畢業(yè)設(shè)計（論文）-基于單片機的電梯控制系統(tǒng)設(shè)計.doc

目目 錄錄 摘摘 要要ii abstractiii 1 1 緒論緒論1 1.1 課題的背景簡介1 1.1.1 電梯的歷史與發(fā)展1 1.1.2 基于單片機電梯控制的優(yōu)勢1 1.2 課題的主要研究內(nèi)容及設(shè)計步驟2 2 2 單片機概述單片機概述.3 2.1 單片機簡介.5 2.2 單片機的特點.6 2.3 單片機的應(yīng)用領(lǐng)域.6 2.4 單片機的發(fā)展趨勢.7 2.5 單片機的主要生產(chǎn)廠家和機型.8 3 3 硬件系統(tǒng)實現(xiàn)硬件系統(tǒng)實現(xiàn).10 3.1 功能模塊圖.10 3.2 at89s51 芯片10 3.3 鍵盤矩陣電路的設(shè)計14 3.4 單片機最小系統(tǒng)設(shè)計.15 3.5 顯示電路設(shè)計16 3.6 電機正反轉(zhuǎn)控制.17 基于單片機的電梯控制設(shè)計 ii 3.7 設(shè)計電路及連線.17 4 4 軟件設(shè)計軟件設(shè)計.19 4.1 軟件功能描述19 4.2 流程圖設(shè)計20 4.3 程序設(shè)計21 4.3.1 程序初始化21 5 5 系統(tǒng)調(diào)試系統(tǒng)調(diào)試.32 5.1 硬件調(diào)試.32 5.2 軟件調(diào)試.33 致致 謝謝.35 參考文獻參考文獻.36 基于單片機的電梯控制設(shè)計 iii 基于單片機的電梯控制設(shè)計 摘摘 要要 隨著現(xiàn)代城市的發(fā)展，高層建筑日益增多，電梯成為人們?nèi)粘Ｉ畋夭豢缮俚?代步工具。電梯性能的好壞對人們生活的影響越來越顯著，因此必須努力提高電梯 系統(tǒng)的性能，保證電梯的運行既高效節(jié)能又安全可靠。傳統(tǒng)的電梯控制系統(tǒng)采用的 是繼電器邏輯控制電路，這種控制易出故障，維護不便，運行壽命短，占地空間大， 正逐步被淘汰。 單片機即單片微型計算機（single-chip microcomputer） ，是集 cpu ，ram ，rom 定時，計數(shù)和多種接口于一體的微控制器。其中 51 單片機是各種單片機中 最為典型和最有代表性的一種,廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域.電梯是集機械原理應(yīng)用、電氣 控制技術(shù)、微處理器技術(shù)、系統(tǒng)工程學(xué)等多學(xué)科和技術(shù)分支于一體的機電設(shè)備，它 是建筑中的永久垂直交通工具。 本論文選擇 82c51 為核心控制元件，設(shè)計了一個六層電梯系統(tǒng)，使用單片機匯 編語言進行編程，實現(xiàn)運送乘客到任意樓層，并且顯示電梯的樓層和上下行。利用 單片機控制電梯有成本低，通用性強，靈活性大及易于實現(xiàn)復(fù)雜控制等優(yōu)點。 關(guān)鍵詞 單片機單片機/ /電梯電梯/ /控制控制 基于單片機的電梯控制設(shè)計 iv design of elevator cortrolling equipment based on single-chip microcomputer abstract with the development of modern cities, an increasing number of high-rise building, elevator become an indispensable means of transport of daily life. the quality of the lift performance of the impact on peoples lives becoming more and more obvious, it must strive to improve the performance of elevator systems, and ensure the operation of the lift is safe, reliable and energy efficient. the traditional elevator control system uses logic of the relay to control circuit, this kind of controls easily to be crash, maintains inconveniently, the movement life is short, and that occupying a large area of space, it being eliminated gradually. microcontroller that microcomputer (single-chip microcomputer) gathering cpu, ram, rom, the timing, number and variety of interface integrated microcontrollers. 51 various scm scm is the most typical and most representative of a widely used in various fields. elevator is the application of the principle set machinery, electrical control technology, microprocessor technology, systems engineering and other technical disciplines and branches of the integration of mechanical and electrical equipment, which is building a permanent vertical transport. this paper chooses 82c51 control of the core components, designed a new 8 storey lift systems, using single-chip assembly language programming, transporting passengers arrived a floor, it also shows the elevator floor and downlink. scm control elevators low cost, versatility, flexibility and ease of large complex control advantages. key words single-chip，microcomputer elevator，control 基于單片機的電梯控制設(shè)計 1 1 緒論緒論 1.11.1 課題的背景簡介課題的背景簡介 1.1.11.1.1 電梯的歷史與發(fā)展電梯的歷史與發(fā)展 電梯進入人們的生活已經(jīng) 150 年了生活在繼續(xù)，科技在發(fā)展，電梯也在進步。 