基于STC单片机的电梯控制系统-学士论文

学士学位毕业设计（论文） 基于 STC 单片机 的电梯控制系统 学生姓名：学生姓名： 学学号：号： 指导教师：指导教师： 所在学院：所在学院：信息技术学院 专专业：业：电子信息工程 中国大庆 2014年5月 摘要 I 摘要 本次毕业设计主要是针对计算机应用的电梯控制领域。 随着高层建筑的发 展，电梯控制系统也变得越来越重要，逐渐增加主要体现在电梯控制系统的安 全性，稳定性，可维护性性能。所设置的 CPU 微控制器单片机，及 RAM、ROM 、 定时、计数和多个接口为一体的微控制器。51 单芯片微控制器是各种最典型， 最有代表性的一种，被广泛应用于各个领域。设计 STC89C51RC 电梯控制微控 制器为基础的控制系统，八个电梯系统的设计，由外部控制要求电梯信号的采 集，对采集到的数据信息进行分类存储，然后确定，采取有效的控制信号后输 出。输出部分主要是控制电梯驱动电机（在设计中用 LED 表示） ，电梯楼层显 示器（使用数字控制单元） ，门控电梯电机等外部设备（也有一个 LED 指示 开关） 。使用单片机 C 语言编程，可以实现运客人的任何一个楼层，并显示电 梯楼层和上行和下行。 关键词：关键词：电梯控制单片机STC89C51RC数码管 ABSTRACT II ABSTRACT The graduation project is to introduce SCM applications in the field of elevator control. With the development trend of high-rise buildings, the elevator control system is also becoming increasingly important, mainly in the elevator control system and gradually improve the stability, security, maintainability performance. SCM the single chip microcomputer, is a set of CPU, RAM, ROM, timing, counting and a variety of interface in the integration of micro controller.The 51 single-chip microcomputer is the most typical and most representative in all kinds ofsinglechipmicrocomputer,awidelyusedinvariousfields.Design STC89C51RC elevator control microcontroller-based control system, the signal acquisition request to the external control by the elevator, the classification of the collected data information is stored, and then determine, take effective control of the output signal. The output section are mainly controlled elevator drive motor (used in LED design representation), the elevator floor display (using digital control units), gated elevator motors and other external devices (also with an LED indicates switch). Using MCU C language programming, the realization of passengers transported to any floor, TDD and display the floor of the lift and has. Keywords:Elevator ControlMCUSTC89C51RCNixie Tube 目录 III 目录 摘要.I ABSTRACT.II 前言.IV 1 绪论.1 1.1 设计的背景及意义.1 1.2 电梯的国内外发展状况.1 1.3 常用的控制系统及特点.2 1.4 本章小结.4 2 设计方案与选择.5 2.1 数字电路方案.5 2.2 CPLD 方案.5 2.3 PLC 方案. 5 2.4 单片机方案.6 2.5 本章小结.6 3系统硬件设计.7 3.1 STC89C51RC.7 3.2 LED 数码管介绍. 