毕业设计（论文）-基于单片机的电梯控制系统设计及实现

苏州经贸职业技术学院苏州经贸职业技术学院 学生毕业设计 毕业论文 学生毕业设计 毕业论文 基于单片机的电梯控制系统设计及实现基于单片机的电梯控制系统设计及实现 系系 别 别 机电系机电系 专专 业 业 应用电子技术应用电子技术 班班 级 级 09 应电应电 31 学学 生生 姓姓 名 名 学学 生生 学学 号 号 指指 导导 教教 师 师 1 摘摘 要要 近年来 电梯的发展速度不断增加 已深入到社会生活的方方面面 为了 社会的需要与乘客的需求 其自身也在不断的完善着 电梯在操纵控制方面步 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 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 人们的生活因 此变得更加美好 本设计是以单片机为基础 C 语言为编程语言 AT89C52 为控制核心的 8 层电梯控制系统 本设计能实现电梯的开关门 显示电梯的所在楼层以及其运 行的状态 并能过根据不同乘客的需求定向定层的进行载客服务 每到达一楼 层时 楼层所在的传感器点亮 方便顾客做好准备上下楼梯 根据实际生活 此电梯系统设计了紧急报警功能 当电梯发生意外或无法正常工作时 乘客可 以通过紧急报警系统向有关部门求助 本设计为了能够让大家更清楚的明白电梯的工作原理 让其更好的为人们 服务 设计从输入模块 控制模块 led 点阵显示模块系统的阐述了电梯的 工作的不同状态 并通过不断的论证选择适合的方案 进行仿真 以其最真是 的效果表达出来 同时 希望能通过本次设计发现其不足之处 加以改进 使 其在生活中更加的方便与人性化 展现其最大的作用 关键词 电梯控制关键词 电梯控制 单片机单片机 C 语言语言 AT89C52 LED 点阵点阵 2 Abstract In recent years the development of the elevator speed increase unceasingly has penetrated into every aspect of social life In order to the needs of society and the needs of passengers its oneself also is constantly improving the Elevator control aspect is a new step by step the handle switch operation button control signal control set control man machine dialogue and so on many elevators also appeared parallel control intelligent control double deck elevator hoistway show save space improve transport capacity advantage transmission type automatic sidewalk escalator has greatly saved the pedestrian time different shape fan triangle half diamond semicircular circle the sightseeing elevator which are in the sight of the passenger is not closed The elevator is in the high rise construction the safe reliable upper and lower vertical delivery vehicle to improve working conditions reduce labor intensity plays a big role Elevator application scope is very broad and can be used for guesthouses hotels office buildings shopping malls entertainment venues warehouse and residential building In modern society the elevator has become indispensable vertical transportation People s life becomes more beautiful The design is based on single chip microcomputer for C language programming and language AT89C52 as control core 8 Elevator