毕业设计（论文）-基于单片机的电梯控制系统设计.doc

目目 录录 摘摘 要要ii abstractiii 1 1 绪论绪论1 1.1 课题的背景简介1 1.1.1 电梯的历史与发展1 1.1.2 基于单片机电梯控制的优势1 1.2 课题的主要研究内容及设计步骤2 2 2 单片机概述单片机概述.3 2.1 单片机简介.5 2.2 单片机的特点.6 2.3 单片机的应用领域.6 2.4 单片机的发展趋势.7 2.5 单片机的主要生产厂家和机型.8 3 3 硬件系统实现硬件系统实现.10 3.1 功能模块图.10 3.2 at89s51 芯片10 3.3 键盘矩阵电路的设计14 3.4 单片机最小系统设计.15 3.5 显示电路设计16 3.6 电机正反转控制.17 基于单片机的电梯控制设计 ii 3.7 设计电路及连线.17 4 4 软件设计软件设计.19 4.1 软件功能描述19 4.2 流程图设计20 4.3 程序设计21 4.3.1 程序初始化21 5 5 系统调试系统调试.32 5.1 硬件调试.32 5.2 软件调试.33 致致 谢谢.35 参考文献参考文献.36 基于单片机的电梯控制设计 iii 基于单片机的电梯控制设计 摘摘 要要 随着现代城市的发展，高层建筑日益增多，电梯成为人们日常生活必不可少的 代步工具。电梯性能的好坏对人们生活的影响越来越显著，因此必须努力提高电梯 系统的性能，保证电梯的运行既高效节能又安全可靠。传统的电梯控制系统采用的 是继电器逻辑控制电路，这种控制易出故障，维护不便，运行寿命短，占地空间大， 正逐步被淘汰。 单片机即单片微型计算机（single-chip microcomputer） ，是集 cpu ，ram ，rom 定时，计数和多种接口于一体的微控制器。其中 51 单片机是各种单片机中 最为典型和最有代表性的一种,广泛应用于各个领域.电梯是集机械原理应用、电气 控制技术、微处理器技术、系统工程学等多学科和技术分支于一体的机电设备，它 是建筑中的永久垂直交通工具。 本论文选择 82c51 为核心控制元件，设计了一个六层电梯系统，使用单片机汇 编语言进行编程，实现运送乘客到任意楼层，并且显示电梯的楼层和上下行。利用 单片机控制电梯有成本低，通用性强，灵活性大及易于实现复杂控制等优点。 关键词 单片机单片机/ /电梯电梯/ /控制控制 基于单片机的电梯控制设计 iv design of elevator cortrolling equipment based on single-chip microcomputer abstract with the development of modern cities, an increasing number of high-rise building, elevator become an indispensable means of transport of daily life. the quality of the lift performance of the impact on peoples lives becoming more and more obvious, it must strive to improve the performance of elevator systems, and ensure the operation of the lift is safe, reliable and energy efficient. the traditional elevator control system uses logic of the relay to control circuit, this kind of controls easily to be crash, maintains inconveniently, the movement life is short, and that occupying a large area of space, it being eliminated gradually. 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 chooses 82c51 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. key words single-chip，microcomputer elevator，control 基于单片机的电梯控制设计 1 1 绪论绪论 1.11.1 课题的背景简介课题的背景简介 1.1.11.1.1 电梯的历史与发展电梯的历史与发展 电梯进入人们的生活已经 150 年了生活在继续，科技在发展，电梯也在进步。 150 年来，电梯的材质由黑白到彩色，样式由直式到斜式，在操纵控制方面更是步 步出新手柄开关操纵、按钮控制、信号控制、集选控制、人机对话等等，多台 电梯还出现了并联控制，智能群控；双层轿厢电梯展示出节省井道空间，提升运输 能力的优势；变速式自动人行道扶梯的出现大大节省了行人的时间；不同外形 扇形、三角形、半菱形、半圆形、整圆形的观光电梯则使身处其中的乘客的视线不 再封闭。