10 3.3 单片机最小系统. 10 3.4 LED 数码管驱动电路.12 3.5 本章小结.12 4 系统软件设计.14 4.1 软件设计概述.14 4.2 程序流程图设计. 15 4.3 本章小结.15 结论.16 参考文献.17 致谢.18 附录.19 附录 1作品电路图. 19 附录 2作品源程序. 20 附录 3作品实物图. 30 前言 IV 前言 随着科学技术的快速发展，住宅和办公楼已经快速的向高层建筑发展。酒 店的交通、商店、家庭、仓库及其他高层多层建筑不可缺少的垂直方向的高层 电梯交通运输工具。电梯不仅在生产链中的关键设备，它是必要的工作和生活 中的设备，是完全可以想象的是，随着社会发展，电梯产品在人们物质的发展 和汽车的文化生活，成为重要的垂直运输设备。 1889 美国奥的斯电梯公司推 出了世界上第一台电动马达为动力的升降机， 同年安装成功在纽约市马雷特大 厦成功安装。随着建筑物的规模日益扩大，楼层也越来越高，对电梯的精度、 调速范围等特性都提出了更高的要求。 因为现有的电梯控制系统的操作逻辑中 使用继电器逻辑控制线路。 有了这个控制电路， 也有失败的倾向， 占据空间大， 很短的使用寿命，维修不便等缺点。从这样一个系统发展的技术角度来看这种 系统将逐渐被淘汰。 电梯控制系统是一个比较大而且复杂的系统，在计算机诞生了几十年当 中，继电器控制系统为电梯控制的发展做出了很大的贡献，但在性能和 PLC 方面仍有本质上的差距。在不断发展的情况下，我认为微电脑控制系统可以迅 速解决抗干扰性，成为方便和有效的电梯控制系统。 由于时间和能力有限，但它有许多疏漏和缺陷在设计过程中，问老师的批 评，我会努力改正，使设计完美。比如说在整个系统设计缺省了很多，例如电 机的控制方面，真实的情况是需要给电机调速的，但这里只用模拟法实现逻辑 就没再对电机控制做深一步的设计了。 而且真实设计中请求的数量是可以有多 个的，但这里也只设计了一个，当多人请求时只响应最后请求的那个。另外， 在请求端如果是真实的情况下应该是有请求上楼和请求下楼两个按钮的， 而我 这只设计了一个呼叫按钮。 所以说本次设计只能算是构建了一个大体的逻辑框 架，算不上一个完整的设计。 黑龙江八一农垦大学毕业设计（论文） 1 1 绪论 1.1 设计的背景及意义 随着科学技术飞快地发展，人们物质文化生活水平的逐渐提高，高层建筑 业得到了迅速的发展，大批的高楼大厦拔地而起，十几层以及几十层的宾馆、 饭店、住宅楼、办公楼如雨后春笋。伴随着建筑业的发展，为建筑业提供上下 交通运输的电梯工业也在日新月异地发展着。 继电器组成的顺序控制系统是最 早的一种实现电梯控制的方法。但是，进入九十年代中期，随着科学技术的发 展和计算机技术广泛的应用，人们对电梯的可靠性、安全性的要求越来越高， 继电器控制的电梯弱点就越来越明显。应用技术不断的发展，将使得它的体积 大大减小，功能将不断完善，过程的控制更可靠、平稳，抗干扰性能增强、机 械与电气部件有机地结合在一个设备内，把电子、仪表和计算机的功能综合在 一起。因此，它已经成为了电梯运行中的关键技术。 1.2 电梯的国内外发展状况 中国电梯行业快速的发展。目前，中国电梯的生产量，电梯的所有权，年 均增长在世界上均排名第一。1999-2009 年中国电梯产量年复合增长率为 23.3，2009 年中国电梯市场总量已突破 2200 万台。 2010 年的产量约 36.5 万台，大约 800 亿元的年产值。截至 2010 年底，中国在电梯的总数，以每年 增长 20左右的速度达到 162.8 万台。 2011 年，虽然商品房受政策影响，大规模保障性住房建设，但它却促进 了从千万元时代电梯采购大单到未来十亿大关。2011 年我国电梯销售约为 45 万台，相比 2010 年增长了 23%，全国电梯储备量约达 200 万台。 在中国电梯行业中，外资品牌一直处于强势地位。压抑许久的本土品牌， 经过了多年的奋斗，终于有了一定的改善。从 10 年前的 20，本土品牌的市 场份额上升至超过目前的 30，从而使数据的变化是最强大的本土品牌证明 的结果。 由于中国人口基数相对较大，尽管电梯生产和销售高速的增长，但市场远 未达到需求的饱和程度，我们的电梯的需求量还有很大的上升空间。中国有望 解除所有权可能进入饱和之前达到 600 万台。这意味着，全国各地在未来将有 至少需要 500 万台电梯， 再加上旧电梯改造的需求， 仍然会有三倍的市场空间， 足以支持行业近年来持续保持的快速增长。 