control system The design can realize the elevator door switch display the floor where the elevator and its running state and can according to the different needs of passengers directional fixed layer were passenger service every arrive at the floor floor where the sensor lights the convenience of customers ready to go up and down stairs According to the actual life the elevator system design of emergency alarm function when the elevator accidents or cannot work normally Passengers can pass through the emergency alarm system to the relevant department for assistance This design in order to be able to make people more clearly understand the elevator works make it better serve the people design from the input module control module LED dot matrix display module of the system elaborated the elevator work in different states and through constant argument to select a suitable scheme simulation with the most really the effect of the expression At the same time hope that through this design found its shortcomings to be improved the life is more convenient and humanized show its biggest effect Key words elevator control MCU C language AT89C52 LED lattice 3 目目 录录 摘摘 要要 I I 摘要摘要 1 1 第一章第一章 引言引言 4 4 1 1 单片机介绍及应用 4 1 2 电梯的应用及意义 6 1 3 电梯的工作原理 6 1 4 设计的目的 7 1 5 设计的研究内容及设计步骤 7 第第二二章章 仿真软件及元仿真软件及元器件介绍器件介绍 1 10 0 2 1 方案比较 10 2 2 AT89C52 的简介 11 2 3 8 8 点阵 LED 数码管简介 14 2 4 PROTEUS 仿真软件的简介 14 第第三三章章 电梯系统的电梯系统的设计设计 1 16 6 3 1 设计的功能要求 16 3 2 电梯电路显示模块的设计 18 3 3 电梯电路输入模块的设计 21 3 4 紧急报警电路 23 第四章第四章 电路仿真验证电路仿真验证 2 24 4 4 1 电梯系统电路仿真 24 4 2 紧急报警电路仿真 29 第五章第五章 结论结论 3 31 1 参考文献参考文献 3 32 2 谢谢 辞辞 3333 附录附录 34 4 第第 1 1 章章 引言引言 1 11 1 单片机介绍及应用单片机介绍及应用 单片机是一种集成在电路芯片 是采用超大规模集成电路技术把具有数据处 理能力的中央处理器 CPU 随机存储器 RAM 只读存储器 ROM 多种 I O 口和 中断系统 定时器计时器等功能 可能还包括显示驱动电路 脉宽调制电路 模拟多路转换器 A D 转换器等电路 集成到一块硅片上构成的一个小而完善 的计算机系统 单单片片机机历历史史 单片机诞生于1971年 经历了 SCM MCU SoC 三大阶段 单单片片机机的的硬硬件件特特性性 1 单片机集成度高 单片机包括 CPU 4KB 容量的 ROM 8031 无 128 B 容量的 RAM 2个16位定时 计数器 4个8位并行口 全双工串口行口 2 系统结构简单 使用方便 实现模块化 3 单片机可靠性高 可工作到 10 6 10 7小时无故障 4 处理功能强 速度快 单单片片机机的的工工作作过过 程程 单片机自动完成赋予它的任务的过程 也就是单片机执行程序的过程 即 一条条执行的指令的过程 所谓指令就是把要求单片机执行的各种操作用的命 令的形式写下来 这是在设计人员赋予它的指令系统所决定的 一条指令对应 着一种基本操作 单片机所能执行的全部指令 就是该单片机的指令系统 