基于单片机的五层电梯课程设计.doc

课程设计报告课程名称 微机课程设计 设计题目 电梯模拟运行设计 专业班级 自动化1041 姓 名 王 会 学 号 1004421122 指导教师 刘文洲 蔡长青 起止时间 2013.12.23-2013.12.31 成 绩 评 定考核内容设计表现设 计报 告答辩综合评定成 绩电气与信息学院课程设计考核和成绩评定办法1 课程设计的考核由指导教师根据设计表现、设计报告、设计成果、答辩等几个方面，给出各项权重，综合评定。该设计考核教研室主任审核，主管院长审批备案。2 成绩评定采用五级分制，即优、良、中、及格、不及格。3 参加本次设计时间不足三分之二或旷课四天以上者，不得参加本次考核，按不及格处理。4 课程设计结束一周内，指导教师提交成绩和设计总结。5 设计过程考核和成绩在教师手册中有记载。课程设计报告内容 课程设计报告内容、格式各专业根据专业不同统一规范，经教研室主任审核、主管院长审批备案。注： 1. 课程设计任务书和指导书在课程设计前发给学生，设计任务书放置在设计报告封面后和正文目录前。 2. 为了节省纸张，保护环境，便于保管实习报告，统一采用A4纸，实习报告建议双面打印（正文采用宋体五号字）或手写。12/13学年第二学期单片机控制系统设计与调试 课程设计任务书指导教师：刘文洲 蔡长青 班级：自动化1041、2班 地点：机房、单片机实验室（实训中心415）课程设计题目：电梯模拟运行设计一、 课程设计目的1. 本课程设计的目的在于培养学生运用已学的微机控制技术的基础知识和基本理论，加以综合运用，进行微机控制系统设计的初等训练，掌握运用微机控制技术的原理、设计内容和设计步骤，为从事相关的毕业设计或今后的工作需要打下良好的基础。能够上网查询器件资料，培养对新知识新技术的独立的学习能力和应用能力。2. 独立完成一个小的系统设计，从硬件设计到软件设计，增强分析问题、解决问题的能力，为日后的毕业设计及科研工作奠定良好的基础。3. 能够上网查询器件资料，培养对新知识新技术的独立的学习能力和应用能力。二、 课程设计内容（包括技术指标） 模拟5层楼的电梯运行，对电梯外部按键和内部按键进行识别，经单片机分析后发出控制信号，显示电梯的运行楼层，模拟电梯运行。1外部呼叫楼层响应功能 外部按键分为1楼上、2楼上下、3楼上下、4楼上下和5楼下，共10个按键，对应有10只发光二极管，当按键被按下时，对应发光二极管被点亮，电梯在运行过程中，对楼层的外部呼叫进行响应，在呼叫楼层停留（即显示延时），同时熄灭对应楼层的发光二极管。2内部目的楼层响应功能 通过电梯内部按键来设定目的楼层，设有1、2、3、4、5层楼的按键，对应有5只发光二极管，当按键被按下时，对应发光二极管被点亮，单片机通过按键识别，对各目的楼层进行响应，在目的楼层停留（即显示延时），同时熄灭对应楼层的发光二极管。 3响应顺序功能 对呼叫楼层、目的楼层和上、下楼进行响应先后顺序的区分，区分度和调试成绩成正比。三、 时间安排时间 内容 备注 12月23日 集中讲解课程设计要求，分配设计题目，明确任务和具体安排 PLC实验室 12月24日 检查任务书、检查设计方案 PLC实验室 12月26日 检查设计PLC实验室12月28日 检查设计PLC实验室12月30日 检查报告PLC实验室12月31日 答辩、验收PLC实验室四、 基本要求1. 画出硬件电路图，完成PCB制版；2. 画出软件流程图，编写程序（C51语言/汇编语言）；3. 完成系统调试；4. 提交设计报告。摘 要5Abstract61 绪论71.1 研究的背景与意义71.2 设计的目的72 电路总体设计方案72.1 设计思路72.1.1 基本方案确立82.1.2 软硬件确立82.2 设计方框图83 系统硬件设计原理分析93.1 复位和时钟电路93.2 模拟信号输出电路设计103.2.1 显示电路的设计103.3 模拟信号输入电路设计113.3.1 内部信号输入113.3.2 外部信号输入113.4 单片机外围扩展电路134 系统软件设计原理分析134.1 电梯判决函数144.2 软件系统设计流程图154.3 keilc的编程和C语言的程序154.3.1 keilc编程的流程154.3.2 部分软件功能的程序164.4 系统程序主流程图175 系统调试185.1 硬件调试185.2 软件调试196 总结20参考文献21附录22摘 要随着国内经济的发展和人口的快速增长，我国城市化进程的脚步越来越快，使都市的建筑物普遍朝着高层化方向发展。