中国电梯行业的发展过程中，相对于西方工业化国家，中国电梯行业起步 较晚，中国的电梯行业回顾 50 年的发展，经过了三个阶段： 黑龙江八一农垦大学毕业设计（论文） 2 （1）计划经济时期 从 1949 年至 1978 年 30 年间，中国的电梯工业发展的很慢，电梯生产企 业基本为计划经济时代国家建设部定点生产的八大电梯生产企业， 即北京电梯 厂、沈阳电梯厂、上海电梯厂、苏州电梯工厂、上海长城电梯厂、西安电梯厂、 广州电梯厂，天津电梯厂。八大电梯厂家 30 年左右生产的各种电梯共万台左 右，平均每家电梯公司能生产大约 40 部电梯每年，中国电梯行业正面临着资 金和技术双重局面的短缺。 （2）改革开放以后引进外资 在 1980 北京电梯厂施工组织部，在上海和瑞士迅达集团电梯厂合资成立 了中国迅达电梯有限公司，其他国有企业还分别会见了奥的斯、三菱、迅达、 日立、蒂森克虏伯福斯特，之后通力电梯瑞士电梯厂合资，东芝等国外各大电 梯生产商组建了合资公司。而国外品牌进入中国，也带来了先进的技术和大量 的资金，中国电梯行业才刚刚起步。凭借其在外国资本、技术、管理、税收优 惠和中国电梯市场的垄断等方面的优势。 （3）行业市场竞争格局 当前国际市场基本由德国蒂森电梯、美国奥的斯、日立、芬兰通力、迅达、 三菱、东芝、富士达等八大品牌专卖，他们销售和服务网点遍布世界各地的大 多数城市中心，总销量达到 90以上全球总销量。现在中国已经成为世界上 最大的电梯消费市场， 吸引了强劲需求的所有世界著名的电梯公司在中国投资 中国的电梯市场， 同时也解除了世界上最有竞争力的企业提供了公平竞争的市 场机制， 电梯外资以及知名品牌将挑选一个著名的电梯公司作为合作伙伴或独 资电梯建设一个世界级的设施，配置了顶级装备，引进最先进的技术，培训世 界级管理人才，已经把生产的重点和研发部门转移到中国。因此，这些外国公 司早已垄断了电梯在中国市场份额中国电梯行业的 70以上，引进外资已经 成为最广泛使用的先进技术最多一个行业。据中国电梯协会，截至 2010 年， 奥的斯、上海三菱在大型外商独资或合资企业代表占 70 的中国电梯市场 的，按 1 的市场份额，民族企业占据进口的电梯市场份额占市场份额的 29 。 （4）行业内的主要企业和主要企业的市场份额 据中国电梯协会，到 2010 年年底，奥的斯、三菱、日立三大品牌已在总 的电梯市场 40-50的市场份额占据了全国。其他国外品牌迅达，通力，蒂 森克虏伯，东芝，富士达等占 20-30的市场份额。民族品牌已经占据 30 的市场份额，而市场份额一直呈上升趋势。 1.3 常用的控制系统及特点 1.3.1 继电器控制系统 在工业化农业，交通运输等行业，采用多种生产机器。其中大多数是在作 黑龙江八一农垦大学毕业设计（论文） 3 为电动机的驱动力。电机由控制的方式自动地控制，控制继电器是最常见的方 式。它的作用是：实现电力驱动系统启动的控制、速度、反转及制动操作等性 能；实现拖动控制系统的保护，以满足生产工艺的要求；实现生产过程的自动 化。 在电梯的控制中，继电器控制系统具备以下优点： （1）所有的控制功能都通过硬件实现信号处理，线路比较简单，直观的 图像原理图，易于理解和掌握，适合一般技术人员和技术工人掌握。 （2）该系统的维护，并不需要高昂的维护和故障排除技术和专用工具， 仪器仪表。 （3）最常用电器均为常用控制电器，更换方便，价格便宜。 （4）多年来，中国一直是生产这个电梯，技术成熟，已形成了系列产品， 技术资料齐全，工作人员都比较熟悉。 虽然继电器控制系统有许多优点， 但电梯继电器控制系统仍存在不少问题， 主要是： （1）系统触点比较多，布线复杂，触点容易烧坏磨损，造成接触不良， 从而故障率较高。 （2）一般控制电器和硬件连接方法难以实现的控制功能是复杂的，系统 的控制功能不增加，很难提高技术水平。 （3）由于固定布线形式，通用性和灵活性的结果差，不容易改变。 （4）系统是一个巨大的结构，能耗高，机械动作噪音大。 （5）由于电路复杂，容易出现故障，维护的工作量，因此，成本高，而 且检查故障困难。 高故障率的电梯继电器控制系统，大大降低了电梯的可靠性和安全性，往 往造成电梯不能正常工作，给乘客造成不便和不安。电梯和起重出现一次或蹲 底，不但会损坏电梯的机械部件，而且可能发生人身事故。 1.3.2 微机控制系统 随着计算机技术的飞速发展，微型计算机被广泛应用于工业控制系统。在 电梯控制中采用微计算机控制方式已受到越来越多的关注。电脑有很多的功 能，在电梯控制主要作用是：替换所有继电器或部分；取代它结合了数字光学 编码器来实现所选图层的传统选层方法；实现复杂的部署管理。微机控制系统 用于电梯的控制中，有许多优点，如下所示： （1）使用用于提高系统的可靠性，降低维护成本，提高产品质量的非接 触逻辑。 （2）该控制程序可以被改变，获得更大的灵活性；可适应不同的要求， 实现自动控制。 （3）可以实现故障显示和记录，使维修方便，减少了停机时间，提高运 营效率。 （4）小型计算机控制装置的音量控制装置，以减少占用空间。 黑龙江八一农垦大学毕业设计（论文） 4 （5）集团与微电脑控制管理，电梯运行效率和节约能源的合理分配。采 用微机控制系统，电梯的附加功能来实现，主要依靠软件来实现，这就要求员 工掌握是非常熟悉的程序，而这恰恰是我们的弱点。 1.4 本章小结 本章对设计的背景及意义做了简单地介绍，设计以单片机为核心，通过相 应的硬件电路和控制程序补充检测和控制整个电梯的信号，具有成本低，通用 性强，柔软轻松和容易扩展到实现复杂的控制等优点。 黑龙江八一农垦大学毕业设计（论文） 5 2 设计方案与选择 2.1 数字电路方案 此方案通过计数器和组合逻辑电路来控制数码管与楼层 LED 显示，使用 C D4511 等译码芯片与数码管连接并显示，LED 显示则使用 74LS138 等译码器操 作，按键判断则用优先译码器实现，这些都没问题 1。但涉及到复杂的控制、 在上升与下降均不确定，还要做出各种判断、响应时，应用纯数字电路来实现 是不太现实的。尽管使用数字电路设计能做到逻辑控制的精准，且在显示与输 出电流等方面一般不需要使用外加的驱动，但由于电梯系统的复杂性，使用它 复杂程度太大，且不易维护，想要升级或者增加功能几乎就要全盘推倒重新设 计了。 另外，此方案还有个致命的缺点，那就是成本相当高，现在的数字电路芯 片价格都比较贵，且单个芯片不能解决问题，需要使用几种芯片配合使用，每 种芯片所包含的电路门并非全部用得上，但需要用到哪怕是一个门，也要用整 个芯片浪费在其中 2。多个数字芯片加起来，不仅加重了设计难度，得不到快 速开发应用，且成本加高了许多。且数字电路的时钟部分比较难设计，如果需 要电梯在运行时精确定时，使用数字电路是相当麻烦的。 2.2 CPLD 方案 CPLD（复杂可编程逻辑器件）是一个复杂可编程逻辑器件，它由用户编程 来实现现场硬件逻辑功能。数字系统设计与 CPLD 器件，一般采用自顶向下的 模块化设计方法3。采用 CPLD 器件的控制中心进行统一管理整个系统的运 行，但这种方法通常需要有大量的知识积累和强大的专业水准，更难以实现， 该设备价格昂贵，不符合经济性要求和升降电机控制，测量运行时间，显示还 需要与微控制器。 2.3 PLC 方案 集成的自动化和上体具有复杂的控制系统，诸如 DDC 和 DCS 等，实现了生 产过程；PLC 系统配置灵活，易于扩展来切换它的优势控制； PID 回路控制可 以是一个连续的过程 4。并且使用方便，编程简单，使用简洁的梯形逻辑图或 语句表编程语言，无需电脑知识，所以系统开发周期短，实时调试更加容易。 此外，该方案可在线修改，在不改变控制方案拆除硬件。最重要的是，它可以 适应恶劣的工作环境，抗干扰能力强，可靠性高，比其他各种机型要高得多。 黑龙江八一农垦大学毕业设计（论文） 6 尽管使用 PLC 很方便，且优点多多，而且貌似几乎没什么缺点，但是由于使用 PLC 方案是价格最贵的方案，且其价格高于其它方案不是一点点，而是一个数 量级别的，所以本次设计由于是需要做出实物，遂没有采用该方案。 2.4 单片机方案 此方案成本有数字电路的成本，却能实现 CPLD 无法实现的性能以及完胜 PLC 的价格，而且跟数字电路相比还有个很大的优点设计与制作方便。成 本与数字电路相近，设计起来却相对简单了些，因为不用考虑时序问题、组合 逻辑问题、输出逻辑与电平问题（数字电路中电平规格较多，而单片机一般只 有 TTL 一种）。单片机只需要设计好外围电路，然后编写程序，写好编译成 H EX 文件下载进去就行了。 而且单片机的扩展能力强，日后若想升级或者增加功能等也很方便，外围 可增设电路，而内部则直接改写程序即可 5。且单片机定时精确，误差不会超 过 0.000001S（在标准石英晶体 12M 及以上的情况下）。所以我们采用的是用 单片机作为主控芯片完成对电梯的设计。 图 1系统框架图 2.5 本章小结 本章介绍了四种设计方案，分别介绍了数字电路方案，CPLD 方案，PLC 方案以及单片机方案的各种优缺点，最终选择了单片机方案，关键在于单片机 方案成本较低，与 PLC 方案相比节省许多，同时也可以实现强大的功能，与 CPLD 方案相比可以实现它无法实现的功能，而且操作起来比较容易，单片机 的扩展能力同样很强，以后如果想增加功能或是升级也很方便，可以直接增设 电路， 或者直接改写程序都可以。 所以最后选择了单片机方案来完成此次设计。 