不 同种类的单片机 其指令系统亦不同 为使单片机能自动完成某一特定任务 必须把要解决的问题编成一系列指令 这些指令必须是选定单片机能识别和执 行的指令 这一系列指令的集合就成为程序 程序需要预先存放在具有存储功 能的部件 存储器中 存储器由许多存储单元 最小的存储单位 组成 就 像大楼房有许多房间组成一样 指令就存放在这些单元里 单元里的指令取出 并执行就像大楼房的每个房间的被分配到了唯一一个房间号一样 每一个存储 单元也必须被分配到唯一的地址号 该地址号称为存储单元的地址 这样只要 知道了存储单元的地址 就可以找到这个存储单元 其中存储的指令就可以被 取出 然后再被执行 程序通常是顺序执行的 所以程序中的指令也是一 条条顺序存放的 单片机在执行程序时要能把这些指令一条条取出并加以执行 必须有一个部件能追踪指令所在的地址 这一部件就是程序计数器 PC 包含在 5 CPU 中 在开始执行程序时 给 PC 赋以程序中第一条指令所在的地址 然后 取得每一条要执行的命令 PC 之中的内容就会自动增加 增加量由本条指令长 度决定 可能是1 2或3 以指向下一条指令的起始地址 保证指令顺序执行 P00 P01 P02 P03 P04 P05 P06 P07 P20 P21 P22 P23 P24 P25 P26 P27 P30 P31 P32 P33 P34 P35 P36 P37 C 3 30pF C 4 30pF 12 Y1 12M HZ VC C P16 P17 P15 R S T C 61uF VC C R ES T R S T P10 P11 P12 P13 P14 VC C C 1 R 1 2 R 2 3 R 3 4 R 4 5 R 5 6 R 6 7 R 7 8 R 8 9 PR 1 10K VC C R 1 4 7K VC C 40 P0 0 AD0 39 P0 1 AD1 38 P0 2 AD2 37 P0 3 AD3 36 P0 4 AD4 35 P0 5 AD5 34 P0 6 AD6 33 P0 7 AD7 32 EA VPP 31 ALE 30 PS EN 29 P2 7 A15 28 P2 6 A14 27 P2 5 A13 26 P2 4 A12 25 P2 3 A11 24 P1 0 1 P1 1 2 P1 2 3 P1 3 4 P1 4 5 P1 5 6 P1 6 7 P1 7 8 R ES ET 9 P3 0 R XD 10 P3 1 TXD 11 P3 2 INT0 12 P3 3 INT1 13 P3 4 T0 14 P3 5 T1 15 P3 6 W R 16 P3 7 R D 17 XTAL2 18 XTAL1 19 GND 20 P2 0 A8 21 P2 1 A9 22 P2 2 A10 23 U1 S TC 90C 54AD 图图1 1 单片机最小系统单片机最小系统 单单片片机机的的应应用用 单片机的应用 目前单片机渗透到我们生活的各个领域 几乎很难找到 哪个领域没有单片机的踪迹 导弹的导航装置 飞机上各种仪表的控制 计算 机的网络通讯与数据传输 工业自动化过程的实时控制和数据处理 广泛使用 的各种智能 IC 卡 民用豪华轿车的安全保障系统 录像机 摄像机 全自动洗 衣机的控制 以及程控玩具 电子宠物等等 这些都离不开单片机 更不用说 自动控制领域的机器人 智能仪表 医疗器械以及各种智能机械了 因此 单 片机的学习 开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家 工程 师 单单片片机机发发展展方方向向 从单片机的发展历程看 未来单片机技术将向多功能 高性能 高速度 低电压 低功耗 外围电路内装化及片内储存器容量增加的方向发展 6 1 21 2 电梯的应用及意义电梯的应用及意义 随着社会的不断发展 电梯也在越来越被被广泛应用着 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 按用途分类按用途分类 乘客电梯 为运送乘客设计的电梯 要求有完善的安全设施以及一定的轿 内装饰 载货电梯 主要为运送货物而设计 通常有人伴随的电梯 医用电梯 为运送病床 担架 医用车而设计的电梯 轿厢具有长而窄的 特点 杂物电梯 供图书馆 办公楼 饭店运送图书 文件 食品等设计的电梯 观光电梯 轿厢壁透明 供乘客观光用的电梯 车辆电梯 用作装运车辆的电梯 船舶电梯 船舶上使用的电梯 建筑施工电梯 建筑施工与维修用的电梯 其它类型的电梯 除上述常用电梯外 还有些特殊用途的电梯 如冷库电 梯 防爆电梯 矿井电梯 电站电梯 消防员用电梯等 可以说 电梯的应用 已经渗透到社会发展的各个环节 在人们的生活与工作中起到了不可代替的作 用 1 31 3 电梯的基本工作原理电梯的基本工作原理 曳引绳两端分别连着轿厢和对重 缠绕在曳引轮和导向轮上 曳引电动机 通过减速器变速后带动曳引轮转动 靠曳引绳与曳引轮摩擦产生的牵引力 实 现轿厢和对重的升降运动 达到运输目的 固定在轿厢上的导靴可以沿着安装 在建筑物井道墙体上的固定导轨往复升降运动 