單片機課程設計電梯模擬系統(tǒng).

1、黑金學院本科生課程設計單片機原理及應用課程設計設計題目：基于AT89C52電梯模擬控制系統(tǒng)設計專 業(yè)：電子信息科學與技術班 級：2012 級學生姓名：xx學 號：指導教師：張三豐（副教授）2015年01月i基于AT89C52電梯模擬控制系統(tǒng)設計XX(瓊州學院 電子信息工程學院，海南 三亞 572022 )摘要：本設計是利用AT89C52單片機控制的多層電梯模擬控制系統(tǒng)，主要包括硬件系 統(tǒng)的設計、軟件系統(tǒng)的設計及模擬電路的仿真調試。本設計主要是利用中斷電路控制電梯 的響應和電機的驅動，是專門為樓層快速通行控制設計的智能系統(tǒng)。此外，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)復雜控制

2、等優(yōu)點。關鍵詞：AT89C52單片機；仿真調試；電梯1. 設計任務1.1 設計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，本設計給出了一種基于單片機的電梯模型控制系統(tǒng)設計。以 單片機為核心，再輔以適當?shù)挠布娐泛涂刂瞥绦騺頇z測和控制整個電梯的信號，具有成 本低、通用性強、靈活性大、擴展容易及易于實現(xiàn)復雜控制等優(yōu)點。本設計注重基本理論知識與實際情況的緊密結合，同時對學生獨立創(chuàng)新和分析問題的 能力進行培養(yǎng)，加深對知識的理解，為以后的工作和學習打下堅實的基礎。1.2 方案論證1.2.1 設計要求(1) 設置電梯的內外按鍵，即電梯外都有上

3、或下的按鍵，電梯內有樓層的選擇按鍵。(2) 電梯狀態(tài)要有指示燈顯示，即電梯目前運行到達樓層的實時顯示，電梯升降的狀 態(tài)顯示等。(3) 電梯無人時，應默認停在第一層。1.2.2 系統(tǒng)的結構框圖圖1.1系統(tǒng)的結構框圖如圖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，有需求時即可按 下；電梯內呼叫按鍵就是電梯內部的數(shù)字按鍵，它是內部按鍵需求的輸入；單片機就是整 個系統(tǒng)的核心，接收輸入信息，經過處理后輸出信息；樓層顯示數(shù)碼管就是接收單片機處 理的信息，顯示此時的樓層數(shù)；電梯狀態(tài)指示燈就是接收單片機處理的信息，顯示電梯的 狀態(tài)：上升、下降、停止。電動機的驅動和控制就是接收單片機的PW脈沖信號

4、來控制驅動器，進而控制電動機的正反轉，使電動機牽引電梯做上下運動。2.電路設計與參數(shù)計算2.1硬件系統(tǒng)的設計與參數(shù)計算2.1.1硬件設計思路與計算電梯最底層為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。在電梯內部按鍵設置方面，則應 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)能以最快速度響應按鍵的需求，因此，所 有按鍵通過與門連接單片機。用五片雙4輸入與門74LS21即可實現(xiàn)16個按鍵對象的集體與運算的最終結果，按鍵動作最終是送到單片機的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 )無論哪一個按鍵有動作，低電平信號就會送到 INTO端，從而引發(fā)外部中斷0服務子 程序運行。當定時器0中斷時，單片機向電動機發(fā)送 pwm脈沖信號，電動機接到脈沖信號 后，經過驅動器的驅動，電動機便牽引電梯上下運動。電梯的樓層顯示用七段數(shù)碼管完成顯示。本設計電梯只有6層，因此用七段數(shù)碼管即可，數(shù)碼管的顯示數(shù)據(jù)通過單片機的P0 口來進行傳送。設計中要求數(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行顯示，通過單片機的P3.7和P3.6引腳分別連接上升和下降指示燈的負極，其正極均連接至系統(tǒng)正電源處。2.1.2時鐘電路設計與計算XTAL1C1130pFX1C230pFXTAL2111圖2.1時鐘電路圖單片機的時鐘電路（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成，用于產生振蕩脈沖。而分頻電路則用于把振蕩 脈沖分頻，以得到所需要的時鐘信號。AT89C52單片機各功能部件的運行都是以時鐘控制信號為基準，有條不紊地一拍一拍 地工作，因此時鐘頻

7、率直接影響單片機的速度，時鐘電路的質量也直接影響單片機系統(tǒng)的 穩(wěn)定性。AT89C52單片機電路中的電容C1和C2典型值通常選擇為30pF。晶振的頻率越高 則系統(tǒng)的時鐘頻率也越高，單片機的運行速度也越快。但反過來運行速度越快對內存的速 度要求就越高，對印刷電路板片靠近，以減少寄生電容，更好的保證振蕩器穩(wěn)定、可靠的 工作。基于以上本設計我們考的工藝要求也越高，即要求產生的寄生電容要小，晶振和電 容應盡可能安裝得與單片機芯慮選擇頻率為12MHZ的晶振，當振蕩脈沖頻率為12MHZ寸,一個機器周期為1us。2.1.3復位電路設計與分析SVCC RSTOR110KC110uF圖2.2復位電路圖復位電路圖如

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

9、：外部 0中斷、定時器T0中斷、外部1中斷、 定時器T1中斷、串行發(fā)送中斷、串行接收中斷、定時器 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 以當單片機接電源后，P1.0P1.3引腳此時為高電平，當任一按鍵按下后，相應的中斷輸入口直接與地相接，高電平變?yōu)榈碗娖?，外?中斷立即響應，單片機系統(tǒng)進入中斷控制子程序系統(tǒng)，在中斷服務子程序中做出相應的執(zhí)行指令。2.1.5電動機正反轉控制電路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， 可以實現(xiàn)多臺設備按生產工藝進行工作，是實現(xiàn)自動控制及保護的重要環(huán)節(jié)。當接通電源 后，閉合負荷開關QM按下開關SB1,線圈C1得電，使電動機啟動，此時電動機正轉。 按下開關SB2線圈C2得電，線圈C1斷開，此時電機開始反轉。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轉換為光信號的電致發(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。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)光二極管的基礎上在再加一個圓點型發(fā)光二級管，用于顯示小數(shù)點，本設計 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個引腳跟單片機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計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，一端又與單片機和與門74LS21相接，外部0中斷低電平有效，這樣可以實現(xiàn)模擬按鍵的自如操作。2.2軟件系統(tǒng)的分析與設計2.2.1程序設計思路首先，必須得合理考慮按鍵的響應問題。一段時間內可能有多個不同的按鍵有動作， 程序必須記錄每一個按鍵的動作，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 關系，合理判斷出電梯應當做出上升或下降的響應動作。其次，電梯系統(tǒng)還有一個判斷是否無人的情況。即電梯到達某樓層后，其他樓層無按 鍵動作，且電梯內也無樓層選擇按鍵動作，那么就可以判斷此時電梯內無人。若電梯內無 人，電梯應自動返回到1層等待。然后，兩個樓層之間應考慮有一段運行時間，而且也要設置在一個樓層的

13、停留時間。本設計中兩個樓層之間的運行時間設為1s,每層停留時間設為5so當定時0中斷時，可利用此發(fā)送電動機PW脈沖信號，經驅動器驅動后，電動機正反轉執(zhí)行相應的動作指令。另外，當電梯上升或者下降時，相應的狀態(tài)指示燈應及時同步點亮。2.2.2程序流程圖本設計程序流程圖主要包括主程序流程圖（如圖2.7所示）、啟動電梯子程序流程圖（如圖2.8所示）、選擇當前要去樓層子程序流程圖（如圖 2.9所示）。圖2.8啟動電梯子程序流程圖圖2.9選擇當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電梯默認停在一樓解析：如圖3.1所示，電梯沒有其他響應時，默認停在一樓，數(shù)碼管顯示1樓。此時各內外按鍵接地的一側全部為低電平，接單片和 74LS21與門一側全部為高電平，一旦按鈕按下， 凡是按鍵所接的引腳全部為低電平，此時外部0中斷低電平有效，外部0中斷立即響應。當定時器0中斷響應后，開始計時并向電動機發(fā)送 PWN脈沖信號，經驅動器驅動后，電動機就會牽

16、引電梯做上升或者下降運動，數(shù)碼管收到單片機的控制信號后就會顯示樓層的同 步變化，相應的上升、下降指示燈會有所指示。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FB aI壬J圖3.3電梯處于下行中，經過四樓，下行指示燈亮解析：如圖3.3所示，電梯可能沒有響應，在四樓以上停了 5s就返回一樓，或者是在四樓以下有響應，執(zhí)行外部0中斷服務子程序。當定時器

18、TO開始計數(shù)時，并向電動機發(fā)送 PWM 脈沖信號，經驅動器驅動后，此時電機反轉，就會牽引電梯做下降運動，電梯下行，經過 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.電路安裝與調試4.1電路的安裝電路的安裝調試過程是一個比較復雜且耗時間的過程，首先要確定器件的型號，選擇器件型號除了要考慮機器設備、電壓、電流外，還要考慮經濟實用及美觀問題。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，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安裝好后，ii確保無誤。4.2 電路的調試4.2.1 單指令運行調試單指令運行調試是一種

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

20、停層響應呼梯， 3 樓外呼指示燈滅，過一會兒，橋廂繼 續(xù)向上運行到 4樓時通過比較發(fā)出平層信號，橋廂停層響應呼梯，并消除登記記號。4.2.3 復雜運行調試此種調試是在呼梯也就是無規(guī)律呼梯時看電梯的運行，這種調試最容易發(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，要看實際情況。5. 設計總結本次課程設計是對傳統(tǒng)設計電梯的部分改進，可以降低電梯的設計成本，實現(xiàn)樓層快 速通行的模擬控制。另外由于此次設計實現(xiàn)的功能簡單，簡化處理了一些實際情況，沒有 去考慮這種電梯在實際應用中的故障問題，及一些更智能的硬件與軟件的安裝與調試。由于時間緊迫，自己能力有限，還有許多功能可以在此基礎上進行拓展，例如可以擴 展單片機增加智能識別系統(tǒng)，增加電梯內部的溫度控制、增加單片機的故障預警等一些智 能控制系統(tǒng)。隨著科技與經濟的深入發(fā)展，單片機技術的不斷進步，以后的電梯控制系統(tǒng) 將會越來越智能化，這對提升人們的生活質量、生活的幸福指數(shù)有著深遠的意義。此次設計不僅僅是一個硬件電路設計和程序編寫的過程，更重要的是實際問題的分析 和設計階段的努力。我們將充分利用單片機開發(fā)上的靈活、快速的特點，來實現(xiàn)我們自己 智能控制的設計。通過本次畢業(yè)論文