【電氣設(shè)計(jì)自動(dòng)化論文】模擬電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

【電氣設(shè)計(jì)自動(dòng)化論文】模擬電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),電氣設(shè)計(jì),自動(dòng)化,論文,模擬,摹擬,電梯,控制系統(tǒng),設(shè)計(jì) 本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）(2015 屆)模擬電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)院 系 電子信息工程學(xué)院 專 業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化姓 名 指導(dǎo)教師 職 稱 講 師 等 級(jí) 博 士 學(xué)號(hào)：I2015 年 5 月摘 要我們所說的單片機(jī)就是單片微型計(jì)算機(jī)（Single-Chip Microcomputer ）又可以稱作微控制器，是把中央處理器，計(jì)數(shù)器，存儲(chǔ)器，定時(shí)器與很多型號(hào)的輸入輸出接口都集中在同一塊電路芯片上的微控制器。單片機(jī)的型號(hào)與種類數(shù)不勝數(shù)，在這之中，51 單片機(jī)是最具代表性，最具典型性的單片機(jī)，因此 51單片機(jī)的用途十分廣泛，被應(yīng)用于諸多領(lǐng)域。在電梯控制系統(tǒng)中包含和應(yīng)用了很多學(xué)科知識(shí)和高級(jí)技術(shù)，比如：電氣自動(dòng)控制技術(shù)，微處理器技術(shù)等等。電梯是建筑和設(shè)計(jì)中不可缺少的機(jī)械工具。同時(shí)，電梯已經(jīng)已經(jīng)成為各種新型科技及計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)很好的應(yīng)用平臺(tái)以及教學(xué)平臺(tái)。本設(shè)計(jì)是利用 STC89C52 單片機(jī)控制的 6 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。這個(gè)設(shè)計(jì)主要是根據(jù)中斷電路控制電梯響應(yīng)的相關(guān)知識(shí)來實(shí)現(xiàn)的，是一種專門用來提供樓層快速通行的控制設(shè)計(jì)的智能系統(tǒng)。此外，用單片機(jī)控制的電梯最大的特點(diǎn)是成本低，在各個(gè)領(lǐng)域都能夠適用，比較容易將復(fù)雜控制簡單化，較易操作。II關(guān)鍵詞：STC89C52 單片機(jī)，仿真調(diào)試，電梯，軟件，硬件IIIABSTRACTWhat we mean by single-chip Microcomputer is the Single Chip Microcomputer (Single - Chip Microcomputer) and can be referred to as micro controller, is the central processing unit (CPU), counter, memory, timer and many types of input/output interface are concentrated in the same piece of circuit on a Chip microcontroller. SCM model with infinite variety, in this, 51 single-chip microcomputer is the most representative and most typical single-chip microcomputer, thus the purpose of the 51 single-chip microcomputer is very wide, was applied in many fields. In the elevator control system contains and application of a lot of academic knowledge and advanced technology, such as: electrical automatic control technology and microprocessor technology, and so on. The elevator is indispensable in the design of buildings and machinery tools. At the same time, the elevator has already become a variety of new technology and computer control system application platform and teaching platform. This design is to use the STC89C52 single-chip microcomputer control of six floors elevator simulation control system, mainly including the design of the hardware system, software system design and