 PLCC 等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。主要功能性能如表 2.1 所示： 表 2.1 AT89S51 芯片的主要功能 兼容 MCS-51 指令系統(tǒng) 4k 可反復(fù)擦寫(1000 次) ISP Flash ROM 32 個雙向 I/O 口 4.5-5.5V 工作電壓 2 個 16 位可編程定時/計數(shù)器 時鐘頻率 0-33MHz 全雙工 UART 串行中斷口線 128x8bit 內(nèi)部 RAM 2 個外部中斷源 低功耗空閑和省電模式 中斷喚醒省電模式 3 級加密位 看門狗（WDT）電路 軟件設(shè)置空閑和省電功能 靈活的 ISP 字節(jié)和分頁編程 雙數(shù)據(jù)寄存器指針 引腳功能說明 VCC：電源電壓。 GND：地。 P0 口：P0 口是一組 8 位漏極開路型雙向 I/O 口，也即地址/數(shù)據(jù)總線 復(fù)用口。作為輸出口用時，每位能驅(qū)動 8 個 TTL 邏輯門電路，對端口寫 “1”可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時， 這組口線同時轉(zhuǎn)換成地址（低 8 位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間激活內(nèi) 部上拉電阻。在 Flash 編程時，P0 口接收指令字節(jié)，而在程序校驗時， 輸出指令字節(jié)，校驗時，要求外接上拉電阻。 P1 口：P1 是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P1 的輸出緩沖 級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4 個 TTL 邏輯門電路。對端口寫“1” ，通過 內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時， 因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。 Flash 編程和程序校驗期間，P1 接收低 8 位地址。 表 2.2 P1 端口引腳的第二功能 端口引腳第二功能 P1.5MOSI（用于 ISP 編程） P1.6MISO（用于 ISP 編程） P1.7SCK (用于 ISP 編程) P2 口：P2 是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P2 的輸出緩 沖可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4 個 TTL 邏輯門電路。對端口寫“1” ，通過 內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口使用時， 因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。 在訪問外部程序存儲器或 16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行 模擬電梯控制系統(tǒng)設(shè)計 第- 9 頁 共 33 頁 MOVX DPTR 指令）時，P2 口送出高 8 位地址數(shù)據(jù)。在訪問 8 位地址的外 部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行 MOVX Ri 指令）時，P2 口線上的內(nèi)容（也即 特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中 P2 寄存器的內(nèi)容） ，在整個訪問期間不改變。 Flash 編程或校驗時，P2 亦接收高位地址和其它控制信號。 P3 口：P3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/口。P3 口輸出 緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4 個 TTL 邏輯門電路。對 P3 口寫入 “1”時，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。作輸入端時，被 外部拉低的 P3 口將用作上拉電阻輸出電流。