基于51單片機模擬電梯內(nèi)部控制器設(shè)計與制作

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計

目錄

1產(chǎn)品功能分析...............................................................................................................1

1.1設(shè)計背景及內(nèi)容................................................................................................1

1.2功能分析.............................................................................................................2

2方案設(shè)計.......................................................................................................................2

2.1顯示模塊的方案選擇.........................................................................................2

2.2單片機的方案選擇.............................................................................................2

2.3按鍵的方案選擇.................................................................................................2

2.4系統(tǒng)框圖..............................................................................................................3

3產(chǎn)品硬件設(shè)計................................................................................................................3

3.1主控芯片..............................................................................................................3

3.2單片機最小系統(tǒng)..................................................................................................5

3.3顯示電路..............................................................................................................5

3.4按鍵電路..............................................................................................................6

4產(chǎn)品軟件設(shè)計...............................................................................................................7

4.1Keil4開發(fā)環(huán)境以燒錄工具...............................................................................7

4.2C51的開發(fā)流程...................................................................................................7

4.3燒錄軟件介紹.....................................................................................................7

4.4主程序流程圖.....................................................................................................8

5系統(tǒng)組裝與調(diào)試...........................................................................................................9

5.1電路組裝..............................................................................................................9

5.2系統(tǒng)調(diào)試..............................................................................................................9

5.2.1系統(tǒng)軟件調(diào)試............................................................................................9

5.2.2系統(tǒng)硬件調(diào)試............................................................................................9

5.3實物測試..............................................................................................................9

6產(chǎn)品使用說明.............................................................................................................10

參考資料.........................................................................................................................11

附錄1元器件清單.......................................................................................................12

I

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附錄2電路原理圖.......................................................................................................13

附錄3PCB設(shè)計圖........................................................................................................14

附錄4作品實物照.......................................................................................................15

附錄5軟件程序代碼...................................................................................................16