simulation of analog circuit, debugging. This design is mainly based on interrupt circuit control response of relevant knowledge, the elevator is a kind of special used to provide control design of the intelligent building rapid transit systems. In addition, using single-chip microcomputer control of elevator is the biggest characteristic of low cost, in all fields to be able to apply, easy to complex control simple, easy to operate.Key words: STC89C52Microcontroller，Digital tube，Elevator，Software，Hardware.IV目 錄摘 要 .IABSTRACT.II目 錄 III1 緒論 11.1 研究背景 .11.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 .11.3 研究目的與意義 .21.4 本章小結(jié) .22 系統(tǒng)總體方案 22.1 設(shè)計(jì)要求 .22.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 .22.2.1 顯示模塊的選擇 22.2.2 單片機(jī)的選擇 32.2.3 按鍵的選擇 42.2.4 電源模塊的選擇 42.3 本章小結(jié) .53 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 53.1 主控芯片 .63.1.1 各引腳功能 63.1.3 單片機(jī)最小系統(tǒng) 63.2 顯示電路 .83.3 按鍵電路 .93.4 本章小結(jié) .9V4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 104.1 主程序 104.2 系統(tǒng)的主流程圖 114.3 定時(shí)器程序流程圖 124.4 本章小結(jié) 125 聯(lián)調(diào)與調(diào)試 .135.1 硬件調(diào)試 135.2 軟件調(diào)試 155.4 本章小結(jié) 17結(jié)論與展望 .18致謝 .19參考文獻(xiàn) .20附錄 A: 系統(tǒng)原理圖 .20附錄 B: 系統(tǒng)仿真圖 .22附錄 C：系統(tǒng) PCB 圖 .23附錄 D：系統(tǒng)源程序 .2411 緒論1.1 研究背景奧的斯電梯公司是目前世界上最大的最有名的電梯公司。1854 年，在紐約水晶宮舉行重大的世界博覽會(huì)上，美國人伊萊沙·格雷夫斯·奧的斯第一次向世人展示了他的發(fā)明——?dú)v史上第一部安全升降梯。 [1] 從此，電梯已被廣泛應(yīng)用于世界，名為奧的斯電梯公司開始了她的輝煌歷程。在過去的 150 年里，她已經(jīng)成為電梯公司的全球領(lǐng)導(dǎo)者。中國最早的一部電梯出現(xiàn)在上海，是由美國奧的斯公司于 1901 年安裝的。1932年由美國奧的斯公司安裝在天津利順德酒店的電梯至今還在安全運(yùn)轉(zhuǎn)著。1951 年， 天津從慶生電機(jī)廠為天安門安裝了一臺(tái)我國自行制造的電梯。隨著時(shí)間的流逝，科技在不停的進(jìn)步和發(fā)展，理所應(yīng)當(dāng)?shù)碾娞菀苍诎l(fā)展和進(jìn)步，不管是在材質(zhì)、款式、顏色、規(guī)格等等方面都有了巨大的提升。電梯的載重量發(fā)生了很大的改變，隨著現(xiàn)代樓層的加高，電梯的適應(yīng)度也要更加高，加大了電梯的難度，但是先進(jìn)的技術(shù)使得電梯更好的運(yùn)行和使用。電梯控制系統(tǒng)是較復(fù)雜的一個(gè)大型系統(tǒng)，在計(jì)算機(jī)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(xiàn)，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(jī)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)。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在需要大量勞動(dòng)力才能推動(dòng)發(fā)展的以前，從重物的搬運(yùn)來說，滑動(dòng)運(yùn)行進(jìn)步到滾動(dòng)運(yùn)行，節(jié)省了多少勞動(dòng)力，節(jié)省了多少時(shí)間，這種進(jìn)步無疑是一種巨大的突破。2在經(jīng)過一個(gè)半世紀(jì)的光陰流逝，無論在哪個(gè)方面，電梯設(shè)計(jì)都有了巨大的突破，從局部到整體，隨著電機(jī)的強(qiáng)化，輕盈，快速的電機(jī)逐漸問世，電梯從小負(fù)荷逐漸發(fā)展到大負(fù)荷，甚至是大型機(jī)型，電梯一直在發(fā)展，一直在進(jìn)步。中國的電梯協(xié)會(huì)預(yù)測，在即將到來的幾年內(nèi)，我國的電梯市場，不僅是國內(nèi)而且包括出口都將是全世界最大的電梯市場，因此對(duì)電梯進(jìn)一步的研究可謂是前景廣闊，不可小覷。