嵌入式课程设计-电梯控制系统

软软 件件 学学 院院 课程设计报告书课程设计报告书 课程名称 嵌入式系统 设计题目 模拟电梯控制系统 专业班级 学 号 姓 名 指导教师 2014 年年 6 月月 目录目录 1 设计时间 1 2 设计目的 1 3 设计任务 1 4 设计内容 1 4 1 总体方案设计 1 4 1 1 需求规定 2 4 1 2 核心部件选型 3 4 1 3 系统开发环境 4 4 2 硬件设计 4 4 2 1 硬件开发环境简介 4 4 2 2 硬件模块设计 4 4 3 软件设计 6 4 3 1 软件开发环境介绍 6 4 3 2 主程序设计及流程图 7 4 3 3 中断程序设计及流程图 7 4 3 4 软件设计 8 5 总结 10 参考文献 11 1 1 设计时间设计时间 2014 年 6 月 16 日 2014 年 6 月 23 日 2 设计目的设计目的 本课程设计是学习 嵌入式系统 课程后必要的实践教学环节 是检验学生是否 掌握相关专业课程知识的重要手段 以学生为主体 充分调动学生的积极性和创造性 重视学生实际动手能力的培养 课程设计通过使学生加深理解 巩固课堂教学和平时 实验内容 本次课程设计师利用嵌入式系统所学的知识 设计一个模拟电梯控制系统 3 设计任务设计任务 模拟电梯系统的设计要求如下 1 通过键盘输入层数 输入之后 LED 小灯从当前位置向上或向下运行 2 运行到对应的楼层 数码管显示楼层号 3 LED 灯表示运行楼层 4 数码管数字大小的增减表示向上 向下 4 设计内容设计内容 本文根据 AT89S51 单片机 利用键盘 开关 数码管和 LED 模拟实现八层电梯 的控制 并且有像电梯的运行功能 软件利用 C 语言 通过检测用户请求的按键信息 通过键盘输入层数 输入之后 LED 小灯从当前位置向上或向下运行 运行到对应的楼 层 数码管显示楼层号 LED 灯表示运行楼层 数码管数字大小的增减表示向上 向 下 硬件设计简单可靠 结合软件 基本实现了八层电梯运行的模拟 4 1 总体方案设计总体方案设计 通过使用电脑的软件 我们很方便的就可以通过电脑 AT89S51 单片机进行对其的 控制 然后并完成对 LED 灯 矩阵键盘 和显示器的控制 当按了电梯相应的层数时 小灯从当前位置上升或下降的过程 同时数码管显示相应的电梯层数 模拟电梯的运 动过程 步进电梯功能模块图如图 4 1 所示 2 电梯功能模块 按键 输入 模块 八段 数码 管模 块 中端 服务 模块 L E D 显示 模块 图 4 1 步进电梯功能模块图 4 1 1 需求规定 用键盘 按钮 八段码和 LED 模拟电梯工作过程 楼层设为 8 层 键盘数字键 1 8 用来键入希望停的楼层 8 个 LED 显示希望停的楼层 八段码指示电梯当前所在 楼层 按扭用来启 停电梯 电梯正常运行时以每 2 秒 1 层的速度上升或下降 要求 电梯 能按以下方式运行 1 设当前电梯停在某层 八段码显示相应楼层 8 个 LED 全灭 键入 1 8 数字键 如键入的数字与当前电梯停层同 则不发生任何动作 若不同则相应楼层的 LED 亮 如再按运行键 则电梯自动判别上升或下降 在运行过程中八段码显示楼层 变化 一直到达希望停的楼层 八段码显示该楼层 相应 LED 灭 2 设当前电梯正在上升或下降运行 此时八段码显示楼层变化 LED 指示希 望抵达的楼层 若键入新的希望停的楼层数字 相应的 LED 亮 则对同方向 上升 或下降 未到的楼层能停 对其他情况则先停原希望停的楼层 然后按运行键后继续 进行 如下几例 a 设电梯当前在 2 层 向上运行 LED 指示希望在 6 层停 此时 若键入 4 则电梯将在 4 层停 若再按运行键 则继续运行至 6 层停 b 同上情况 若键入的不是 4 而是 8 则电梯将先停在 6 层 再按运行键 运行至 8 层停 c 同上 情况 若键入的不是 4 或 8 而是 1 则电梯先停在 6 层 再按运行键 运行至 1 3 层停 电梯状态的介绍 1 当电梯主体由低楼层向高楼层运动时 称为上升状态 2 当电梯主体由高楼层向低楼层运动时 称为下降状态 3 当电梯主体到达了某个乘客所希望到达的楼层 以下简称目标楼层 后 在系统中 仍然有使用它的请求存在 称为暂停状态 4 当电梯主体到达目标楼层后 在系统再也没有使用它的请求存在 称为停止状 态 5 当乘客进入电梯主体后 使用梯内控制器向系统发送到达其它楼层的请求时 称为楼层请求发送状态 6 当电梯正在运行时 产生了停电条件 此时称为停电状态 4 1 2 核心部件选型 1 AT89S51 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 4 1 3 系统开发环境 4 开发环境搭建步骤 1 根据需求确定开发工具 2 认识并了解开发板 3 根据项目要求 配置嵌入式操作系统 4 配置主机环境 安装 LINUX 5 在主机上制作交叉工具链 制作调试器 GDB 6 使用制作好的交叉工具链在主机上对 BootLoader 进行交叉编译 形成可执行 的 BootLoader 镜像文件 通过 FLASH 编程器把该 BootLoader 镜像文件烧写到目标板 上的 FLASH 中 7 在主机上配置串口终端 使用串口线 连接主机和目标板的串口 8 在主机上进行应用程序源代码编写 然后在主机上进行源代码的编写 然后在 主机上通过交叉编译 形成可执行程序 把该可执行程序下载到目标板上 然后在目 标板上启动该程序 4 2 硬件设计硬件设计 4 2 1 硬件开发环境简介 EELiod270 教学开发平台基于 Intel XSCALE 架构最新的 PXA270 嵌入式微处理器 最高主频可达 520MHz 可运行 Linux 和 Linux 2 6 11 的 Linux 的操作系统 支持 Tiny X QT E 等 GUI 嵌入式图形用户界面 提供完整的驱动和应用程序 同时还可 以支持最新的 Windows CE 5 0 NET 操作系统 4 2 2 硬件模块设计 1 按键输入模块电路图如图 4 2 所示 5 图 4 2 按键输入模块电路图 2 数码管模块图如图 4 3 所示 图 4 3 八段数码管电路图 6 3 LED 显示模块图如图 4 4 所示 图 4 4 LED 显示模块电路图 4 3 软件设计软件设计 4 3 1 软件开发环境介绍 ADS 集成开发环境是 ARM 公司推出的 ARM 核微控制器集成开发工具 英文成 熟版本为 ADS1 2 ADS1 2 支持 ARM10 之前的所有 ARM 系列微控制器 可以在 Windows98 Windows XP Windows2000 以及 RedHat Linux 上运行 全称为 ARM Developer Suite 他的功能非常强大 他的前身是 SDT SDT 是 ARM 公司几年前的开 发环境软件 目前 SDT 早已经不再升级 ADS 包括了四个模块分别是 SIMULATOR C 编译器 实时调试器 应用函数库 ADS 的编译器调试器较 SDT 都 有了非常大的改观 ADS1 2 提供完整的 WINDOWS 界面开发环境 C 编译器效率极 高 支持 c 以及 c 使工程师可以很方便的使用 C 语言进行开发 提供软件模拟仿 真功能 使没有 Emulators 的学习者也能够熟悉 ARM 的指令系统 配合 FFT ICE 使用 ADS1 2 提供强大的实时调试跟踪功能 片内运行情况尽在掌握 ADS1 2 需要硬件支持 才能发挥强大功能 目前支持的硬件调试器有 Multi ICE 以及兼容 Multi ICE 的调试工 具如 FFT ICE ADS 由命令行开发工具 ARM 实时库 GUI 开发环境 Code Warrior 和 AXD 适用程序和支持软件组成 7 4 3 2 主程序设计及流程图 主程序流程图如图 4 5 所示 图 4 5 主程序流程图 4 3 3 中断程序设计及流程图 判断中断服务子程序流程图如图 4 6 所示 图 4 6 判断中断服务子程序流程图 软件方面主要是应用了 USB 下载驱动软件和 STC ISP 下载软件以及 keil 开发软 件 USB 下载驱动软件的下载 主要是记住 com 借口 烧写程序时要选择要烧写的端 8 口 STC ISP 下载软件主要是程序的编写及编译等 而 keil 开发软件主要将程序烧进 开发板 使开发板实现想要的结果 4 3 4 软件设计 include unsigned char code dofly table 8 0 xf9 0 xa4 0 xb0 0 x99 0 x92 0 x82 0 xf8 0 x80 void DelayUs2x unsigned int t while t 楼层变换延时 void DelayMs unsigned char t while t DelayUs2x 245 DelayUs2x 245 按键延时函数 void show unsigned int i P0 dofly table i 1 数码管 P1 0 xff j i i show i DelayUs2x 60000 show i DelayUs2x 60000 10 5 总结总结与展望与展望 这次课程设计 是我们第一次自己动手使用开发板做设计 从开始的遇到很多问 题到最后的逐一解决 在这个过程中 我们学到了很多课本上学不到的东西 通过自 己动手实践 自己觉得将以前学的知识有了更深刻的认识 并且有很多之前不了解的 东西也通过请教同学和自己查资料得到了想要的答案 在这样的过程中 感觉自己提 高了很多 当然设计中还遇到了一些问题 比如 当输入的楼层有多个时 因为缓存数组 只有八个 所以会有丢失数据的现象 后来请教同学得到了正确的解决办法 缓存用 链表来存数据 这样既可以避免数据丢失 而且在用完一个数据后可以及时释放 避 免了空间的浪费 自己做的东西在开发板上运行出来的时候 像是将抽象的知识具体化了 使我们 对自己做的题目的实现过程认识的更加深刻 此外 虽然做到了题目要求的功能 但 是还远远不够 程序还是可以改进的更完善 通过这次课程设计 是我们体会到自己动手才能真正掌握 每一次动手做课设 既是对自己的锻炼 又是对自己的检验