150 年來，電梯的材質(zhì)由黑白到彩色，樣式由直式到斜式，在操縱控制方面更是步 步出新手柄開關(guān)操縱、按鈕控制、信號控制、集選控制、人機對話等等，多臺 電梯還出現(xiàn)了并聯(lián)控制，智能群控；雙層轎廂電梯展示出節(jié)省井道空間，提升運輸 能力的優(yōu)勢；變速式自動人行道扶梯的出現(xiàn)大大節(jié)省了行人的時間；不同外形 扇形、三角形、半菱形、半圓形、整圓形的觀光電梯則使身處其中的乘客的視線不 再封閉。如今，以美國奧的斯公司為代表的世界各大著名電梯公司各展風(fēng)姿，仍在 繼續(xù)進行電梯新品的研發(fā)，并不斷完善維修和保養(yǎng)服務(wù)系統(tǒng)。調(diào)頻門控、智能遠程 監(jiān)控、主機節(jié)能、控制柜低噪音耐用，一款款集納了人類在機械、電子、光學(xué)等領(lǐng) 域最新科研成果的新型電梯競相問世，冷冰冰的建筑因此散射出人性的光輝，人們 的生活因此變得更加美好。 中國最早的一部電梯出現(xiàn)在上海，是由美國奧的斯公司于 1901 年安裝的。1932 年由美國奧的斯公司安裝在天津利順德酒店的電梯至今還在安全運轉(zhuǎn)著。1951 年， 黨中央提出要在天安門安裝一臺由我國自行制造的電梯，天津從慶生電機廠榮接此 任，四個月后不辱使命，順利地完成了任務(wù)。十一屆三中全會后，沐浴著改革開放 的春風(fēng)，我國電梯業(yè)進入了高速發(fā)展的時期。在我國任何一個城市，電梯都在被廣 泛應(yīng)用著。電梯給人們的生活帶來了便利，也為我國現(xiàn)代化建設(shè)的加速發(fā)展提供了 強大的保障。電梯是高層建筑中安全、可靠、垂直上下的運載工具，對改善勞動條 件、減輕勞動強度起到很大的作用。電梯的應(yīng)用范圍很廣，可用于賓館、飯店、辦 公大樓、商場、娛樂場所、倉庫以及居民住宅大樓等。在現(xiàn)代社會中，電梯已成為 人類必不可少的垂直運輸交通工具。 1.1.21.1.2 基于單片機電梯控制的優(yōu)勢基于單片機電梯控制的優(yōu)勢 傳統(tǒng)的電梯運行邏輯控制系統(tǒng)采用的是繼電器邏輯控制線路。采用這種控制線 路,存在易出故障、維護不便、運行壽命較短、占用空間大等缺點。 基于單片機的電梯控制設(shè)計 2 目前，由可編程控制器（plc）或微型計算機組成的電梯運行邏輯控制系統(tǒng)， 正以很快的速度發(fā)展著?？删幊炭刂破鳎俏C技術(shù)與繼電器常規(guī)控制技術(shù)相結(jié)合 的產(chǎn)物，是在順序控制器和微機控制器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型控制器，是一種以 微處理器為核心用作數(shù)字控制的專用計算機，它有良好的抗干擾性能，適應(yīng)很多工 業(yè)控制現(xiàn)場的惡劣環(huán)境，所以現(xiàn)在的電梯控制系統(tǒng)主要還是由可編程控制器控制。 但是由于 plc 的針對性較強，每一臺 plc 都是根據(jù)一個設(shè)備而設(shè)計的，所以價格 較昂貴。而單片機價格相當便宜，如果在抗干擾功能上有所提高的話完全可以代替 plc 實現(xiàn)對工控設(shè)備的控制。當然單片機并不象 plc 那么有針對性，所以由單片機 設(shè)計的控制系統(tǒng)可以隨著設(shè)備的更新而不斷修改完善，更完美的實現(xiàn)設(shè)備的升級。 電梯控制系統(tǒng)是比較復(fù)雜的一個大型系統(tǒng)，在計算機誕生的幾十年里，繼電器 控制系統(tǒng)為電梯控制的發(fā)展做了巨大的貢獻，但在性能上和 plc 還是有本質(zhì)上的差 距。在科技的不斷發(fā)展下，單片機控制系統(tǒng)很快可以解決抗擾性，成為方便有效的 電梯控制系統(tǒng)。 1.21.2 課題的主要研究內(nèi)容及設(shè)計步驟課題的主要研究內(nèi)容及設(shè)計步驟 本課題的主要任務(wù)是完成一個電梯系統(tǒng)調(diào)度的仿真，即根據(jù)每個樓層不同顧客 的按鍵需求，讓電梯做出合理的判斷，正確有效地知道電梯完成各項載客任務(wù)，并 施至以單片機上進行模擬仿真。根據(jù)此任務(wù)，本課題需要研究的內(nèi)容有： 1、根據(jù)系統(tǒng)的技術(shù)要求，進行系統(tǒng)硬件的總體方案設(shè)計； 2、學(xué)習(xí)單片機的相關(guān)知識，并且加以運用； 3、研究單片機匯編語言，并且規(guī)定電梯的工作規(guī)則，加以實現(xiàn)； 4、對軟件和硬件進行調(diào)試，讓其協(xié)調(diào)工作，完成指定任務(wù)。 結(jié)合以上內(nèi)容設(shè)計思路可以歸納如下 本次設(shè)計的基本思想是采用 at89c51 單片機作為核心，利用其豐富的 i/o 接口 與外圍電路配合進行控制。采用定時器延時來控制電梯的位置校驗，采用 8 位 led 靜態(tài)顯示來實時顯示電梯所在樓層，并用 74ls245 來驅(qū)動 led 顯示。采用行列式鍵 盤矩陣作為外呼內(nèi)選電路，由于是 6 層樓，故選用 44 矩陣鍵盤。當電梯到達目的 樓層時電機停止，此時即可進、出乘客，乘客進入電梯之后可選擇去哪一層，然后 電梯根據(jù)乘客的選擇判斷去哪一層，繼續(xù)運行。通過單片機控制電梯在上升過程中 基于單片機的電梯控制設(shè)計 3 只響應(yīng)上升呼叫，下降過程中只響應(yīng)下降呼叫。電梯的正常運行通過單片機的控制 來實現(xiàn)。 