II

湖南商職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計

基于51單片機模擬電梯內(nèi)部控制器設(shè)計與制作

1產(chǎn)品功能分析

1.1設(shè)計背景及內(nèi)容

電梯起源于公元前2600年，當時是埃及人為了方便建造金字塔，使用了一

類用人力的起重機。到了1203年，法國的二修道院安裝了一臺用驢作為重力的

起重機。但這種升降梯，始終是不安全的，只要吊繩一斷，便會直接從空中掉

落到最底層。直到1854年奧的斯發(fā)明了第一臺“安全”的升降梯，奧的斯為了

解決吊繩如果突然斷裂，升降機會急速下降的致命弱點，于是她設(shè)計出了在升

降機里加一個制動器，如果吊繩突然斷裂，貨車彈簧會將拉力減弱，兩端會立

即與制動桿咬合，從而使轎廂停止下墜。就此第一臺“安全的升降梯”也就成

功的發(fā)明出來了。

但升降機始終不是用電作為動力，所以也不算是真正意義上的電梯。第一

部真正用電作為動力的電梯是1889年12月，安裝在紐約的奧的斯電梯公司。

步入中國的第一部電梯也是1901年由奧的斯公司安裝的。我國自行制造的第一

部電梯是在1951年，安裝在了北京天安門。

到現(xiàn)如今科技的高速發(fā)展和經(jīng)濟的不斷提高電梯跟馬路上的車一樣已是常

態(tài)，因為電梯的高效省時方便大到商業(yè)樓小到住宅都有電梯，對于高樓層而言

電梯更是必不可少的，電梯已經(jīng)完美的融入了我們的生活中。隨著人們的生活

質(zhì)量的提高未來也會對電梯加大應(yīng)用的范圍，也會變得越來越完善，為人們提

供更方便更智能的需求。

目前電梯控制系統(tǒng)大多采用的可編程控制器（PLC)和微機控制器(MC)的控

制方式，價格過高，程序太過繁瑣等缺點。本設(shè)計采用了單片機的控制電梯的

系統(tǒng)，以單片機為系統(tǒng)核心，再以按鍵電路，顯示電路為輔助硬件，以控制程

序來控制整個電梯的信號。具有成本低，耗能低，靈活性強，容易實現(xiàn)復雜的

控制等優(yōu)點。

設(shè)計內(nèi)容：

1）系統(tǒng)方案的選擇；

2）硬件電路的組成及使用方法；

3）硬件、軟件調(diào)試。

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1.2功能分析

復位初始化時，電梯在一樓，按對應(yīng)的按鍵就去對應(yīng)的樓層。運行時有電

梯的指示燈狀態(tài)，顯示上或者下的箭頭，和到達的樓層的數(shù)字。

2方案設(shè)計

2.1顯示模塊的方案選擇

方案一:1602液晶模塊

LCD1602是一塊可以顯示字母、數(shù)字、符號等顯示模塊。優(yōu)點：質(zhì)量高、體

積小重量輕、耗能低。

方案二:點陣顯示

LED點陣屏是通過發(fā)光二極管組成的，可以顯示文字、圖片圖形、數(shù)字等。

優(yōu)點：亮度高、耗能低、性能穩(wěn)定。

綜上所述：因為LCD1602不能顯示圖形，電梯升降時顯示不出來指示。故

選擇點陣作為顯示模塊。

2.2單片機的方案選擇

方案一：AT51系列單片機

采用AT89C52為系統(tǒng)核心，采用可反復擦寫FlashROM，有8KB的存儲空

間，低電壓的8位單片機。

方案二：STC51系列單片機

采用STC89C52為系統(tǒng)核心，采用MCS-51內(nèi)核和在系統(tǒng)可編譯Flash存儲

器，有8KB的存儲空間，低電位高性能CMOS8位微控制器。

綜上所述：因為STC89C52采用的是低耗能高性能的CMOS8位微控制器,性

能比AT89C52強大而且價格也比AT89C52便宜。AT89C52燒錄還需要專業(yè)的工具。

故選擇STC89C52單片機。

2.3按鍵的方案選擇

方案一：矩陣鍵盤

每條橫線和豎線交叉處不連通，通過加一個按鍵連接，為了節(jié)省I/O將按鍵

排成一個矩形。

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方案二：獨立鍵盤

一個按鍵占用一個單獨的I/O。每個按鍵工作時不會干擾到別的I/O的狀態(tài)。

共可以有8個按鍵?？梢酝瑫r按下多個。

綜上所述：因為設(shè)計才用到7個按鍵，故選擇獨立鍵盤。

2.4系統(tǒng)框圖

本電路主要由鍵盤模塊、單片機最小系統(tǒng)控制電路（主要復位電路）、顯

示電路、電源模塊組成。

圖1系統(tǒng)框圖

3產(chǎn)品硬件設(shè)計

3.1主控芯片

本設(shè)計采用STC89C52為產(chǎn)品的主控芯片。STC89C52是一種低耗能、高性能

的51內(nèi)核的CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash儲存器。單片機

引腳圖如圖2所示。

（1）STC89C52主要特性

具有在線編程功能

有間歇和掉電兩種工作方式

8K字節(jié)程序存儲空間

（2）STC89C52主要參數(shù)

增強型8051單片機

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內(nèi)部程序儲存器（ROM)為8K字節(jié)

內(nèi)部數(shù)據(jù)儲存器(RAM)512字節(jié)

實際工作頻率可達到48MHz

32個通用I/O口

圖2單片機引腳圖

（3）STC89C52相關(guān)引腳

VCC：接正電源，+5V

GND：接地

RST：復位端

RXD：串口輸入端

TXD：串口輸出端

INT0：外部中斷0輸入端

INT1：外部中斷1輸入端

T0：計數(shù)器0外部輸入端

T0：計數(shù)器1外部輸入端

WR：片外數(shù)據(jù)存儲器寫入通信號輸出端

RD：片外數(shù)據(jù)存儲器讀入通信號輸出端

XTAL2：接外部晶體振蕩器的一端，反向放大器輸出端

XTAL1：接外部晶體振蕩器的另一端，反向放大器輸入端

EA/VPP：外部訪問允許，CPU（執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器的指令）僅訪問外部程

序存儲器，EA接地。若EA接VCC，CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器。Flash存儲

器編程時，該加上+12V的編程允許電源VPP

ALE/PROG：地址鎖存信號端

PSEN：程序儲存允許輸出是外部程序存儲器的讀選通信號

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P1.0~P1.7：8位準雙向I/O口

P3.0~P3.7：8位準雙向I/O口

P0.0~P0.7：8位漏極開路雙向I/O口

3.2單片機最小系統(tǒng)

