基于单片机的3层电梯设计

1、专业工程设计说明书题 目： 基于单片机的三层电梯控制 模型设计 院 （系）： 电子工程与自动化学院 专 业： 测控技术与仪器（卓越） 学生姓名： 冯学广 学 号： 指导教师： 黄源 2015年1月16日摘 要本次课设是硬件和软件的结合，硬件部分主要是有单片机最小系统模块、电梯内外电路按键矩阵键盘检测模块、电梯外请求发光二极管显示模块、楼层显示数码管块、电梯上下行显示模块等5部分组成。该系统采用单片机（STC89S52）作为控制核心，使用按键按下来改变电平，作为用户请求信息发送到单片机，单片机根据请求信息控制电梯停在目标楼层。软件部分使用C语言，利用查询方式来检测用户请求的按键信息，根据电梯运行

2、到相应的楼层时，模拟按键引起电平的变化，送到单片机来确定楼层数，并送到数码管来显示。关键字：STC89C52;LED;数码管；按键控制AbstractThis course is a combination of hardware and software, the hardware part mainly with single chip microcomputer minimum system module, inside and outside the elevator button matrix with keyboard detection circuit module, outsi

3、de the elevator request digital tube led display module, the floor piece of TDD, elevator has display module of five parts. The system USES single-chip computer (STC89S52) as control core, using key press down and change the level, as users request information sent to the single-chip microcomputer,

4、single chip microcomputer control the elevator stopped at the target floor according to the request information. Software part using C language, the use of a query to the detection of the key information user requests, the operation of the elevator to the appropriate floor, simulation button cause t

5、he change of the level, to the single chip microcomputer to determine the floor number, and send to the digital tube to display.Key words:STC89C52；LED；digital display；the key control目 录引言11 设计任务书11.1 设计任务与要求11.2 本次课设运用到的知识点12 方案论证及选择22.1 方案一22.2 方案二22.3 方案的论证和选择22.4 系统框图23 设计方案及器件介绍23.1 设计方案介绍23.2 主

6、要器件介绍33.2.1 AT89S51单片机33.2.2 一位共阴数码管44 硬件电路设计44.1 单片机控制电路44.2 内部晶振电路54.3 复位电路54.4按键控制电路64.5 LED指示灯电路64.6 电源接口电路74.7 数码管显示电路75 软件编程设计85.1 程式流程图86 调试96.1 调试的方法与过程96.2 调试中遇到的问题107 结论107.1 电路设计总结107.2 软件设计总结10谢 辞12参考文献13附 录14引言随着城市建设的不断发展，城市迅速的崛起，高层建筑的不断增多，电梯作为高层建筑中垂直运行的交通工具已与人们的日常生活密不可分。它是采用电力拖动方式，将载有乘

7、客或货物的轿厢，运行于垂直方向的两根刚性导轨之间，运送乘客和货物的固定式提升设备。所以，电梯是为高层建筑运输服务的设备，它具有运送速度快、安全可靠、操作简便的优点. 但传统的电梯控制系统主要采用继电器-接触器进行控制，其缺点是触点多，故障率高、可靠性差、维修工作量大等，而采用PLC组成的控制系统可以很好地解决上述问题，使电梯运行更加安全、方便、舒适。目前电梯的控制普遍采用了两种方式，一是采用微机作为信号控制单元，完成电梯信号的采集、运行状态和功能的设定，实现电梯的自动调度和集选运行功能，拖动控制则由变频器来完成；第二种控制方式用可编程控制器取代微机实现信号控制。从控制方式和性能上来说，这两种方

8、法并没有太大的区别。PLC可靠性高，程序设计方便灵活。1 设计任务书1.1 设计任务与要求1、掌握单片机最小系统的设计方法；2、掌握数码管动态扫描原理与实现方法；3、掌握矩阵键盘的工作原理和使用方法；4、利用51单片机设计三层电梯的控制模型；5、利用按键和数码管实现对电梯的控制和运行模拟：包括电梯上升、下降、开门、关门、对按键的响应、故障紧急求救等；6、实现合理的电梯调度方案。1.2 本次课设运用到的知识点本次控制系统所用到的是单片机（AT89S52）,按键来控制电平的变化，而用户可以控制按键，以此来操作电平的变化，并送入给单片机，单片机通过处理用户请求的信息而控制电梯所要到达的楼层数。在软件

9、方面，主要是使用C语言，利用查询方式来检测用户请求的按键信息，根据电梯运行到相应楼层时，模拟按键引起电平的变化，送到单片机计数来确定楼层数，并送到数码管进行显示。2.方案论证及选择2.1 方案一LED指示灯三片单片机分别控制1、2、3楼（副）一片单片机（主控制器）按键输入主副控制器通讯数码管图2.1方案一的总体框图LED指示灯2.2 方案二P1、P3口接LEDAT89S52单片机P2接2*5矩阵键盘按键输入数码管P0接数码管图2.2方案二的总体框图2.3 方案的论证和选择通过比较可以知道，方案一的空制系统虽然简单明了，各个系统之间相互独立也便于维护和修检，但是适用于多层电梯，并且此系统使用单片

10、单片机联调，相对来说方案二比较复杂。而方案二的控制系统适用于比较简单的电梯控制系统，因为这次设计的内容是三层电梯控制系统，所以选用方案二。2.4 系统框图本系统以单片机为核心，通过扫描键盘点亮相应的指示灯，数码管显示实时楼层，单片机通过扫描按键指示灯来读取请求，根据所在楼层的不同，进行不同的分析、调度，然后做出正确的响应，更新状态并在指示灯和数码管上显示出来。系统结构如图2.2所示。3 设计方案及器件介绍 3.1 设计方案介绍 在工业上，多采用可编程控制器或微型计算机实现电梯逻辑控制，可编程控制器抗干扰性强，但针对性强、价格较贵，为实现电梯控制的模拟，本设计采用单片机为控制中心，针对所在的不同

11、楼层分别进行合理的调度。设计中按键用于给用户发出服务请求，LED电路用于显示请求状态及电梯运行状态、数码管显示电路来显示实时楼层，而电梯上升或下降的过程则通过定时来模拟。3.2 主要器件介绍3.2.1 AT89S51单片机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。单片机引脚图如图3.1所示。（1）主要特性4K字节可编程FLASH存储器(寿命：1000写/擦循环) 全静态工作：0Hz-33MHz 三级程序存储器保密锁定 128*8位内部RAM 32条可编程

12、I/O线 两个16位定时器/计数器 6个中断源 可编程串行通道 低功耗的闲置和掉电模式 内振荡器和时钟电路（2）管脚介绍VCC：供电电压。 GND：接地。 P0：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，作为普通IO口使用需要外加上拉电阻P1：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。P2：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。P3：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。RST：复位输入。PSEN：外部程序存储器的选通信号。EA/VPP：当EA保持低电平时，访问外部程序存

13、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。图3.1 AT89C51单片机图3.2.2 一位共阴数码管共阴数码管就是把数码所有的阴极都接到一个公共点com，每个数码的阳极是a,b,c,d,e,f,g,dp。数码管及引脚如图3.2所示。图3.2 数码管图4 硬件电路设计4.1 单片机控制电路由单片机的P0口控制数码管的位码和按键，P1口控制ADC0809数据的读取，P2口控制数码管的段码，P3口控制ADC0809的工作状态，单片机控制如图4.1所示。图4.1 单片机控制电路图4.2 内部晶振电路晶振的选择和单片机内部振荡电路有关，否则不能正

14、常振荡是给单片机提供工作信号脉冲的，这个脉冲就是单片机的工作速度，我选择的两个电容是20pF，晶振电路产生12MHz的频率供单片机使用。晶振电路如图4.2所示。图4.2 晶振电路图4.3 复位电路 该电路采用手动复位，手动按钮复位需要人为在复位断REST上输入高电平。这次采用一般的方法，在REST端和电源VCC之间接一个按钮。当人为按下按钮时，则VCC的+5V电平就会直接加到REST端。复位电路如图4.3所示。图4.3 复位电路图4.4按键控制电路该矩阵键盘接上电阻，主要是提高抗干扰的能力，也可以不加。接线时P2.0、P2.1接矩阵的行线，P2.2P2.6接列线。编写程式的时候采用行扫描法，先

15、扫描第一行，给第一行送高电平，若列线中有高电平存在，说明有按键按下；若列线中均为低电平，说明没有按键按下。有按键按下后，还要有延时来消除键抖动，再判断是否有键按下，在求出按下的键的值。矩阵按键控制电路如图4.4所示。图4.4 矩阵按键电路图4.5 LED指示灯电路由于LED灯是接在P1、P3口上，所以一定要接上一个电阻来起到保护的作用，LED灯的电路如图4.5所示。图4.5 LED电路图4.6 电源接口电路用一个自锁开关来控制是否给电路板通电，用一个LED灯来判断出是否通电，电源接口电路如图4.6所示。图4.6 电源接口电路图4.7 数码管显示电路这次的课设采用共阴数码管来显示楼层，来三极管来

16、驱动数码管，单片机的输出电流很小，可能达不到驱动数码管的要求，即使能够驱动数码管，电流小，所以数码管的显示也会变得很暗，效果不明显。加了一个是三极管来放大电流就能够驱动数码管了，而且数码管的亮度也会达到要求了。显示电路如图4.7所示。图4.7 数码管显示电路图5 软件编程设计5.1 程序流程图电梯有三层，默认楼层时第一层，需要对每一层的要求应该考虑清楚，每一层楼有它的上下楼的问题，以及它自身所处的状态。到达目标楼层时需要时间的，要定时，还要中断服务程序。程序流程图如图5.1和图5.2所示。 初始化（设定电梯初始状态和定时器初值）显示当前楼层now、扫描键盘now=2请求分析程序now=3请求分

17、析程序now=1的请求分析程序now=3？now=1?？now=2?？等待中断YYYNNN开始电梯动电梯动电梯动图5.1主程序流程图N中断产生重装初值，中断次数tn加1tn=40？tn=0，更新now值(即当前楼层数)当前楼层now为目标层？YN停下来，等待一会，熄灭相应的指示灯中断返回Y图5.2中断程序服务流程图6 调试6.1 调试的方法与过程画好PCB图，并按照PCB图做好电路板，对照电路板焊接好元器件，就可以进行调试了。(1)首先用万用表测腐蚀后的电路板是否用有短线；(2)焊好元器件后，用万用表来测是否有虚焊以及有些地方是否会有短路现象：(3)当硬件设施确定没出问题后，用keil和pro

18、gisp软件将事先写好的程序下载进单片机中；(4)当程序下载到单片机后，并给其5V的电源，这时一定要注意不要把电源的正负极接反了，否则电路板可能会被烧坏。先看第一行的键，有一楼外面向上的键，有二楼向上向下的键，有三楼向下的键以及紧急按键。先复位，按下一楼向上的键，由于一楼是默认的楼层，所以除了那个按键会有个其他键的灯闪烁表示开门；再按下二楼的向上键，开始时表示箭头向上的灯以及表示电梯运行状态的向上的那个的灯那也会亮和表示他本身的那个灯也会亮，过了一会儿，开始键会闪烁且数码管显示2，过了一会儿灯全灭；同理其他的按键能出现相应的功能的情况就说明第一行按键是好的。再扫描第二行的按键，它所对应的一楼，

19、二楼，三楼的按键，先复位，由于默认是一楼，按下一楼的键，开始键是不会亮的，按二楼，对应的灯会亮，开始键会闪烁并且数码管显示2，三楼的同理，还有其他两个开门关门的键所对应的功能相对来说简单，所以出不来时，在程序里修改一下就会出来了；(5)如果上述情况都实现了，说明电路板和软件都成功了。6.2 调试中遇到的问题(1)焊好电路板好，接上+5V的电源后，连电源指示灯都没有亮，用万用表测接电源线的地方显示电压是没有问题的；后来经过检查，发现是离电源线不远的地方有一个焊接点没有接上所以才导致整块电路板没有供上电，焊接好后就能正场工作了。(2)下载好程式后，发现那些按键对应的功能根本不是自己所设想的那样，第

20、一反应是检查电路板，确认电路板没问题后就可能是软件的问题了，最后发现是扫描按键是所赋予的值给错了，把它修改过来就能实现所对应的功能了。(3)同样的，开始时。LED指示灯所对应的按键也是有点乱的，这一次同样是软件里的问题，改正过来就可以实现了。(4)在这过程中，还遇上了一些小问题，并且最后把它解决。7 结论7.1 电路设计总结本系统的硬件结构简明、清晰，但在调试过程中还是发现很多的问题，分析这些问题后发现，电路设计、制作过程中需注意很多问题。首先，在划分系统模块、确定各模块实现的电路形式时，不但要考虑控制芯片的控制I/O口个数、特点，还应根据系统运行时的环境和具体情况来选择与之最合适的电路形式和

21、元件；其次，在设计过程的每一步时，都应该考虑如何设置才能便于后续的工作及最终的调试和操作；此外，在确定各个模块的电路后，应对电路某些关键的参数进行分析，结合实际与理想的区别，进行合理的设置。7.2 软件设计总结本系统设计的关键和难点就是电梯动作的调度程序，正因如此，在设计和调试程序的过程中，获益匪浅。首先，在对设计所要模拟、实现的内容分析时，不但要全面考虑各种情况，而且，还要准确的把握这些不同情况的规律以及所遵循的统一原则，如本电梯控制模型设计中就应该考虑到不同情况下对相同请求的响应的差别、相同情况下对不同请求响应的区别，而且，要从中找出其“顺路”的请求先响应的原则、规律；其次，编写程序代码时

22、，要养成良好的编程习惯，有好的设计风格，关键性语句加注释，使程序可读性强，也便于后续的查错、调试；再者，在写到条件、循环语句时，要考虑全面，以免逻辑错误或死循环；此外，对于用到的状态变量和控制变量，应进行初始化，以免默认的初始化值与预想的不一致。这次课设让我懂得了通过软硬件结合区实现一些功能的好处，软件比较灵活，硬件没有问题的话主要是靠软件的调试去实现相应的功能，所以以后还是要多掌握编程的方法。谢 辞本次课设是三周的时间，刚拿到题目的时候没有什么思路，而且前两周的时候还有一门课没有结课以及要备考几门科目，所以在那一段时间里都是断断续续查找资料，所幸的是现在电梯的普遍性，关于电梯的资料还是有很多

23、的，通过上网查资料和看书，关于怎样设计电路有了清晰的思绪，画好原理图后就开始写程序，但是还是有几个关键点是不懂的，感谢黄源老师的指导，帮我解决了几个技术性的问题，包括软件和硬件方面的。感谢本班胡世明同学，林兴映同学他们帮我改了一些程序上的错误，让我板子上的一些功能得以实现，还有其他同学的帮助，因为有你们，我的课设才会完成的更好。参考文献1 谭浩强.C程序设计(第四版)M.北京:清华大学出版社.2010.2 朱定华,戴颖颖.单片微机原理、汇编与C51及接口技术M.北京:清华大学出版社.2010.3 郭天祥.51单片机C语言教程M.北京:电子工业出版社.2008.附 录1 原理图2 PCB图3 实

24、物图3.1 正面图3.2 反面图3.3 正在工作中的电路板的图4 元器件清单5 程式while(1) display(now); /显示初始（1层）楼层 if(P2!=0xfc) /有键按下则扫描 delay(20); if(P2!=0xfc) keyscan(); while(now=1) /1楼的分析程序 display(now); if(UP2=1) TR0=1; DNO=1; /向上 flag=1; floor=2; else if(F2=1) TR0=1; DNO=1; /向上 flag=1; floor=2; else if(DN2=1) TR0=1; DNI=DNO=1; /向上 flag=1; floor=2; else if(F3=1) TR0=1; DNO=1; TR0=1; floor=3; flag=1; else if(DN3=1) TR0=1; DNI=DNO=1; TR0=1; floor=3