本課題的設(shè)計方案步驟如下： 關(guān)于硬件部分： 首先，對實際的電梯系統(tǒng)進行模擬，一般情況下，一個電梯應(yīng)該具備相關(guān)按鍵、 二極管、數(shù)碼管等，由于這是一個調(diào)度模塊，故沒有設(shè)計具體的轎廂等機械部分。 然后，結(jié)合這些實物，選擇恰當?shù)男酒?，并分成若干模塊，安排好各自之間的關(guān)系。 由于其有諸多按鍵和顯示環(huán)節(jié)，而單片機的 i/o 口管腳資源實在有限，故需要 i/o 口擴展，用以管理二極管；同時要有專門的按鍵控制芯片，從而便于按鍵管理。 關(guān)于軟件部分： 處于最底層的是對兩個芯片的寄存器讀寫工作，完成后方可進行更高層的應(yīng)用 程序調(diào)試。為了使硬件簡單化，我選擇了模擬時序的方法讀寫寄存器，這比總線操 作的方法節(jié)省了鎖存器。然后是關(guān)于電梯調(diào)度時所遵循的原則作出規(guī)定，其必須基 于高效與人性化兩個原則。最后是使用 c 語言將規(guī)定程序化，以便電梯真正的運作。 當然，二者的關(guān)系并不是分離的，它們是相輔相成，硬件依據(jù)軟件來驗證，軟 件依據(jù)硬件來調(diào)試。經(jīng)過一個個的發(fā)現(xiàn)問題、一個個的解決問題，最終做出完美的 電梯調(diào)度模塊。 基于單片機的電梯控制設(shè)計 4 2 單片機概述單片機概述 單片機全稱為單片微型計算機（single chip microcomputer）,又稱為微控制器 （microcontroller unit）或嵌入式控制器（embedded controller） 。它是將計算機的基 本部件微型化并集成到一塊芯片上的微型計算機，通常片內(nèi)都含有 cpu、rom、ram、并行 i/o、串行 i/o、定時器/計數(shù)器、中斷控制、系統(tǒng)時鐘及 系統(tǒng)總線等。 （如圖 1-1 所示） 。隨著技術(shù)的發(fā)展，單片機片內(nèi)集成的功能越來越強 大，并朝著 soc（system on chip）方向發(fā)展。 基于單片機的電梯控制設(shè)計 5 圖 2 單片機結(jié)構(gòu) 單片機有著體積小、功耗低、功能強、性能價格比高、易于推廣應(yīng)用等顯著優(yōu) 點，在自動化裝置、智能儀器儀表、過程控制、通信、家用電器等許多領(lǐng)域得到日 益廣泛的應(yīng)用。 2.12.1 單片機簡介單片機簡介 單片機是一種集成電路芯片，采用超大規(guī)模技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力(如算術(shù)運 算，邏輯運算、數(shù)據(jù)傳送、中斷處理)的微處理器(cpu)，隨機存取數(shù)據(jù)存儲器 (ram)，只讀程序存儲器(rom)，輸入輸出電路(i/o 口)，可能還包括定時計數(shù)器， 串行通信口(sci)，顯示驅(qū)動電路(lcd 或 led 驅(qū)動電路)，脈寬調(diào)制電路(pwm)， 模擬多路轉(zhuǎn)換器及 a/d 轉(zhuǎn)換器等電路集成到一塊單塊芯片上，構(gòu)成一個最小,然而 完善的計算機系統(tǒng)。這些電路能在軟件的控制下準確、迅速、高效地完成程序設(shè)計 者事先規(guī)定的任務(wù)。 由此來看，單片機有著微處理器所不具備的功能，它可單獨地完成現(xiàn)代工業(yè)控 制所要求的智能化控制功能，這是單片機最大的特征。 然而單片機又不同于單板機，芯片在沒有開發(fā)前，它只是具備功能極強的超大 規(guī)模集成電路，如果賦予它特定的程序，它便是一個最小的、完整的微型計算機控 制系統(tǒng)，它與單板機或個人電腦(pc 機)有著本質(zhì)的區(qū)別，單片機的應(yīng)用屬于芯片級 應(yīng)用，需要用戶了解單片機芯片的結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)以及其它集成電路應(yīng)用技術(shù)和系 統(tǒng)設(shè)計所需要的理論和技術(shù)，用這樣特定的芯片設(shè)計應(yīng)用程序，從而使該芯片具備 特定的功能。 不同的單片機有著不同的硬件特征和軟件特征，即它們的技術(shù)特征均不盡相同， 硬件特征取決于單片機芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，用戶要使用某種單片機，必須了解該型產(chǎn) 品是否滿足需要的功能和應(yīng)用系統(tǒng)所要求的特性指標。這里的技術(shù)特征包括功能特 性、控制特性和電氣特性等等，這些信息需要從生產(chǎn)廠商的技術(shù)手冊中得到。軟件 特征是指指令系統(tǒng)特性和開發(fā)支持環(huán)境，指令特性即我們熟悉的單片機的尋址方式， 數(shù)據(jù)處理和邏輯處理方式，輸入輸出特性及對電源的要求等等。開發(fā)支持的環(huán)境包 基于單片機的電梯控制設(shè)計 6 括指令的兼容及可移植性，支持軟件(包含可支持開發(fā)應(yīng)用程序的軟件資源)及硬件 資源。要利用某型號單片機開發(fā)自己的應(yīng)用系統(tǒng)，掌握其結(jié)構(gòu)特征和技術(shù)特征是必 須的。 單片機控制系統(tǒng)能夠取代以前利用復(fù)雜電子線路或數(shù)字電路構(gòu)成的控制系統(tǒng)， 可以軟件控制來實現(xiàn)，并能夠?qū)崿F(xiàn)智能化，現(xiàn)在單片機控制范疇無所不在，例如通 信產(chǎn)品、家用電器、智能儀器儀表、過程控制和專用控制裝置等等，單片機的應(yīng)用 領(lǐng)域越來越廣泛。 誠然，單片機的應(yīng)用意義遠不限于它的應(yīng)用范疇或由此帶來的經(jīng)濟效益，更重 要的是它已從根本上改變了傳統(tǒng)的控制方法和設(shè)計思想。是控制技術(shù)的一次革命， 是一座重要的里程碑。 2.22.2 單片機的特點單片機的特點 單片機與通用微機相比較,在結(jié)構(gòu),指令設(shè)置上均有其獨特之處,其主要特點如下: 單片機的存儲器 rom 和 ram 是嚴格區(qū)分的.rom 稱為程序存儲器,只存放程 序,固定常數(shù)及數(shù)據(jù)表格.ram 則為數(shù)據(jù)存儲器,用作工作區(qū)及存放用戶數(shù)據(jù).