P3 口除了作為一般的 I/O 口 線外，更重要的用途是它的第二功能，如表 2.3 所示： 表 2.3 P3 端口引腳的第二功能 端口引腳第二功能 P3.0RXD（串行輸入口） P3.1TXD（串行輸出口） P3.2/INT0（外中斷 0） P3.3/INT1（外中斷 1） P3.4T0 (定時計數(shù)器 0) P3.5T1 (定時計數(shù)器 1) P3.6/WR (外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通) P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時，RST 引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上 高電平將使單片機復(fù)位。WDT 溢出將使該引腳輸出高電平，設(shè)置 SFR AUXR 的 DISRTO 位（地址 8EH）可打開或關(guān)閉該功能。DISRTO 位缺省為 RESET 輸出高電平打開狀態(tài)。 ALE/ （/PROG）：當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ALE（地 址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。即使不訪問外部存儲 器，ALE 仍以時鐘振蕩頻率的 1/6 輸出固定的正脈沖信號，因此它可對外 輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳 過一個 ALE 脈沖。對 Flash 存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖 （/PROG） 。如有必要，可通過對特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的 8EH 單元 的 D0 位置位，可禁止 ALE 操作。該位置位后，只有一條 MOVX 和 MOVC 指 令 ALE 才會被激活。此外，該引腳會被拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應(yīng) 設(shè)置 ALE 無效。 /PSEN：程序存儲允許（/PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號， 當(dāng) AT89S51 由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次 PSEN 有效，即輸出兩個脈沖。當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，沒有兩次有效的 /PSEN 信號。 EA/VPP：外部訪問允許。欲使 CPU 僅訪問外部程序存儲器（地址為 0000HFFFFH） ，EA 端必須保持低電平（接地） 。需注意的是：如果加密 位 LB1 被編程，復(fù)位時內(nèi)部會鎖存 EA 端狀態(tài)。如 EA 端為高電平（接 Vcc 端） ，CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。Flash 存儲器編程時，該引腳 運城學(xué)院計算機科學(xué)與技術(shù)系畢業(yè)論文 第- 10 頁 共 33 頁 加上+12V 的編程電壓 Vpp。 XTAL1：振蕩器反相放大器及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。 XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。 2.32.3 顯示模塊顯示模塊 顯示電路采用了 1 個 LED 數(shù)碼管,單片機 I/O 的應(yīng)用最典型的是通過 I/O 口與 7 段 LED 數(shù)碼管構(gòu)成顯示電路。7 段 LED 數(shù)碼管，則在一定形狀 的絕緣材料上，利用單只 LED 組合排列成“8”字型的數(shù)碼管，分別引出 它們的電極，點亮相應(yīng)的點劃來顯示出 0-9 的數(shù)字。LED 數(shù)碼管根據(jù) LED 的接法不同分為共陰和共陽兩類，了解 LED 的這些特性，對編程是很重要 的。因為不同類型的數(shù)碼管，除了它們的硬件電路有差異外，編程方法也 是不同的。將多只 LED 的陰極連在一起即為共陰式，而將多只 LED 的陽極 連在一起即為共陽式。