如今，以美国奥的斯公司为代表的世界各大著名电梯公司各展风姿，仍在 继续进行电梯新品的研发，并不断完善维修和保养服务系统。调频门控、智能远程 监控、主机节能、控制柜低噪音耐用，一款款集纳了人类在机械、电子、光学等领 域最新科研成果的新型电梯竞相问世，冷冰冰的建筑因此散射出人性的光辉，人们 的生活因此变得更加美好。 中国最早的一部电梯出现在上海，是由美国奥的斯公司于 1901 年安装的。1932 年由美国奥的斯公司安装在天津利顺德酒店的电梯至今还在安全运转着。1951 年， 党中央提出要在天安门安装一台由我国自行制造的电梯，天津从庆生电机厂荣接此 任，四个月后不辱使命，顺利地完成了任务。十一届三中全会后，沐浴着改革开放 的春风，我国电梯业进入了高速发展的时期。在我国任何一个城市，电梯都在被广 泛应用着。电梯给人们的生活带来了便利，也为我国现代化建设的加速发展提供了 强大的保障。电梯是高层建筑中安全、可靠、垂直上下的运载工具，对改善劳动条 件、减轻劳动强度起到很大的作用。电梯的应用范围很广，可用于宾馆、饭店、办 公大楼、商场、娱乐场所、仓库以及居民住宅大楼等。在现代社会中，电梯已成为 人类必不可少的垂直运输交通工具。 1.1.21.1.2 基于单片机电梯控制的优势基于单片机电梯控制的优势 传统的电梯运行逻辑控制系统采用的是继电器逻辑控制线路。采用这种控制线 路,存在易出故障、维护不便、运行寿命较短、占用空间大等缺点。 基于单片机的电梯控制设计 2 目前，由可编程控制器（plc）或微型计算机组成的电梯运行逻辑控制系统， 正以很快的速度发展着。可编程控制器，是微机技术与继电器常规控制技术相结合 的产物，是在顺序控制器和微机控制器的基础上发展起来的新型控制器，是一种以 微处理器为核心用作数字控制的专用计算机，它有良好的抗干扰性能，适应很多工 业控制现场的恶劣环境，所以现在的电梯控制系统主要还是由可编程控制器控制。 但是由于 plc 的针对性较强，每一台 plc 都是根据一个设备而设计的，所以价格 较昂贵。而单片机价格相当便宜，如果在抗干扰功能上有所提高的话完全可以代替 plc 实现对工控设备的控制。当然单片机并不象 plc 那么有针对性，所以由单片机 设计的控制系统可以随着设备的更新而不断修改完善，更完美的实现设备的升级。 电梯控制系统是比较复杂的一个大型系统，在计算机诞生的几十年里，继电器 控制系统为电梯控制的发展做了巨大的贡献，但在性能上和 plc 还是有本质上的差 距。在科技的不断发展下，单片机控制系统很快可以解决抗扰性，成为方便有效的 电梯控制系统。 1.21.2 课题的主要研究内容及设计步骤课题的主要研究内容及设计步骤 本课题的主要任务是完成一个电梯系统调度的仿真，即根据每个楼层不同顾客 的按键需求，让电梯做出合理的判断，正确有效地知道电梯完成各项载客任务，并 施至以单片机上进行模拟仿真。根据此任务，本课题需要研究的内容有： 1、根据系统的技术要求，进行系统硬件的总体方案设计； 2、学习单片机的相关知识，并且加以运用； 3、研究单片机汇编语言，并且规定电梯的工作规则，加以实现； 4、对软件和硬件进行调试，让其协调工作，完成指定任务。 结合以上内容设计思路可以归纳如下 本次设计的基本思想是采用 at89c51 单片机作为核心，利用其丰富的 i/o 接口 与外围电路配合进行控制。采用定时器延时来控制电梯的位置校验，采用 8 位 led 静态显示来实时显示电梯所在楼层，并用 74ls245 来驱动 led 显示。采用行列式键 盘矩阵作为外呼内选电路，由于是 6 层楼，故选用 44 矩阵键盘。当电梯到达目的 楼层时电机停止，此时即可进、出乘客，乘客进入电梯之后可选择去哪一层，然后 电梯根据乘客的选择判断去哪一层，继续运行。通过单片机控制电梯在上升过程中 基于单片机的电梯控制设计 3 只响应上升呼叫，下降过程中只响应下降呼叫。电梯的正常运行通过单片机的控制 来实现。 本课题的设计方案步骤如下： 关于硬件部分： 首先，对实际的电梯系统进行模拟，一般情况下，一个电梯应该具备相关按键、 二极管、数码管等，由于这是一个调度模块，故没有设计具体的轿厢等机械部分。 然后，结合这些实物，选择恰当的芯片，并分成若干模块，安排好各自之间的关系。 由于其有诸多按键和显示环节，而单片机的 i/o 口管脚资源实在有限，故需要 i/o 口扩展，用以管理二极管；同时要有专门的按键控制芯片，从而便于按键管理。 关于软件部分： 处于最底层的是对两个芯片的寄存器读写工作，完成后方可进行更高层的应用 程序调试。为了使硬件简单化，我选择了模拟时序的方法读写寄存器，这比总线操 作的方法节省了锁存器。然后是关于电梯调度时所遵循的原则作出规定，其必须基 于高效与人性化两个原则。最后是使用 c 语言将规定程序化，以便电梯真正的运作。 当然，二者的关系并不是分离的，它们是相辅相成，硬件依据软件来验证，软 件依据硬件来调试。经过一个个的发现问题、一个个的解决问题，最终做出完美的 电梯调度模块。 基于单片机的电梯控制设计 4 2 单片机概述单片机概述 单片机全称为单片微型计算机（single chip microcomputer）,又称为微控制器 （microcontroller unit）或嵌入式控制器（embedded controller） 。