這樣的 結(jié)構(gòu)主要是考慮到單片機用于控制系統(tǒng)中,有較大的程序存儲空間,把開發(fā)成功的程 序固化在 rom 中,而把少量的隨機數(shù)據(jù)存放在 ram 中.這樣,小容量的數(shù)據(jù)存儲器 能以高速 ram 形式集成在單片機內(nèi),以加速單片機的執(zhí)行速度.但單片機內(nèi)的 ram 是作為數(shù)據(jù)存儲器用,而不是當作高速緩沖存儲器(cache)使用. 采用面向控制的指令系統(tǒng).為滿足控制的需要,單片機有更強的邏輯控制能力,特 別是具有很強的位處理能力. 單片機的 i/o 引腳通常是多功能的.由于單片機芯片上引腳數(shù)目有限,為了解決 實際引腳和需要的信號線的矛盾,采用了引腳功能復(fù)用的方法.引腳處于何種功能,可 由指令來設(shè)置或由機器狀態(tài)來區(qū)分. 單片機的外部擴展能力強.在內(nèi)部的各種功能部分不能滿足應(yīng)用需求時,均可在 外部進行擴展(如擴展 rom，ram,i/o 接口,定時器/計數(shù)器,中斷系統(tǒng)等),與許多 通用的微機接口芯片兼容,給應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計帶來極大的方便和靈活性. 基于單片機的電梯控制設(shè)計 7 2.32.3 單片機的應(yīng)用領(lǐng)域單片機的應(yīng)用領(lǐng)域 單片機廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智 能化管理及過程控制等領(lǐng)域，大致可分如下幾個范疇： 在智能儀器儀表上的應(yīng)用:單片機具有體積小、功耗低、控制功能強、擴展靈活、 微型化和使用方便等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于儀器儀表中，結(jié)合不同類型的傳感器，可實 現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長度、硬度、 元素、壓力等物理量的測量。采用單片機控制使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型 化，且功能比起采用電子或數(shù)字電路更加強大。例如精密的測量設(shè)備（功率計，示 波器，各種分析儀） 。 在工業(yè)控制中的應(yīng)用: 用單片機可以構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。 例如工廠流水線的智能化管理，電梯智能化控制、各種報警系統(tǒng)，與計算機聯(lián)網(wǎng)構(gòu) 成二級控制系統(tǒng)等。 在家用電器中的應(yīng)用: 可以這樣說，現(xiàn)在的家用電器基本上都采用了單片機控 制，從電飯褒、洗衣機、電冰箱、空調(diào)機、彩電、其他音響視頻器材、再到電子秤 量設(shè)備，五花八門，無所不在。 在計算機網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域中的應(yīng)用:現(xiàn)代的單片機普遍具備通信接口，可以很方 便地與計算機進行數(shù)據(jù)通信，為在計算機網(wǎng)絡(luò)和通信設(shè)備間的應(yīng)用提供了極好的物 質(zhì)條件，現(xiàn)在的通信設(shè)備基本上都實現(xiàn)了單片機智能控制，從手機，電話機、小型 程控交換機、樓宇自動通信呼叫系統(tǒng)、列車無線通信、再到日常工作中隨處可見的 移動電話，集群移動通信，無線電對講機等。 單片機在醫(yī)用設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用:單片機在醫(yī)用設(shè)備中的用途亦相當廣泛，例如 醫(yī)用呼吸機，各種分析儀，監(jiān)護儀，超聲診斷設(shè)備及病床呼叫系統(tǒng)等等。 此外，單片機在工商，金融，科研、教育，國防航空航天等領(lǐng)域都有著十分廣 泛的用途。 2.42.4 單片機的發(fā)展趨勢單片機的發(fā)展趨勢 現(xiàn)在可以說單片機是百花齊放，百家爭鳴的時期，世界上各大芯片制造公司都 推出了自己的單片機，從 8 位、16 位到 32 位，數(shù)不勝數(shù)，應(yīng)有盡有，有與主流 c51 系列兼容的，也有不兼容的，但它們各具特色，互成互補，為單片機的應(yīng)用提供廣 闊的天地。 基于單片機的電梯控制設(shè)計 8 縱觀單片機的發(fā)展過程，可以預(yù)示單片機的發(fā)展趨勢，大致有： （1）低功耗 cmos 化 mcs-51 系列的 8031 推出時的功耗達 630mw，而現(xiàn)在的單片機普遍都在 100mw 左右，隨著對單片機功耗要求越來越低，現(xiàn)在的各個單片機制造商基本都采 用了 cmos(互補金屬氧化物半導(dǎo)體工藝)。像 80c51 就采用了 hmos(即高密度金 屬氧化物半導(dǎo)體工藝)和 chmos(互補高密度金屬氧化物半導(dǎo)體工藝)。cmos 雖然 功耗較低，但由于其物理特征決定其工作速度不夠高，而 chmos 則具備了高速和 低功耗的特點，這些特征，更適合于在要求低功耗像電池供電的應(yīng)用場合。所以這 種工藝將是今后一段時期單片機發(fā)展的主要途徑。 (2)微型單片化 現(xiàn)在常規(guī)的單片機普遍都是將中央處理器(cpu)、隨機存取數(shù)據(jù)存儲(ram)、 只讀程序存儲器(rom)、并行和串行通信接口，中斷系統(tǒng)、定時電路、時鐘電路集 成在一塊單一的芯片上，增強型的單片機集成了如 a/d 轉(zhuǎn)換器、pmw(脈寬調(diào)制電路)、 wdt(看門狗)、有些單片機將 lcd(液晶)驅(qū)動電路都集成在單一的芯片上，這樣單 片機包含的單元電路就更多，功能就越強大。甚至單片機廠商還可以根據(jù)用戶的要 求量身定做，制造出具有自己特色的單片機芯片。 此外，現(xiàn)在的產(chǎn)品普遍要求體積小、重量輕，這就要求單片機除了功能強和功 耗低外，還要求其體積要小?，F(xiàn)在的許多單片機都具有多種封裝形式，其中 smd(表 面封裝)越來越受歡迎，使得由單片機構(gòu)成的系統(tǒng)正朝微型化方向發(fā)展。 (3)主流與多品種共存 現(xiàn)在雖然單片機的品種繁多，各具特色，但仍以 80c51 為核心的單片機占主流， 兼容其結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)的有 philips 公司的產(chǎn)品，atmel 公司的產(chǎn)品和中國臺灣 的 winbond 系列單片機。所以 c8051 為核心的單片機占據(jù)了半壁江山。而 microchip 公司的 pic 精簡指令集(risc)也有著強勁的發(fā)展勢頭，中國臺灣的 holtek 公司近年的單片機產(chǎn)量與日俱增，與其低價質(zhì)優(yōu)的優(yōu)勢，占據(jù)一定的市場 分額。此外還有 motorola 公司的產(chǎn)品，日本幾大公司的專用單片機。在一定的 時期內(nèi)，這種情形將得以延續(xù)，將不存在某個單片機一統(tǒng)天下的壟斷局面，走的是 依存互補，相輔相成、共同發(fā)展的道路。 基于單片機的電梯控制設(shè)計 9 2.52.5 單片機的主要生產(chǎn)廠家和機型單片機的主要生產(chǎn)廠家和機型 目前世界是較為著名的部分 8 位單片機的生產(chǎn)廠家和部分主要機型如下: intel(美國英特爾)公司: mcs-51/96 及其增強系列. ns(美國國家半導(dǎo)體)公司: ns8070 系列. rca(美國無線電)公司: cdp1800 系列. ti(美國得克薩斯儀器儀表)公司: tms7000 系列. cypress(美國 cypress 半導(dǎo)體)公司: cyxx 系列. rockwell(美國洛克威爾)公司: 6500 系列. motorola(美國摩托羅拉)公司: 6805 系列. fairchild(美國仙童)公司: fs 系列和 3870 系列. zilog(美國齊洛格)公司: z8 系列和 super 系列. atmel(美國 atmel)公司: at89 系列. national(日本松下)公司: mn6800 系列. hitachi(日本日立)公司: hd6301,hd65l05,hd6305 系列. nec(日本電氣)公司: ucom87,(upd7800)系列. philips(荷蘭菲利浦)公司:p89c51xx 系列. 其中 intel 公司的 mcs-51 系列及其增強型系列在 8 位單片機市場中占的份額最 大,達 50%左右. 基于單片機的電梯控制設(shè)計 10 3 硬件系統(tǒng)實現(xiàn)硬件系統(tǒng)實現(xiàn) 3.13.1 功能模塊圖功能模塊圖 在本設(shè)計中需用到 at89s51 芯片,1 個數(shù)碼管，一個蜂鳴器，復(fù)位電路，8 個按 鍵，24 個發(fā)光二極管。 圖 3.1 功能模塊 3.23.2 at89s51at89s51 芯片芯片 本設(shè)計主要采用 at89s51 芯片。at89s51 是一個低功耗，高性能 cmos 8 位 單片機，片內(nèi)含 4k bytes isp(in-system programmable)的可反復(fù)擦寫 1000 次的 flash 只讀程序存儲器，器件采用 atmel 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容 標準 mcs-51 指令系統(tǒng)及 80c51 引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用 8 位中央處理器和 isp flash 存儲單元，功能強大的微型計算機的 at89s51 可為許多嵌入式控制應(yīng)用系 統(tǒng)提供高性價比的解決方案。 at89s51 具有如下特點：40 個引腳，4k bytes flash 片內(nèi)程序存儲器，128 bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ram） ，32 個外部雙向輸入/輸出（i/o）口，5 個中斷優(yōu)先 級 2 層中斷嵌套中斷，2 個 16 位可編程定時計數(shù)器,2 個全雙工串行通信口，看門狗 （wdt）電路，片內(nèi)時鐘振蕩器。 此外，at89s51 設(shè)計和配置了振蕩頻率可為 0hz 并可通過軟件設(shè)置省電模式。 空閑模式下，cpu 暫停工作，而 ram 定時計數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工 作。掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存 ram 的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活 復(fù)位鍵 輸入 時鐘電路 at89s51單片機 輸出 顯示 基于單片機的電梯控制設(shè)計 11 或硬件復(fù)位。同時該芯片還具有 pdip、tqfp 和 plcc 等三種封裝形式，以適應(yīng)不 同產(chǎn)品的需求。主要功能性能如表 3.2 所示： 兼容 mcs-51 指令系統(tǒng) 4k 可反復(fù)擦寫(1000 次)isp flash rom 32 個雙向 i/o 口 4.5-5.5v 工作電壓 2 個 16 位可編程定時/計數(shù)器 時鐘頻率 0-33mhz 全雙工 uart 串行中斷口線 128x8bit 內(nèi)部 ram 2 個外部中斷源 低功耗空閑和省電模式 中斷喚醒省電模式 3 級加密位 看門狗（wdt）電路 軟件設(shè)置空閑和省電功能 靈活的 isp 字節(jié)和分頁編程 雙數(shù)據(jù)寄存器指針 表 3.2.1 at89s51 芯片的主要功能 引腳功能說明 vcc：電源電壓。 gnd：地。 p0 口：p0 口是一組 8 位漏極開路型雙向 i/o 口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用 口。作為輸出口用時，每位能驅(qū)動 8 個 ttl 邏輯門電路，對端口寫“1”可作為高 阻抗輸入端用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線同時轉(zhuǎn)換成地址 （低 8 位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。在 flash 編程時，p0 口接收指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)，校驗時，要求外接上拉電阻。 