防止轿厢在运行中偏斜或摆动 常闭块式制动器在电动机工作时松闸 使电梯运转 在失电情况下制动 使轿 7 厢停止升降 并在指定层站上维持其静止状态 供人员和货物出入 轿厢是运 载乘客或其他载荷的箱体部件 对重用来平衡轿厢载荷 减少电动机功率 补 偿装置用来补偿曳引绳运动中的张力和重量变化 使曳引电动机负载稳定 轿 厢得以准确停靠 电气系统实现对电梯运动的控制 同时完成选层 平层 测 速 照明工作 指示呼叫系统随时显示轿厢的运动方向和所在楼层位置 安全 装置保证电梯运行安全 如图所示 图图1 21 2 电梯工作示意图电梯工作示意图 1 41 4 设计的目的设计的目的 针对我国楼层的基本水平 本着 一理通 百理明 的原则 本设计希 望通过简单的八层电梯控制器的设计 为广大电梯设计者提供一个基础 希望 更多的人能够了解到电梯在我们生活与工作中的重要性 更加清楚的明白其工 作原理和使用方法 同时也希望以此来呼吁更多的人加入到对电梯的研究中 为以后电梯的改进和提升增加动力 促使这一工具在以后的生活中得到更加广 泛的应用 1 51 5 设计的研究内容及设计步骤设计的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的调度模块 即根据每个楼层不同 8 顾客的按键需求 让电梯做出合理的判断 正确高效地知道电梯完成各项载客 任务 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 选择恰当的芯片 并对其内部协议有所掌握 便于应用 4 研究 C 语言编程 并且规定电梯的工作规则 用 C 语言加以实现 5 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 本课题的设计方案步骤如下 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 显示二极管 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 在此 此设计选择了 89C52 芯片 接着 要完成 电路图的设计进行硬件调试 验证其功能并加以适当的更正 根据实际生活中的电梯的工作情况 可以为大多数的电梯概括出其主要的工 作模块 如下图所示 图图 1 3 电梯摘要模块工作示意图电梯摘要模块工作示意图 为此 此设计是以单片机为控制核心的控制系统 键盘输入系统 模块显 示系统三大模块为主 根据乘客的需要控制并显示电梯的运行状态 其主要模 块之间的联系如下图 9 图图 1 4 电梯各模块之间的联系电梯各模块之间的联系 根据这些模块之间的关系 就可以编写相关的程序代码来促使次控制系统 的实现 并通过不断的调试来达到预期的效果 完成设计 电梯运行的规则流程图定义如下 图图 1 5 电梯运行的规则流程图电梯运行的规则流程图 根据规定的运行规则 电梯根据不同的情况做出相应的处理 使电梯处于 有序的工作当中 减少不必要的混乱 10 第第 2 2 章章 仿真软件及元仿真软件及元器件介绍器件介绍 2 12 1 方案比较方案比较 显示系统比较显示系统比较 方案方案 1 LED 显示屏是由发光二极管排列组成的 它采用低电压扫描驱动 具有耗电少 使用寿命长 成本低 亮度高 故障少 视角大 可视距离远等 特点 方案方案 2 2 LED 显示器与 LCD 显示器相比 LED 在亮度 功耗 可视角度和刷 新速率等方面 都更具优势 LED 与 LCD 的功耗比大约为 10 1 而且更高的刷 新速率使得 LED 在视频方面有更好的性能表现 能提供宽达 160 的视角 可 以显示各种文字 数字 彩色图像及动画信息 也可以播放电视 录像 VCD DVD 等彩色视频信号 多幅显示屏还可以进行联网播出 有机 LED 显示屏 的单个元素反应速度是 LCD 液晶屏的 1000 倍 在强光下也可以照看不误 并且 适应零下 40 度的低温 利用 LED 技术 可以制造出比 LCD 更薄 更亮 更清晰 的显示器 拥有广泛的应用 另外 LED 有在室外运用的规格 而 LCD 只能在室内使用 LED 屏幕可以根据 自己需要设计及时 几百平米之大 LCD 不行 综上所述 本设计选择 8 8 点阵 LED 数码管作为系统显示的元器件 控制系统方案的比较与选择控制系统方案的比较与选择 方案方案 1 采用 FPGA 现场可编辑门列阵 作为系统的控制器 FPGA 可以 实现各种复杂的逻辑功能 3 模块大 密度高 它将所有器件集成在一块芯片 上 减少了体积 提高了稳定性 并且可应用 EDA 软件仿真 调试 易于进行 功能控制 FPGA 采用并行的输入输出方式 提高了系统的处理速度 适合作 为大规模实时系统的控制核心 通过输入模块将参数输入给 FPGA FPGA 通 过程序设计控制 PWM 脉冲的占空比 但是由于本次设计对数据处理的时间要 求不高 FPGA 的高速处理的优势得不到充分体现 并且由于其集成度高 使 其成本偏高 同时由于芯片的引脚较多 实物硬件电路板布线复杂 加重了电 路设计工作 