它是将计算机的基 本部件微型化并集成到一块芯片上的微型计算机，通常片内都含有 cpu、rom、ram、并行 i/o、串行 i/o、定时器/计数器、中断控制、系统时钟及 系统总线等。 （如图 1-1 所示） 。随着技术的发展，单片机片内集成的功能越来越强 大，并朝着 soc（system on chip）方向发展。 基于单片机的电梯控制设计 5 图 2 单片机结构 单片机有着体积小、功耗低、功能强、性能价格比高、易于推广应用等显著优 点，在自动化装置、智能仪器仪表、过程控制、通信、家用电器等许多领域得到日 益广泛的应用。 2.12.1 单片机简介单片机简介 单片机是一种集成电路芯片，采用超大规模技术把具有数据处理能力(如算术运 算，逻辑运算、数据传送、中断处理)的微处理器(cpu)，随机存取数据存储器 (ram)，只读程序存储器(rom)，输入输出电路(i/o 口)，可能还包括定时计数器， 串行通信口(sci)，显示驱动电路(lcd 或 led 驱动电路)，脉宽调制电路(pwm)， 模拟多路转换器及 a/d 转换器等电路集成到一块单块芯片上，构成一个最小,然而 完善的计算机系统。这些电路能在软件的控制下准确、迅速、高效地完成程序设计 者事先规定的任务。 由此来看，单片机有着微处理器所不具备的功能，它可单独地完成现代工业控 制所要求的智能化控制功能，这是单片机最大的特征。 然而单片机又不同于单板机，芯片在没有开发前，它只是具备功能极强的超大 规模集成电路，如果赋予它特定的程序，它便是一个最小的、完整的微型计算机控 制系统，它与单板机或个人电脑(pc 机)有着本质的区别，单片机的应用属于芯片级 应用，需要用户了解单片机芯片的结构和指令系统以及其它集成电路应用技术和系 统设计所需要的理论和技术，用这样特定的芯片设计应用程序，从而使该芯片具备 特定的功能。 不同的单片机有着不同的硬件特征和软件特征，即它们的技术特征均不尽相同， 硬件特征取决于单片机芯片的内部结构，用户要使用某种单片机，必须了解该型产 品是否满足需要的功能和应用系统所要求的特性指标。这里的技术特征包括功能特 性、控制特性和电气特性等等，这些信息需要从生产厂商的技术手册中得到。软件 特征是指指令系统特性和开发支持环境，指令特性即我们熟悉的单片机的寻址方式， 数据处理和逻辑处理方式，输入输出特性及对电源的要求等等。开发支持的环境包 基于单片机的电梯控制设计 6 括指令的兼容及可移植性，支持软件(包含可支持开发应用程序的软件资源)及硬件 资源。要利用某型号单片机开发自己的应用系统，掌握其结构特征和技术特征是必 须的。 单片机控制系统能够取代以前利用复杂电子线路或数字电路构成的控制系统， 可以软件控制来实现，并能够实现智能化，现在单片机控制范畴无所不在，例如通 信产品、家用电器、智能仪器仪表、过程控制和专用控制装置等等，单片机的应用 领域越来越广泛。 诚然，单片机的应用意义远不限于它的应用范畴或由此带来的经济效益，更重 要的是它已从根本上改变了传统的控制方法和设计思想。是控制技术的一次革命， 是一座重要的里程碑。 2.22.2 单片机的特点单片机的特点 单片机与通用微机相比较,在结构,指令设置上均有其独特之处,其主要特点如下: 单片机的存储器 rom 和 ram 是严格区分的.rom 称为程序存储器,只存放程 序,固定常数及数据表格.ram 则为数据存储器,用作工作区及存放用户数据.这样的 结构主要是考虑到单片机用于控制系统中,有较大的程序存储空间,把开发成功的程 序固化在 rom 中,而把少量的随机数据存放在 ram 中.这样,小容量的数据存储器 能以高速 ram 形式集成在单片机内,以加速单片机的执行速度.但单片机内的 ram 是作为数据存储器用,而不是当作高速缓冲存储器(cache)使用. 采用面向控制的指令系统.为满足控制的需要,单片机有更强的逻辑控制能力,特 别是具有很强的位处理能力. 单片机的 i/o 引脚通常是多功能的.由于单片机芯片上引脚数目有限,为了解决 实际引脚和需要的信号线的矛盾,采用了引脚功能复用的方法.引脚处于何种功能,可 由指令来设置或由机器状态来区分. 单片机的外部扩展能力强.在内部的各种功能部分不能满足应用需求时,均可在 外部进行扩展(如扩展 rom，ram,i/o 接口,定时器/计数器,中断系统等),与许多 通用的微机接口芯片兼容,给应用系统设计带来极大的方便和灵活性. 基于单片机的电梯控制设计 7 2.32.3 单片机的应用领域单片机的应用领域 单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智 能化管理及过程控制等领域，大致可分如下几个范畴： 在智能仪器仪表上的应用:单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、 微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实 现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、 元素、压力等物理量的测量。采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型 化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大。