p1 口：p1 是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 i/o 口，p1 的輸出緩沖級可 驅(qū)動（吸收或輸出電流）4 個 ttl 邏輯門電路。對端口寫“1” ，通過內(nèi)部的上拉電 阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻， 某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。flash 編程和程序校驗期間，p1 接收 低 8 位地址。 端口引腳第二功能 p1.5mosi（用于 isp 編程） p1.6miso（用于 isp 編程） p1.7sck (用于 isp 編程) 表 3.2.2p1 端口引腳的第二功能 基于單片機的電梯控制設(shè)計 12 p2 口：p2 是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 i/o 口，p2 的輸出緩沖可驅(qū)動 （吸收或輸出電流）4 個 ttl 邏輯門電路。對端口寫“1” ，通過內(nèi)部的上拉電阻把 端口拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某 個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。 在訪問外部程序存儲器或 16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行 movx dptr 指令）時，p2 口送出高 8 位地址數(shù)據(jù)。在訪問 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器 （如執(zhí)行 movx ri 指令）時，p2 口線上的內(nèi)容（也即特殊功能寄存器 （sfr）區(qū)中 p2 寄存器的內(nèi)容） ，在整個訪問期間不改變。flash 編程或校驗時，p2 亦接收高位地址和其它控制信號。 p3 口：p3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 i/口。p3 口輸出緩沖級可 驅(qū)動（吸收或輸出電流）4 個 ttl 邏輯門電路。對 p3 口寫入“1”時，它們被內(nèi)部 上拉電阻拉高并可作為輸入端口。作輸入端時，被外部拉低的 p3 口將用作上拉電阻 輸出電流。p3 口除了作為一般的 i/o 口線外，更重要的用途是它的第二功能，如表 2.3 所示： 端口引腳第二功能 p3.0rxd（串行輸入口） p3.1txd（串行輸出口） p3.2/int0（外中斷 0） p3.3/int1（外中斷 1） p3.4t0 (定時計數(shù)器 0) p3.5t1 (定時計數(shù)器 1) p3.6/wr (外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通) p3.7 /rd（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） 表 3.2.3 p3 端口引腳的第二功能 rst：復(fù)位輸入。當振蕩器工作時，rst 引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電 平將使單片機復(fù)位。wdt 溢出將使該引腳輸出高電平，設(shè)置 sfr auxr 的 disrto 位（地址 8eh）可打開或關(guān)閉該功能。disrto 位缺省為 reset 輸出高電 平打開狀態(tài)。 ale/ （prog）：當訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ale（地址鎖存允 基于單片機的電梯控制設(shè)計 13 許）輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器，ale 仍以時鐘 振蕩頻率的 1/6 輸出固定的正脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。 要注意的是：每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個 ale 脈沖。對 flash 存儲器編 程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（prog） 。如有必要，可通過對特殊功能寄存 器（sfr）區(qū)中的 8eh 單元的 d0 位置位，可禁止 ale 操作。該位置位后，只有一 條 movx 和 movc 指令 ale 才會被激活。此外，該引腳會被拉高，單片機執(zhí)行外 部程序時，應(yīng)設(shè)置 ale 無效。 psen：程序存儲允許（psen）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當 at89s51 由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次 psen 有效， 即輸出兩個脈沖。當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，沒有兩次有效的 psen 信號。 ea/vpp：外部訪問允許。欲使 cpu 僅訪問外部程序存儲器（地址為 0000h ffffh） ，ea 端必須保持低電平（接地） 。需注意的是：如果加密位 lb1 被編程，復(fù) 位時內(nèi)部會鎖存 ea 端狀態(tài)。如 ea 端為高電平（接 vcc 端） ，cpu 則執(zhí)行內(nèi)部程序 存儲器中的指令。flash 存儲器編程時，該引腳加上+12v 的編程電壓 vpp。 xtal1：振蕩器反相放大器及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。 xtal2：振蕩器反相放大器的輸出端。 3.33.3 鍵盤矩陣電路的設(shè)計鍵盤矩陣電路的設(shè)計 由于本電路所需按鍵較多為了節(jié)省單片機的 i/o 口，故選用行列式鍵盤矩陣。 本電路采用的是 44 鍵盤矩陣。電路如圖 3.3 所示，p1.0-p1.7 是接單片機的 p1 端 口，單片機采用行和列掃描法來判別這 16 個按鍵中哪個鍵按下，并將其標號讀入累 加器 a 里面，然后可根據(jù)每個按鍵的功能來通過單片機控制電梯的運行。