方案方案 2 2 AT89C52 单片机作为运动物体的控制中心 它和 AT89S51 一样 都具有软件编程灵活 体积小 成本低 使用简单等特点 RAM ROM 空间小 适合于非复杂的运算系统 综上所述 根据本次设计的控制系统的特点 此设计选择第二种方案作为设 11 计的控制系统芯片 2 22 2 AT89C52AT89C52 的简介的简介 89C52 是一种带 4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器 FPEROM Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory 的低电压 高性能 CMOS8 位 微处理器 俗称单片机 单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除 100 次 该 器件采用 ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造 与工业标准的 MCS 52 指令 集和输出管脚相兼容 由于将多功能 8 位 CPU 和闪烁存储器组合在单个芯片中 ATMEL 的 89C52 是一种高效微控制器 89C2052 是它的一种精简版本 89C 单片 机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案 结构特点 结构特点 8 位 CPU 片内振荡器和时钟电路 32 根 I O 线 外部存贮器寻址范围 ROM RAM64K 2 个 16 位的定时器 计数器 5 个中断源 两个中断优先级 全双工串行口 布尔处理器 管脚说明 12 图图 2 12 1 AT89C51AT89C51 管脚说明管脚说明 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 存储器 它可以被定义为数据 地址的第八位 在 FIASH 编程时 P0 口作为原码输入口 当 FIASH 进行校验时 P0 输出原码 此时 P0 外部必须被拉高 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 在 FLASH 编程和校验时 P1 口作为第八位地址接收 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 P2 口在 FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号 13 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 AT89C51 的一些特殊功能口 如下表所示 口管脚 备选功能 P3 0 RXD 串行输入口 P3 1 TXD 串行输出口 P3 2 INT0 外部中断 0 P3 3 INT1 外部中断 1 P3 4 T0 记时器 0 外部输入 P3 5 T1 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 如想禁止 ALE 的输出可在 SFR8EH 地址上置 0 此时 ALE 只有在执行 MOVX MOVC 指令是 ALE 才起作用 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 在 FLASH 编程期间 此引脚也用于施加 12V 编程电源 VPP 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 14 2 32 3 8 88 8 点阵点阵 LEDLED 数码管简介数码管简介 8 88 8 点阵显示 点阵显示 8X8 点阵 LED 结构如下图所示 图图 2 22 2 8X88X8 点阵点阵 LEDLED 结构结构 从图中可以看出 8X8 点阵共需要 64 个发光二极管组成 且每个发光二极 管是放置在行线和列线的交叉点上 当对应的某一列置 1 电平 某一行置 0 电 平 则相应的二极管就亮 因此要实现一根柱形的亮法 如图所示 对应的一 列为一根竖柱 或者对应的一行为一根横柱 因此实现柱的亮的方法如下所述 一根竖柱 对应的列置 1 而行则采用扫描的方法来实现 一根横柱 对应的行置 0 而列则采用扫描的方法来实现 2 42 4 PROTUSEPROTUSE 仿真软件的简介仿真软件的简介 软软件件简简介介 Proteus 软件是英国 Labcenter electronics 公司出版的 EDA 工具软件 15 它不仅具有其它 EDA 工具软件的仿真功能 还能仿真单片机及外围器件 它 是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具 虽然目前国内推广刚起步 但 已受到单片机爱好者 从事单片机教学的教师 致力于单片机开发应用的科 技工作者的青睐 Proteus 是世界上著名的 EDA 工具 从原理图布图 代码 调试到单片机与外围电路协同仿真 一键切换到PCB 