黑龙江八一农垦大学毕业设计（论文） 7 3系统硬件设计 3.1 STC89C51RC STC89C51 是 STC 公司生产的一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具 有 8K 在系统可编程 Flash 存储器。STC89C51 使用经典的 MCS-51 内核，但做 了很多的改进使得芯片具有传统 51 单片机不具备的功能。在单芯片上，拥有 灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程 Flash，使得 STC89C51 为众多嵌入式控制应 用系统提供高灵活、超有效的解决方案 6。 具有以下标准功能： 8k 字节 Flash，512 字节 RAM， 32 位 I/O 口线，看门狗定时器，内置 4KB EEPROM， MAX810 复位电路，3 个 16 位定时器/计数器，4 个外部中断，一个 7 向量 4 级中断结构（兼容传统 51 的 5 向量 2 级中断结构） ，全双工串行口。另外 STC89X51 可降至 0Hz 静态逻辑操作，支持 2 种软件可选择节电模式。空闲模 式下，CPU 停止工作，允许 RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉 电保护方式下，RAM 内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到 下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率 35MHz，6T/12T 可选 7。 图 2STC89C51RC 引脚图 STC89C51RC 有完整的输入和输出、控制端口、以及一个内部程序存储器 黑龙江八一农垦大学毕业设计（论文） 8 空间。类似于微机原理我们通常意义上的，通过外部 A/D，D/A 转换电路和传 感器的运算放大器芯片发送信息的收集， 并能提供点阵 LCD 和外部 LCD 或按键 来实现人机互动，很多的内部 I/ O 端口连接外围设备步进电机的精确控制， 具有强大的产业化能力。 STC89C51RC 系列单片机编写程序的基本流程。语言的语法结构和我们使 用的计算机基本上是相同的， 区别在于具体的控制引脚工作报表和命令给电脑 增加，C 语言更为简洁清晰。可以控制每个引脚的输入输出状态。其主要语句 集中在例如： “if else” 、 “while” 、 “for”等循环与判断语句上，相比计算机 C 语言更简单。有过计算机 C 语言学习经历经过一段时间的熟悉就能够熟练进 行编程 8。 使用 STC89C51RC 系列单片机编程，而不是那种普通电脑，甚至调试工作 情况单片机的编程。 一般工作中使用 Keil 公司开发的 51 单片机编程软件进行 编程，它采用目前流行的开发环境、集编辑、编译和仿真于一体在软件的用户 可以编写汇编语言或 C 语言源代码，并使用软件程序单片机来产生能量来运 行。 3.1.1 STC89C51RC 主要特性 1、8k Bytes Flash 片内程序存储器； 2、512 bytes 的随机存取数据存储器（RAM） ； 3、通用 I/O 口（32 个） ，复位后为：P0/P1/P2/P3 是准双向口/弱上拉， P0 口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为 I/O 口用 时，需加上拉电阻； 4、2 个中断优先级、2 层中断嵌套中断； 5、6 个中断源； 6、3 个 16 位可编程定时器/计数器 T0、T1、T2； 7、通用异步串行口（UART） ，还可用定时器软件实现多个 UART 8、看门狗（WDT）电路； 9、片内振荡器和时钟电路； 10、与 MCS-51 兼容； 11、工作频率范围：045MHz，实际工作 频率可达 48MHz； 12、具有 EEPROM 功能； 13、可编程串行通道； 14、低功耗的闲置和掉电模式。 3.1.2 STC89C51RC 引脚说明 STC89C51 单片机具有 40 个管脚，32 个 I/O 口： VCC：供电电压。GND：接地。 P0 口：P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口，每脚可吸收 8TTL 门电流。 当 P1 口的管脚第一次写 1 时，被定义为高阻输入。P0 能够用于外部程序数据 黑龙江八一农垦大学毕业设计（论文） 9 存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。 P1 口：P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P1 口缓冲器能 接收输出 4TTL 门电流。