例如精密的测量设备（功率计，示 波器，各种分析仪） 。 在工业控制中的应用: 用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。 例如工厂流水线的智能化管理，电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构 成二级控制系统等。 在家用电器中的应用: 可以这样说，现在的家用电器基本上都采用了单片机控 制，从电饭褒、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤 量设备，五花八门，无所不在。 在计算机网络和通信领域中的应用:现代的单片机普遍具备通信接口，可以很方 便地与计算机进行数据通信，为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物 质条件，现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制，从手机，电话机、小型 程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的 移动电话，集群移动通信，无线电对讲机等。 单片机在医用设备领域中的应用:单片机在医用设备中的用途亦相当广泛，例如 医用呼吸机，各种分析仪，监护仪，超声诊断设备及病床呼叫系统等等。 此外，单片机在工商，金融，科研、教育，国防航空航天等领域都有着十分广 泛的用途。 2.42.4 单片机的发展趋势单片机的发展趋势 现在可以说单片机是百花齐放，百家争鸣的时期，世界上各大芯片制造公司都 推出了自己的单片机，从 8 位、16 位到 32 位，数不胜数，应有尽有，有与主流 c51 系列兼容的，也有不兼容的，但它们各具特色，互成互补，为单片机的应用提供广 阔的天地。 基于单片机的电梯控制设计 8 纵观单片机的发展过程，可以预示单片机的发展趋势，大致有： （1）低功耗 cmos 化 mcs-51 系列的 8031 推出时的功耗达 630mw，而现在的单片机普遍都在 100mw 左右，随着对单片机功耗要求越来越低，现在的各个单片机制造商基本都采 用了 cmos(互补金属氧化物半导体工艺)。像 80c51 就采用了 hmos(即高密度金 属氧化物半导体工艺)和 chmos(互补高密度金属氧化物半导体工艺)。cmos 虽然 功耗较低，但由于其物理特征决定其工作速度不够高，而 chmos 则具备了高速和 低功耗的特点，这些特征，更适合于在要求低功耗像电池供电的应用场合。所以这 种工艺将是今后一段时期单片机发展的主要途径。 (2)微型单片化 现在常规的单片机普遍都是将中央处理器(cpu)、随机存取数据存储(ram)、 只读程序存储器(rom)、并行和串行通信接口，中断系统、定时电路、时钟电路集 成在一块单一的芯片上，增强型的单片机集成了如 a/d 转换器、pmw(脉宽调制电路)、 wdt(看门狗)、有些单片机将 lcd(液晶)驱动电路都集成在单一的芯片上，这样单 片机包含的单元电路就更多，功能就越强大。甚至单片机厂商还可以根据用户的要 求量身定做，制造出具有自己特色的单片机芯片。 此外，现在的产品普遍要求体积小、重量轻，这就要求单片机除了功能强和功 耗低外，还要求其体积要小。现在的许多单片机都具有多种封装形式，其中 smd(表 面封装)越来越受欢迎，使得由单片机构成的系统正朝微型化方向发展。 (3)主流与多品种共存 现在虽然单片机的品种繁多，各具特色，但仍以 80c51 为核心的单片机占主流， 兼容其结构和指令系统的有 philips 公司的产品，atmel 公司的产品和中国台湾 的 winbond 系列单片机。所以 c8051 为核心的单片机占据了半壁江山。而 microchip 公司的 pic 精简指令集(risc)也有着强劲的发展势头，中国台湾的 holtek 公司近年的单片机产量与日俱增，与其低价质优的优势，占据一定的市场 分额。此外还有 motorola 公司的产品，日本几大公司的专用单片机。在一定的 时期内，这种情形将得以延续，将不存在某个单片机一统天下的垄断局面，走的是 依存互补，相辅相成、共同发展的道路。 基于单片机的电梯控制设计 9 2.52.5 单片机的主要生产厂家和机型单片机的主要生产厂家和机型 目前世界是较为著名的部分 8 位单片机的生产厂家和部分主要机型如下: intel(美国英特尔)公司: mcs-51/96 及其增强系列. ns(美国国家半导体)公司: ns8070 系列. rca(美国无线电)公司: cdp1800 系列. ti(美国得克萨斯仪器仪表)公司: tms7000 系列. cypress(美国 cypress 半导体)公司: cyxx 系列. rockwell(美国洛克威尔)公司: 6500 系列. motorola(美国摩托罗拉)公司: 6805 系列. fairchild(美国仙童)公司: fs 系列和 3870 系列. zilog(美国齐洛格)公司: z8 系列和 super 系列. atmel(美国 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(日本电气)公司: ucom87,(upd7800)系列. philips(荷兰菲利浦)公司:p89c51xx 系列. 