设计 真正实现了从 概念到产品的完整设计 是目前世界上唯一将电路仿真软件 PCB 设计软 件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台 其处理器模型支持 8051 HC11 PIC10 12 16 18 24 30 DsPIC33 AVR ARM 8086和 MSP430 等 2010年即将增加 Cortex 和 DSP 系列处理器 并持续增加其他系列处理 器模型 在编译方面 它也支持 IAR Keil 和 MPLAB 等多种编译器 功功能能特特点点 Proteus 软件具有其它 EDA 工具软件 例 multisim 的功能 这些功能是 1 原理布图 2 PCB 自动或人工布线 3 SPICE 电路仿真 革命性的特点 1 互动的电路仿真 用户甚至可以实时采用诸如 RAM ROM 键盘 马达 LED LCD AD DA 部分 SPI 器件 部分 IIC 器件 2 仿真处理器及其外围电路 可以仿真52系列 AVR PIC ARM 等常用主流单片机 还可以直接在基于原理图的虚拟原型 上编程 再配合显示及输出 能看到运行后输入输出的效果 配合系统配置 的虚拟逻辑分析仪 示波器等 Proteus 建立了完备的电子设计开发环境 电电路路仿仿真真 在 PROTEUS 绘制好原理图后 调入已编译好的目标代码文件 HEX 可 以在 PROTEUS 的原理图中看到模拟的实物运行状态和过程 PROTEUS 是单 片机课堂教学的先进助手 PROTEUS 不仅可将许多单片机实例功能形象化 也可将许多单片机实例运行过程形象化 前者可在相当程度上得到实物演示实 验的效果 后者则是实物演示实验难以达到的效果 它的元器件 连接线 路等却和传统的单片机实验硬件高度对应 这在相当程度上替代了传统的单片 机实验教学的功能 例 元器件选择 电路连接 电路检测 电路修改 软件 调试 运行结果等 课程设计 毕业设计是学生走向就业的重要实践环节 由于 PROTEUS 提供了实验室无法相比的大量的元器件库 提供了修改电路设计 的灵活性 提供了实验室在数量 质量上难以相比的虚拟仪器 仪表 因而也 提供了培养学生实践精神 创造精神的平台 随着科技的发展 计算机仿 真技术 已成为许多设计部门重要的前期设计手段 它具有设计灵活 结果 过程的统一的特点 可使设计时间大为缩短 耗资大为减少 也可降低工程制 造的风险 相信在单片机开发应用中 PROTEUS 也能茯得愈来愈广泛的应用 使用 Proteus 软件进行单片机系统仿真设计 是虚拟技术仿真和计算机多媒体 技术相结合的综合运用 有利于培养学生的电路设计能力及仿真软件的操作能 16 力 实践证明 在使用 Proteus 进行系统仿真开发成功之后再进行实际制作 能极大提高单片机系统设计效率 因此 Proteus 有较高的推广利用价值 第第 3 3 章章 电梯的设计思路及功能实现电梯的设计思路及功能实现 3 13 1 设计的功能要求设计的功能要求 本设计是为一八层电梯设计一调度系统 即使电梯能够合理高效地运行 完 成各楼层顾客的接送任务 形象地说 就是要应对不同楼层顾客的不同需求 作出合理高效的判断 使所有顾客在整体运用时间最短的条件下将其运往各自 的目的地 这个设计的成品应该可以作为真实电梯的控制系统一样 遵守以下两个原 则 一是高效性 二是人性化 而实际电梯所面临的情况无比复杂 故本设计 的难点除了硬件上面外 还有对这些复杂的情况归类化 分为若干个基本情况 另外是用恰当的 C 语言描述来表达这些复杂的逻辑 此设计应实现一下几个功能 1 设计一个多层单桥厢电梯控制器 控制器可完成 8 层楼梯的载客服务 2 每层电梯入口处都有楼层上下运行请求开关 楼层内亦设有请求开关 供乘客自由选择所要到达的楼层和要运行的状态 3 电梯运行的优先原则 当电梯处于上升模式时 只接收比所在楼层高的 楼层缩发出的请求信号 对于下降信号寄存起来 运行完上升请求再处理 当 电梯处于下降状态时与之相反 如图示例 17 图图 3 1 运行示例图运行示例图 4 电梯具备开关门功能 且开门时间为 5s 5 设有电梯手动调试开关 以检测电梯的状态是否完好 6 能正确显示电梯所在楼层以及其处于的状态 并显示剩余的指令 7 当电梯处于非正常状态时 乘客可发出紧急报警信号 请求帮助 18 3 23 2 电梯电路显示模块的设计电梯电路显示模块的设计 此控制程序设计的控制电路包括控制 显示 键盘输入三大模块 其总的 电路图如下 图图 3 23 2 总电路图总电路图 19 其显示模块为 图图 3 33 3 显示电路显示电路 此设计中的显示模块只要有五个小部分 由多个 8 8led 点阵连接而成 分别 显示电梯的升降状态 所在楼层 请求状态 开关门状态以及为验证开门时间 所设计的时间显示 简单 8 8led 点阵连接示意图如下 以 16 16 点阵连接为例 我们将四个元器件对应的行线和列线分别进行连接 使每一条行线引脚接 一行 16 个 LED 列线也相同 并注意要将行线和列线引出一定长度的引脚 以 便下面我们使用 