下面將每 個按鍵的功能說明一下： s1: 一樓向上呼叫按鍵，此鍵按下表示一樓有人要乘坐電梯上樓，并且單片機將此 信號存入固定單元，等到電梯運行到此樓層時判斷是否該響應(yīng)此呼叫； s2: 二樓向上呼叫按鍵，此鍵按下表示二樓有人要乘坐電梯上樓，并且單片機將此 信號存入固定單元，等到電梯運行到此樓層時判斷是否該響應(yīng)此呼叫； s3：二樓向下呼叫按鍵，此鍵按下表示二樓有人要乘坐電梯下樓，并且單片機將此 基于單片機的電梯控制設(shè)計 14 信號存入固定單元，等到電梯運行到此樓層時判斷是否該響應(yīng)此呼叫； s4: 三樓向上呼叫按鍵，此鍵按下表示三樓有人要乘坐電梯上樓，并且單片機將此 信號存入固定單元，等到電梯運行到此樓層時判斷是否該響應(yīng)此呼叫； s5：三樓向下呼叫按鍵，此鍵按下表示三樓有人要乘坐電梯下樓，并且單片機將此 信號存入固定單元，等到電梯運行到此樓層時判斷是否該響應(yīng)此呼叫； s6：四樓向上呼叫按鍵，此按鍵按下表示四樓有人要乘坐電梯上樓，并且單片機將 此信號存入固定單元，等到電梯運行到此樓層時判斷是否該響應(yīng)此呼叫； s7：四樓向下呼叫按鍵，此按鍵按下表示四樓有人要乘坐電梯下樓，并且單片機將 此信號存入固定單元，等到電梯運行到此樓層時判斷是否該響應(yīng)此呼叫； s8：五樓向上呼叫按鍵，此鍵按下表示四樓有人要乘坐電梯上樓，并且單片機將此 信號存入固定單元，等到電梯運行到此樓層時判斷是否該響應(yīng)此呼叫； s9: 五樓向下呼叫按鍵，此按鍵按下表示五樓有人要乘坐電梯下樓，并且單片機將 此信號存入固定單元，等到電梯運行到此樓層時判斷是否該響應(yīng)此呼叫； s10：六樓向上呼叫按鍵，此按鍵按下表示有人要乘坐電梯下樓，并且單片機將此信 號存入固定單元，等到電梯運行到此樓層時判斷是否該響應(yīng)此呼叫； s11：電梯內(nèi)部選擇去一樓按鍵，此按鍵按下表示電梯里的乘客要去一樓，單片機根 據(jù)此信號控制電梯的運行； s12：電梯內(nèi)部選擇去二樓按鍵，此按鍵按下表示電梯里的乘客要去二樓，單片機根 據(jù)此信號控制電梯運行； s13：電梯內(nèi)部選擇去三樓按鍵，此按鍵按下表示電梯里的乘客要去三樓，單片機根 據(jù)此信號控制電梯運行； s14：電梯內(nèi)部選擇去四樓按鍵，此按鍵按下表示電梯里的乘客要去四樓，單片機根 據(jù)此信號控制電梯運行； s15：電梯內(nèi)部選擇去五樓按鍵，此按鍵按下表示電梯里的乘客要去五樓，單片機根 據(jù)此信號控制電梯運行； s16：電梯內(nèi)部選擇去六樓按鍵，此按鍵按下表示電梯里的乘客要去六樓，單片機根 據(jù)此信號控制電梯運行； 鍵盤電路如圖 3.3 所示： 基于單片機的電梯控制設(shè)計 15 圖 3.3 鍵盤矩陣電路 3.43.4 單片機最小系統(tǒng)設(shè)計單片機最小系統(tǒng)設(shè)計 此電路組要是復(fù)位電路和時鐘電路兩部分，其中復(fù)位電路采用按鍵手動復(fù)位和 上電自動復(fù)位組合，電路如圖 3（左）所示：其中 9 腳為單片機的復(fù)位端。時鐘電 路如圖 3.4（右）所示：晶振采用的是 12mhz 的，xatl2 和 xatl1 分別為單片機 的 18 和 19 腳. 圖 3.4 最小系統(tǒng)電路 3.53.5 顯示電路設(shè)計顯示電路設(shè)計 本電路采用一個 8 為數(shù)碼管顯示，由 74ls245 來驅(qū)動 8 位數(shù)碼管顯示電梯所到 達的樓層數(shù)和電梯的運行狀況，其中數(shù)碼管中的 6 腳（dp）亮?xí)r表示電梯此時在上 行，若不亮表示電梯是在下行。p2.0-p2.7 為單片機的 p2 口作為輸出口用且輸出低 電平有效。電路如圖 3.5 所示： s4s3 s2s1 s8s7 s6 s5 s12 s11s10s9 s16s15 s14s13 r1 10k r2 10k r3 10k r4 10k 5v p1.0 p1.1 p1.2 p1.3 p1.7p1.6p1.5p1.4 c5 22u sb19 r1 200 復(fù)位 r2 1k 5v 9 c1 30p c2 30p x1 12mh z xtal 2 xtal 1 時鐘電路 + 基于單片機的電梯控制設(shè)計 16 圖 3.5 顯示電路 3.63.6 電機正反轉(zhuǎn)控制電機正反轉(zhuǎn)控制 在本次設(shè)計中為了方便電機正反轉(zhuǎn)用兩個放光管來表示，如圖 3.6 所示：用單 片機的 p0 口做輸出口來驅(qū)動發(fā)光管，由于是 p0 口要加上拉電阻，其中 l1 亮表示 電機正轉(zhuǎn)、l2 亮表示電機反轉(zhuǎn)、l3 亮表示電機停轉(zhuǎn)，同時電梯開門。l3 滅表示電 梯關(guān)門，電梯運行時 l1 和 l2 必須有一個亮，來表示電梯的上行和下行。 a bf c g d e dpy4 5 7 9 10 2 1 a b c d e f g 6 dp dp 3 8 u1 218 317 416 515 614 713 812 911 19 1 u2 74ls245 d1d2 d3 5v p2.0 p2.1 p2.2 p2.3 p2.4 p2.5 p2.6 p2.7 基于單片機的電梯控制設(shè)計 17 圖 3.6 電機狀態(tài)指示 3.73.7 設(shè)計電路及連線設(shè)計電路及連線 圖 3.7 電路連接圖 r3 10k r4 10k r5 10k r6 0.2k r7 0.2k r8 0.2k p0.0 p0.1 p0.2 5v l1 l2 l3 基于單片機的電梯控制設(shè)計 18 基于單片機的電梯控制設(shè)計 19 4 軟件設(shè)計軟件設(shè)計 4.14.1 軟件功能描述軟件功能描述 本設(shè)計由于采用鍵盤矩陣來代替外呼內(nèi)選按鈕，而電梯的運行方向是根據(jù)這些 呼叫按鍵和選擇按鍵來決定的，所以單片機要不斷的掃描鍵盤來獲取各層呼叫狀態(tài)。 從而來控制電梯的運行。故鍵盤矩陣掃描是本系統(tǒng)軟件設(shè)計的重要一部分，另外要 把鍵盤掃描到的各層的按鍵信息存儲起來，然后和電梯的運行狀態(tài)比較，判斷是否 響應(yīng)各層呼叫（電梯只響應(yīng)同方向呼叫） ，最后就是樓層顯示部分了，此次設(shè)計是通 過延時電路來實時顯示電梯所在的位置的。整個軟件設(shè)計包括一下幾部分： 初始化程序使數(shù)碼管顯示“1”表示電梯處在一樓，并且使 l3 燈亮表示電梯 開門等 待人進入電梯； 主程序主要包括： 判斷乘客進入電梯后選擇去哪一層，根據(jù)判斷情況來控制電梯運行； 電梯在運行過程中要不斷的掃描鍵盤，從而來判斷各樓層有無呼叫請求， ； 電梯在運行過程中只響應(yīng)同方向的呼叫請求； 實時顯示電梯所在位置及運行狀態(tài)（上行/下行） ； 開關(guān)門有一定的延時來保證乘客走出/進入電梯； 基于單片機的電梯控制設(shè)計 20 4.24.2 流程圖設(shè)計流程圖設(shè)計 是否在呼叫層？ 開門至呼叫層 關(guān)門 選層 ny 延時 5s 且鍵盤掃描 圖 4.2 主程序流程圖 初始化 啟動 鍵盤掃描 選擇去向 電梯運行 判斷電梯位置 顯示樓層 鍵盤掃描 （3s） y 同向呼叫嗎？ n 基于單片機的電梯控制設(shè)計 21 4.34.3 程序設(shè)計程序設(shè)計 4.3.14.3.1 程序初始化程序初始化 org 0000h ajmp main main: setb ea ;初始化相應(yīng)單元，存放鍵值 mov 40h,#00h mov 41h,#00h mov 42h,#00h mov 43h,#00h mov 44h,#00h mov 50h,#00h mov 51h,#00h mov 52h,#00h mov 53h,#00h mov 54h,#00h mov 64h,#00h mov 65h,#00h mov 66h,#00h mov 67h,#00h mov 71h,#00h mov 72h,#00h mov 73h,#00h mov 74h,#00h 4.3.24.3.2 主程序主程序 start:mov p0,#03h ;初始化為停止 一層 開門 mov p2,#0f9h;數(shù)碼管顯示在 1 樓 m1: lcall key ;鍵盤掃描 mov a,35h cjne a,#0bh,m2 ;內(nèi)部不選擇去二樓，跳至 m2 mov 40h,a; 內(nèi)部選擇去二樓，標記 40h mov 35h,#00h ajmp up1 m2: mov a,36h cjne a,#0ch,m3;內(nèi)部不選擇去三樓，跳至 m3 mov 41h,a; 內(nèi)部選擇去三樓，標記 41h 基于單片機的電梯控制設(shè)計 22 mov 36h,#00h ajmp up1 m3: mov a,37h cjne a,#0dh,m4 ;內(nèi)部不選擇去四樓，跳至 m4 mov 42h,a; 內(nèi)部選擇去四樓，標記 42h mov 37,#00h ajmp up1 m4: mov a,38h cjne a,#0eh,m5;內(nèi)部不選擇去五樓，跳至 m5 mov 43h,a; 內(nèi)部選擇去五樓，標記 43h mov 38,#00h ajmp up1 m5: mov a,39h cjne a,#0fh,m1;內(nèi)部不選擇去六樓，跳至 m1，即沒有選擇向上鍵，繼續(xù)掃描按鍵 mov 44h,a; 內(nèi)部選擇去六樓，標記 44h mov 39,#00h ajmp up1 /向上運行程序 up1: mov p0,#06h ；向上運行， mov p2,#79h;顯示在一樓 lcall dey3s ；延時 /以下為判斷是否同層呼叫 hu2:mov a,30h cjne a,#01h,hu3;二樓沒有人要上，跳至 hu3，判斷三樓是否有人要上 mov 50h,a; 二樓有人要上，標記 50h mov 30h,#00h hu3:mov a,31h cjne a,#02h,hu4;三樓沒有人要上，跳至 hu4，判斷四樓是否有人要上 mov 51h,a; 三樓有人要上，標記 51h mov 31h,#00h hu4:mov a,32h cjne a,#03h,hu5;四樓沒有人要上，跳至 hu5，判斷四樓是否有人要上 mov 52h,a; 四樓有人要上，標記 52h mov 32h,#00h hu5:mov a,33h cjne a,#04h,hu6;五樓沒有人要上，跳至 hu6，判斷六樓是否有人要下 mov 53h,a; 五樓有人要上，標記 53h mov 33h,#00h hu6:mov a,34h cjne a,#05h,b1;六樓沒有人要下，跳至 b1 mov 54h,a;六樓有人要下，標記 54h 基于單片機的電梯控制設(shè)計 23 mov 34h,#00h b1:mov p2,#0a4h;顯示在二樓 mov a,50h cjne a,#01h,k1;二樓沒有人要上，跳至 k1 ajmp km1;二樓有人要上，跳至 km1，開門 k1:mov a,40h cjne a,#0bh,up2;沒有選擇去二樓的，跳至 up2，繼續(xù)向上運行 km1: mov p0,#03h ;停止開門 lcall dey5s;延時保證乘客走入/出電梯 up2:mov p0,#06h ;向上運行 mov p2,#24h ;顯示二樓，在運行，還未到 3 樓 lcall dey3s;延時繼續(xù)上行 mov a,31h cjne a,#02h,hu44;三樓沒上 mov 51h,a;三樓上 mov 31h,#00h hu44:mov a,32h cjne a,#03h,hu55;四樓沒上 mov 52h,a;四樓上 mov 32h,#00h hu55:mov a,33h cjne a,#04h,hu66;五樓沒上 mov 53h,a;五樓上 mov 33h,#00h hu66:mov a,34h cjne a,#05h,b22 mov 54h,a mov 34h,#00h b22:mov p2,#0b0h;顯示在三樓 mov a,51h cjne a,#02h,k2;三樓沒有人要上，跳至 k2 ajmp km2;三樓有人要上，停止 k2:mov a,41h cjne a,#0ch,hux2;沒有人要到三樓，跳 ajmp km2;有人要到三樓，開門 hux2:mov a,36h 基于單片機的電梯控制設(shè)計 24 cjne a,#0ch,up3 mov 36h,#00h ajmp km2 km2:mov p0,#03h ;停止開門 lcall dey5s;延時 5s 保證乘客進入電梯 up3:mov p0,#06h ;向上運行 mov p2,#30h ;顯示在三樓 lcall dey3s;延時三秒保證電梯繼續(xù)運行 mov a,32h cjne a,#03h,hu555 mov 52h,a mov 32h,#00h hu555: