單片機實訓電梯控制系統(tǒng)實驗.doc

1 目錄目錄 一 課程設計題目一 課程設計題目 2 2 二 課程設計目的二 課程設計目的 2 2 三三 設計要求設計要求 2 2 四 控制系統(tǒng)的總體設計方案四 控制系統(tǒng)的總體設計方案 2 2 五 控制系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)設計五 控制系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)設計 3 3 5 1 AT89C51 單片機介紹 3 5 2 硬件系統(tǒng)原理框圖 4 5 3 硬件電路及其描述 4 5 4 硬件接線圖 5 六 控制系統(tǒng)的軟件設計六 控制系統(tǒng)的軟件設計 6 6 6 1 主程序流程圖 6 6 2 子程序流程圖及中斷服務程序 7 6 2 1 顯示子程序流程圖 7 6 2 2 鍵盤掃描子程序流程圖 8 6 2 3 中斷服務子程序流程圖 9 6 3 程序清單 10 七 軟硬件調(diào)試七 軟硬件調(diào)試 1313 6 1 硬件調(diào)試 13 6 2 軟件調(diào)試 13 八 實驗小結八 實驗小結 1515 九 心得體會九 心得體會 1616 十 參考文獻十 參考文獻 1717 2 一 課程設計題目 基于單片機的三層電梯控制系統(tǒng) 本小組成員 xxx xxx xxx xxx xxx 二 課程設計目的 1 學習 P 口的使用方法 2 掌握如何利用單片機控制 LED 動態(tài)顯示 3 掌握動態(tài)掃描顯示的基本原理 動態(tài)顯示的控制電路及控制程序 4 掌握微機控制系統(tǒng)的鍵盤組成及工作原理 5 認識微機控制系統(tǒng)的鍵盤設計 了解單片機鍵盤的特點和應用 三 設計要求 設計一個自動電梯模擬升降控制系統(tǒng) 通過乘客的自行按鍵達到電梯的升 降功能 結合硬件與軟件對應 彩燈的 P1 0 P1 2 口顯示電梯的所處樓層指示燈 P1 3 P1 4 為電梯的運行 停止狀態(tài) P1 5 P1 7 為電梯的開關門狀態(tài) 電梯外 部的電路由第 2 5 6 10 號按鍵來控制相應的樓層 電梯的內(nèi)部電路由第 3 7 11 號按鍵來控制與之對應的樓層 通過數(shù)碼管顯示 實現(xiàn)模擬電梯的控 制 四 控制系統(tǒng)的總體設計方案 微型計算機的出現(xiàn)使計算機在邏輯處理和工業(yè)控制等方面的非凡能力得到 了更好的體現(xiàn) 尤其是其非凡的嵌入能力對于滿足嵌入式應用需求具有獨特的 優(yōu)勢 隨著城市建設的不斷發(fā)展 樓群建筑不斷增多 電梯在當今社會的生活中 有著廣泛的應用 電梯作為樓群建筑中垂直運行的交通工具已與人們的日常生 活密不可分 實際上電梯是根據(jù)外部呼叫信號 呼梯信號 以及自身控制規(guī)律等 運行的 而呼叫是隨機的 電梯實際上是一個人機交互式的控制系統(tǒng) 單純用 順序控制或邏輯控制 是不能滿足控制要求的 因此 大部分電梯控制系統(tǒng)都采 用隨機邏輯方式控制 在目前廣泛使用的電梯控制系統(tǒng)中 絕大多數(shù)為繼電器控制型 所有的邏 輯及控制關系完全由諸多繼電器互相配合來完成 該控制系統(tǒng)的缺點是 1 隨著樓層的 增高 使用繼電器的數(shù)量越來越多 造價和體積也越來越大 3 2 繼電器這種觸點式的電控元器件不宜長時間頻繁工作 因而采用在電梯系 統(tǒng)當中常發(fā)生觸電表面 燒結 控制失靈的故障 因此我們設計一個 3 層自動電梯模擬升降控制系統(tǒng) 通過乘客的自行按鍵 達到升降功能 采用單片機作為控制核心進行仿真 本次設計是應用 AT89C51 芯片進行設計制作的模擬電梯控制系統(tǒng) 通過乘 客的按鍵達到對電梯升降的控制 并且模擬電梯的運行狀態(tài) 在設計方案中 通過對各個 P 口的合理安排和統(tǒng)一協(xié)調(diào) 通過按鍵 彩燈 和 LED 數(shù)碼管來實現(xiàn)對設計設計方案的仿真演示 另外在實驗程序中通過對不 同按鍵鍵碼在功能上的分配 在按鍵按下之后使 CPU 做相應的工作 即 LED 數(shù)碼管顯示與之相應的樓層和使彩燈顯示相應的電梯狀態(tài) 最后 結合 