P1 口管脚写入 1 后，被内部上拉为高，可用作输入， P1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。 P2 口： P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， P2 口缓冲器可接收， 输出 4 个 TTL 门电流，当 P2 口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且 作为输入。并因此作为输入时，P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是 由于内部上拉的缘故。P2 口当用于外部程序存储器或 16 位地址外部数据存储 器进行存取时，P2 口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上 拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2 口输出其特殊功能寄 存器的内容。 P3 口：P3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 I/O 口，可接收输出 4 个 TTL 门电流。当 P3 口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。 作为输入，由于外部下拉为低电平，P3 口将输出电流（ILL）这是由于上拉的 缘故。P3 口也可作为 STC89C51 的一些特殊功能口，如下表所示：P3.0RXD（串 行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2/INT0（外部中断 0）P3.3/INT1（外 部中断 1）P3.4T0（记时器 0 外部输入）P3.5T1（记时器 1 外部输入）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）P3 口同时为闪 烁编程和编程校验接收一些控制信号。 RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持 RST 脚两个机器周期的高 电平时间。 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址 的地位字节。在 FLASH 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE 端 以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的 1/6。因此它可用 作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存 储器时，将跳过一个 ALE 脉冲。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外 部执行状态 ALE 禁止，置位无效。 /PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每 个机器周期两次/PSEN 有效。 但在访问外部数据存储器时， 这两次有效的/PSEN 信号将不出现。 /EA/VPP ： 当 /EA 保 持 低 电 平 时 ， 则 在 此 期 间 外 部 程 序 存 储 器 （0000H-FFFFH） ，不管是否有内部程序存储器。注意加密方式 1 时，/EA 将内 部锁定为 RESET；当/EA 端保持高电平时，此间内部程序存储器。 XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出 9。 黑龙江八一农垦大学毕业设计（论文） 10 3.2 LED 数码管介绍 LED 数码管（LED Segment Displays）是由多个发光二极管封装在一起组 成“8”字型的器件，引线已在内部连接完成，只需引出它们的各个笔划，公 共电极。led 数码管常用段数一般为 7 段有的另加一个小数点，还有一种是类 似于 3 位“+1”型。位数有半位，1，2，3，4，5，6，8，10 位等等，led 数 码管根据 LED 的接法不同分为共阴和共阳两类，了解 LED 的这些特性，对编程 是很重要的，因为不同类型的数码管，除了它们的硬件电路有差异外，编程方 法也是不同的。图 3 是共阴和共阳极数码管的内部电路，它们的发光原理是一 样的，只是它们的电源极性不同而已。颜色有红，绿，蓝，黄等几种。led 数 码管广泛用于仪表，时钟，车站，家电等场合。选用时要注意产品尺寸颜色， 功耗，亮度，波长等 10。 图 3LED 数码管管脚定义 静态驱动也称直流驱动。 静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个 单片机的 I/O 端口进行驱动，或者使用如 BCD 码二-十进制译码器译码进行驱 动11。静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用 I/O 端口多，如 驱动 5个数码管静态显示则需要 58=40根 I/O端口来驱动， 要知道一个 89S51 单片机可用的 I/O端口才 32个呢） ， 实际应用时必须增加译码驱动器进行驱动， 增加了硬件电路的复杂性。 硬件设计方面比较简单，由 P0 口负责数码管的显示，所以数码管的段选 端都是接在 P0 口， 而 LED 显示则依次接至 P2 口， 按键则分别接到 P1.0P1.7。 3.3 单片机最小系统 最小的单芯片系统复位电路和一个外部晶体振荡器电路，复位操作，它有 两个基本的基本形式：一种是复位键，另一个是上电复位。具有上电复位功能 复位按钮，上电复位电路需要接入电源，外部电容充电实现单芯片自动复位 12。电源即时访问到 RESET 引脚为高电平，与充电电容，RERST 高脚将逐渐下 黑龙江八一农垦大学毕业设计（论文） 11 降。高 RERST 针可以保持足够长的时间（2 个机器周期） ，微控制器可以复位。 复位操作使微控制器的初始化，也可以在单片机死机重启的状态下，使电路复 位是很重要的。单片机复位电路是由一个外部复位电路来实现的，在时钟电路 工作，只要超过 24 个高层次的时钟脉冲振荡出现在 MCU 的 RESET 引脚，单片 机可以复位。 图 4单片机最小系统 在 MCS-51 单片机芯片具有高增益反相放大器的输入端为 XTAL1，输出端 为 XTAL2，振荡电路和放大器的时钟电路配置共同构成了单片机的时钟模式 黑龙江八一农垦大学毕业设计（论文） 12 13。根据硬件电路不同，微控制器时钟连接可分为内部时钟和外部时钟模式。 在内部方式时钟电路中，XTAL1 和 XTAL2 脚必须通过石英晶体振荡器和两 个微调电容组成振荡电路的两端相连，C1 和 C2 通常一般入学的 30pF，的 1.2MHz12MHz 的晶体之间的频率值。对于外部时钟电路，接地要求 XTAL1， XTAL2 脚，只要连接外部时钟，外部时钟信号没有特殊要求，作为一个特定的 脉冲宽度，时钟频率低于 12MHz 14。 从晶体振荡器 XTAL2 振荡信号结束到内部时钟电路，它划分振荡信号，以 产生一个两相时钟信号 P1 和 P2 的 MCU。时钟信号的周期被称为时间 S，这是 两次振荡周期状态，P1 信号是活跃在每个状态的前半周期，每个状态后有效 半周期 P2 的信号。 CPU 是两相时钟 P1 和 P2 为 MCU 来有效协调一些基本节拍 工作。 3.4 LED 数码管驱动电路 本次使用的数码管为 1 位的共阳型数码管， 所以其驱动只要在位选端接一 个电阻再接 VCC 即可。而 D1D7 连接 MCU 的 P0.0P0.6，通过锁存器的特 性去控制点亮数码管的哪一个段15。因为数码管的小数点用不到，所以只接 P0.0 到 P0.6 即可，不用接 P0.7，另外，由于是低电平有效，所以也不需要给 P0 口拉回额外的上拉电阻给集电极开路的 P0 口。 图 5数码管接口电路 3.5 本章小结 本章对设计中的硬件环节作了详细的介绍，详细介绍了 STC89C51RC 的主 黑龙江八一农垦大学毕业设计（论文） 13 要特性以及引脚说明，以及 LED 数码管的简单说明，并将其分为若干模块，分 别为单片机最小系统模块、LED 数码管驱动电路等。单片机最小系统为整个系 统提供最基本的运行环境，复位操作它有两种最基本的基本形式：一种是按键 复位，另一种是上电复位。按键复位具有上电复位功能外，上电复位电路要求 接入电源后，用外部电容充电来实现单片机自动复位。复位操作可以使单片机 初始化， 也可以使处于死机状态的单片机重新启动， 说明了复位电路的重要性。 黑龙江八一农垦大学毕业设计（论文） 14 4 系统软件设计 4.1 软件设计概述 在本次设计中，采用了 C 语言作为程序编程的语言。 相比，在 C 语言中，汇编语言的可读性低生成的机器代码的效率很高，更 复杂的过程中是难以阅读，但在大多数情况下，它们的机械和组件的 C 语言代 码生成效率语言相当，但可读性和可移植性远远超过汇编语言，C 语言和汇编 语言也可以嵌入到解决时间要求严格的代码编写问题 16。对于开发周期，用 C 语言编写开发周期的中型和大型软件通常比汇编语言更小。 