自從改革開放以來，隨著我國城市化進(jìn)程的日益加快，房屋樓層的逐漸加高，甚至上百層，如果沒有電梯，那么高層建筑必將不可能。電梯已經(jīng)融入了我們的生活，電梯被廣泛應(yīng)用于賓館、飯店、辦公大樓、商場、娛樂場所、倉庫以及居民住宅大樓等。因?yàn)殡娞莸母咝А⒎奖?、快捷，所以電梯受到了大家的熱烈歡迎。在今日，電梯的設(shè)計(jì)種類很多，單片機(jī)控制，PLC 控制，等等，總之無論是哪種控制，都將為人來帶來巨大的收益，是我們的生活簡單輕松，方便。1.3 研究目的與意義電梯是隨高層建筑的興建而開始發(fā)展起來的一種垂直運(yùn)輸?shù)墓ぞ?，使平面運(yùn)動(dòng)變?yōu)榇怪边\(yùn)動(dòng)的一種巨大突破，多層的廠房和多層的倉庫需要有貨梯，使很多重物能夠運(yùn)到合適的高層上進(jìn)行處理加工，這樣節(jié)省了占地空間；高層住宅必須有住宅梯，是人們的生活更加方便，居住在高層的樓宇中，能夠獲得更好空間，陽光，使人們的身心愉悅。為了滿足各種需求，電梯控制系統(tǒng)一直在飛越，因此對(duì)電梯的控制器的要求也不斷提高。目前的電梯控制系統(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，通過使用適當(dāng)?shù)挠布娐泛涂刂瞥绦騺頇z測和控制整個(gè)電梯的信號(hào)，具有成本低廉、通用性強(qiáng)、靈活性大、擴(kuò)展容易及易于操作，實(shí)現(xiàn)較易控制等優(yōu)點(diǎn)。 [2]1.4 本章小結(jié)本設(shè)計(jì)主要注重基本理論知識(shí)與實(shí)際情況的緊密結(jié)合，對(duì)電梯的歷史和以后的發(fā)展做出了簡單的介紹，在了解電梯背景的前提下去對(duì)現(xiàn)代電梯進(jìn)行理解和設(shè)計(jì)。同時(shí)對(duì)學(xué)生的創(chuàng)新和分析問題能力進(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3下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在了解世界上對(duì)電梯系統(tǒng)的研究后，能夠深刻的認(rèn)識(shí)到該項(xiàng)目在未來能完成巨大的工作量后，更加努力的去適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的需要，成為當(dāng)今社會(huì)最能夠適應(yīng)科技的人才。2 系統(tǒng)總體方案2.1 設(shè)計(jì)要求（1）電梯無人控制，完全自動(dòng)根據(jù)梯內(nèi)或梯外的操作自動(dòng)運(yùn)行。（2）電梯系統(tǒng)通電后，如果有呼叫信號(hào)，則電梯自動(dòng)響應(yīng)召喚，并且自動(dòng)運(yùn)行。（3）按梯內(nèi)外的召喚指令信號(hào)自動(dòng)定向，有優(yōu)先級(jí)的運(yùn)行路徑，減少電梯的運(yùn)行時(shí)間。（4）顯示屏有顯示電梯運(yùn)行的方向以及到達(dá)的樓層。2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案2.2.1 顯示模塊的選擇方案一：1602 液晶模塊1602 液晶又稱 1602 字符型液晶，它的功能是能夠顯示數(shù)字、字母以及符號(hào)等需要4顯示的內(nèi)容，是一種專門的顯示模塊。它有很多個(gè) 5*7 或者 5*11 等點(diǎn)陣字符位組成，由于點(diǎn)陣的關(guān)系，它的每一個(gè)字符位都可以把一個(gè)字符顯示出來。由于每一位點(diǎn)陣之前存在一個(gè)點(diǎn)距的間隔，同樣，每一行之前也有間隔，所以他不能顯示圖形。它的優(yōu)點(diǎn)是微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧。 [3]方案二：數(shù)碼管顯示數(shù)碼管也就是常說的 LED 數(shù)碼管，是一種利用半導(dǎo)體的基本功能來實(shí)現(xiàn)發(fā)光的器件。 [4]發(fā)光二極管是它的基本單元。數(shù)碼管的種類有很多種，按段數(shù)分可分為兩種，分別為：七段數(shù)管和八段數(shù)碼管；其根本區(qū)別是后者比前者多一個(gè)發(fā)光二極管。按能顯示“8”的個(gè)數(shù)可分幾種：分別為 1 位、2 位、4 位等等不同型號(hào)的數(shù)碼管；按連接方式可分為兩種發(fā)光二極管：共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。其二者的區(qū)別在于是否將所有的發(fā)光二極管的陽極/陰極接到一起形成公共陽極/陰極的數(shù)碼管。再根據(jù)接在相應(yīng)的公共極，是否出現(xiàn)相應(yīng)字段的亮或不亮來判斷高低電平。由于它的價(jià)格便宜使用簡單在電器特別是家電領(lǐng)域應(yīng)用極為廣泛。方案三：點(diǎn)陣顯示點(diǎn)陣顯示是由一個(gè)個(gè)的小 LED 組成，想根據(jù)自己的想法設(shè)計(jì)出來的要顯示的字符、數(shù)字符號(hào)、圖像都可以用 LED 點(diǎn)陣來實(shí)現(xiàn)；LED 可以用在很多環(huán)境：如室內(nèi)裝飾、室外廣告顯示，比投影等裝置簡單方便，比其多出很多有點(diǎn)。