PCB 板 的實際接線情況進行編程 使實驗順利仿真 五 控制系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)設計 5 1 AT89C51 單片機介紹 微型計算機系統(tǒng)的硬件部分通常由五部分組成 中央處理器 CPU 數(shù)據(jù)存儲器 RAM 程序存儲器 ROM 定時 計數(shù)器 I O 接口 MCS 51 單片機內(nèi)部的總體硬件結構 1 中央處理單元 CPU 8 位 用于數(shù)據(jù)處理 位操作 位測試 置位 復位 2 只讀存儲器 ROM 4KB 或 8KB 用于永久性存儲應用程序 掩膜 ROM EPROM EEPROM 3 隨機存取存取器 RAM 128B 或 256B 用于程序運行中存儲工作變量和數(shù)據(jù) 4 并行輸入 輸出口 I O 32 線 4 個 8 位并行 I O 口 P0 P1 P2 P3 口 用作系統(tǒng)總線 擴展外存 I O 接 口芯片 5 串行輸入 輸出口 UART 二線 1 個全雙工的異步串行口 用于串行通信 6 定時 計數(shù)器 T 16 位增量可編程 2 個或三個 16 位定時器 計數(shù)器 它與 CPU 之間各自獨立工作 當它計數(shù)滿時 向 CPU 中斷 4 7 時鐘電路 fosc 振蕩頻率 fosc 在 1 2 12Mhz 分為內(nèi)部振蕩器 外接振蕩電路 8 中斷系統(tǒng) 5 源中斷 2 個中斷優(yōu)先級 可編程進行控制 5 2 硬件系統(tǒng)原理框圖 P2 口 口 P1 口 圖 1 硬件原理框圖 5 3 硬件電路及其描述 在本次單片機課程設計中 我們通過單片機及與其相連的彩燈 鍵盤和 LED 數(shù)碼管動態(tài)顯示部分模擬對一個三層電梯系統(tǒng)的控制 通過按鍵達到從人 在外部和內(nèi)部分別對電梯的控制 并且通過與 P1 口相連接的彩燈 模擬電梯目 前狀態(tài)對電梯外部的顯示 其中 P1 0 P1 2 的三個燈分別代表了電梯目前所處 的樓層 P1 3 和 P1 4 則分別代表了電梯目前的運動狀態(tài)和停止狀態(tài) P1 5 和 P1 7 代表了電梯門的開關狀態(tài) 在按鍵中 第 3 7 11 號按鍵分別模擬電梯內(nèi)部 的三二一樓層 與之相應的第 2 5 6 10 號按鍵模擬電梯外部對電梯呼叫的按鍵 在 LED 數(shù)碼管顯示模塊中 第三位顯示目標樓層 即通過內(nèi)部按鍵選擇或 外部按鍵呼叫后電梯所要到達的樓層 第四位則顯示電梯目前所處的樓層 并 A T 8 9 C 5 1 鍵盤鍵盤 數(shù)碼管動態(tài)顯示數(shù)碼管動態(tài)顯示 彩彩 燈燈 控控 制制 P0 口 5 且通過動態(tài)顯示的方法使電梯的目標樓層與目前所處的樓層同時顯示 5 4 硬件接線圖 6 圖 2 硬件接線圖 7 六 控制系統(tǒng)的軟件設計 6 1 主程序流程圖 程序初始化 目前所處 1 層 目前所處 2 層 目前所處 3 層 p1 0 1 p1 1 1 p1 2 0 BreakBreakBreak 電梯不在目標樓層 TR0 1 p1 3 0 p1 4 1 p1 4 1 到達目標樓層 TR0 0 p1 3 1 p1 4 0 結束 開始 while 掃描鍵盤 動態(tài)顯示 p1 0 1 p1 1 0 p1 2 1 p1 0 0 p1 1 1 p1 2 1 N Y N N Y Y Y Y N N Y 圖 3 主程序流程圖 8 6 2 子程序流程圖及中斷服務程序 6 2 1 顯示子程流程圖 圖 4 顯示子程序流程圖 9 6 2 2 鍵盤掃描子程序流程圖 開始 P2 0 P2 3 輸出 0 P2 4 P2 7 全為 1 延時去抖動 P2 4 P2 7 全為 1 置行掃描初值 掃描位從 P2 口輸出 掃描到最后一行 讀 P2 4 P2 7 值 P2 口的 P2 0 P2 3 與 P2 4 P2 7 相或 返回鍵編碼 Y N Y N Y N 圖 5 鍵盤掃描子程序 10 6 2 3 中斷服務子程序流程圖 中斷程序入口 TH0 TL0 重新填裝 Count 減 1 Count 0 X Y X X Y X 返回 N Y Y N N Y 圖 6 中斷服務程序流程圖 11 6 3 程序清單 include sbit p3 3 P3 3 sbit p3 4 P3 4 sbit p3 5 P3 5 sbit p3 7 P3 7 sbit p1 0 P1 0 sbit p1 1 P1 1 sbit p1 2 P1 2 sbit p1 3 P1 3 sbit p1 4 P1 4 sbit p1 5 P1 5 sbit p1 6 P1 6 sbit p1 7 P1 7 unsigned char key count unsigned char x y n flag delay unsigned char i for i 0 i 200 i open p1 5 1 p1 7 0 close p1 7 1 p1 5 0 keyscan unsigned char read recode keyvalue P2 0 xf0 read P2 if read 0 xf0 delay if read 0 xf0 P2 0 x0f recode P2 keyvalue read recode return keyvalue return 0 12 void display unsigned char a 0 xc0 0 xf9 0 xa4 0 xb0 0 x99 0 x92 0 x82 0 xf8 0 x80 0 x90 switch key case 0 xee y 1 break case 0 xde y 2 break case 0 xbe y 3 break case 0 xbd y 3 break case 0 xdd y 2 break case 0 xdb y 2 break case 0 xed y 1 break p3 4 0 p3 5 1 P0 a x delay p3 4 1 p3 5 0 P0 a y delay void main x 1 y 1 p3 3 0 p3 7 0 TMOD 0 x01 TH0 0 xD8 TL0 0 xf0 EA 1 ET0 1 ET1 1 count 600 p1 5 0 while 1 key keyscan display switch x case 1 p1 0 1 p1 1 1 p1 2 0 break case 2 p1 0 1 p1 1 0 p1 2 1 break case 3 p1 0 0 p1 1 1 p1 2 1 break if y x TR0 1 close 13 p1 3 0 p1 4 1 else if y x TR0 0 open p1 3 1 p1 4 0 void time0 int void interrupt 1 TH0 0 xD8 TL0 0 xf0 count if count 0 count 600 if xy x 14 七 軟硬件調(diào)試 系統(tǒng)調(diào)試包括硬件調(diào)試和軟件調(diào)試 而且兩者是密不可分的 我們設計好 的硬件電路和軟件程序 只有經(jīng)過聯(lián)合調(diào)試 才能驗證其正確性 軟硬件的是 否達到設計任務的要求 也只有經(jīng)過調(diào)試 才能發(fā)現(xiàn)問題并加以解決 完善 最終實現(xiàn)設計目的 7 1 硬件調(diào)試 硬件調(diào)試這里作比較簡單的介紹 由于我們課設的硬件部分采用原來做實 驗的 PCB 板 利用 PCB 板上的彩燈 按鍵以及 LED 數(shù)碼管來實現(xiàn)對電梯控制 系統(tǒng)的硬件部分 所以在硬件調(diào)試這方面比較簡單 不必費太多的心思 7 2 軟件調(diào)試 軟件調(diào)試一般包括分塊調(diào)試和聯(lián)機調(diào)試兩個階段 程序的分塊調(diào)試一般在 單片機開發(fā)裝置上進行 可根據(jù)所調(diào)程序功能塊的入口參量初值編制一個特殊 的程序段 并連同被調(diào)程序功能塊一起在開發(fā)裝置上運行 也可配合對應硬件 電路單獨運行某程序功能塊 然后檢查是否正確 如果執(zhí)行結果與預想的不一 致 可以通過單步運行或設置斷點的方法 查出原因并加以改正 直到運行結 果正確為止 這時該 程序功能塊已調(diào)試完畢 可去掉附加程序段 其它程序功 能塊可按此法進行調(diào)試 程序聯(lián)機調(diào)試就是將已調(diào)試好的各程序功能塊按總體 結構聯(lián)成一個完整程序 在所研制的硬件電路上運行 從而試驗程序整體運行 的完整性 正確性和與硬件電路的配合情況 軟件調(diào)試主要在電腦上進行仿真 模擬 先全部編譯文件 觀察是否有錯誤和警告 在確定沒有錯誤和警告的情 況下 點擊 DEBUG 進去仿真階段 本次的實驗難度系數(shù)其實并不大 關鍵 是要看各部分負責的同學的協(xié)助與互動 當然這也與老師的細心教導是分不開 的 除此之外 對系統(tǒng)軟件的熟悉和對程序編寫的熟練程度也很大意義上起到 了加快實驗速度 減少差錯 減輕工作量的作用 對于這些過程與步驟的熟悉與了解能很好的幫助我們解決在實際應用當中 碰到的諸多問題 比如說在程序當中設計到延時 但是具體延時的時間 我們 要從幾個方面考慮 最后調(diào)試了很多次 試驗了很多次的時間參數(shù) 最后才找 到了一個比較合適的延時參數(shù) 除了認為的設定他的數(shù)值以外 我們還要熟悉 和掌握芯片的自身功能 也就是它的運算速度 只要知道了運算速度 那么大 致上的時間就可以根據(jù)計算認為得到 15 還有在關于程序先后運行順序的設置上也很有講究 如果安排不好程序執(zhí) 行的步驟 將會造成電梯門沒關便開始上升下降或者 LED 動態(tài)顯示暫時熄滅不 顯示等由于程序執(zhí)行順序所導致的問題 所以 合理的安排步驟 并且配合這 塊芯片本身的功能 可以發(fā)揮出事半功倍的效果 但是在調(diào)試過程中還是出現(xiàn)了一些問題比如延時程序設定時間太短 數(shù)組 定義錯誤 引腳對應錯誤等等 我認為對于我們這些初學者來說 出現(xiàn)這種錯誤也是在情理之中的 關鍵 的問題是如何解決這些問題 我們通過同組同學的討論和向外組同學和老師的 請教 經(jīng)過了一次一次的調(diào)試 修改 歷經(jīng)整整 2 天的時間完成了程序 我們 組員表示在這次的設計當中學到了很多 下次我們會珍惜這機會的 16 八 實驗小結 一周的課程設計馬上就要結束了 對于這周的課程設計大體也有了不少自己的 學習經(jīng)驗和對于這課程設計的心得 我們這小組做的是電梯升降序控制器 以 下便是我的對其簡單的小結 1 由于我們小組在之前有了明確的分工所以整體來說我們小組進程還是比較 順利的 在編程序方面在以 xx 同學為主力在第一天我們將其大致完成了 在電 路圖方面我們小組由 xx 利用了 Poteus 軟件制作 雖然在之前我們并沒有學過 這個軟件的使用方法 但經(jīng)過一天的自我學習 我們最終還是按要求完成了制 圖 2 第二天由于程序的基本成型 并在電路板上進行了實踐的操作 流程圖這 一塊便有我來制作了 由于我們的程序比較大應用的模塊比較多說以 制作流 程圖還是花了我不少的時間 3 第三天我們將寫好的程序燒進了單片機 并給老師看過之后 老師指導我 們修改了部分細節(jié)后 我們便開始制作最后的收尾工作 xx 同學將最后的圖紙 完善 xxx xxx 同學進行最后的實驗排版 我對流程圖按照修改后的程序進行 了最后的修正 4 當然在最終的結果中還是存在些不足 但總的來說 我們這次收獲了更多 在與同學和老師的交流中 我們再次系統(tǒng)的復習了專業(yè)知識 對專業(yè)知識掌握 和運用更加熟練 此次課程設計 我們收獲的不只是將其完成 更多的是再次 把知識學習鞏固了一遍 在這次設計的學習中 我們得到了不少啟示 相信在 以后的學習生活上也會給予我們很多的幫助 17 九 心得體會 大三的第二學期末的第一門課程設計馬上就要結束了 整體來說這周時間并不 十分緊張 我們有了充分的時間去學習課程設計所需要的其他軟件的應用 總 體來說我們還是收獲頗豐 我做的是單片機的流程圖 平時一般的流程圖都是 老師給了參考的流程 而且在制作報告的時候還是手寫的 現(xiàn)在這一切都是自 己操作 第一天剛開始的時候有點手足無措的感覺 突然發(fā)現(xiàn)原來實際與想法 還是會有一定的差距的 比如有一次流程圖的橫向很寬 一頁紙完全放不下 但是相對長度卻綽綽有余 但將頁面橫置卻花了很長時間 這次課程設計從選 題到定稿 從理論到實踐 在接近一個星期的日子里 可以說是苦多于甜 但 是學到了很多很多的東西 同時不僅可以鞏固以前所學過的知識 而且還學到 了很多在書本上所沒有學到過的知識 通過這次課程設計使我懂得了理論與實 踐相結合是很重要的 只有理論知識是遠遠不夠的 只有把所學的理論知識與 實踐