其中 intel 公司的 mcs-51 系列及其增强型系列在 8 位单片机市场中占的份额最 大,达 50%左右. 基于单片机的电梯控制设计 10 3 硬件系统实现硬件系统实现 3.13.1 功能模块图功能模块图 在本设计中需用到 at89s51 芯片,1 个数码管，一个蜂鸣器，复位电路，8 个按 键，24 个发光二极管。 图 3.1 功能模块 3.23.2 at89s51at89s51 芯片芯片 本设计主要采用 at89s51 芯片。at89s51 是一个低功耗，高性能 cmos 8 位 单片机，片内含 4k bytes isp(in-system programmable)的可反复擦写 1000 次的 flash 只读程序存储器，器件采用 atmel 公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容 标准 mcs-51 指令系统及 80c51 引脚结构，芯片内集成了通用 8 位中央处理器和 isp flash 存储单元，功能强大的微型计算机的 at89s51 可为许多嵌入式控制应用系 统提供高性价比的解决方案。 at89s51 具有如下特点：40 个引脚，4k bytes flash 片内程序存储器，128 bytes 的随机存取数据存储器（ram） ，32 个外部双向输入/输出（i/o）口，5 个中断优先 级 2 层中断嵌套中断，2 个 16 位可编程定时计数器,2 个全双工串行通信口，看门狗 （wdt）电路，片内时钟振荡器。 此外，at89s51 设计和配置了振荡频率可为 0hz 并可通过软件设置省电模式。 空闲模式下，cpu 暂停工作，而 ram 定时计数器，串行口，外中断系统可继续工 作。掉电模式冻结振荡器而保存 ram 的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活 复位键 输入 时钟电路 at89s51单片机 输出 显示 基于单片机的电梯控制设计 11 或硬件复位。同时该芯片还具有 pdip、tqfp 和 plcc 等三种封装形式，以适应不 同产品的需求。主要功能性能如表 3.2 所示： 兼容 mcs-51 指令系统 4k 可反复擦写(1000 次)isp flash rom 32 个双向 i/o 口 4.5-5.5v 工作电压 2 个 16 位可编程定时/计数器 时钟频率 0-33mhz 全双工 uart 串行中断口线 128x8bit 内部 ram 2 个外部中断源 低功耗空闲和省电模式 中断唤醒省电模式 3 级加密位 看门狗（wdt）电路 软件设置空闲和省电功能 灵活的 isp 字节和分页编程 双数据寄存器指针 表 3.2.1 at89s51 芯片的主要功能 引脚功能说明 vcc：电源电压。 gnd：地。 p0 口：p0 口是一组 8 位漏极开路型双向 i/o 口，也即地址/数据总线复用 口。作为输出口用时，每位能驱动 8 个 ttl 逻辑门电路，对端口写“1”可作为高 阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线同时转换成地址 （低 8 位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在 flash 编程时，p0 口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。 p1 口：p1 是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 i/o 口，p1 的输出缓冲级可 驱动（吸收或输出电流）4 个 ttl 逻辑门电路。对端口写“1” ，通过内部的上拉电 阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻， 某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。flash 编程和程序校验期间，p1 接收 低 8 位地址。 端口引脚第二功能 p1.5mosi（用于 isp 编程） p1.6miso（用于 isp 编程） p1.7sck (用于 isp 编程) 表 3.2.2p1 端口引脚的第二功能 基于单片机的电梯控制设计 12 p2 口：p2 是一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 i/o 口，p2 的输出缓冲可驱动 （吸收或输出电流）4 个 ttl 逻辑门电路。对端口写“1” ，通过内部的上拉电阻把 端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某 个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。 在访问外部程序存储器或 16 位地址的外部数据存储器（例如执行 movx dptr 指令）时，p2 口送出高 8 位地址数据。