單片機最小系統(tǒng)就是單片機工作最簡單的系統(tǒng)組成。最小系統(tǒng)包括復位電

路和時鐘電路。

時鐘電路：內(nèi)部具有反向放大器，構(gòu)成振蕩器，XTAL1和XTAL2跨接晶體和

兩個補償電容構(gòu)成自激振蕩器，圖3-2中X1、C1、C2。選擇12MHz頻率石英晶

體，補償電容選擇30pF的瓷片電容。

圖3時鐘電路圖

復位電路：復位有自動復位和手動復位。自動復位是接電之后自動復位，

手動復位是在運行過程中通過按復位按鍵復位。圖3-3自動復位是通過電容C4

接電實現(xiàn)的，手動復位是通過K0按鍵和R2、VCC接通實現(xiàn)的。

圖4復位電路圖

3.3顯示電路

點陣是由64個發(fā)光二極管組成。以燈珠亮滅來顯示文字、圖片、視頻等。

點陣是通過掃描顯示，掃描速度足夠快的時候人眼是看不見閃速的。點陣

可以橫向掃描，也可以縱向掃描。

點陣顯示亮度高、電壓低、功耗低、體型小巧、壽命長、性能高、發(fā)光比

5

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其他顯示屏均勻。

圖5點陣實物圖

點陣與單片機的引腳相連接，通過單片機的IO口的高低電平可以控制點陣

的顯示,其具體電路原理圖如下圖所示。

圖6點陣電路圖

3.4按鍵電路

按鍵電路模塊中有每層的樓層對應(yīng)的按鍵，這些按鍵一端接地，另一端與

單片機的IO口相接，外部0中斷低電平有效，這樣設(shè)計就可以自由實現(xiàn)操作命

令。其具體電路原理圖如下圖所示。

圖7按鍵電路圖

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4產(chǎn)品軟件設(shè)計

4.1Keil4開發(fā)環(huán)境以燒錄工具

Keil4開發(fā)環(huán)境搭建：安裝keil4要先激活，再建立一個關(guān)于C51的工程就

可以開始寫開發(fā)C51單片機程序。

C51的燒錄:安裝STCISP軟件。

圖8keil4開發(fā)界面圖

4.2C51的開發(fā)流程

（1）首先要先建立一個工程，產(chǎn)生代碼，編寫后擴展為.c文件，進行編譯。

（2）編譯的時如果程序上出現(xiàn)錯誤，下面頁面中會顯示哪一行有錯誤或者

警告，然后進行修改。

（3）然后再魔法棒中選擇生成.HEX的文件。

4.3燒錄軟件介紹

先把開發(fā)板用USB連接電腦，再打開STC燒錄軟件，選擇打開一個程序，

選擇剛剛在keil4中生成的.HEX的文件。下載到開發(fā)板里面。

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圖9燒錄軟件框

4.4主程序流程圖

系統(tǒng)運行流程圖如下圖所示。

圖10系統(tǒng)運行流程圖

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5系統(tǒng)組裝與調(diào)試

5.1電路組裝

第一步：萬用表檢測各個元器件是否都是好的。

第二步：把周圍清理干凈，區(qū)分正負級，按照產(chǎn)品的位置先焊飛線，再焊

小的元器件，小的容易丟了找不到。焊的時候把元器件放遠一點焊一個拿一個。

焊點不能虛焊也不能焊太多，一般一秒鐘焊一個焊點，需要一氣呵成，并要保

證每個元器件都焊到板子上了。如果一個焊點焊了幾秒鐘那就有黑點，不僅不

美觀還容易把元器件燒壞。焊的時候電烙鐵的溫度達到400攝氏度，焊完一個

元器件要馬上放到電烙鐵架上。

5.2系統(tǒng)調(diào)試

系統(tǒng)調(diào)試就是希望用最少的人力和時間來發(fā)現(xiàn)潛在的錯誤和缺陷。系統(tǒng)測

試需要從軟件和硬件方面去進行調(diào)試。

5.2.1系統(tǒng)軟件調(diào)試

軟件調(diào)試是在KEIL編譯器和STC燒錄下進行，編寫完程序之后，如果有錯

誤下面的界面會提醒哪一行為什么有錯誤，按照它說的去修改就行了。完成這

些在STC里要進行復位，燒錄進去之后看效果是否正常顯示。

5.2.2系統(tǒng)硬件調(diào)試

硬件測試，可以使用萬用表等來檢查硬件中存在的故障。

焊完之后要目測有沒有虛焊或者元器件被電烙鐵損壞。不然會出現(xiàn)電路短

缺的情況。

可以用萬用表檢測各種電源線與地線之間是否有短路現(xiàn)象。然后檢查接線

是否錯誤，兩個焊點是不是連在一塊了，這些都會達不到效果。

前面都沒有問題就可以開始接電了，接電之后觀察每個元器件是否都在正

常工作，顯示屏是否有顯示不均勻的情況。

按復位，多測試幾次。保持每個元器件都能正常工作沒有任何問題。

5.3實物測試

測試正常，如下圖所示。

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圖11系統(tǒng)測試圖

6產(chǎn)品使用說明

（1）使用前檢查單片機模塊是否完全嵌好，有沒有脫落的情況。

（2）初始開機時，會默認在一樓，點陣顯示1，當按其他樓層時，會顯示

“↑”和到哪一樓的樓層數(shù)。下樓也一樣，按對應(yīng)的樓層時會顯示“↓”和到

哪一樓的樓層數(shù)。

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參考資料

[1]楊欣電路設(shè)計與仿真·清華大學出版社·2006·56~102

[2]樓然苗51系列單片機設(shè)計實例·航空航天大學出版·2004·89~152

[3]王田苗·嵌入式系統(tǒng)設(shè)計與實例開發(fā)·清華大學出版社·2005·35~89

[4]張友德·單片微型機原理應(yīng)用與實驗·復旦大學出版社·1996·253~267

[5]萬長建·用單片機實現(xiàn)高層電梯運行自動控制·北京大學出版社·2007·51~62

[6]張婭莉·單片機在電梯自動控制中的應(yīng)用·工業(yè)控制計算機·2003·202~209

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