以本設(shè)計共陰式為例，如把陰極接地，在相應(yīng)段的 陽極接上正電源，該段即會發(fā)光。當(dāng)然，LED 的電流通常較小，一般均需 在回路中接上限流電阻。假如我們將“b“和“c“段接上正電源，其它端接地 或懸空，那么“b“和“c“段發(fā)光，此時，數(shù)碼管顯示將顯示數(shù)字“1” 。而將 “a“、“b“、“d“、“e“和“g“段都接上正電源，其它引腳懸空，此時數(shù)碼管 將顯示“2” 。 圖 2.2 LED 數(shù)碼管 2.42.4 復(fù)位開關(guān)模塊復(fù)位開關(guān)模塊 MCS-51 單片機的復(fù)位是靠外部電路實現(xiàn)的。MCS-51 單片機工作之后， 只要在它的 RST 引線上加載 10ms 以上的高電平，單片機就能有效地復(fù)位。 MCS-51 單片機通常采用上電自動復(fù)位和按鍵復(fù)位兩種方式。最簡單的復(fù) 位電路如下圖： 模擬電梯控制系統(tǒng)設(shè)計 第- 11 頁 共 33 頁 圖 2.3 復(fù)位開關(guān) 上電瞬間，RC 電路充電，RST 引線出現(xiàn)正脈沖，只要 RST 保持 10ms 以上 的高電平，就能使單片機有效的復(fù)位。在應(yīng)用系統(tǒng)中，有些外圍芯片也需 要復(fù)位。如果這些芯片復(fù)位端的復(fù)位電平與單片機的復(fù)位電平的要求一致， 則可以將復(fù)位信號與之相連。 2.52.5 振蕩器電路模塊振蕩器電路模塊 MCS-51 單片機內(nèi)部的振蕩電路是一個增益反相放大器，引線 XTAL1 和 XTAL2 分別為反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入和來自 反向振蕩器的輸出，該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。單片機內(nèi)部雖 然有振蕩電路，但要形成時鐘，外部還需要附加電路。石英晶體振蕩和陶 瓷振蕩均可采用。輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對 外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 51 單片機的時鐘產(chǎn)生方式有兩種，分別為：內(nèi)部時鐘方式和外部時鐘方 式。利用其內(nèi)部的振蕩電路 XTAL1 和 XTAL2 引線上外接定時元件，內(nèi)部振 蕩電路便產(chǎn)生自激振蕩，用示波器可以觀察到 XTAL2 輸出的時鐘信號。在 MCS-51 單片機一般常用內(nèi)部時鐘方式，也就是在 XTAL1 和 XTAL2 之間連 接晶體振蕩器與電容構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩器，晶體和電容決定了單片機的 工作時間精度為 1 微秒。晶體可在 1.2-12MHz 之間選擇。MCS-51 單片機 在通常應(yīng)用情況下，使用振蕩頻率為 6MHZ 的石英晶體，而 12MHZ 頻率的 晶體主要是在高速串行通信情況下才使用，在這里我用的是 12MHZ 石英晶 體。對電容無嚴格要求，但它的取值對振蕩頻率輸出的穩(wěn)定性、大小及振 蕩電路起振蕩速度有一點影響。C1 和 C2 可在 20-100PF 之間取值，一般 情況取 30PF。外部時鐘方式是把外部振蕩信號源直接接入 XTAL1 或 XTAL2。由于 XTAL2 邏輯電平不是 TTL 的，所以還要接一個上拉電阻。 運城學(xué)院計算機科學(xué)與技術(shù)系畢業(yè)論文 第- 12 頁 共 33 頁 2.62.6 程序下載模塊程序下載模塊 該模塊完成的功能是把源程序代碼下載到 AT89S51 芯片中，它需要和 微機上的 ISP 下載器軟件配合使用來完成這樣的功能。 ISP 為在線編程接口，J2 為標準 10P JTAG 下載接口。ISP 在線編程接 口為 89S51 單片機提供了方便的在線編程方法。使用時將 ISP 下載線一端 與 PC 并口相連接，一端與 ISP 接口相連，使用 ISP 下載軟件即可實現(xiàn) MCU 在線編程。 下載線插接說明：兩排十針下載口， 1 號引腳的邊上有一個小方框； 下載線的凸口為正方向，凸口的右側(cè)邊的第一個插孔為 1 號引腳，這一點 一定要切記，不然的話程序下載不進去。 