正因?yàn)槿绱耍琇ED 受到人們的親睞和重視，所以發(fā)展的速度非常之快，在日常生活中的普及得以顯示?？偠灾@些優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在簡單方便、穩(wěn)定性高、價(jià)格便宜，用途廣泛。所以說：LED 具有廣闊的發(fā)展前景，當(dāng)今正在向全方位快速發(fā)展。 [5]綜上所訴：LCD1602 顯示不了圖形，當(dāng)電梯升降時(shí)顯示不了相應(yīng)的指示；數(shù)碼管雖簡單方便能顯示數(shù)字，但同樣是顯示不了圖形；只有點(diǎn)陣既能顯示數(shù)字又能顯示圖形，適合本設(shè)計(jì)，固本設(shè)計(jì)用點(diǎn)陣作為顯示模塊。2.2.2 單片機(jī)的選擇方案一：AT51 系列單片機(jī)采用 AT89C52 芯片作為系統(tǒng)核心，采用 Flash ROM，能以 3V 的超低壓工作；同時(shí)比 89C51 具有更多的存儲(chǔ)空間，AT89C52 芯片內(nèi)部存儲(chǔ)器為 8KB ROM 存儲(chǔ)空間，同樣具5有 89C51 的功能。但燒寫程序需要專業(yè)工具。方案二：STC51 系列單片機(jī)用 STC89C52 芯片作為系統(tǒng)核心，采用了閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的低電壓，內(nèi)部具有 8KB ROM 存儲(chǔ)空間，是 51 系列單片機(jī)內(nèi)存的兩倍，而且還比 51 單片機(jī)多定時(shí)計(jì)數(shù)器和中斷，并且比 AT89C52 芯片經(jīng)濟(jì)，實(shí)惠。所以本設(shè)計(jì)采用 STC89C52 芯片。本設(shè)計(jì)采用的是 STC89C52 單片機(jī)，STC89C52 是個(gè)低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機(jī),具有高密度性、難失性存儲(chǔ)技術(shù)，片內(nèi)有通用型的 8 位 CPU 和 flash 存儲(chǔ)單元，因?yàn)樗墓δ苁謴?qiáng)大，因?yàn)?STC89C52 單片機(jī)可為您提供許多較復(fù)雜系統(tǒng)控制應(yīng)用場合。[6]2.2.3 按鍵的選擇方案一：采用矩陣鍵盤因?yàn)閱纹瑱C(jī)的 I/O 口有限，顯然，在按鍵的數(shù)量太多，矩陣鍵盤比單機(jī)鍵盤節(jié)省了大量的 I/O 線，但必須將行線，列線信號(hào)配合起來做適當(dāng)處理，才能確定閉合鍵的位置。 [7]方案二：采用獨(dú)立式鍵盤按鍵開關(guān)電路包括直接用 I/O 口線獨(dú)立式鍵盤構(gòu)成的單元。每個(gè)按鍵擁有獨(dú)立的I/O 口線，因而他們各自工作且互不影響本身的狀態(tài)。但是當(dāng)所需按鍵數(shù)量多時(shí)，會(huì)占用過多的 I/O 口?；谝陨戏治?，此次設(shè)計(jì)采用方案二獨(dú)立式按鍵，因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)中僅使用到 6 個(gè)按鍵，所以在正常的按鍵使用中不會(huì)出現(xiàn)相互影響的現(xiàn)象。在如今的正常使用中，有三種比較常用的按鍵：分別是機(jī)械觸點(diǎn)式按鍵、導(dǎo)電橡膠式和柔性按鍵。機(jī)械觸點(diǎn)式按鍵利用了通過擠壓金屬利用其彈性恢復(fù)使鍵復(fù)位，其優(yōu)點(diǎn)是操作簡單，適合制造一個(gè)個(gè)的物件，每一條連線十分清晰。缺點(diǎn)是：長時(shí)間擠壓觸點(diǎn)會(huì)使觸點(diǎn)接觸不良，使用壽命短。由于體積較大，生產(chǎn)運(yùn)輸都不太方便。導(dǎo)電橡膠按鍵利用橡膠變形后的彈性來復(fù)位，我們通過壓制來把面板上的所有的橡膠按鍵做成一塊，其優(yōu)點(diǎn)是體積較小，運(yùn)輸方便，大規(guī)模生產(chǎn)也不是難事。缺點(diǎn)是：6長時(shí)間的使用后，橡膠本身的特性會(huì)老化，因而按鍵的彈性會(huì)下降，也會(huì)吸入塵埃，使按鍵加速損壞。柔性按鍵，是一種比較新型的按鍵，近幾年來被廣泛使用。它的最大的特點(diǎn)是耐用、防腐蝕，其外觀也相對(duì)美觀，形狀也相對(duì)較小，裝載方便。不僅如此，我們可以根據(jù)我們自身的要求來設(shè)計(jì)它的外形、顏色、結(jié)構(gòu)布局等等。但是它的價(jià)格相對(duì)較高。但是根據(jù)具體的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，由于客觀條件與經(jīng)濟(jì)能力有限，本系統(tǒng)采用機(jī)械觸點(diǎn)式按鍵。2.2.4 電源模塊的選擇方案一：變壓器降壓典型的變壓器降壓，全波整流，濾波電容和集成電路設(shè)計(jì)的電壓。由于單片機(jī)及后續(xù)的無線接收電路等都用 5 V 作為工作電源，所以在經(jīng)整流和濾波電路后再用三端集成穩(wěn)壓電路進(jìn)行穩(wěn)壓，為后續(xù)電路提供穩(wěn)定可靠的 5 V 直流電源，三端穩(wěn)壓集成電路采用 LM7805。 [8]方案二：手機(jī)充電器供電所有手機(jī)充電器其實(shí)都是由一個(gè)穩(wěn)定電源（主要是穩(wěn)壓電源、提供穩(wěn)定工作電壓和足夠的電流）加上必要的恒流、限壓、限時(shí)等控制電路構(gòu)成。