电梯在我们日常生活中起着举足轻重的作用。电梯已不仅仅是一种生产环节中的重要设备，更是一种人们频繁使用的交通运输设备。最早使用的交流继电气控制因其线路复杂，维护工作量大，故障率高，可靠性差，不易改动等缺点，开发一种安全，高效的控制方式势在必行。而单片机控制系统不仅克服了以上缺点，还大大减低成本，提高了保密性和可靠性。因此，单片机控制系统应该得到应有的重视和推广。本文介绍一种采用单片机STC89C52芯片进行电梯控制系统的设计方法，主要阐述如何使用单片机进行编程来实现电子设计方法，利用单片机编程实现功能，简介而又多变的设计方法，缩短了研发周期，同时是电梯控制系统体积更小功能更强大。本设计实现了电梯控制系统所需的一些基本功能，能通过按键选择上下楼，通过数码管显示所在楼层，原理图采用DXP绘制，实现本次课程设计的要求。本次设计更注重了吧一些新的思路加入到设计中去，主要包括采用了STC89C52芯片，使用C语言进行编程，使其具有了更强的移植性，更加利于我们学习。关键词传送带 STC89C52 电梯控制系统 C语言AbstractWith the rapid growth of domestic economic development and population, our country city process in an increasingly fast pace, make urban buildings generally move in the high-risedevelopment direction. Elevator play a decisive role in our daily life. The elevator is not only an important equipment forproduction of transportation equipment, is a frequently used.The earliest use of the AC electrical control because of itscomplex lines, large maintenance workload, high failure rate,poor reliability, not easy to change such shortcomings, to develop a safe, efficient way to be imperative control. Single-chip microcomputer control system not only overcome the above shortcomings, but also greatly reduce the cost, improve the security and reliability. Therefore, the MCU control systemshould receive due attention and promotion. This paper introduces a design method using the STC89C52 chip to the elevator control system, describes how to usemicrocontroller programming to achieve the electronic design method, realizes the function of microcontroller programming,design method and changeable, shortens the developmentcycle, also is a smaller elevator control system, more powerful.Some of the basic functions of the design and implementation ofelevator control system is required to go downstairs, through the button to select, show where the floor through the digital tube, schematic and DXP is used to draw, to achieve therequirements of curriculum design. This design pays more attention to it some new ideas into the design, including the useof the STC89C52 chip, the use of C language programming,which has more transplantable, more conducive to our learning.Key word: STC89C52 The elevator control system C1 绪论1.1 研究的背景与意义电梯进入人们的生活已经有一个多世纪了，随着历史的发展电梯技术也在不断的进步。电梯的材质由黑色到彩色，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、按键操纵、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，智能控制；双层轿厢电梯展示出节约井道空间，提升运输能力的优势。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、关学等领域最新科研成果的新型电梯竞相问世，而且用于更多的方面，它以成为人类必不可少的垂直运输交通工具。1.2 设计的目的本课程的主要任务是完成一个电梯系统的调度模块，即通每层的按键使数码管显示相应的层数。通过此次设计要达到的目的有1、 学习单片机的相关知识，别且能熟练加以运用；2、 根据系统技术要求，进行系统硬件的总体方案设计；3、 能用汇编语言或者C语言实现电梯模拟控制；4、 能绘制电路图焊接电路板；2 电路总体设计方案2.1 设计思路电梯控制器有由电梯轿厢中的电路（电梯内部电路)，各个楼层的电路（外部电路）其他电路几部分组成。电梯在各个楼层的定位，本模型采用延时控制，相邻的两个楼层延时8ms。首先，对于实际的电梯进行模拟，一般情况下，一个电梯应该具备相关案件、二极管、数码管，由于这是一个调度模块，故没有设计具体的电机部分。然后，结合这些实物，选择适当的芯片，并分成若干模块，安排好各自之间的关系。由于有诸多按键和显示环节，而单片机的I/O口管脚资源有限，故需要I/O口扩展，用于管理二极管；同时要有专门的按键控制芯片，从而便于按键管理。再此我们选择74LS148芯片，接着来完成电路设计。关于软件部分：处于最低层的是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。然后是关于电梯调度时所遵循的原则，此设计必须基于人性设计。最后是汇编语言或者使用C语言将规定程序化，以便模拟电梯真正的运行。通过一次次调试，最终完成本次设计的要求。2.1.1 基本方案确立本设计采用STC89C52单片机作为核心，配以适当的接口作为输入输出通道。采用按键开关电路作为外呼内选呼叫控制，每层都有与按键相对应的二极管，显示给操作者，通过数码管显示楼层。在哪层有呼叫时数码管会变化，到达呼叫楼层时通过延时电路表示开关门，完成后等带下次呼叫。2.1.2 软硬件确立合理的硬件设计是一个设计成功的基石，所以在设计之初，我们便把自己的主要任务集中与筹划硬件的搭建工作，当然其中需要兼顾软件设计的需求。由于本设计模拟的楼层共有五层，其中需要的控制器件比较多，每层都需要有多个按键或者指示灯，而单片机的管脚资源有限无法满足需求，故需要想方法扩张单片机的I/O口。硬件部分主要有单片机及辅助电路组成电梯控制系统。单片机使用89C52，晶体振荡器用11.0592MHZ，电容（C4.C5）为30PF与晶体振荡器形成时钟电路。由10uF的电容（C3）和旁边的电阻（R8）和按钮（S3）构成复位电路。在软件部分中，主程序是控制电梯升降和在各个楼层间做短暂停留，中断程序做各个楼层间的信号处理和相应响应。2.2 设计方框图本设计的方框图如下图1所示，电路设置有复位电路，当电路复位后，由软件设置显示电路显示0，楼层感应电路立即把电梯所在的楼层通过89C52显示出来，若果有人在电梯外部呼叫，由外部呼叫电路把信号输入89C52，当电梯来到呼叫层通过延时电路表示电梯开关门操作。操作者通过通过内部按键，选择想要去哪层（实际这部分是通过按键控制想要到的层数，通过电机完成，但在这里不考虑电机部分。），到达所选层数时系统等待下次呼叫。系统正常工作有时钟电路来保证，显示电路实时显示电梯所在位置。图1电路总体方框图3 系统硬件设计原理分析3.1 复位和时钟电路复位电路如图2（左）所示。RST为89C52的9引脚，当按下S3后，由软件设置显示为0，并且等待楼层传感器读取数据。复位电路对于单片机系统非常重要，一个好的复位电路必须满足两点。其一，上电时有足够的有效复位电平时间，以便使CPU在晶振起震荡达到稳态后壳复位；其二，系统断电后，复位端能快速放电，以便系统在连续快速开关时能可靠复位。复位是使CPU和系统其他部件处于一个确定的初始状态，并从这个初始状态开始工作。时钟电路如图2（右）所示，XTAL1和XTAL2分别为89C52的19和18引脚。电路晶振采用11.0592MHz，从而保证正常工作。它是由一个晶振和两个小电容构成 ，时钟电路必须离单片机时钟引脚很近，切忌用长导线相连，这样不容易起晶振，通电后，单片机不会工作或者工作不稳定，例如不能正常复位，需要将外部电源随即通断几次，两个瓷片电容的放置最好也是紧靠晶振之后接地，否则可能会不稳定。图2复位（左）和时钟（右）电路3.2 模拟信号输出电路设计3.2.1 显示电路的设计由于在实际中，电梯外的显示和电梯内的显示所显示的数据是相同的，所以电路中只用一个显示代替，如图3所示。89C52的P0.0P0.7并行输出端分别接数码管的各个引脚。数码显示采用共阳数码管，其共阳端接高电平。通常所说的数码管是由七个发光二极管组成，因此也吃为七段数码显示器。此外，显示器中还有一个圆点型发光二极管，用于显示小数点。通过七个发光二极管亮暗的不同组合，可以显示多种数字、字母及其它符号。其排列形状如图3所示。图3数码显示电路3.3 模拟信号输入电路设计3.3.1 内部信号输入在图4中，采用P1.4-P1.0外接按键的并行输入方式，来输入呼叫信号，在电梯内部这五个按键分别代表5层输入呼叫信号。由于单片机复位后各端口输出高电平，当操作者呼叫按下相应层按键后，把该口拉制低电平，89C52可根据此电平执行相应层的操作。由于此设计为五层电梯，所以内部设为五个按键和五个发光二极管作为指示灯与之相对应。按键与P1口的P1.4-P1.0，指示灯与P3口的P3.7-P3.3相连。另外接上拉电阻和保护电阻。图4内部按键（左）和发按键显示光二极管（右）3.3.2 外部信号输入楼层间电梯电路是为要乘电梯的乘客设计的，在第一层只有上升按键，第五层只有下降按键二三四层各有上下两个按键。总计，八个按键，四上四下（图5上图所示），这几个按键连接到74LS148译码器，每个按键均需有一个发光二极管作为指示灯（图5下图所示），发光二极管与并行口P2的P2.0-P2.7连接。每个发光二极管都连接一个10K的电阻，保证单片机并行口可以承受，且发光二极管可以正常发光。如图5所示。图5上图按键图5下图按键显示发光二极管3.4 单片机外围扩展电路本次设计中为模拟五层电梯，其中需要的控制器件比较多，每层都需要有多个按键或者指示灯，而单片机的管脚资源有限无法满足需求，故需要想方法扩张单片机的I/O口，再设计中加入一个扩张电路尤为关键。图6为I/O扩展图。图6 I/O转换图4 系统软件设计原理分析从程序功能上来分，本设计的高层软件大概可以分为以下几类：一、运行与决策函数；二、中断处理函数；三、置位各状态变量函数；四、清除各状态变量函数。其中，第一类函数起作用于按键按下的时刻，当有按键按下时，以中断的方式发给单片机，此时，单片机即对程序中所有用到的各个状态变量进行置位，别且点亮相应的发光二极管，如果置位按键所对应的去向变量等，方便决策函数的使用。第二类函数的功能恰恰与第一类相反，这类函数起作用与电梯到达目标楼层时，这时函数负责把相关发光二极管熄灭，并且及时清除相关状态位，以免影响判别函数做出正确判断。第三类函数是程序的核心。它直接负责管理电梯下一次所要到达的楼层，并且要基于短时间、高效率、人性化等原则。每当电梯经过一楼层时，此函数即会被调用，即为下一个电梯要停留的目标楼层值。而从程序的层次上来分，又可分为位于最底层的芯片内部寄存器操作的基层程序和位于上层的应用程序。4.1 电梯判决函数（1）电梯所处状态的分类与判别这是整个程序成功运行的核心保障，在电梯经过一个楼层时，就会自动调用该函数，他的作用是基于短时间、高效率、人性化的基础上，合理智能的对电梯的运行进行调度，结合实际情况，最终得出电梯下一个目标停留层数。程序中将实际情况分为四种情况来判断：电梯上行且是去送人（此时电梯位于低层，而高层有人呼叫要上楼）、电梯下行且是去接人（即电梯此时位于底层，而高层有人呼叫要下楼)、电梯下行且是去送人（即电梯此时位于高层，而底层有人呼叫要下楼）、电梯下行且是去送人（即电梯此时位于高层，而低层有人呼叫要上楼）。而这四种情况，也就包含了实际电梯中的绝大部分情况。情况不同，分析的方法也当然不一样。而首先，我们要了解电梯时如何得知此时它是上面四种的哪一种情况的呢？这可以分为两个步骤：第一判断电梯是上行还是下行；第二：判断是去接人还是去送人。当然，第一个是最好判断的，因为电梯在运行时，有两个与楼层相关的变量，一个为当前所在楼层值，一个为目标楼层值，当电梯运行时，会让这两个值进行比较，看出电梯是上行还是下行。（2） 电梯各种情况下所对应的处理方法以电梯上行的两种状态为例。在实际应用中，最简单的情况莫过于电梯当前为闲置状态，延后有人按下按键呼叫，然后电梯便响应呼叫。但是，实际情况往往比这复杂的多，在第一个人按下电梯运行的过程中，还会有别人在不同楼层按下呼叫按键，那么就必须为电梯规定好一个特定的优先级规则，让其依据这个规则来运行，以免乱作一团。那么这个规则就必须要高效且人性化，在此，我们规定电梯上行时，均不理会那些按下行按键的顾客。并且，若在上行过程中，也有人在某层按的是上行按键，但是电梯此时已经走过了该层，那么电梯也不会理会它。当然，当将高层上行的人送至完毕后，电梯便会检测下行按键，若跟高层有人呼叫下行，则电梯会选择去响应他们，然后在下行的过程中依次响应按了下行处于等待中的人，最后送完后，再去响应那些上行过程中，处于电梯低层却按了上行的顾客。简单的说，若电梯处于上行状态，则在该过程中响应不同的人的优先级为：高层呼叫上行大于高层呼叫下行大于低层呼叫下行大于低层呼叫上行。4.2 软件系统设计流程图图7软件设计流程4.3 keilc的编程和C语言的程序4.3.1 keilc编程的流程第一步建立专案，就是建立新建文件夹保存模块的组件和参数的选择，以便仿真。第二步选择芯片，选择与设计电路图中相同的STC89C52单片机，为了仿真时参数相同。第三步编写程序，将编写好的程序另存为.c格式的文件，将成寻文件添加到新建的工程文件中，并更改设置调试时生成hex文件。第四部proteux和keilc的联调，实现单片机程序的同步运行。第五步实现电梯的部分仿真功能的仿真。仿真时打开的程序就是电梯在实际运行中的部分功能。4.3.2 部分软件功能的程序（1）延时部分void delay_ms(uint xms)/延时函数uint i,j;for(i=xms;i0;i-)for(j=110;j0;j-);（2）电梯等待程序void zhishideng()L5D=!down5;L4D=!down4;L3D=!down3;L2D=!down2;L1U=!up1;L2U=!up2;L3U=!up3;L4U=!up4;L1=!nei1;L2=!nei2;L3=!nei3;L4=!nei4;L5=!nei5;（3） 外部判断五楼按键程序if(temp=0x70&int1=0)delay_ms(8);temp=P3;temp=temp&0x70;if(temp=0x70&int1=0)L5D=0;down5=1;4.4 系统程序主流程图图8主程序流程图5 系统调试本次课程设计调试地点在工程训练中心415室，在软件和硬件设计完成后要进行调试，因为在程序设计过程中，难免会有疏漏的地方。5.1 硬件调试硬件调试是利用开发系统、基本测试仪器，检查用户系统硬件中存在的故障。硬件调试可分为静态调试与动态调试两步进行。静态调试静态调试是在用户系统为工作时的一种硬件检测。第一步：目测。检查外部的各种原件或者是电路是否有断电。第二部：给点检测，看电路板是否连接。第三步:联机检测，因为只有用单片机开发系统才能完成对用户系统的调试。动态调试动态调试是在用户系统工作的情况下，发现和排除用户系统硬件中存在的器件内部故障、器件连接逻辑错误的一种硬件检查。当调试电路时，与该元件无关的器件全部从用户系统中去掉，这样可以将故障范围限定在某个局部的电路上。当各个模块无故障后，将各电路逐块加入系统中，在对各块电路功能及电路间可能存在的相互联系进行调试。5.2 软件调试软件调试时通过对用户程序的汇编、连接、执行来发现程序中存在的语法与逻辑错误并加以排除纠正的过程。调试步骤（1） 将电路板接入电脑USB口。（2） 把