综合以上 C 语言的 优点，本设计在编程的时候选择了 C 语言。 初始化的主要部分，其中主要是完成系统，如中断设置模式，开中断、存 储单元的清零等 17。在中断服务子程序完成后，关键查询，其他如数码管显 示，延迟等都是相应的子程序来完成。软件编程是一种多功能，智能化，易操 作键的实现 18。在这个设计中，该程序的各个部分可以相互结合以实现完成 的设计特点。 软件设计：模块化层次化的设计方法，由多个子程序的软件系统功能实现 的单一功能。通过调用不同的子程序来实现复杂的功能控制。这使得它易于调 试，修改。 编程环境的设计也选择的 Keil 的Vision2.0。 该软件支持许多不同的公 司 MCS51 系列芯片架构，它结合了编辑，编译，仿真为一体，同时还支持 PLM， 汇编和 C 语言程序设计，在调试器中界面很好，操作简单易学 19。软件仿真 方面有一个非常强大的功能。在软件调试的早期阶段，的 Keil 的Vision 将 提供一个非常便利的环境 20。 程序中的逻辑判断是非常多且庞杂的，开始运行时，应该要保证电梯的起 始位置，然后根据用户的请求判断该请求是位于电梯所处位置的上端还是下 端，才能做出向上升或者向下降的判断，而当电梯运行到指定的位置时，停止 的同时打开电梯门（在硬件制作中使用一个 LED 表示门的打开与关闭）。预设 门打开的时间为 5 秒， 当门关闭时， 电梯也不会随即运动， 而是等待下次呼叫， 只有当有人呼叫时，才会再次启动位置判断、执行动作控制等操作。且当用户 在开门的状态下呼叫的话，呼叫会保存，但不会立即执行，有且仅当电梯门关 好的情况下才以每层楼 2 秒的速度运行到用户请求的楼层中去， 而当用户进入 电梯时，控制其运行也是同样要当门关好，且方向、当前楼层、目标楼层都确 定好，才往目标前进。并且该系统在任何情况下，一旦运行到目标位置，则马 上打开电梯门，以便用户即时走出以及新用户进入。 黑龙江八一农垦大学毕业设计（论文） 15 4.2 程序流程图设计 以下是本次设计的程序流程图，其中省略了很多寄存位操作的过程，以及 省略了一些判断流程，另外把整个按键扫描流程都用一个框概括了。 图 6程序流程图 4.3 本章小结 本章介绍了本次毕业设计的编程语言， 以及为什么要选择 C 语言作为编程语 言，简单介绍了本次编程所用的软件，还模拟了电梯的运行方式等。后面画出 了本次设计的程序流程图。 结论 16 结论 本系统就是充分利用了 STC89C51RC 芯片的各引脚。利用设计来实现一个 简单的电梯控制系统仿真，系统设计简单、实用、操作简单，MSC-51 系列单 片机 STC89C51RC 中心的设备系统完成电梯的基本功能仿真。微控制器接口的 性能和运算速度等资源不足，尚不能满足更复杂的控制算法和故障诊断等，但 电梯有一个低成本的单芯片控制，多功能性，极大的灵活性和易于实现复杂控 制等。 总体而言，单片机系统设计做得好简单的电梯控制系统，但无论是在硬件 还是软件，可以通过后续的努力加以改进，主要表现为以下几个方面： 1. 在硬件上，通过更加复杂的外部电路的设计实现智能电梯控制，可以 考虑增加电梯控制器来完成多信息采集和处理功能。 2. 在软件中，该软件的电流效率运行不高，可以考虑通过算法分析，简 化办事程序，提高了单片机调试的速度。 3. 在整体设计中，考虑到更多的智能电梯系统，可以研究了解电梯的智 能化方向发展， 电梯的复杂作了较为全面和多电梯控制程序协调运行策略分析 等功能。 本次程序设计的不足之处也是很明显的，比如说电梯的排队系统。本次设 计由于时间关系以及个人能力问题，并没有设计电梯排队系统，这意位着，每 次呼叫都将刷新系统，前面的呼叫者都会被刷掉，而执行最新的呼叫任务。没 有设计排队系统的原因是如果要增加排队系统，这意味着要增加额外的按钮， 通过这些额外的按钮获悉用户是想上楼还是下楼 （因为不能上楼下楼都都先带 上电梯，再按预定轨迹执行），所以上楼下楼的都要分开存放。分开存放还不 是难点，难点是，先按下的是上楼或者下楼的要判断，判断完成后，后面按下 的按钮还要依次排序，简单的排序还不能满足要求，因为用户按下的时间是未 知的，谁也不知道下一时刻谁会在哪层楼按下按钮，所以不仅仅要排序，还要 持续判断当前电梯的位置，在路程中的客户可以承载，而在路程之外的则又要 区分其先后按下按钮的优先级，且此优先级则可能多达 8 个级别之多，所用的 寄存器即便不溢出也有可能自己没办法记住。当然，如果详细的规划以及使用 模块编程的方法是可以实现的， 只不过时间上对我这种还没毕业的大学生而言 的确太少了。所以本次设计最终还是以工程样机模式化地展示一下，其实如果 真要设计起来，还要设计与计算机连接的接口、掉电控制系统、电机控制输出 电路以及电机停止起始的稳定加速度