充電器上所標(biāo)注的輸出參數(shù)大部分都是 5V 電壓，而且電流得當(dāng)，手機(jī)充電器很容易改成一個(gè)質(zhì)量優(yōu)良的穩(wěn)壓電源！ [4] 因?yàn)槲覀兩钤谝粋€(gè)共同的手機(jī)充電器的時(shí)代，攜帶方便，電壓穩(wěn)定，節(jié)約成本，只需要購買一個(gè) USB 電源線來提供整個(gè)系統(tǒng)，方便快捷，安全可靠，所以設(shè)計(jì)采用的設(shè)計(jì)電源為手機(jī)充電。本電路主要由其單片機(jī)的最小控制系統(tǒng)電路、可操控的鍵盤模塊、具有顯示功能的單片機(jī)模塊電路以及電源控制模塊電路。其中單片機(jī)最小系統(tǒng)主要采用復(fù)位電路，電路復(fù)位后樓層顯示數(shù)字 1 表示電梯此時(shí)在一樓，而電梯樓層位置是由延時(shí)電路控制的，延時(shí)電路是 3 秒延時(shí)，每層之間通過 3 秒延時(shí)控制即每延時(shí) 3 秒表示電梯走了一層，同時(shí)顯示相應(yīng)的上下箭頭指示。本設(shè)計(jì)的延時(shí)部分主要是軟件控制。電梯的運(yùn)行狀態(tài)是通過點(diǎn)陣組成的上下箭頭和數(shù)字顯示的。鍵盤電路采用獨(dú)立式四角按鍵。電梯的正常運(yùn)行路徑、顯示以及優(yōu)先級(jí)全部是根據(jù)單片機(jī)的寫入程序來實(shí)現(xiàn)的，總體方框圖如圖 2-1 所示。7圖 2-1 總體框圖2.3 本章小結(jié)本節(jié)主要介紹了電梯控制系統(tǒng)中的幾個(gè)重要的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，并且將每個(gè)模塊都一一介紹不同種器件的優(yōu)缺點(diǎn)以及選擇哪種器件作文本設(shè)計(jì)最好的電氣元件，說明了單片機(jī)的設(shè)計(jì)系統(tǒng)具有多變性，成本低，靈活多變等優(yōu)點(diǎn)，為以后設(shè)計(jì)電梯系統(tǒng)的理論提供了強(qiáng)有力的參考和依據(jù)。83 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1 主控芯片本系統(tǒng)采用 STC89C52 為主控芯片。STC89C52 是一種低功耗、高性能 CMOS 8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲(chǔ)器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上 Flash 允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 STC89C52 在眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。 [9]3.1.1 各引腳功能單片機(jī)有很多的 MCU 管腳，每個(gè)管腳的用途是不一樣的，不同的引腳表示的不同的單芯片微型計(jì)算機(jī)的輸入和輸出信號(hào)。單片機(jī)引腳圖如下：9P1. 01P1. 12P1. 23P1. 34P1. 67P1. 45P1. 56RE ST9P3. 0(R XD)10P3. 1(T XD)11P3. 2(INT 0)12P3. 3(INT 1)13P3. 4(T 0)14P3. 5(T 1)15P3. 6(W R )16P3. 7(R D)17XT AL218XT AL119GN D20P1. 78(A9)P2.1 22(A10)P2.2 23(A11)P2.3 24(A12)P2.4 25(A13)P2.5 26(A14)P2.6 27(A15)P2.7 28PSEN 29AL E/PROG 30EA /V PP 31(AD7)P0. 7 32(AD6)P0. 6 33(AD5)P0. 5 34(AD4)P0. 4 35(AD3)P0. 3 36(AD2)P0. 2 37(AD1)P0. 1 38(AD0)P0. 0 39VC C 40(A8)P2.0 21圖 3-1 單片機(jī)引腳圖3.1.3 單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)的最小系統(tǒng)是指，在單片機(jī)的周圍添加上合適的有效器件以及算術(shù)程序，這樣構(gòu)成的一個(gè)系統(tǒng)稱為單片機(jī)最小系統(tǒng)。單片機(jī)的最小系統(tǒng)包括時(shí)鐘電路和復(fù)位電路。 [10]時(shí)鐘電路：時(shí)鐘電路對(duì)于單片機(jī)來說，就像心臟一樣的重要，單片機(jī)在其內(nèi)部有一個(gè)用來構(gòu)成振蕩器的高增益反向放大器。所以根據(jù)時(shí)鐘電路的振蕩頻率直接影響單片機(jī)的工作狀態(tài)，穩(wěn)定性的好壞完全由時(shí)鐘電路來決定的。在選擇器件時(shí)，可以根據(jù)不同的情況考慮選擇選擇 6MHz、12MHz 或 24MHz 等不同的頻率的石英晶體，以此用來補(bǔ)償電容通常選擇 30pF 左右的瓷片電容。10Y 11 2 M H zC 23 0C 33 0圖 3-2 時(shí)鐘電路復(fù)位電路：單片機(jī)最小系統(tǒng)，常用于復(fù)位操作系統(tǒng)單芯片處理器系統(tǒng)使用上的復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位按鈕以兩種方式的自動(dòng)功率。開機(jī)電源后復(fù)位請(qǐng)求開機(jī)，自動(dòng)復(fù)位操作。手動(dòng)復(fù)位在功率上在單一的操作條件下，用單芯片微型計(jì)算機(jī)復(fù)位按鈕開關(guān)操作上電復(fù)位要求接通電源后，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。手動(dòng)復(fù)位要求在電源接通的條件下，在單片機(jī)運(yùn)行期間，用按鈕開關(guān)操作使單片機(jī)復(fù)位。其結(jié)構(gòu)如下圖。上電自動(dòng)復(fù)位通過電容 C3 充電來實(shí)現(xiàn)。手動(dòng)按鍵復(fù)位是通過按鍵將電阻 R1 與 VCC 接通來實(shí)現(xiàn)。 [11]R210K+C410uFK011圖 3-3 復(fù)位電路3.2 顯示電路點(diǎn)陣是由 64 個(gè)小燈組成，即 8*8 形式如果采用點(diǎn)掃描的方法來對(duì)點(diǎn)陣進(jìn)行顯示，那么掃描的頻率 f 一定要在 1024Hz之上，頻率周期 T 一定低于 1ms；若采用行掃描和列掃面的話，頻率 f 大于 128Hz，運(yùn)行頻率 T 要小于 7.8ms。此外一次驅(qū)動(dòng)一列或一行（8 顆 LED）時(shí)需外加驅(qū)動(dòng)電路提高電流，否則 LED 亮度會(huì)不足。 [12]原理圖如下：圖 3-4 點(diǎn)陣電路點(diǎn)陣與單片機(jī)的引腳相連，通過單片機(jī)的 IO 口的高低電平可以控制點(diǎn)陣的顯示，與單12片機(jī)的接口電路如下圖：R210KVCC +C410uFC330C230Y112MHz87654321910 1211 13141516DZVCCSz12DC口口口口VCC VCCP1.01P1.12P1.23P1.34P1.67P1.45P1.56REST9P3.0(RXD)10P3.1(TXD)11P3.2(INT0)12P3.3(INT1)13P3.4(T0)14P3.5(T1)15P3.6(WR)16P3.7(RD)17XTAL218XTAL119GND20P1.78(A9)P2.122(A10)P2.223(A11)P2.324(A12)P2.425(A13)P2.526(A14)P2.627(A15)P2.728PSEN29ALE/PROG30EA/VPP31(AD7)P0.732(AD6)P0.633(AD5)P0.534(AD4)P0.435(AD3)P0.336(AD2)P0.237(AD1)P0.138(AD0)P0.039VCC40(A8)P2.021U1AT89C51K1 K2 K3 K4 K5 K6K0123456789RP?1K圖 3-5 點(diǎn)陣連接電路3.3 按鍵電路如圖所示，按鍵電路模塊包括每層樓的按鈕，這些按鈕一端與地相接，一端又與單片機(jī) IO 口相接，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。每按下一個(gè)開關(guān)即代表每一個(gè)樓層梯箱內(nèi)操作者要到的樓層。 [13]13K1 K2 K3 K4 K5 K6圖 3-6 按鍵電路3.4 本章小結(jié)本節(jié)主要介紹了控制電路中的基本控制元件，如，單片機(jī)的引腳功能，單片機(jī)的最小系統(tǒng)以及時(shí)鐘電路，顯示電路，控制電路等基本電路。讓我們更好的去理解單片機(jī)控制理論的基本結(jié)構(gòu)，基本操作，懂得如何去連接電路，實(shí)現(xiàn)從局部到全體的電路設(shè)計(jì)思想，為以后的學(xué)習(xí)奠定了更加夯實(shí)的電路基礎(chǔ)。4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1 主程序單片機(jī)的程序主要由 C 語言來進(jìn)行編程，將運(yùn)行程序燒入單片機(jī)內(nèi)，通過串行口來把數(shù)據(jù)傳輸?shù)矫恳粋€(gè)器件。 [14]主程序主要是對(duì)子程序的調(diào)用，從而實(shí)現(xiàn)電梯運(yùn)行時(shí)的控制，以及選擇性優(yōu)先級(jí)等相關(guān)功能，使得電梯系統(tǒng)能夠正常的運(yùn)行和自我檢測。#include //51 系列單片機(jī)頭文件#include #define uchar unsigned char //宏定義14#define uint unsigned int //宏定義#define LIFT_UP 1#define LIFT_DN 0#define LIFT_OPEN 1#define LIFT_CLOSE 0#define LIFT_RUN 2void Scheduler();void Screen();void ShowArrow(uchar c);void ShowNum(uchar num);void LiftInitialize();void com_initialize();uchar GetKey();154.2 系統(tǒng)的主流程圖主程序主要有子程序構(gòu)成，數(shù)據(jù)采集子程序，按鍵子程序，選擇子程序，顯示子程序。其主程序流程圖如下圖所示。開始程序變量 ， I 0 口初始化進(jìn)入 w h i l e 循環(huán)掃描按鍵 ， 判斷按鍵鍵值顯示對(duì)應(yīng)的樓層號(hào)和向上箭顯示對(duì)應(yīng)的樓層號(hào)和向下箭結(jié)束164.3 定時(shí)器程序流程圖 定時(shí)器程序主要是判斷定時(shí)輸入端是否滿足預(yù)設(shè)值，如果滿足，則進(jìn)行下一環(huán)節(jié)，不滿足則循環(huán)。開始定時(shí)器中斷進(jìn)入定時(shí)器重新賦初值變量自加 ， 判斷是否加到 1 S切換樓層結(jié)束否是4.4 本章小結(jié)本章主要講解了電梯控制系統(tǒng)的軟件方面的有關(guān)知識(shí)，先從主到次的設(shè)計(jì)方法，即通過先設(shè)計(jì)主體的基本框圖，再設(shè)計(jì)局部的設(shè)計(jì)框架，根據(jù)相關(guān)的編程學(xué)習(xí)知識(shí)，編寫出電梯控制系統(tǒng)的運(yùn)行程序。實(shí)驗(yàn)框圖簡單明了，不會(huì)發(fā)生順序胡亂，容易理解與記憶。從而使得我們更加清楚的知道我們下一步該做什么，該去完成具體的哪步操作，使我們的實(shí)驗(yàn)過程變得簡單化。175 聯(lián)調(diào)與調(diào)試5.1 硬件調(diào)試硬件調(diào)試是指通過對(duì)用戶系統(tǒng)進(jìn)行檢查，查出其中是否存在故障，我們可以通過使用基本的測試儀器來進(jìn)行檢測，也可以用開發(fā)系統(tǒng)來進(jìn)行檢測。硬件調(diào)試可分為兩步，即靜態(tài)調(diào)試和相對(duì)的動(dòng)態(tài)調(diào)試。 [15]靜態(tài)調(diào)試 靜態(tài)調(diào)試是指系統(tǒng)在沒有工作時(shí)，對(duì)其進(jìn)行硬件檢測的一種方法。具體步驟如下：一：目測。通過肉眼來觀察我們所焊接的電路是否存在斷路的現(xiàn)象。18圖 5.1 電路板背面圖二：用萬用表測試。如果目測出現(xiàn)斷路現(xiàn)象，我們用萬用表對(duì)焊接點(diǎn)進(jìn)行檢測；同樣，我們用萬用表對(duì)每個(gè)電源線和其他線進(jìn)行檢測，查出是否存在短路現(xiàn)象。三：通電檢測。給上述兩步檢查沒問題的電路加電，再對(duì)每個(gè)電源端進(jìn)行測量，觀察其測量值是否符合具體的要求。動(dòng)態(tài)調(diào)試 動(dòng)態(tài)調(diào)試是指系統(tǒng)在工作的狀態(tài)下，當(dāng)時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)異常時(shí)，我們將器件內(nèi)存在的故障問題一一處理掉的一種基本的硬件檢查。19圖 5.2 電路板正面圖動(dòng)態(tài)調(diào)試很多種方法，我們將用戶系統(tǒng)的所有硬件按照一定的邏輯功能和順序來分成不同的器件，這樣可以將電路簡單明了化。在調(diào)試電路的過程中，我們首先將與該器件無關(guān)的其他元件從中取出，這樣就可以將故障范圍縮小的局部電路上，從而減輕我們的調(diào)試壓力。當(dāng)所有的元器件都檢查無誤時(shí)，我們?cè)侔衙總€(gè)電路模塊還原至原本的位置，再對(duì)各個(gè)模塊之間是否存在故障進(jìn)行排查，調(diào)試。最終將所以的故障檢測出以后，對(duì)其進(jìn)行維修和重置，這樣就可以將用戶系統(tǒng)由繁至簡得進(jìn)行一次全方位的故障排查。待檢測完成后，我們就可以聯(lián)機(jī)對(duì)用戶系統(tǒng)進(jìn)行操作了。20圖 5.3 電梯工作的正面圖5.2 仿真調(diào)試仿真調(diào)試是指通過對(duì)程序算法中的語法、邏輯錯(cuò)誤進(jìn)行檢查、排除糾正的一種調(diào)試過程。意思就是用開發(fā)單片機(jī)程序的計(jì)算機(jī)去模擬單片機(jī)的指令執(zhí)行，并虛擬單片機(jī)片內(nèi)資源，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)試的目的，但是軟件調(diào)試存在一系列的問題，比如說：我們無法控制操作系統(tǒng)本身的執(zhí)行時(shí)間片，因?yàn)橛?jì)算機(jī)原本就是將多個(gè)系統(tǒng)任務(wù)同時(shí)運(yùn)行的一種裝置，根本不能從根本上去控制每一個(gè)系統(tǒng)任務(wù)，所以不可能像理論中的單片機(jī)一樣在同一段時(shí)間內(nèi)完成原本的指令。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)將采用 KEIL 來對(duì)系統(tǒng)軟件的運(yùn)行來進(jìn)行調(diào)試。系統(tǒng)在軟件調(diào)試的過程中，將各個(gè)模塊軟件按照 Keil uVision4 軟件上調(diào)試程序，然后通過單片機(jī)開發(fā)板串行口將程序燒入單片機(jī)，進(jìn)行運(yùn)行，一步一步的對(duì)模塊是否21能實(shí)現(xiàn)基本控制功能進(jìn)行調(diào)試，保證其能夠在硬件中能夠正常的運(yùn)行。圖 5-1 系統(tǒng)軟件調(diào)試界面仿真是利用 Proteus 軟件來實(shí)現(xiàn)的，它的功能包含原理布圖，將程序?qū)敕抡鎴D進(jìn)行調(diào)試，觀察是否能夠?qū)崿F(xiàn)具體的實(shí)驗(yàn)效果。具體仿真效果如下圖。圖 5-2protues 仿真調(diào)試界面225.4 本章小結(jié)檢驗(yàn)結(jié)果是否正確是科學(xué)的必要步驟，再好的理論設(shè)計(jì)沒有實(shí)際結(jié)果作為依據(jù)都是行不通的，在檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果中，難免會(huì)遇到硬件達(dá)不到遇到的設(shè)定，軟件實(shí)現(xiàn)不了當(dāng)初的仿真時(shí)的效果，因此我們要進(jìn)行調(diào)試，使實(shí)物運(yùn)行和仿真實(shí)現(xiàn)同一種效果。