在访问 8 位地址的外部数据存储器 （如执行 movx ri 指令）时，p2 口线上的内容（也即特殊功能寄存器 （sfr）区中 p2 寄存器的内容） ，在整个访问期间不改变。flash 编程或校验时，p2 亦接收高位地址和其它控制信号。 p3 口：p3 口是一组带有内部上拉电阻的 8 位双向 i/口。p3 口输出缓冲级可 驱动（吸收或输出电流）4 个 ttl 逻辑门电路。对 p3 口写入“1”时，它们被内部 上拉电阻拉高并可作为输入端口。作输入端时，被外部拉低的 p3 口将用作上拉电阻 输出电流。p3 口除了作为一般的 i/o 口线外，更重要的用途是它的第二功能，如表 2.3 所示： 端口引脚第二功能 p3.0rxd（串行输入口） p3.1txd（串行输出口） p3.2/int0（外中断 0） p3.3/int1（外中断 1） p3.4t0 (定时计数器 0) p3.5t1 (定时计数器 1) p3.6/wr (外部数据存储器写选通) p3.7 /rd（外部数据存储器读选通） 表 3.2.3 p3 端口引脚的第二功能 rst：复位输入。当振荡器工作时，rst 引脚出现两个机器周期以上高电 平将使单片机复位。wdt 溢出将使该引脚输出高电平，设置 sfr auxr 的 disrto 位（地址 8eh）可打开或关闭该功能。disrto 位缺省为 reset 输出高电 平打开状态。 ale/ （prog）：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ale（地址锁存允 基于单片机的电梯控制设计 13 许）输出脉冲用于锁存地址的低 8 位字节。即使不访问外部存储器，ale 仍以时钟 振荡频率的 1/6 输出固定的正脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。 要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个 ale 脉冲。对 flash 存储器编 程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（prog） 。如有必要，可通过对特殊功能寄存 器（sfr）区中的 8eh 单元的 d0 位置位，可禁止 ale 操作。该位置位后，只有一 条 movx 和 movc 指令 ale 才会被激活。此外，该引脚会被拉高，单片机执行外 部程序时，应设置 ale 无效。 psen：程序存储允许（psen）输出是外部程序存储器的读选通信号，当 at89s51 由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次 psen 有效， 即输出两个脉冲。当访问外部数据存储器，没有两次有效的 psen 信号。 ea/vpp：外部访问允许。欲使 cpu 仅访问外部程序存储器（地址为 0000h ffffh） ，ea 端必须保持低电平（接地） 。需注意的是：如果加密位 lb1 被编程，复 位时内部会锁存 ea 端状态。如 ea 端为高电平（接 vcc 端） ，cpu 则执行内部程序 存储器中的指令。flash 存储器编程时，该引脚加上+12v 的编程电压 vpp。 xtal1：振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端。 xtal2：振荡器反相放大器的输出端。 3.33.3 键盘矩阵电路的设计键盘矩阵电路的设计 由于本电路所需按键较多为了节省单片机的 i/o 口，故选用行列式键盘矩阵。 本电路采用的是 44 键盘矩阵。电路如图 3.3 所示，p1.0-p1.7 是接单片机的 p1 端 口，单片机采用行和列扫描法来判别这 16 个按键中哪个键按下，并将其标号读入累 加器 a 里面，然后可根据每个按键的功能来通过单片机控制电梯的运行。下面将每 个按键的功能说明一下： s1: 一楼向上呼叫按键，此键按下表示一楼有人要乘坐电梯上楼，并且单片机将此 信号存入固定单元，等到电梯运行到此楼层时判断是否该响应此呼叫； s2: 二楼向上呼叫按键，此键按下表示二楼有人要乘坐电梯上楼，并且单片机将此 信号存入固定单元，等到电梯运行到此楼层时判断是否该响应此呼叫； s3：二楼向下呼叫按键，此键按下表示二楼有人要乘坐电梯下楼，并且单片机将此 基于单片机的电梯控制设计 14 信号存入固定单元，等到电梯运行到此楼层时判断是否该响应此呼叫； s4: 三楼向上呼叫按键，此键按下表示三楼有人要乘坐电梯上楼，并且单片机将此 信号存入固定单元，等到电梯运行到此楼层时判断是否该响应此呼叫； s5：三楼向下呼叫按键，此键按下表示三楼有人要乘坐电梯下楼，并且单片机将此 信号存入固定单元，等到电梯运行到此楼层时判断是否该响应此呼叫； s6：四楼向上呼叫按键，此按键按下表示四楼有人要乘坐电梯上楼，并且单片机将 此信号存入固定单元，等到电梯运行到此楼层时判断是否该响应此呼叫； s7：四楼向下呼叫按键，此按键按下表示四楼有人要乘坐电梯下楼，并且单片机将 此信号存入固定单元，等到电梯运行到此楼层时判断是否该响应此呼叫； s8：五楼向上呼叫按键，此键按下表示四楼有人要乘坐电梯上楼，并且单片机将此 信号存入固定单元，等到电梯运行到此楼层时判断是否该响应此呼叫； s9: 五楼向下呼叫按键，此按键按下表示五楼有人要乘坐电梯下楼，并且单片机将 此信号存入固定单元，等到电梯运行到此楼层时判断是否该响应此呼叫； s10：六楼向上呼叫按键，此按键按下表示有人要乘坐电梯下楼，并且单片机将此信 号存入固定单元，等到电梯运行到此楼层时判断是否该响应此呼叫； s11：电梯内部选择去一楼按键，此按键按下表示电梯里的乘客要去一楼，单片机根 据此信号控制电梯的运行； s12：电梯内部选择去二楼按键，此按键按下表示电梯里的乘客要去二楼，单片机根 据此信号控制电梯运行； s13：电梯内部选择去三楼按键，此按键按下表示电梯里的乘客要去三楼，单片机根 据此信号控制电梯运行； s14：电梯内部选择去四楼按键，此按键按下表示电梯里的乘客要去四楼，单片机根 据此信号控制电梯运行； s15：电梯内部选择去五楼按键，此按键按下表示电梯里的乘客要去五楼，单片机根 据此信号控制电梯运行； s16：电梯内部选择去六楼按键，此按键按下表示电梯里的乘客要去六楼，单片机根 据此信号控制电梯运行； 键盘电路如图 3.3 所示： 基于单片机的电梯控制设计 15 图 3.3 键盘矩阵电路 3.43.4 单片机最小系统设计单片机最小系统设计 此电路组要是复位电路和时钟电路两部分，其中复位电路采用按键手动复位和 上电自动复位组合，电路如图 3（左）所示：其中 9 脚为单片机的复位端。时钟电 路如图 3.4（右）所示：晶振采用的是 12mhz 的，xatl2 和 xatl1 分别为单片机 的 18 和 19 脚. 图 3.4 最小系统电路 3.53.5 显示电路设计显示电路设计 本电路采用一个 8 为数码管显示，由 74ls245 来驱动 8 位数码管显示电梯所到 达的楼层数和电梯的运行状况，其中数码管中的 6 脚（dp）亮时表示电梯此时在上 行，若不亮表示电梯是在下行。p2.0-p2.7 为单片机的 p2 口作为输出口用且输出低 电平有效。电路如图 3.5 所示： s4s3 s2s1 s8s7 s6 s5 s12 s11s10s9 s16s15 s14s13 r1 10k r2 10k r3 10k r4 10k 5v p1.0 p1.1 p1.2 p1.3 p1.7p1.6p1.5p1.4 c5 22u sb19 r1 200 复位 r2 1k 5v 9 c1 30p c2 30p x1 12mh z xtal 2 xtal 1 时钟电路 + 基于单片机的电梯控制设计 16 图 3.5 显示电路 3.63.6 电机正反转控制电机正反转控制 在本次设计中为了方便电机正反转用两个放光管来表示，如图 3.6 所示：用单 片机的 p0 口做输出口来驱动发光管，由于是 p0 口要加上拉电阻，其中 l1 亮表示 电机正转、l2 亮表示电机反转、l3 亮表示电机停转，同时电梯开门。l3 灭表示电 梯关门，电梯运行时 l1 和 l2 必须有一个亮，来表示电梯的上行和下行。 a bf c g d e dpy4 5 7 9 10 2 1 a b c d e f g 6 dp dp 3 8 u1 218 317 416 515 614 713 812 911 19 1 u2 74ls245 d1d2 d3 5v p2.0 p2.1 p2.2 p2.3 p2.4 p2.5 p2.6 p2.7 基于单片机的电梯控制设计 17 图 3.6 电机状态指示 3.73.7 设计电路及连线设计电路及连线 图 3.7 电路连接图 r3 10k r4 10k r5 10k r6 0.2k r7 0.2k r8 0.2k p0.0 p0.1 p0.2 5v l1 l2 l3 基于单片机的电梯控制设计 18 基于单片机的电梯控制设计 19 4 软件设计软件设计 4.14.1 软件功能描述软件功能描述 本设计由于采用键盘矩阵来代替外呼内选按钮，而电梯的运行方向是根据这些 呼叫按键和选择按键来决定的，所以单片机要不断的扫描键盘来获取各层呼叫状态。 从而来控制电梯的运行。故键盘矩阵扫描是本系统软件设计的重要一部分，另外要 把键盘扫描到的各层的按键信息存储起来，然后和电梯的运行状态比较，判断是否 响应各层呼叫（电梯只响应同方向呼叫） ，最后就是楼层显示部分了，此次设计是通 过延时电路来实时显示电梯所在的位置的。整个软件设计包括一下几部分： 初始化程序使数码管显示“1”表示电梯处在一楼，并且使 l3 灯亮表示电梯 开门等 待人进入电梯； 主程序主要包括： 判断乘客进入电梯后选择去哪一层，根据判断情况来控制电梯运行； 电梯在运行过程中要不断的扫描键盘，从而来判断各楼层有无呼叫请求， ； 电梯在运行过程中只响应同方向的呼叫请求； 实时显示电梯所在位置及运行状态（上行/下行） ； 开关门有一定的延时来保证乘客走出/进入电梯； 基于单片机的电梯控制设计 20 4.24.2 流程图设计流程图设计 是否在呼叫层？ 开门至呼叫层 关门 选层 ny 延时 5s 且键盘扫描 图 4.2 主程序流程图 初始化 启动 键盘扫描 选择去向 电梯运行 判断电梯位置 显示楼层 键盘扫描 （3s） y 同向呼叫吗？ n 基于单片机的电梯控制设计 21 4.34.3 程序设计程序设计 4.3.14.3.1 程序初始化程序初始化 org 0000h ajmp main main: setb ea ;初始化相应单元，存放键值 mov 40h,#00h mov 41h,#00h mov 42h,#00h mov 43h,#00h mov 44h,#00h mov 50h,#00h mov 51h,#00h mov 52h,#00h mov 53h,#00h mov 54h,#00h mov 64h,#00h mov 65h,#00h mov 66h,#00h mov 67h,#00h mov 71h,#00h mov 72h,#00h mov 73h,#00h mov 74h,#00h 4.3.24.3.2 主程序主程序 start:mov p0,#03h ;初始化为停止 一层 开门 mov p2,#0f9h;数码管显示在 1 楼 m1: lcall key ;键盘扫描 mov a,35h cjne a,#0bh,m2 ;内部不选择去二楼，跳至 m2 mov 40h,a; 内部选择去二楼，标记 40h mov 35h,#00h ajmp up1 m2: mov a,36h cjne a,#0ch,m3;内部不选择去三楼，跳至 m3 mov 41h,a; 内部选择去三楼，标记 41h 基于单片机的电梯控制设计 22 mov 36h,#00h ajmp up1 m3: mov a,37h cjne a,#0dh,m4 ;内部不选择去四楼，跳至 m4 mov 42h,a; 内部选择去四楼，标记 42h mov 37,#00h ajmp up1 m4: mov a,38h cjne a,#0eh,m5;内部不选择去五楼，跳至 m5 mov 43h,a; 内部选择去五楼，标记 43h mov 38,#00h ajmp up1 m5: mov a,39h cjne a,#0fh,m1;内部不选择去六楼，跳至 m1，即没有选择向上键，继续扫描按键 mov 44h,a; 内部选择去六楼，标记 44h mov 39,#00h ajmp up1 /向上运行程序 up1: mov p0,#06h ；向上运行， mov p2,#79h;显示在一楼 lcall dey3s ；延时 /以下为判断是否同层呼叫 hu2:mov a,30h cjne a,#01h,hu3;二楼没有人要上，跳至 hu3，判断三楼是否有人要上 mov 50h,a; 二楼有人要上，标记 50h mov 30h,#00h hu3:mov a,31h cjne a,#02h,hu4;三楼没有人要上，跳至 hu4，判断四楼是否有人要上 mov 51h,a; 三楼有人要上，标记 51h mov 31h,#00h hu4:mov a,32h cjne a,#03h,hu5;四楼没有人要上，跳至 hu5，判断四楼是否有人要上 mov 52h,a; 四楼有人要上，标记 52h mov 32h,#00h hu5:mov a,33h cjne a,#04h,hu6;五楼没有人要上，跳至 hu6，判断六楼是否有人要下 mov 53h,a; 五楼有人要上，标记 53h mov 33h,#00h hu6:mov a,34h cjne a,#05h,b1;六楼没有人要下，跳至 b1 mov 54h,a;六楼有人要下，标记 54h 基于单片机的电梯控制设计 23 mov 34h,#00h b1:mov p2,#0a4h;显示在二楼 mov a,50h cjne a,#01h,k1;二楼没有人要上，跳至 k1 ajmp km1;二楼有人要上，跳至 km1，开门 k1:mov a,40h cjne a,#0bh,up2;没有选择去二楼的，跳至 up2，继续向上运行 km1: mov p0,#03h ;停止开门 lcall dey5s;延时保证乘客走入/出电梯 up2:mov p0,#06h ;向上运行 mov p2,#24h ;显示二楼，在运行，还未到 3 楼 lcall dey3s;延时继续上行 mov a,31h cjne a,#02h,hu44;三楼没上 mov 51h,a;三楼上 mov 31h,#00h hu44:mov a,32h cjne a,#03h,hu55;四楼没上 mov 52h,a;四楼上 mov 32h,#00h hu55:mov a,33h cjne a,#04h,hu66;五楼没上 mov 53h,a;五楼上 mov 33h,#00h hu66:mov a,34h cjne a,#05h,b22 mov 54h,a mov 34h,#00h b22:mov p2,#0b0h;显示在三楼 mov a,51h cjne a,#02h,k2;三楼没有人要上，跳至 k2 ajmp km2;三楼有人要上，停止 k2:mov a,41h cjne a,#0ch,hux2;没有人要到三楼，跳 ajmp km2;有人要到三楼，开门 hux2:mov a,36h 基于单片机的电梯控制设计 24 cjne a,#0ch,up3 mov 36h,#00h ajmp km2 km2:mov p0,#03h ;停止开门 lcall dey5s;延时 5s 保证乘客进入电梯 up3:mov p0,#06h ;向上运行 mov p2,#30h ;显示在三楼 lcall dey3s;延时三秒保证电梯继续运行 mov a,32h cjne a,#03h,hu555 mov 52h,a mov 32h,#00h hu555: