基于單片機(jī)控制電梯的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

PAGEword文檔可自由復(fù)制編輯摘要電梯是現(xiàn)在高層建筑中的垂直運(yùn)輸工具，更是一種標(biāo)志著現(xiàn)代物質(zhì)文明建設(shè)發(fā)展的機(jī)電一體化的復(fù)雜運(yùn)輸設(shè)備。它涉及到了電子技術(shù)、機(jī)械工程、電力電子技術(shù)、微機(jī)技術(shù)、電力拖動(dòng)系統(tǒng)和土建工程等多個(gè)科學(xué)領(lǐng)域。因此電梯的生產(chǎn)情況和使用數(shù)量已成為一個(gè)國(guó)家現(xiàn)代化程度的標(biāo)識(shí)之一。隨著現(xiàn)代化城市的高速發(fā)展，一幢幢高樓拔地而起，每天都有大量人流及物流需要輸送，為了節(jié)約用地和適應(yīng)經(jīng)貿(mào)事業(yè)的發(fā)展，而這些高層建筑的垂直運(yùn)輸就成為了一個(gè)突出問題，電梯作為解決這一問題的主角在人們的工作和生活中的地位就變得更加的凸顯了。本設(shè)計(jì)就是對(duì)電梯這一垂直運(yùn)輸工具的運(yùn)送規(guī)律的一種簡(jiǎn)單的模擬。設(shè)計(jì)中采用AT89C51單片機(jī)為核心控制元件及外圍硬件電路構(gòu)成了一個(gè)四層電梯控制系統(tǒng)的模型。通過對(duì)各樓層用戶按鍵狀態(tài)的檢測(cè)，作為用戶請(qǐng)求信息送到單片機(jī)，然后單片機(jī)通過改變端口的狀態(tài)控制步進(jìn)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的調(diào)控功能，使電梯能夠準(zhǔn)確的?？吭谡?qǐng)求樓層。軟件部分使用匯編語言，利用中斷方式來檢測(cè)用戶請(qǐng)求的按鍵信息，模擬按鍵引起的電平變化，送至單片機(jī)來確定樓層位置及請(qǐng)求方式，當(dāng)電梯運(yùn)行到各個(gè)樓層時(shí)，樓層數(shù)送數(shù)碼管顯示。硬件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單可靠，與軟件相結(jié)合，基本實(shí)現(xiàn)了電梯的基本功能。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；電梯；步進(jìn)電機(jī)；控制Basedonsingle-chipmicrocomputercontrolingtheelevator′scontrolsystemdesignationAbstractNowtheelevatoristheverticaltransportationtoolofthehighbuilding,butalsoamarkedaboutthemodernmaterialcivilizationconstructiondevelopmentintegrationofmachinerycomplextransportationequipment.Itinvolveselectronictechnology,mechanicalengineering,powerelectronictechnology,microcomputertechnology,electricdrivingsystemandcivilengineeringandsoonmanyfieldsofscience.Thereforeelevatorproductionconditionandusedquantityhasbecomeoneofthelogoesofthenationalmodernizationdegree.Withtherapiddevelopmentofmoderncity,everydaytherearelotsofpeopleandlogisticsneedtobesavedbythetransportation,andadapttotheeconomicandtradedevelopmentofthecauseoftheground,tallbuildingshavesprungup,buttheverticaltransportationbecameaprominentproblems,thestatusoftheelevatortosolvethissituationastheleadingroleinpeople'sworkandlifehasbecomingmorehighlights.Thisdesignisasimplesimulationaboutthetransportruleoftheverticaltransportationofelevator.UsingAT89C51microcontrollerasthecorecontrolcomponentsandperipheralhardwarecircuitconstitutedafourlayersofelevatorcontrolsystemmodelinthedesignation.Oneachfloorbydetectingstateofuserbuttons,andusersrequestinformationissenttomicrocontroller,thenthestatebychangingtheportoftheMCUtocontrolsteppingmotor,achievethemotorcontrolfunction,sothatelevatorcanaccuratedockedatrequestfloor.Softwarepartuseassemblylanguage,usinginterruptmodetodetectusersrequestkeyinformation,simulatekeystrokescauselevelchange,senttothemicrocontrollertodeterminethefloorpositionandrequestway,whenelevatorrunningtoeachfloor,thesignofthefloorissenttodigitaltubetodisplay.Hardwaredesignissimple,reliable,andunifiessoftware,basicallyachievedthebasicfunctionoftheelevator.Keywords:SCM;Elevator;Motor-stepper;Controling目錄1緒論 11.1電梯概述 11.1.1電梯的定義與分類 11.1.2電梯的組成 11.1.3電梯的國(guó)內(nèi)外發(fā)展史 22設(shè)計(jì)說明 42.1課題的設(shè)計(jì)思路 42.1.1硬件部分 42.1.2軟件部分 42.2課題的開發(fā)環(huán)境 42.2.1電路圖繪制軟件——PROTUES 42.2.2程序調(diào)試軟件——WAVE 52.3設(shè)計(jì)要求 52.4總體設(shè)計(jì) 62.4.1設(shè)計(jì)方案 62.4.2設(shè)計(jì)方框圖 73硬件器件介紹 93.1單片機(jī)概述 93.1.1單片機(jī)的介紹 93.1.2單片機(jī)的硬件特性 93.1.3單片機(jī)的引腳及功能 103.2步進(jìn)電機(jī)概述 133.2.1步進(jìn)電機(jī) 133.2.2步進(jìn)電機(jī)的工作原理 133.2.3步進(jìn)電機(jī)的分類 133.2.4步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn) 143.3反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī) 153.3.1反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的工作原理 153.3.2反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式 163.3.3反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的控制方式 173.4L298 193.5顯示部分 203.5.1數(shù)碼管 213.5.2發(fā)光二極管 233.6CD4511 233.774LS245 244電路設(shè)計(jì) 264.1單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 264.2鍵盤電路的設(shè)計(jì) 264.3步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 284.4顯示電路設(shè)計(jì) 294.4.1樓層顯示電路 294.4.2電梯外部請(qǐng)求顯示電路 294.5超重報(bào)警電路 305軟件設(shè)計(jì) 325.1初始化程序 325.2鍵盤掃描子程序 325.3程序要點(diǎn)說明 325.4設(shè)計(jì)流程圖 335.4.1總流程圖 335.4.2模塊流程圖 346結(jié)束語 38致謝 40參考文獻(xiàn) 41附錄一 42附錄二源程序 43word文檔可自由復(fù)制編輯1緒論1.1電梯概述1.1.1電梯的定義與分類電梯是一種以電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力的垂直升降機(jī)，裝有箱狀吊艙，用于多層建筑乘人或載運(yùn)貨物，也有臺(tái)階式和踏步板裝在履帶上連續(xù)運(yùn)行（俗稱自動(dòng)電梯）的形式。電梯按額定速度分為低速電梯（1ｍ/ｓ以下）、快速電梯(1～2ｍ/ｓ)和高速電梯(2ｍ/ｓ以上)等；按用途分類分為乘客電梯、載貨電梯、觀光電梯等；按驅(qū)動(dòng)方式分為交流電梯、直流電梯、液壓電梯等，按操控方式分為手柄開關(guān)操縱控制電梯、按鈕控制電梯、信號(hào)控制電梯等。1.1.2電梯的組成現(xiàn)代電梯主要由曳引機(jī)（絞車）、導(dǎo)軌、對(duì)重裝置、安全裝置(如限速器、安全鉗和緩沖器等)、信號(hào)操縱系統(tǒng)、轎廂與廳門等組成。這些部分分別安裝在建筑物的井道和機(jī)房中。具體劃分為以下幾個(gè)系統(tǒng)：（1）曳引系統(tǒng)

曳引系統(tǒng)的主要功能是：輸出與傳遞動(dòng)力，使電梯運(yùn)行。

曳引系統(tǒng)主要由曳引機(jī)、曳引鋼絲繩，導(dǎo)向輪，反繩輪組成。（2）導(dǎo)向系統(tǒng)導(dǎo)向系統(tǒng)的主要功能是：限制轎廂和對(duì)重的活動(dòng)自由度，使轎廂和對(duì)重只能沿著導(dǎo)軌做升降運(yùn)動(dòng)。導(dǎo)向系統(tǒng)主要由導(dǎo)軌、導(dǎo)靴和導(dǎo)軌架組成。（3）轎廂

轎廂是運(yùn)送乘客和貨物的電梯組件，是電梯的工作部分。

轎廂由轎廂架和轎廂體組成。（4）門系統(tǒng)

門系統(tǒng)的主要功能是封住層站入口和轎廂入口。

門系統(tǒng)由轎廂門、層門、開門機(jī)、門鎖裝置組成。（5）重量平衡系統(tǒng)

系統(tǒng)的主要功能是相對(duì)平衡轎廂重量，在電梯工作中能使轎廂與對(duì)重的量差保持在限額之內(nèi)，保證電梯的曳引傳動(dòng)正常。

系統(tǒng)主要由對(duì)重和重量補(bǔ)償裝置組成。（6）電力拖動(dòng)系統(tǒng)電力拖動(dòng)系統(tǒng)的功能是提供動(dòng)力，實(shí)行電梯速度控制。電力拖動(dòng)系統(tǒng)由曳引電動(dòng)機(jī)、供電系統(tǒng)、速度反饋裝置、電動(dòng)機(jī)調(diào)速裝置等組成。（7）電氣控制系統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)的主要功能是對(duì)電梯的運(yùn)行實(shí)行操縱和控制。電氣控制系統(tǒng)主要由操縱裝置、位置顯示裝置、控制屏(柜)、平層裝置、選層器等組成。（8）安全保護(hù)系統(tǒng)保證電梯安全使用，防止一切危及人身安全的事故發(fā)生。

由限速器、安全鉗、緩沖器、端站保護(hù)裝置組成。1.1.3電梯的國(guó)內(nèi)外發(fā)展史我國(guó)最早的一部電梯是在上海出現(xiàn)的，是由美國(guó)奧蒂斯公司于1901年安裝的。1932年美國(guó)奧蒂斯公司又在天津利順德酒店安裝了一臺(tái)電梯，并且至今還在安全的運(yùn)行轉(zhuǎn)著。1951年，黨中央提出了要在天安門安裝一臺(tái)由我國(guó)自行制造的電梯，天津從慶生電機(jī)廠榮接此任，并且不辱使命，順利的完成了任務(wù)。在十一屆三中全會(huì)以后，沐浴著改革開放的春風(fēng)，電梯業(yè)在我國(guó)更是飛速發(fā)展，進(jìn)入了一個(gè)全新的時(shí)期。在國(guó)外19世紀(jì)中期就采用了液壓電梯，至今仍在一些低層建筑物上應(yīng)用著。比如在1852年，美國(guó)的E.G.奧蒂斯就研制出鋼絲繩提升的安全升降機(jī)；80年代，驅(qū)動(dòng)裝置又有了進(jìn)一步的改進(jìn)，如電動(dòng)機(jī)通過蝸桿傳動(dòng)帶動(dòng)纏繞卷筒；19世紀(jì)末，又采用了摩擦輪傳動(dòng)，這樣大大增加了電梯的提升高度。隨著科技的發(fā)展，時(shí)代的進(jìn)步，相信未來的電梯將會(huì)發(fā)展的更加完美、節(jié)能。群控系統(tǒng)的智能化，高速電梯的速度越來越高，藍(lán)牙技術(shù)的廣泛應(yīng)用，綠色電梯的普及等等，這些在未來的電梯業(yè)中將不再是新奇。2設(shè)計(jì)說明2.1課題的設(shè)計(jì)思路2.1.1硬件部分首先，對(duì)實(shí)際的電梯系統(tǒng)進(jìn)行模擬。一般情況下，一個(gè)電梯應(yīng)該具備按鍵、顯示二極管、數(shù)碼管等部件。由于本設(shè)計(jì)是一個(gè)模擬系統(tǒng)，故沒有設(shè)計(jì)具體的轎廂等機(jī)械部分。其次結(jié)合實(shí)物特征，選擇恰當(dāng)?shù)男酒?，先設(shè)計(jì)好模塊，再整體布局，以使設(shè)計(jì)整齊美觀。例如在設(shè)計(jì)時(shí)用到了很多按鍵，而單片機(jī)的I/O口有限，因此在設(shè)計(jì)時(shí)用2×5鍵盤來進(jìn)行按鍵請(qǐng)求管理，并用兩個(gè)獨(dú)立按鍵來控制電梯的開始和停止，這樣分配大大降低了軟件編程的難度；設(shè)計(jì)顯示部分時(shí)，對(duì)樓層數(shù)字顯示用CD4511芯片驅(qū)動(dòng)，而廂外按鍵請(qǐng)求顯示用一片74系列芯片統(tǒng)一管理。2.1.2軟件部分采用匯編語言編寫程序。在編寫時(shí)對(duì)鍵盤采用中斷方式，每隔50ｍｓ掃描一次按鍵的狀態(tài)，并將掃描結(jié)果存進(jìn)約定的存儲(chǔ)空間。對(duì)電機(jī)調(diào)速模塊采用改變相鄰兩次脈沖信號(hào)之間的時(shí)間間隔，即可改變脈沖信號(hào)的頻率。設(shè)計(jì)中采用這種軟硬件結(jié)合的方式，硬件電路簡(jiǎn)單明了，不需要進(jìn)行I/O口擴(kuò)展，并且還可以降低軟件編程的難度，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求，完成設(shè)計(jì)任務(wù)。2.2課題的開發(fā)環(huán)境2.2.1電路圖繪制軟件——PROTUESProtues軟件是英國(guó)Labcenterelectronics公司出版的EDA工具軟件。它不僅具有其他EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件，并可實(shí)現(xiàn)單獨(dú)仿真。在用Protues繪制好原理圖后，調(diào)入已編譯好的目標(biāo)代碼文件：*.HEX,可以在Protues原理圖中看到模擬的實(shí)物運(yùn)行狀態(tài)和過程，是一種很直接的仿真調(diào)試軟件。因此在教學(xué)和實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用廣泛，鑒于本人對(duì)此軟件相對(duì)熟悉，因此設(shè)計(jì)中采用了此軟件設(shè)計(jì)硬件電路圖。2.2.2程序調(diào)試軟件——WAVEWave軟件是南京韋福實(shí)業(yè)有限公司生產(chǎn)的單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)仿真軟件。它自身具有以下的優(yōu)點(diǎn)：（1）Wave6000及KeiluVision雙平臺(tái)。Wave6000IDE環(huán)境，中/英文界面可任選，用戶源程序的大小不再有任何限制。仿真器同時(shí)還可以直接工作于KeiluVision調(diào)試環(huán)境下，適應(yīng)不同的用戶操作習(xí)慣。（2）雙工作模式。軟件模擬仿真（不用仿真器也能模擬運(yùn)行用戶程序）和硬件仿真。（3）真正集成調(diào)試環(huán)境。集成了編輯器、編譯器、調(diào)試器、源程序編輯、編譯、下載、調(diào)試等功能，并且可以全部在一個(gè)環(huán)境下完成。可仿真MCS-51系列，MCS196系列，MicrochipPLC系列CPU。（4）多語言多模塊混合調(diào)試。支持ASM(匯編)、PLM、C語言多模塊混合源程序調(diào)試，在線直接修改、編譯、調(diào)試源程序。如果源程序有錯(cuò)，還可直接定位錯(cuò)誤所在行。（5）強(qiáng)大的書簽、斷點(diǎn)管理功能。書簽、斷點(diǎn)功能可快速定位程序，為編寫、查找、比較程序提供幫助。鑒于此軟件的強(qiáng)大功能和適用性，以及對(duì)它的熟悉，所以在設(shè)計(jì)中采用WAVE仿真軟件調(diào)試源程序。2.3設(shè)計(jì)要求本設(shè)計(jì)模擬的是一個(gè)四層電梯設(shè)計(jì)調(diào)度系統(tǒng)，能夠完成各樓層乘客的接送任務(wù)。形象地說，就是要對(duì)不同樓層乘客的不同需求，作出合理高效的判斷，使所有顧客在整體運(yùn)用時(shí)間最短的條件下將其運(yùn)往各自的目的地。具體設(shè)計(jì)要求如下：（1）電梯運(yùn)行受開始鍵的控制，只有控制此鍵有效時(shí)電梯才會(huì)運(yùn)行。（2）電梯在上升過程中，響應(yīng)經(jīng)過樓層或高出目的樓層的同向呼叫，?？客环较虻乃x樓層，不響應(yīng)其他呼叫。（3）電梯在下降過程中，響應(yīng)經(jīng)過樓層或低于目的樓層的同向呼叫，?？客环较虻乃x樓層，不響應(yīng)其他呼叫。（4）電梯中途?？?，需延時(shí)一段時(shí)間（設(shè)計(jì)中設(shè)定為5s）作為上下客時(shí)間，并通過開關(guān)門指示燈顏色的變換提醒時(shí)間到達(dá)。（5）電梯的上下行通過控制反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來模擬。（6）電梯在響應(yīng)樓層請(qǐng)求時(shí)受電機(jī)轉(zhuǎn)速控制，即通過電機(jī)調(diào)速實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)請(qǐng)求的設(shè)計(jì)要求。（7）電梯在上升或下降的過程中?？科陂g，其上升或下降指示燈滅。（8）如果無任何鍵按下，電梯不運(yùn)行處于等待狀態(tài)，并有指示燈指示。（9）能實(shí)現(xiàn)超重報(bào)警。在電梯中途停靠進(jìn)出乘客時(shí)若出現(xiàn)超重，則電梯就不能關(guān)門，蜂鳴器響報(bào)警提示；當(dāng)重量減輕時(shí)，報(bào)警自動(dòng)消失，電梯門關(guān)閉。（10）在電梯運(yùn)行過程中一旦按下停止按鍵，電梯下降到一樓就停止運(yùn)行，直到再次按下開始鍵。2.4總體設(shè)計(jì)2.4.1設(shè)計(jì)方案本設(shè)計(jì)采用AT89C51單片機(jī)作為核心控制器件，配以適當(dāng)?shù)耐鈬骷瓿稍O(shè)計(jì)任務(wù)。硬件部分設(shè)計(jì)時(shí)如果每個(gè)選層按鈕都采用獨(dú)立的按鍵設(shè)置，雖然可以很大程度上簡(jiǎn)化掃描按鍵程序，采集信號(hào)也容易得多，但是由于單片機(jī)接口有限，模擬電梯自動(dòng)控制系統(tǒng)所需按鍵較多，如此會(huì)有接口不足的問題，所以在本設(shè)計(jì)中采用了2×5矩陣鍵盤實(shí)現(xiàn)電梯內(nèi)部四個(gè)選層按鈕和電梯外六個(gè)上下行按鈕的按鍵請(qǐng)求，正好十個(gè)按鈕。但是在設(shè)計(jì)時(shí)為了降低編程難度，電梯的開始、停止仍采用獨(dú)立按鍵控制。顯示部分由于CD4511驅(qū)動(dòng)顯示方便，所以顯示樓層電路采用CD4511驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管。雖然是模擬設(shè)計(jì)，但是為了更接近實(shí)際的電梯控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)中又添加電梯廂外上下行請(qǐng)求顯示，可用六個(gè)發(fā)光二極管表示請(qǐng)求按鍵是否按下，有則亮，無則暗，另外用兩個(gè)發(fā)光二極管的亮滅來指示電梯上下行的方向。發(fā)光二極管需要采用驅(qū)動(dòng)單元來驅(qū)動(dòng)，可以采用三級(jí)驅(qū)動(dòng)管電路，但是由于要驅(qū)動(dòng)的發(fā)光管較多，所以設(shè)計(jì)時(shí)采用74LS245芯片作為驅(qū)動(dòng)，使硬件電路簡(jiǎn)單、美觀、整齊。另外考慮單片機(jī)的驅(qū)動(dòng)能力很弱，無法直接驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，因此在設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)調(diào)速模塊時(shí)使用L298專用驅(qū)動(dòng)芯片來驅(qū)動(dòng)電機(jī)。軟件部分采用的是中斷方式來檢測(cè)用戶的請(qǐng)求信息。但是要想準(zhǔn)確的采集按鍵請(qǐng)求狀態(tài)，就必須時(shí)時(shí)刻刻查詢鍵盤的狀態(tài)。2.4.2設(shè)計(jì)方框圖設(shè)計(jì)方框圖如圖2-1所示，主要由單片機(jī)的最小系統(tǒng)電路，鍵盤電路，樓層顯示電路，按鍵指示電路，電機(jī)調(diào)控電路，超重報(bào)警電路，廂門控制電路等模塊組成，各模塊實(shí)現(xiàn)不同的控制要求，相互協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)控制要求。圖2-1總體框圖3硬件器件介紹3.1單片機(jī)概述3.1.1單片機(jī)的介紹單片機(jī)是一種集成電路芯片，采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的CPU、隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、I/O口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（還包含有顯示驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路）等集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。早期的單片機(jī)都是4位或8位的。其中最成功的是INTEL的8031，因?yàn)楹?jiǎn)單可靠、性能不錯(cuò)獲得了很大的好評(píng)。此后在8031上發(fā)展出了MCS-51系列單片機(jī)系統(tǒng)。這一系統(tǒng)的單片機(jī)系統(tǒng)直到現(xiàn)在還在廣泛使用。隨著工業(yè)控制領(lǐng)域要求的提高，開始出現(xiàn)了16位單片機(jī)，但因?yàn)樾詢r(jià)比不理想并未得到很廣泛的應(yīng)用。90年代后隨著消費(fèi)電子產(chǎn)品大發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)得到了巨大提高。隨后隨著ARM系列的廣泛應(yīng)用，32位單片機(jī)迅速取代16位單片機(jī)的高端地位，并且進(jìn)入主流市場(chǎng)。當(dāng)代單片機(jī)系統(tǒng)已經(jīng)不再是只在裸機(jī)環(huán)境下開發(fā)和使用，大量專用的嵌入式操作系統(tǒng)已被廣泛應(yīng)用。單片機(jī)是靠程序運(yùn)行控制端口狀態(tài)的，并且程序可以修改，因此可以通過編寫不同的程序?qū)崿F(xiàn)不同的功能，尤其是一些獨(dú)特的功能。單片機(jī)對(duì)成本也是極其敏感的，因此目前占統(tǒng)治地位的軟件仍是匯編軟件。3.1.2單片機(jī)的硬件特性（1）與MCS-51兼容；（2）4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器；（3）全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz；（4）三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定；（5）128*8位內(nèi)部RAM；（6）32可編程I/O線；（7）兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；（8）4個(gè)中斷源；（9）可編程串行通道；（10）低功耗的閑置和掉電模式；（11）片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路；（12）壽命：1000寫/擦循環(huán)；（13）數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年。3.1.3單片機(jī)的引腳及功能單片機(jī)的引腳圖如圖3-1所示：圖3-1單片機(jī)引腳圖管腳說明：VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入；P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入，并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，管腳第二功能如下所示：P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2/INT0（外部中斷0）P3.3/INT1（外部中斷1）P3.4T0（記時(shí)器0外部輸入）P3.5T1（記時(shí)器1外部輸入）P3.6/WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）P3.7/RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR-8EH地址上置0。此時(shí)，ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令時(shí)ALE才起作用。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。/PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。/EA/VPP:當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間只訪問外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間訪問內(nèi)部程序存儲(chǔ)器4KB的地址范圍。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。3.2步進(jìn)電機(jī)概述3.2.1步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的。它可以通過控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的，同時(shí)可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速目的。3.2.2步進(jìn)電機(jī)的工作原理通常電機(jī)的轉(zhuǎn)子為永磁體，當(dāng)電流流過定子繞組時(shí)，定子繞組產(chǎn)生一矢量磁場(chǎng)。該磁場(chǎng)會(huì)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一角度，使得轉(zhuǎn)子的一對(duì)磁場(chǎng)方向與定子的磁場(chǎng)方向一致。當(dāng)定子的矢量磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，轉(zhuǎn)子也隨著該磁場(chǎng)轉(zhuǎn)一個(gè)角度。每輸入一個(gè)電脈沖，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度前進(jìn)一步。它輸出的角位移與輸入的脈沖數(shù)成正比，轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比。改變繞組通電的順序，電機(jī)就會(huì)反轉(zhuǎn)。因此可用控制脈沖數(shù)量、頻率及電動(dòng)機(jī)各相繞組的通電順序來控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。3.2.3步進(jìn)電機(jī)的分類常用的步進(jìn)電機(jī)包括反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)（VR）、永磁式步進(jìn)電機(jī)（PM）和混合式步進(jìn)電機(jī)（HB）三種。（1）永磁式步進(jìn)電機(jī)永磁式步進(jìn)電機(jī)一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進(jìn)角一般為或。永磁式步進(jìn)電機(jī)輸出力矩大，動(dòng)態(tài)性能好。（2）反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)一般為三相，可實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進(jìn)角一般為，但噪聲和振動(dòng)都很大。它的轉(zhuǎn)子磁路由軟磁材料制成，定子上有多相勵(lì)磁繞組，利用磁導(dǎo)的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，步距角小，但動(dòng)態(tài)性能差。（3）混合式步進(jìn)電機(jī)混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)綜合了反應(yīng)式、永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)兩者的優(yōu)點(diǎn)，它的步距角小，出力大，動(dòng)態(tài)性能好，是目前性能最高的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。它有時(shí)也稱作永磁感應(yīng)子式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。它分為兩相和五相，兩相步進(jìn)角一般為而五相步進(jìn)角一般為。3.2.4步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)如下：（1）一般步進(jìn)電機(jī)的精度為步進(jìn)角的3-5%，且不累積。（2）步進(jìn)電機(jī)外表允許的最高溫度。步進(jìn)電機(jī)溫度過高首先會(huì)使電機(jī)的磁性材料退磁，從而導(dǎo)致力矩下降乃至于失步，因此電機(jī)外表允許的最高溫度應(yīng)取決于不同電機(jī)磁性材料的退磁點(diǎn)。一般來講，磁性材料的退磁點(diǎn)都在130℃以上，有的甚至高達(dá)200℃以上，所以步進(jìn)電機(jī)外表溫度在80-90℃完全正常。（3）步進(jìn)電機(jī)的力矩會(huì)隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)各相繞組的電感將形成一個(gè)反向電動(dòng)勢(shì)，頻率越高，反向電動(dòng)勢(shì)越大。在它的作用下，電機(jī)隨頻率（或速度）的增大而相電流減小，從而導(dǎo)致力矩下降。（4）步進(jìn)電機(jī)低速時(shí)可以正常運(yùn)轉(zhuǎn),但若高于一定速度就無法啟動(dòng),并伴有嘯叫聲。步進(jìn)電機(jī)有一個(gè)技術(shù)參數(shù)：空載啟動(dòng)頻率，即步進(jìn)電機(jī)在空載情況下能夠正常啟動(dòng)的脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機(jī)不能正常啟動(dòng)，可能發(fā)生丟步或堵轉(zhuǎn)。在有負(fù)載的情況下，啟動(dòng)頻率應(yīng)更低。如果要使電機(jī)達(dá)到高速轉(zhuǎn)動(dòng)，脈沖頻率應(yīng)該有加速過程，即啟動(dòng)頻率較低，然后按一定加速度升到所希望的高頻（電機(jī)轉(zhuǎn)速從低速升到高速）。3.3反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)由于反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)是步進(jìn)電機(jī)中應(yīng)用普遍的一種，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。因此在本設(shè)計(jì)中采用四相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)控制電梯的上下行和速度。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)是一種傳統(tǒng)的步進(jìn)電機(jī)，由磁性轉(zhuǎn)子鐵芯通過與由定子產(chǎn)生的脈沖電磁場(chǎng)相互作用而轉(zhuǎn)動(dòng)。由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。定子由硅鋼片疊加而成，有8個(gè)等分的磁極：A、A′、B、B′、C、C′、D、D′。相對(duì)的兩個(gè)磁極組成一對(duì)，共有四對(duì)。每對(duì)磁極上都繞有同一繞組，即成一相，所以有四對(duì)磁極、四個(gè)繞組，形成四相。每個(gè)磁極的內(nèi)表面都分布著大小、間距相同的多個(gè)小齒。轉(zhuǎn)子圓周表面也均勻分布著與定子小齒形狀相似、齒間距相同的小齒，并規(guī)定相鄰兩齒間的夾角，即齒距角為：=（3-1）：轉(zhuǎn)子齒數(shù)。則轉(zhuǎn)子每步轉(zhuǎn)過的空間角度（機(jī)械角度），即步距角為：=（3-2）N:運(yùn)行的拍數(shù)。3.3.1反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的工作原理反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)當(dāng)某一相定子繞組通電時(shí)，其對(duì)應(yīng)的磁極產(chǎn)生磁場(chǎng)，并與轉(zhuǎn)子形成磁路。如果該相定子的小齒和轉(zhuǎn)子的小齒沒有對(duì)齊，稱為錯(cuò)齒狀態(tài)，則在磁場(chǎng)的作用下轉(zhuǎn)子將轉(zhuǎn)過一定的角度，使轉(zhuǎn)子與定子的小齒相互對(duì)齊，稱為對(duì)齒狀態(tài)。對(duì)齒時(shí)，定子與轉(zhuǎn)子的磁路磁阻最小，而錯(cuò)齒時(shí)磁阻最大。步進(jìn)電機(jī)的工作就是靠磁路由較大磁阻向較小磁阻轉(zhuǎn)變中轉(zhuǎn)過一定角度。給處于錯(cuò)齒狀態(tài)的一相通電，則轉(zhuǎn)子在電磁力的作用下向磁阻最小的位置移動(dòng)，即向?qū)X的狀態(tài)轉(zhuǎn)動(dòng)，向前轉(zhuǎn)過一定角度。該相轉(zhuǎn)到對(duì)齒狀態(tài)后，再給另一相錯(cuò)齒狀態(tài)的定子繞組通電則轉(zhuǎn)子又向前轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度。由此可見，錯(cuò)齒的存在是步進(jìn)電機(jī)能夠旋轉(zhuǎn)的前提。3.3.2反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式單片機(jī)的輸出電流只有幾mA，其驅(qū)動(dòng)能力很弱，因此必須用功率放大驅(qū)動(dòng)電路來驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)與控制電路，功率放大驅(qū)動(dòng)電路組成一體，便是步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括三個(gè)部分：脈沖信號(hào)產(chǎn)生電路，脈沖信號(hào)分配電路，功率放大驅(qū)動(dòng)電路，方框圖如圖3-2所示。采用單片機(jī)來控制步進(jìn)電機(jī)，是一種軟硬件結(jié)合的方法。用軟件代替環(huán)形分配器，達(dá)到了對(duì)步進(jìn)電機(jī)的最優(yōu)控制。圖3-2步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)方框圖在搜集資料時(shí)發(fā)現(xiàn)了很多種驅(qū)動(dòng)電路，但多數(shù)都是用三極管驅(qū)動(dòng)，采用這一類電路的最大特點(diǎn)就是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，如圖3-3所示的單相連接電路。如果步進(jìn)電機(jī)相數(shù)多的話就會(huì)使硬件電路的連接更加的復(fù)雜，反而成了缺點(diǎn)。因此為了使硬件電路簡(jiǎn)單明了，常采用一些專用的驅(qū)動(dòng)芯片如：ULN2003、L298等，本設(shè)計(jì)采用L298驅(qū)動(dòng)芯片來驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。(a)(b)圖3-3單相驅(qū)動(dòng)電路3.3.3反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的控制方式為了控制反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，使其實(shí)現(xiàn)數(shù)字到角度的轉(zhuǎn)換，由單片機(jī)控制給電機(jī)繞組施加有序的脈沖電流，則步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過的角度數(shù)正比于脈沖數(shù)，轉(zhuǎn)動(dòng)的速度正比于脈沖的頻率，轉(zhuǎn)動(dòng)方向與脈沖順序有關(guān)。對(duì)四相步進(jìn)電機(jī)施加有序的脈沖電流可有單向四拍、雙向四拍、雙向八拍三種方式。單向四拍是按單相繞組順序施加脈沖電流，一周期施加四次，順序?yàn)檎D(zhuǎn)A-B-C-D-(A)，反轉(zhuǎn)D-C-B-A-(D)；雙向四拍中雙向是指每次對(duì)兩相繞組同時(shí)通電按雙相繞組順序施加脈沖電流，一周期施加四次，順序?yàn)檎D(zhuǎn)AB-BC-CD-DA-(AB),反轉(zhuǎn)為DC-CB-BA-AD-(DC)；雙向八拍是按單相繞組與雙相繞組交替方式施加脈沖電流，一周期施加八次，順序正轉(zhuǎn)A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-(A)，反轉(zhuǎn)D-DC-C-CB-B-BA-A-AD-(D)。三種控制方式下輸出狀態(tài)表如表3-1所示：表3-1端口輸出狀態(tài)控制方式步序電動(dòng)機(jī)繞組P3.3P3.2P3.1P3.0單相四拍1234ABCD0001001001011000雙相四拍1234ABBCCDDA0011011011001001雙相八拍12345678AABBBCCCDDDA00010011001001100100110010001001由此知控制步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，只需改變通入脈沖信號(hào)的順序；而調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速由速度計(jì)算公式n=可知轉(zhuǎn)速取決于脈沖頻率、轉(zhuǎn)子齒數(shù)和拍數(shù)。當(dāng)確定轉(zhuǎn)子齒數(shù)和拍數(shù)時(shí)，轉(zhuǎn)速與頻率成正比。這就是本設(shè)計(jì)中運(yùn)用的改變脈沖頻率來調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的方法。3.4L298 L298是SGS-THOMSONMicroelectronics所出產(chǎn)的雙全橋步進(jìn)電機(jī)專用驅(qū)動(dòng)芯片（DualFull-Bridgedriver）,內(nèi)部包含四信道邏輯驅(qū)動(dòng)電路，是一種二相和四相步進(jìn)電機(jī)的專用驅(qū)動(dòng)器，可同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)二相或一個(gè)四相步進(jìn)電機(jī)，內(nèi)含二個(gè)H-Bridge的高電壓、大電流雙全橋式驅(qū)動(dòng)器，接收標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號(hào)，可驅(qū)動(dòng)46V、2A以下步進(jìn)電機(jī)，且可以直接透過電源來調(diào)節(jié)輸出電壓。該芯片可直接由單片機(jī)的I/O端口來提供模擬時(shí)序信號(hào)。如圖3-4為L(zhǎng)298引腳圖：圖3-4L298引腳圖引腳功能：SENSA、SENSB:此兩端與地連接電流檢測(cè)電阻，并向驅(qū)動(dòng)芯片反饋檢測(cè)到的信號(hào)；OUT1、OUT2:此兩腳是全橋式驅(qū)動(dòng)器A的兩個(gè)輸出端，用來連接負(fù)載；Vs：電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源輸入端；IN1、IN2：輸入標(biāo)準(zhǔn)的TTL邏輯電平信號(hào)，用來控制全橋式驅(qū)動(dòng)器A的開關(guān)；ENA、ENB:使能控制端；輸入標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號(hào)，低電平時(shí)全橋式驅(qū)動(dòng)器禁止工作；GND:接地端；芯片本身的散熱片與8腳相通；Vss:邏輯控制部分的電源輸入端口；IN3、IN4:輸入標(biāo)準(zhǔn)的TTL邏輯電平信號(hào)，用來控制全橋式驅(qū)動(dòng)器B的開關(guān)；OUT3、OUT4:此兩腳是全橋式驅(qū)動(dòng)器B的兩個(gè)輸出端，用來連接負(fù)載。其真值表如表3-2所示:表3-2L298真值表ENAIN1IN2電機(jī)狀態(tài)ENBIN3IN4電機(jī)狀態(tài)110正轉(zhuǎn)110正轉(zhuǎn)101反轉(zhuǎn)101反轉(zhuǎn)111急停111急停100/100/0××自由停0××自由停3.5顯示部分 設(shè)計(jì)中樓層顯示電路采用的是七段數(shù)碼管，按鍵顯示部分采用發(fā)光二極管。3.5.1數(shù)碼管常用的LED顯示器是由八個(gè)發(fā)光二極管組成。其中七個(gè)長(zhǎng)條形的發(fā)光管排列成“日”字形，另一個(gè)黑點(diǎn)的發(fā)光管在顯示器的右下角作為顯示小數(shù)點(diǎn)用，它能顯示各種數(shù)字及部分英文字母。LED顯示器有兩種不同的形式：一種是8個(gè)發(fā)光二極管的陰極都連在一起的，稱之為共陰極LED顯示器；一種是8個(gè)發(fā)光二極管的陽極都連在一起的，成為共陽極LED顯示器。八段數(shù)碼內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖3-5所示，字型結(jié)構(gòu)圖如圖3-6所示：共陰極(b)共陽極圖3-5數(shù)碼管內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖圖3-6數(shù)碼管字型結(jié)構(gòu)圖共陰和共陽結(jié)構(gòu)的LED顯示器各筆畫段名hgfedcba安排位置是相同的。當(dāng)二級(jí)管導(dǎo)通時(shí)，相應(yīng)的筆畫段發(fā)亮，由發(fā)亮的筆畫段組合而顯示各種字符。8個(gè)筆畫段hgfedcba對(duì)應(yīng)于一個(gè)字節(jié)（8位）的D7D6D5D4D3D2D1D0,于是用8位二進(jìn)制就可以表示欲顯示字符的字形代碼。如，對(duì)于共陰LED顯示器，當(dāng)公共陰極接地（為零電平），而陽極hgfedcba各段為01110011時(shí)，顯示器顯示“P“字符，即對(duì)于共陰LED顯示器，”P”字符的字形碼是73H。如果是共陽LED顯示器，公共陽極接高電平，顯示“P”字符的字形代碼應(yīng)為10001100（8CH）。3.5.2發(fā)光二極管發(fā)光二極管簡(jiǎn)稱為L(zhǎng)ED。由鎵（Ga）、砷（AS）與磷（P）的化合物制成的二極管。當(dāng)電子與空穴復(fù)合時(shí)能輻射出可見光，因而可以用來制成發(fā)光二極管。在電路及儀器中作為指示燈，或者組成文字或數(shù)字顯示。磷砷化鎵二極管發(fā)紅光，磷化鎵二極管發(fā)綠光，碳化硅二極管發(fā)黃光。發(fā)光二極管是半導(dǎo)體二極管的一種，可以把電能轉(zhuǎn)化成光能，常簡(jiǎn)寫為L(zhǎng)ED。它與普通二極管一樣是由一個(gè)PN結(jié)組成，也具有單向?qū)щ娦?。?dāng)給發(fā)光二極管加上正向電壓后，從P區(qū)注入到N區(qū)的空穴和由N區(qū)注入到P區(qū)的電子，在PN結(jié)附近數(shù)微米內(nèi)分別與N區(qū)的電子和P區(qū)的空穴復(fù)合，產(chǎn)生自發(fā)輻射的熒光。不同的半導(dǎo)體材料中電子和空穴所處的能量狀態(tài)也是不同的。當(dāng)電子和空穴復(fù)合時(shí)釋放出的能量越多，則發(fā)出的光的波長(zhǎng)越短。在設(shè)計(jì)中使用較多的是發(fā)紅光和綠光的二極管。3.6CD4511CD4511是一個(gè)用于驅(qū)動(dòng)共陰極LED（數(shù)碼管）顯示器的BCD碼-七段碼譯碼器。特點(diǎn)有：具有BCD轉(zhuǎn)換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅(qū)動(dòng)功能的CMOS電路，能提供較大的拉電流，可直接驅(qū)動(dòng)LED顯示器。其引腳圖如圖3-7所示，引腳功能為：LT：做燈泡測(cè)試用。當(dāng)LT=0，則不論其它輸入狀態(tài)為何，其輸出abcdefg=1111111，使七段顯示器全亮，即顯示8，以便觀測(cè)七段顯示器是否正常。當(dāng)LT=1，則正常工作。BI：空白輸入控制。當(dāng)BI=0(LT為1時(shí))則不論DCBA輸入為何，其輸出abcdefg皆為0，即七段顯示器完全不亮，此腳可供使用者控制僅對(duì)有效數(shù)據(jù)譯碼，避免在無意義的數(shù)據(jù)輸入時(shí)顯示出來造成字型的紊亂。LE：數(shù)據(jù)鎖存控制。在CD4511中，不但具有譯碼功能，更具有數(shù)據(jù)記憶功能。當(dāng)LE=0時(shí)(LT=1且BI=1)，DCBA數(shù)據(jù)會(huì)被送入IC的緩存器中保存，以供譯碼器譯碼；當(dāng)LE=1時(shí)，則IC中的暫存器會(huì)關(guān)閉，僅保存原來在LE=0時(shí)的DCBA數(shù)據(jù)供譯碼器譯碼。換句話說當(dāng)LE=1時(shí)，不論DCBA的輸入數(shù)據(jù)為何，皆不影響其輸出，其輸出abcdefg仍保留原來在LE由0轉(zhuǎn)為1以前的資料。圖3-7CD4511引腳圖3.774LS24574LS245常用來驅(qū)動(dòng)LED或其他的設(shè)備，它是8路同相三態(tài)雙向總線收發(fā)器，可雙向傳輸數(shù)據(jù)。74LS245還具有雙向三態(tài)功能，既可以輸出，也可以輸入數(shù)據(jù)。當(dāng)片選端/CE低電平有效時(shí)，DIR=“0”，信號(hào)由B向A傳輸；DIR=“1”，信號(hào)由A向B傳輸。當(dāng)CE為高電平時(shí)，A、B均為高阻態(tài)。其引腳圖如圖3-8所示：圖3-874LS245芯片引腳圖4電路設(shè)計(jì)4.1單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)單片機(jī)的最小系統(tǒng)主要是由復(fù)位電路和時(shí)鐘電路兩部分組成。電路如圖4-1所示復(fù)位電路采用上電加按鍵電平復(fù)位，其中9腳為單片機(jī)的復(fù)位端；時(shí)鐘電路晶振采用的是12MHZ的，XTAL2和XTAL1分別為單片機(jī)的18和19腳。圖4-1單片機(jī)最小系統(tǒng)電路4.2鍵盤電路的設(shè)計(jì)本電路采用的是2×5鍵盤矩陣。電路圖如圖4-3所示，P0.1-P0.7接單片機(jī)的P0端口，單片機(jī)采用行和列掃描法來判別這10個(gè)按鍵中哪個(gè)鍵按下，并將其狀態(tài)存入20H-22H的位存儲(chǔ)空間里面，然后可根據(jù)每個(gè)按鍵的功能通過單片機(jī)控制電梯的運(yùn)行。每個(gè)按鍵的功能說明如下：S0：電梯內(nèi)部選擇去一樓按鍵，此按鍵按下表示廂內(nèi)的乘客要去一樓；S1：電梯內(nèi)部選擇去二樓按鍵，此按鍵按下表示廂內(nèi)的乘客要去二樓；S2：電梯內(nèi)部選擇去三樓按鍵，此按鍵按下表示廂內(nèi)的乘客要去三樓；S3：電梯內(nèi)部選擇去四樓按鍵，此按鍵按下表示廂內(nèi)的乘客要去四樓；S4:一樓向上呼叫按鍵，此鍵按下表示廂外一樓有人要乘坐電梯上樓；S5:二樓向上呼叫按鍵，此鍵按下表示廂外二樓有人要乘坐電梯上樓；S6：二樓向下呼叫按鍵，此鍵按下表示廂外二樓有人要乘坐電梯下樓；S7:三樓向上呼叫按鍵，此鍵按下表示廂外三樓有人要乘坐電梯上樓；S8：三樓向下呼叫按鍵，此鍵按下表示廂外三樓有人要乘坐電梯下樓；S9：四樓向下呼叫按鍵，此鍵按下表示廂外四樓有人要乘坐電梯下樓。如框圖4-2所示：圖4-2按鍵顯示屏設(shè)計(jì)硬件鍵盤電路圖如圖4-3所示：圖4-3鍵盤矩陣電路4.3步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路本模塊電路用L298驅(qū)動(dòng)四相步進(jìn)電機(jī)，在硬件電路設(shè)計(jì)時(shí)L298輸出端與單片機(jī)四相連接時(shí)上下分別連接了四個(gè)續(xù)流二極管。這樣設(shè)計(jì)的目的是為了將步進(jìn)電機(jī)的反向電動(dòng)勢(shì)所產(chǎn)生的電流分流到地或電源正極，不損壞L298，保證芯片正常工作。電路圖如圖4-4所示：圖4-4步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路4.4顯示電路設(shè)計(jì)4.4.1樓層顯示電路設(shè)計(jì)中用一位LED數(shù)碼管來顯示樓層數(shù)。用CD4511驅(qū)動(dòng)顯示，CD4511的輸入端口接單片機(jī)P1口的低四位。軟件設(shè)計(jì)時(shí)只需將CD4511四個(gè)輸入端對(duì)應(yīng)的端口置“1”或清“0”，就可在數(shù)碼管上看到相應(yīng)的字型碼。由于采用共陰極數(shù)碼管，所以公共端接低電平。具體電路如圖4-5所示：圖4-5樓層顯示電路4.4.2電梯外部請(qǐng)求顯示電路電路如圖4-6所示，本電路采用74LS245加限流電阻驅(qū)動(dòng)發(fā)光管，高電平有效，只要給單片機(jī)的P2口任意位置“1”，相應(yīng)的發(fā)光管就會(huì)被點(diǎn)亮。8個(gè)發(fā)光管從上到下依次為電梯上下行和廂外上下行請(qǐng)求顯示。每個(gè)發(fā)光管顯示都是獨(dú)立的，只要有外部請(qǐng)求按鍵按下，由程序控制其與之相對(duì)應(yīng)的發(fā)光管就會(huì)點(diǎn)亮。需要注意的是：在繪制硬件電路圖時(shí)74LS245與發(fā)光管之間的限流電阻不能過大，更不能省略，一般選在200到300歐之間為宜。根據(jù)74LS245的工作特性要想使高低電平從B傳到A，應(yīng)使E非端與DIR端接低電平74LS245才能正常工作，所以本電路將其直接接地。圖4-6二極管顯示電路4.5超重報(bào)警電路在我們的生活中常用的客乘電梯限重1000Kg（即限載13人）,而超重時(shí)會(huì)給曳引系統(tǒng)造成負(fù)擔(dān)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)故障。因此電梯只能在規(guī)定載重量之內(nèi)運(yùn)行，超出時(shí)，電梯會(huì)自動(dòng)報(bào)警，并不能運(yùn)行。在本設(shè)計(jì)中用力敏電阻去感應(yīng)廂內(nèi)的重量，并連接有報(bào)警電路，一旦超重就會(huì)報(bào)警，且電梯不再運(yùn)行，直到報(bào)警解除，電梯才會(huì)回復(fù)正常運(yùn)行狀態(tài)。電路圖如圖4-7所示：圖4-7超重報(bào)警電路5軟件設(shè)計(jì)5.1初始化程序由于在設(shè)計(jì)中用到了定時(shí)器，所以程序中要對(duì)定時(shí)器的工作模式、工作方式和啟動(dòng)控制方式進(jìn)行說明，給定時(shí)器送計(jì)數(shù)初值，開中斷，啟動(dòng)定時(shí)器工作等，程序中用MOVIE,#88H開中斷，允許定時(shí)器中斷；然后給數(shù)碼管送顯示數(shù)字“1”（初始狀態(tài)電梯在一樓），掃描鍵盤，轉(zhuǎn)入處理請(qǐng)求子程序，進(jìn)入程序執(zhí)行階段。5.2鍵盤掃描子程序設(shè)計(jì)中由于采用鍵盤矩陣來實(shí)現(xiàn)外呼內(nèi)選控制，而電梯的運(yùn)行方向是根據(jù)這些呼叫按鍵和選擇按鍵來決定的，所以單片機(jī)要不斷的掃描鍵盤來獲取各層呼叫狀態(tài)，從而來控制電梯的運(yùn)行。故鍵盤矩陣掃描是本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的重要部分之一。另外需要把鍵盤掃描到的各層按鍵狀態(tài)存儲(chǔ)起來，然后和電梯的運(yùn)行狀態(tài)比較，判斷是否響應(yīng)呼叫樓層（電梯只響應(yīng)同方向呼叫）。存儲(chǔ)單元的分配如下：20H（電梯廂外上升請(qǐng)求）：20H.0一樓；20H.1二樓；20H.2三樓；20H.3四樓。21H（電梯廂外下降請(qǐng)求）：21H.0一樓；21H.1二樓；21H.2三樓；21H.3四樓。22H（電梯廂內(nèi)樓層請(qǐng)求）：22H.0一樓；22H.1二樓；22H.2三樓；22H.3四樓。20H~22H的各位數(shù)值為“0”表示“無請(qǐng)求”，數(shù)值為“1”表示“有請(qǐng)求”。5.3程序要點(diǎn)說明在電梯開始工作時(shí)，中斷服務(wù)程序每50ms掃描一次按鍵狀態(tài)，并記錄在約定的存儲(chǔ)單元。堆棧棧底：70H單元。寄存器R3記錄“停止”鍵是否按下。存儲(chǔ)單元2AH的低四位存放樓層數(shù)，間接的用它來指示樓層位置。5.4設(shè)計(jì)流程圖5.4.1總流程圖5.4.2模塊流程圖5.4.2.1鍵盤掃描模塊5.4.2.2請(qǐng)求處理模塊5.4.2.3操作模塊6結(jié)束語通過這次設(shè)計(jì)使我在各方面都有了很大的提高，特別是在單片機(jī)編程方面讓我有了很大的進(jìn)步。以前學(xué)習(xí)理論知識(shí)的時(shí)候我就對(duì)一些指令和中斷的應(yīng)用懵懵懂懂?，F(xiàn)在自己動(dòng)手編程了，通過查找資料和對(duì)單片機(jī)理論知識(shí)的又一次學(xué)習(xí)，讓我對(duì)以前不懂的知識(shí)又進(jìn)行了一次全面的復(fù)習(xí)和新的學(xué)習(xí)。在繪制硬件電路圖方面我也遇到了一些問題。例如：在確立了設(shè)計(jì)方案后開始繪制電路圖時(shí)，發(fā)現(xiàn)在PROTUES元件庫中有些元器件無法找到，就需要更換元器件，改變電路，這樣反復(fù)的改變?cè)O(shè)計(jì)，直到符合設(shè)計(jì)思想；然后在繪制過程中發(fā)現(xiàn)從元件庫中找到的元器件管腳與資料書中查到的不一致，這樣就增加了畫圖的難度，為了做到線與線不交叉連接，就會(huì)使電路圖整體看起來密密麻麻，不整齊美觀；再者在連接共陰極七段數(shù)碼管時(shí)，由于無法確定其公共端的極性，連接以后發(fā)現(xiàn)顯示電路不起作用，后來在同學(xué)的指導(dǎo)和幫助下找到了解決方法；最后為了改變電路圖的整體美觀性，在同學(xué)的知道下，用軟件中的另一種連線繪制方法，對(duì)需要連接的引腳作相同的標(biāo)號(hào)，就可使它們可靠連接，大大降低了連線的難度。在軟件設(shè)計(jì)方面，由于剛開始我對(duì)編程沒什么經(jīng)驗(yàn)，所以沒有很好的設(shè)計(jì)思路就開始編程了，結(jié)果遇到了很多的問題，后來在老師的指導(dǎo)下又與有經(jīng)驗(yàn)的同學(xué)的學(xué)習(xí)討論，重新調(diào)整態(tài)度，制定新的思路和軟件流程圖，按照自己制定的流程圖和思路，我對(duì)程序進(jìn)行分模塊去編寫，然后再匯總到一塊，但是在WAVE仿真軟件中編譯時(shí)出現(xiàn)了很多的問題，有的是操作碼出錯(cuò)，有的是指令出錯(cuò)，剛開始不知道怎么去修改源程序，后經(jīng)同學(xué)的幫忙把出錯(cuò)的行一一改了出來。經(jīng)過這一過程以后，我發(fā)現(xiàn)自己在軟件編程這一方面也有了不小的進(jìn)步。這次設(shè)計(jì)過程中從確定設(shè)計(jì)方案到編寫軟件程序再到調(diào)試，我始終保持著端正的學(xué)習(xí)態(tài)度，讓自己慢慢融入其中，感受這一過程的發(fā)展變化。這其中讓我體會(huì)到了學(xué)習(xí)的無窮樂趣。我為自己的小小進(jìn)步而感到高興，因?yàn)檫@種興奮是他人難以想象的到的。但是，我也知道我不能就此驕傲、沾沾自喜，這只是一個(gè)小小的進(jìn)步，應(yīng)該把眼光放的更長(zhǎng)遠(yuǎn)一點(diǎn)，多向他人學(xué)習(xí)請(qǐng)教，提高自己對(duì)專業(yè)知識(shí)的靈活運(yùn)用能力，不斷地充實(shí)自己各方面的文化知識(shí)，逐步提高實(shí)踐能力，力求理論與實(shí)踐的完美結(jié)合。致謝這次設(shè)計(jì)過程中我的指導(dǎo)老師唐恒娟老師在設(shè)計(jì)期間給予了我細(xì)心的指導(dǎo)、不倦的教誨和督促，使我的畢業(yè)設(shè)計(jì)能夠按時(shí)順利完成。唐老師從設(shè)計(jì)的開始到結(jié)束都一絲不茍、嚴(yán)格的要求我們，在設(shè)計(jì)中對(duì)我們提出的各種疑點(diǎn)、難點(diǎn)總是耐心的教導(dǎo)我們先自己思考，培養(yǎng)我們獨(dú)自解決問題的能力，實(shí)在解決不了就耐心的給我講解，直到我們理解這其中的原理。因此唐老師在很多關(guān)鍵性的問題上總能給我們提出很多合理性的建議，并對(duì)我們的設(shè)計(jì)整體框架以及大的原則性問題提出了關(guān)鍵性的指導(dǎo)。這些都給我的畢業(yè)設(shè)計(jì)順利完成打下了鋪墊。所以我想對(duì)唐老師表達(dá)我最深深的感謝，謝謝您這段時(shí)間的教導(dǎo)、督促和關(guān)心。名為畢業(yè)設(shè)計(jì)，實(shí)則是對(duì)我們本科學(xué)習(xí)階段所學(xué)的專業(yè)知識(shí)的一次檢驗(yàn)和復(fù)習(xí)總結(jié)。通過這一設(shè)計(jì)過程，讓我也深深地體會(huì)到了自己的專業(yè)知識(shí)學(xué)習(xí)的是多么的膚淺，理論與實(shí)際的遙遠(yuǎn)差距。但我相信這種差距在我以后的工作中會(huì)慢慢縮短的，差距是存在的，但是基礎(chǔ)還是有的，所以我要對(duì)在這本科求學(xué)期間教授我理論知識(shí)、教導(dǎo)我成長(zhǎng)的所有老師給予深深地感謝。在這期間我的同學(xué)和伙伴們也給了我很大的幫助，在設(shè)計(jì)過程中不論他們是正在設(shè)計(jì)自己的課題，還是在休息，只要我去請(qǐng)教他們，他們都會(huì)毫無保留的把自己知道的解釋給我，幫助我去疏通思路，以便我的設(shè)計(jì)可以繼續(xù)進(jìn)行下去。他們不僅幫我解決問題，還不斷地開導(dǎo)我，不要急躁，慢慢學(xué)習(xí)，一點(diǎn)點(diǎn)設(shè)計(jì)，最終實(shí)現(xiàn)了自己的設(shè)計(jì)思想。因此我非常的感謝他們。設(shè)計(jì)里由于我自身的能力有限只實(shí)現(xiàn)了課題的一些基本功能。但是，這仍然給了我很大的鼓舞，我相信在以后學(xué)習(xí)中，我會(huì)更加的注重理論知識(shí)與實(shí)際的緊密結(jié)合。最后再次向在設(shè)計(jì)中給我?guī)椭凸膭?lì)的老師和同學(xué)們表示深深地感謝。參考文獻(xiàn)【1】李朝青.單片機(jī)原理及接口技術(shù)[M].北京：北京航空航天出版社，2006【2】孫慧芹.單片機(jī)設(shè)計(jì)項(xiàng)目教程[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009【3】房小翠,王金鳳.單片機(jī)實(shí)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1999【4】樓然苗.51系列單片機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)例［M］.北京航空航天出版社，2003.3【5】閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)(第三版)[M].北京：高等教育出版社，1989【6】梁延?xùn)|.電梯控制技術(shù)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1997【7】何立民.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京:北京航空航天出版社,1993【8】萬長(zhǎng)建,張莉.用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)高層電梯運(yùn)行自動(dòng)控制[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理,2007,24(5):256～261【9】張婭莉,曲國(guó)峰.單片機(jī)在電梯自動(dòng)控制中的應(yīng)用[J].《工業(yè)控制計(jì)算機(jī)》,2003,16(2):135～138【10】朱承高.電工及電子技術(shù)手冊(cè)[M].北京：高等教育出版社，1990【11】沈德全.mcs51系列單片機(jī)接口電路與應(yīng)用程序?qū)嵗跰］.北京:北京航空航天大學(xué)出版社【12】黃灼堯.單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)方法的研究與應(yīng)用.廣東大學(xué)出版設(shè)2001.132-138【13】樓然苗.51系列單片機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)例［M］.北京航空航天出版社，2003.3【14】張凱.MCS-51單片機(jī)綜合系統(tǒng)及其設(shè)計(jì)開發(fā)［M］.科學(xué)出版社，1996附錄【15】曹榮敏.電梯運(yùn)行系統(tǒng)的單片機(jī)模擬[M].微處理機(jī),1998(3):1～3附錄一附錄二源程序ORG0000HAJMPSTARTORG000BHAJMPTIME0ORG001BHAJMPTIME1START:MOVTMOD,#18HMOVIE,#88HMOVTH1,#3CHMOVTL1,#0B0H;定時(shí)器T1定時(shí)50msSETBTR1MOVSP,#6FHMOV2AH,#0LOUCENG2:SETB2AH.1RETLOUCENG3:SETB2AH.2RETLOUCENG4:SETB2AH.3RETS1:SETBP2.0SETBP2.1MOVR3,#0MOVP1,#01H;數(shù)碼管顯示"1"SETB2AH.0JBP3.4,$;是否開始LCALLKEY1CLRP2.1UP1:MOVA,20H;目前在一樓ORLA,21HORLA,22HANLA,#OEH;取得大于1樓請(qǐng)求情況JZUP1;無請(qǐng)求，則等待CJNEA,#02H,LOUCENG2CJNEA,#04H,LOUCENG3CJNEA,#08H,LOUCENG4SETBP2.0;上升指示燈亮ACALLDIANJIUP2:MOVP1,#02H;到達(dá)2樓，數(shù)碼管顯示"2"SETB2AH.1JB20H.1,UP21;是廂外2樓上升請(qǐng)求，轉(zhuǎn)UP21JB22H.1,UP21;是廂內(nèi)2樓上升請(qǐng)求，轉(zhuǎn)UP21SJMPUP22UP21:CLR20H.1;清廂外2樓上升請(qǐng)求標(biāo)志位CLR22H.1;清廂內(nèi)2樓上升請(qǐng)求標(biāo)志位CLRP2.0;上升指示燈滅ACALLDDUP22:MOVA,20HORLA,21HORLA,22HANLA,#0CH;取得大于2樓請(qǐng)求情況CJNEA,#04H,LOUCENG3CJNEA,#08H,LOUCENG4JNZUP23AJMPDOWN22UP23:SETBP2.0;上升指示燈亮ACALLDIANJIUP3:MOVP1,#03H;到達(dá)3樓，數(shù)碼管顯示"3"SETB2AH.2JB20H.2,UP31;是廂外3樓的上升請(qǐng)求，轉(zhuǎn)UP31JB22H.2,UP31;是廂內(nèi)3樓的上升請(qǐng)求，轉(zhuǎn)UP31SJMPUP32UP31:CLR20H.2;清廂外3樓的上升請(qǐng)求標(biāo)志位CLR22H.2;清廂內(nèi)3樓的上升請(qǐng)求標(biāo)志位CLRP2.0;上升指示燈滅ACALLDDUP32:MOVA,20HORLA,21HORLA,22HANLA,#08H;取得大于3樓請(qǐng)求情況JNZUP33AJMPDOWN32;3樓無請(qǐng)求，轉(zhuǎn)3樓下降UP33:SETBP2.0;上升指示燈亮ACALLDIANJIUP4:MOVP1,#40H;到達(dá)4樓，數(shù)碼管顯示"4"SETB2AH.3UP41:CLR21H.3;清廂外4樓下降請(qǐng)求標(biāo)志位CLR22H.3;清廂內(nèi)4樓下降請(qǐng)求標(biāo)志位CLRP2.0;上升指示燈滅ACALLDDUD4:MOVA,20HORLA,21HORLA,22HANLA,#07H;取得低于4樓的請(qǐng)求情況CJNEA,#04H,LOUCENG3JNZDOWN4AJMPUD4DOWN4:SETBP2.1;下降指示燈亮ACALLDIANJIDOWN3:MOVP1,#03H;到達(dá)3樓，數(shù)碼管顯示"3"JB21H.2,DOWN31;是廂外3樓的下降請(qǐng)求，轉(zhuǎn)DOWN31JB22H.2,DOWN31;是廂內(nèi)3樓的下降請(qǐng)求，轉(zhuǎn)DOWN31SJMPDOWN32DOWN31:CLR21H.2;清廂外3樓的下降請(qǐng)求標(biāo)志位CLR22H.2;清廂內(nèi)3樓的下降請(qǐng)求標(biāo)志位CLRP2.1;下降指示燈滅ACALLDDDOWN32:MOVA,20HORLA,21HORLA,22HANLA,#03H;取得低于3樓的請(qǐng)求情況CJNEA,#02H,LOUCENG2JNZDOWN33AJMPUP32;小于3樓無請(qǐng)求，轉(zhuǎn)3樓上升DWON33:SETBP2.1;下降指示燈亮ACALLDIANJI