2.7 設(shè)計電路及連線設(shè)計電路及連線 圖 2.4 電路連接圖 模擬電梯控制系統(tǒng)設(shè)計 第- 13 頁 共 33 頁 運城學(xué)院計算機科學(xué)與技術(shù)系畢業(yè)論文 第- 14 頁 共 33 頁 第三章第三章 軟件設(shè)計軟件設(shè)計 3.1 軟件功能描述軟件功能描述 此單片機模擬電梯用綠色發(fā)光二極管組成的箭頭來指示電梯當(dāng)前是處于上 升狀態(tài)還是下降狀態(tài),用數(shù)碼管顯示當(dāng)前是處于哪一層,用紅色發(fā)光二極管指示 電梯走到哪一層會停.電源接通后,若沒有人按下停止按鍵,它就以每層 2 秒的速 度一直上下運行,若有人按下某一層的停止按鍵,它就會在相應(yīng)的那一層停止 4 秒鐘,并伴有開門和關(guān)門的聲音提示。 模擬電梯控制系統(tǒng)設(shè)計 第- 15 頁 共 33 頁 3.2 流程圖設(shè)計流程圖設(shè)計 初始化 按鍵查詢 1 層按鍵按下 2 層按鍵按下 5 層按鍵按下 6 層按鍵按下 3 層按鍵按下 7 層按鍵按下 4 層按鍵按下 8 層按鍵按下 對應(yīng)中斷程序 運城學(xué)院計算機科學(xué)與技術(shù)系畢業(yè)論文 第- 16 頁 共 33 頁 圖 3.1 主程序流程圖 該圖為電梯上升時的流程，任意按鍵按下時則進入相應(yīng)的中斷程序，否則 一直進行 1 到 8 層按鍵的循環(huán)檢測。電梯下降時則進行 8 到 1 層按鍵的循環(huán) 檢測。 3.3 程序設(shè)計程序設(shè)計 3.3.1 程序初始化程序初始化 TCOUNTEQU 4CH CENGEQU 4DH ORG 0000H LJMPSTART ORG 000BH LJMPINT0X ORG 0030H ;初始化; START:MOV TMOD,#01H MOV TH0,#3CH MOV TL0,#0B0H ;50MS MOV IE,#82H SETBTR0 MOV TCOUNT,#4 CLR F0 MOV 20H,#0 MOV R0,#30H MOV R1,#30 QING:MOV R0,#00H INC R0 DJNZR1,QING ;把30H到4DH這30個單元清0 MOV P0,#06H MOV P3,#0F8H 3.3.2 主程序調(diào)用主程序調(diào)用 XUN:JB P1.0,ONE LCALLYS10MS JB P1.0,ONE ;判斷一層的停止按鍵是否按下 模擬電梯控制系統(tǒng)設(shè)計 第- 17 頁 共 33 頁 CLR P2.0 ;若按下則把對應(yīng)的紅色發(fā)光二極管點亮 ONE:JB P1.1,TWO LCALLYS10MS JB P1.1,TWO ;判斷二層的停止按鍵是否按下 CLR P2.1 ;若按下則把對應(yīng)的紅色發(fā)光二極管點亮 TWO:JB P1.2,THR LCALLYS10MS JB P1.2,THR CLR P2.2 THR:JB P1.3,FOU LCALLYS10MS JB P1.3,FOU CLR P2.3 FOU:JB P1.4,FIV LCALLYS10MS JB P1.4,FIV CLR P2.4 FIV:JB P1.5,SIX LCALLYS10MS JB P1.5,SIX CLR P2.5 SIX:JB P1.6,SEV LCALLYS10MS JB P1.6,SEV CLR P2.6 SEV:JB P1.7,XUN LCALLYS10MS JB P1.7,XUN CLR P2.7 LJMPXUN 3.3.3 中斷程序調(diào)用中斷程序調(diào)用 INT0X:MOV TH0,#3CH MOV TL0,#0B0H INC TCOUNT MOV A,TCOUNT CJNEA,#5,ZHUAN2 ;50MS*5=250MS MOV TCOUNT,#00H JB F0,ZHUAN 運城學(xué)院計算機科學(xué)與技術(shù)系畢業(yè)論文 第- 18 頁 共 33 頁 LJMPZHUAN1 ZHUAN:LJMPXIAJIANG ZHUAN1:MOV P3,#0F8H ;上升的箭頭 MOV A,CENG CJNEA,#00H,SS2 MOV P0,#06H ;顯示 JB P2.0,SS1_1 INC 30H MOV A,30H CJNEA,#1,SSX1_1 CLR P3.4 ;一層門開的聲音開 SSX1_1:CJNEA,#2,SSX1_2 SETBP3.4 ;一層門開的聲音關(guān) SSX1_2:CJNEA,#16,SSX1_3 CLR P3.4 ;一層門關(guān)的聲音開 