连接好的 16 16 点阵如图 3 4 20 图图 3 43 4 16 1616 16 点阵连接点阵连接 成如上图的 16 16 点阵只是第一步 这样分开的数块并不能达到好的显示 效果 下面我们要将其进一步组合 组合实际上很简单 首先选中如上图中右侧 的两块 8 8 点阵 然后拖动并使其与左侧的两块相并拢 如图 3 5 所示 图图 3 53 5 点阵并拢图点阵并拢图 可以看到原来的连线已经自动隐藏了 至于线上的交点 我们不要去动 然后 我们再来最后一步 选中下侧的两块点阵 并拖动使其与上侧的两块并拢 最后 的效果如图 3 6 所 21 图图 3 63 6 连接好的总图连接好的总图 因此 将 16 16 点阵连接成点阵图方法同上 3 33 3 电梯电路输入模块的设计电梯电路输入模块的设计 本设计的输入模块图如下 22 图图 3 73 7 输入模块输入模块 电梯完成载客服务必须要输入相应的载客请求 输入模块就是乘客根据自身 不同的需要进行的请求输入信号通道 在电梯内外都具备 输入模块每一个输 入按键上都要一个相应的楼层显示符号 乘客只要按下所要到达楼层的按键请 求 电梯会自主不同的请求命令 根据设定的运行规则进行有序的载客服务 23 3 43 4 紧急报警电路紧急报警电路 在生活中 时常有电梯发生事故的例子 为了方便乘客及时寻求帮助 为 此 设计了一个专门的独立的报警系统 以此来提高电梯的安全性和保障乘客 的人生安全 其工作电路图如下 图图 3 83 8 当顾客处于危险状态时 可以通过紧急报警按钮 发出报警信号 以及时 得到外界的及时援救 提高乘客的安全性 24 第第 4 4 章章 电路仿真验证电路仿真验证 4 14 1 电梯系统电路仿真电梯系统电路仿真 根据设计的要求 对此电梯控制系统进行仿真 其仿真结果如下图 图图4 14 1 电梯电路仿真总图电梯电路仿真总图 上图显示的是电梯在 4 楼时的门开图 其上升下降图为 25 图图 4 24 2 在四楼的上升图在四楼的上升图 26 图图 4 34 3 在四楼的下降图在四楼的下降图 电梯的运行状态显示 其中第一个点阵图是显示电梯的运行状态 当电梯 不动 下降 上升时 分别显示图如下 图图 4 44 4 第 2 个点阵图显示的是电梯所到达的楼层 当其分别在 3 4 5 楼时 显 示如下 27 图图 4 54 5 第 3 个点阵图显示的是请求指令请求的楼层 当在 5 6 7 楼发出请求时 显 示依次为 图图 4 6 第 4 个是显示电梯门的状态 其关门与开门图如下 图图 4 74 7 下面四个点阵图显示的是时间 因为开门时间是 5s 为方便检验 特意设置来 方检测 图图 4 84 8 除此之外 设置了电梯手动检测系统 其图如下 28 图图 4 94 9 当启动特定的检测按键时 电梯会做出相应的运行状态 以此来检测电梯 是否出现故障 当按下上升 下降开关时 其所对应的感应灯会亮起来 方便 检测 29 4 24 2 紧急报警电路仿真紧急报警电路仿真 在生活中 有时乘客正在乘坐电梯会突然发现电梯出现故障 此时需要向 有关部门求助 因此 此系统设计了一个独立的报警电路 在电梯出现故障时 可以通过报警开关发出报警信号 及时寻求帮助 其仿真图如下 图图 4 104 10 报警电路仿真报警电路仿真 当按下报警开关时 报警器会发出报警信号 旋转灯依次亮起来并发出警 鸣声 其图如下 30 图图 4 114 11 报警信号报警信号 通过仿真 可以清楚的看到电梯的整个工作流程图 明白其工作原理 可 以更好的利用它来更好的服务 当然 在电梯里遇见困难时 请勿害怕 不要 慌张 记住通过报警渠道向外面求助 31 第第 5 5 章章 结结 论论 本次单片机课题设计由我经历一个月的努力设计得到 软件的编程要通过 不断的调试 最终能如愿的完成课题设计 很高兴它能按着设计的思想与要求 运动起来 当然 这其中也有很多问题 第一 不够细心 由于对课本理论的不熟悉 导致编程出现错误 第二 是在学习态度上 这次课设是对我们的学习态度的 一次检验 对于这次单片机综合课程实习 我们的第一大心得体会就是作为一 名工程技术人员 要求具备的首要素质绝对应该是严谨 我们这次实习所遇到 的多半问题多数都是由于我们不够严谨 第三 在做人上 我们认识到 无论 做什么事情 只要你足够坚强 有足够的毅力与决心 有足够的挑战困难的勇 气 就没有什么办不到的 在这次难得的课程设计过程中我们锻炼了自己的思考能力和动手能力 通 过设计电路的过程中 加强了我们思考问题的完整性和实际生活联系的可行性 在方案设计选择和芯片的选择上 培养了我们综合应用单片机的能力 对单片机 的各个管脚的功能也有了进一步的认识 还锻炼我们个人的查阅技术资料的能 力 动手能力 发现问题 解决问题的能力 并且我们熟练掌握了有关器件的 性能及测试方法 再次感谢老师的辅导以及同学的帮助 是他们让我们有了一个更好的认识 无论是学习还是生活 生活是实在的 要踏实走路 课程设计时间虽然很短 但我们学习了很多的东西 使我们眼界大开 感受颇深 32 参参 考考 文文 献献 01 周兴华主编著 手把手教你学单片机 