這樣才會(huì)使我們的實(shí)驗(yàn)與理論相結(jié)合，得出正確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。合肥師范學(xué)院 2015 屆畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）23結(jié)論與展望本系統(tǒng)就是充分利用了 STC89C52 芯片的各引腳的功能來完成簡單的模擬電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)制作簡單，程序設(shè)計(jì)較易，但是模擬電梯的基本功能幾乎都能實(shí)現(xiàn)。由于單片機(jī)本身能力的限制，使得單片機(jī)不能和別的器件在數(shù)據(jù)計(jì)算方面以及接口性能相比較，因而不能實(shí)現(xiàn)相對(duì)較復(fù)雜的系統(tǒng)，同樣也不能進(jìn)行排除故障等操作。但是，單片機(jī)具有價(jià)格比較低，適用范圍廣泛，較易實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜的系統(tǒng)簡單化控制，操作相對(duì)較簡單等優(yōu)點(diǎn)?？偠灾驹O(shè)計(jì)通過使用單片機(jī)系統(tǒng)來進(jìn)行，還是在很多方面體現(xiàn)出其該有的特點(diǎn)。但是單片機(jī)實(shí)現(xiàn)不了的方面，我們還可以通過對(duì)軟件或者硬件等方面進(jìn)行后續(xù)的設(shè)計(jì)和更改。我們可以通過對(duì)以下幾個(gè)方面來進(jìn)行改進(jìn)：（1）硬件方面，我們可以通過對(duì)電路的改進(jìn)來對(duì)電梯控制進(jìn)行多方位的考慮和處理，可以加入不同種微控制器，通過微控制器自身的功能來實(shí)現(xiàn)電梯在遇到不同種情況時(shí)來完成電梯本身該完成的信息處理和功能實(shí)現(xiàn)。（2）軟件方面，我們可以通過對(duì)算法程序進(jìn)行不同種的設(shè)計(jì)、分析、變化、改進(jìn)，提升軟件的運(yùn)行效率從而提高單片機(jī)的運(yùn)行效率。（3)總體設(shè)計(jì)層面，我們可以根據(jù)現(xiàn)實(shí)生活中的不同種電梯的工作情況，理解其系統(tǒng)的智能性，可用性，提取其可以適用于對(duì)本設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)可用的信息參數(shù)，并用于模擬電梯設(shè)計(jì)。同樣，我們也可以通過去對(duì)未來電梯的發(fā)展趨勢，電梯的新型功能以及電梯更完善的操作性來提升模擬電梯設(shè)計(jì)的功能。通過模擬電梯設(shè)計(jì)，我從中初步了解了電梯控制電路的工作原理，學(xué)會(huì)了對(duì)電路進(jìn)行多方位的分析，檢測以及設(shè)計(jì)電路的方法和具體步驟。在制作過程中，提高了對(duì)全方位資料的查詢，文字信息、網(wǎng)絡(luò)信息進(jìn)行了篩選和處理的基本能力，提升了自己對(duì)科學(xué)技術(shù)的研究能力，培養(yǎng)了對(duì)已經(jīng)學(xué)到知識(shí)的綜合運(yùn)用能力。在為以后的工作和學(xué)習(xí)打下了夯實(shí)的基礎(chǔ)。合肥師范學(xué)院 2015 屆畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）24致 謝大學(xué)生活一晃而過，在這三年里我學(xué)到了很多，不僅學(xué)到了知識(shí)，而且學(xué)到了如何去處理事情的方法與態(tài)度，心中充實(shí)無比，尤其是當(dāng)我完成我的大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)的時(shí)候，有一種煥發(fā)的感覺，內(nèi)心感覺到從所未有的滿足。首先我得感謝我的論文指導(dǎo)老師劉棟才老師，是他在百忙的工作中拿出他寶貴的時(shí)間來幫助我，指導(dǎo)我如何去完成設(shè)計(jì)內(nèi)容，審查我的論文。還有其他實(shí)驗(yàn)室的老師，每當(dāng)我遇到不明白或者是想不通的事情時(shí)，遇到一些不能解決的麻煩時(shí)，他們總能耐心的幫我解答。正是因?yàn)樗麄儑?yán)謹(jǐn)細(xì)致，做事一絲不茍的風(fēng)格，才會(huì)讓我們這些學(xué)生在老師的指導(dǎo)下順利的完成畢業(yè)設(shè)計(jì)以及論文，才會(huì)讓我明白設(shè)計(jì)中的許許多多的知識(shí)點(diǎn)，讓我輕松的面對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)。使我懂得了很多，增加了以前從未學(xué)到過的能力與技巧。另外我也要感謝我的家人、同學(xué)，在他們的幫助和理解下我能夠順利完成論文，能夠在遇到不懂的問題時(shí)熱心幫我解答。通過畢業(yè)設(shè)計(jì)我學(xué)到很多東西，我相信在以后的工作道路上我一定能夠處理好所遇到的麻煩和挫折，一定會(huì)井然有序的去面對(duì)到來的挑戰(zhàn)。作者：陳強(qiáng)2015 年 1 月 12