SSX1_3:CJNEA,#17,ZHUAN2 ;16*250MS=4S(總共次，但實際在這里 停止的時間只有次MS） MOV 30H,#0 SETBP3.4 ;一層門關(guān)的聲音關(guān) SETBP2.0 ;熄滅對應(yīng)的紅色發(fā)光二極管 SS1_1:INC 31H MOV A,31H CJNEA,#9,ZHUAN2 ;8*250MS=2S（總共次，但實際上升一層只用 次MS） MOV 31H,#0 INC CENG SS2:MOV A,CENG CJNEA,#01H,SS3 MOV P0,#5BH ;顯示 JB P2.1,SS2_1 INC 32H MOV A,32H CJNEA,#1,SSX2_1 CLR P3.4 ;二層門開的聲音開 SSX2_1:CJNEA,#2,SSX2_2 SETBP3.4 ;二層門開的聲音關(guān) SSX2_2:CJNEA,#16,SSX2_3 CLR P3.4 ;二層門關(guān)的聲音開 SSX2_3:CJNEA,#17,ZHUAN2 ;16*250MS=4S(總共次，但實際在這里 停止的時間只有次MS) MOV 32H,#0 模擬電梯控制系統(tǒng)設(shè)計 第- 19 頁 共 33 頁 SETBP3.4 ;二層門關(guān)的聲音關(guān) SETBP2.1 ;熄滅對應(yīng)的紅色發(fā)光二極管 SS2_1:INC 33H MOV A,33H CJNEA,#9,ZHUAN2 ;8*250MS=2S（總共次，但實際上升一層只用 次MS? MOV 33H,#0 LJMPZHUAN3 運城學(xué)院計算機科學(xué)與技術(shù)系畢業(yè)論文 第- 20 頁 共 33 頁 第四章第四章 系統(tǒng)調(diào)試系統(tǒng)調(diào)試 4.1 硬件調(diào)試硬件調(diào)試 硬件調(diào)試是利用開發(fā)系統(tǒng)、基本測試儀器（萬用表、示波器等） ，檢 查用戶系統(tǒng)硬件中存在的故障。硬件調(diào)試可分為靜態(tài)調(diào)試與動態(tài)調(diào)試兩 步進行。 靜態(tài)調(diào)試 靜態(tài)調(diào)試是在用戶系統(tǒng)未工作時的一種硬件檢測。 第一步：目測。檢查外部的各種元件或者是電路是否有斷點。 第二步：萬用表測試。先用萬用表復(fù)核目測中有疑問的連接點，再 檢測各種電源線與地線之間是否有短路現(xiàn)象。 第三步：加電檢測。給板加電，檢測所有的插座或是器件的電源端 是否符合要求的值 。 第四步：聯(lián)機檢查。因為只有用單片機開發(fā)系統(tǒng)才能完成對用戶系 統(tǒng)的調(diào)試。 動態(tài)調(diào)試 動態(tài)調(diào)試是在用戶系統(tǒng)工作的情況下，發(fā)現(xiàn)和排除用戶系統(tǒng)硬件中 存在的器件內(nèi)部故障、器件連接邏輯錯誤等的一種硬件檢查。動態(tài)調(diào)試 的一般方法是由近及遠、由分到合。由分到合是指首先按邏輯功能將用 戶系統(tǒng)硬件電路分為若干塊。當(dāng)調(diào)試電路時，與該元件無關(guān)的器件全部 從用戶系統(tǒng)中去掉，這樣可以將故障范圍限定在某個局部的電路上。當(dāng) 各塊電路無故障后，將各電路逐塊加入系統(tǒng)中，再對各塊電路功能及各 電路間可能存在的相互聯(lián)系進行調(diào)試，由分到合的調(diào)試就可完成。由近 及遠是將信號流經(jīng)的各器件按照距離單片機的邏輯距離進行由近及遠的 分層，然后分層調(diào)試。 4.2 軟件調(diào)試軟件調(diào)試 軟件調(diào)試是通過對用戶程序的匯編、連接、執(zhí)行來發(fā)現(xiàn)程序中存在 的語法錯誤與邏輯錯誤并加以排除糾正的過程。 (1) 實驗平臺 軟件調(diào)試在 KEIL 編譯器下進行，運行在 Windows XP 操作系統(tǒng)下。源程序編譯及仿真調(diào)試應(yīng)分段或以子程序為單位一個一個 進行，最后可結(jié)合硬件實時調(diào)試。 模擬電梯控制系統(tǒng)設(shè)計 第- 21 頁 共 33 頁 (2) 實驗步驟 1) 按照系統(tǒng)硬件連線圖連好。 2) 把編寫好的程序進行匯編并輸入單片機 AT89S51 仿真器和對其 進行初始化。 3) 先按下開啟鍵，觀察 LED 能否正常顯示，再觀察發(fā)光二極管形 成的上升下降信號和 LED 顯示的數(shù)