C 程序设计 北京航空航天大学出版 社 2006 07 02 先锋工作室编著 单片机程序设计实例 北京 清华大学出版社 2003 01 03 谢宜仁主编 单片机实用技术问答 北京 人民邮电出版社 2003 02 张培仁 基于 C 语言编程 MCS 51 单片机原理与应用 北京 清华大学出版社 2002 12 04 刘文涛 MCS 51 单片机培训教程 C51 版 电子工业出版社 2005 8 05 王宜怀 单片机原理及其嵌入式应用教程 北京希望电子出版社 2002 8 06 龚运新 单片机 C 语言开发技术 清华大学出版社 2006 10 07 何宏主编 单片机原理与接口技术 北京 国防工业出版社 2006 07 08 各种网络教程及其他 33 谢谢 辞辞 这一刻 毕业设计终于接近尾声 回想起这几个月的时间里 从对课题的理 解 方案的设计 到程序的编写 再到论文的写作 中间有着自己的努力 更 有着老师和同学的关心和巨大的帮助 首先我要对本论文的指导老师杨晓平老 师致以衷心的感谢 从论文的选题 有关资料的收集 课题的讨论 到论文的 撰写和修改 导师都给了我悉心的指导和帮助 他对学生认真负责的态度让我 由衷地敬佩 感谢母校和老师们在大学三年中对我的培养 再次由衷的感谢杨老师和在这段时间里帮助过我的同们 谢谢你们对我的 支持与帮助 34 附附 录录 电梯程序电梯程序 include define uchar unsigned char define uint unsigned int void delay uint i while i 8x8 点阵字模 uchar code tab 8 0 x1C 0 x22 0 x32 0 x2A 0 x26 0 x22 0 x1C 0 x00 0 0 x08 0 x0C 0 x08 0 x08 0 x08 0 x08 0 x1C 0 x00 1 0 x1C 0 x22 0 x20 0 x18 0 x04 0 x02 0 x3E 0 x00 2 0 x3E 0 x20 0 x10 0 x18 0 x20 0 x22 0 x1C 0 x00 3 0 x10 0 x18 0 x14 0 x12 0 x3E 0 x10 0 x10 0 x00 4 0 x3E 0 x02 0 x1E 0 x20 0 x20 0 x22 0 x1C 0 x00 5 0 x38 0 x04 0 x02 0 x1E 0 x22 0 x22 0 x1C 0 x00 6 0 x3E 0 x20 0 x10 0 x08 0 x04 0 x04 0 x04 0 x00 7 0 x1C 0 x22 0 x22 0 x1C 0 x22 0 x22 0 x1C 0 x00 8 0 x1C 0 x22 0 x22 0 x3C 0 x20 0 x10 0 x0E 0 x00 9 0 x08 0 x1C 0 x3E 0 x7F 0 x1C 0 x1C 0 x14 0 x00 10 0 x14 0 x1C 0 x1C 0 x7F 0 x3E 0 x1C 0 x08 0 x00 11 0 x00 0 x3E 0 x3E 0 x3E 0 x3E 0 x3E 0 x00 0 x00 方块 12 0 x3C 0 x7E 0 xC3 0 xC3 0 xC3 0 xC3 0 xC3 0 xC3 门开图 13 0 x3C 0 x7E 0 xFF 0 xFF 0 xFF 0 xFF 0 xFF 0 xFF 门关图 14 0 x3C 0 x7E 0 xC3 0 xE7 0 xFF 0 xFF 0 xE7 0 xC3 门半开 15 0 x00 0 x00 0 x00 0 x00 0 x00 0 x00 0 x00 0 x00 黑 16 点阵显示 I O sbit row0 P1 0 sbit row1 P1 1 sbit col0 P1 2 35 sbit col1 P1 3 sbit col2 P1 4 sbit col3 P1 5 extern uchar dat 8 按键标志缓存 extern uchar c min hor 时钟 uchar dispBuf 3 显存 void disp3216 uchar i row 0 x01 for i 0 i 8 i 上半屏 P0 tab dispBuf 0 i col0 1 col0 0 显示方向 P0 tab dispBuf 1 i col1 1 col1 0 显示楼号 P0 dat i col2 1 col2 0 显示按键信息 P0 tab dispBuf 2 i col3 1 col3 0 显示门状态 P0 row row0 1 row0 0 delay 200 P0 0 row0 row1 col0 col1 col2 col3 1 row0 row1 col0 col1 col2 col3 0 row 1 row 0 x01 for i 0 i 8 i 下半屏 P0 tab hor 10 i col0 1 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