单片机的电梯控制设计.pdf

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1、单片机原理及系统课程设计 评语：考勤（10 分）守纪（10 分）过程（30 分）设计报告（30 分）答辩（20 分）总成绩（100 分）专 业：自动化 班 级：动 1101 姓 名：孙海文 学 号：指导教师：赵峰 兰州交通大学自动化与电气工程学院 2014 年 1 月 15 日 1 设计任务及要求 1.1 设计题目 基于单片机的三层电梯控制模型的设计 1.2 设计具体要求(1)用户可通过按键发出请求；(2)可显示电梯所在楼层；(3)满足用户升降要求；(4)显示电梯升降超重状态；2 所用器件原理介绍 AT89C51是一个低功耗，高性能 CMOS 8位单片机，片内含 4k Bytes ISP的可反

2、复擦写 1000 次的 Flash 只读程序存储器。AT89C51是低功耗、高性能的 CMOS 型 8 位单片机。片内带有 8KB的 Flash 存储器，且允许在系统内改写或用编程器编程。片内有 128B 的 RAM、32 条 I/O 口线、2 个 16 位定时计数器、5 个中断源、一个全双工串行口等，完全满足该课题的需要。3 系统设计 本系统以 AT89C51单片机的电梯自动控制系统为核心，有硬件设计，软件设计，软件调试等几个部分。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，还有报

3、警器的设计，上下呼叫指示灯的部分组成。总体设计框图如图 1 所示。图 1 总体设计框图 3.1 硬件设计 (1)AT89C51接口 由单片机的 P0口控制数码管的位码，P1口控制数据的读取，P2口控制电机运行状态、电梯运行状态和蜂鸣器状态。(2)按键控制图 为了节省单片机的接口，故选用行列键盘矩阵，本电路初始按键一端都加低电平，有按键按下时，电路导通给输入口 P1 输入低电平信号，然后根据按键不同功能实现电梯的控制。按键控制电路如图 2 所示。图 2 按键控制图(3)LED 指示灯 在本次设计中电机正反转用两个发光管来表示，用单片机的 P1 口做输入口来输入，其中 L1亮表示电机正转电梯向上运

4、行，L2亮表示电机反转电梯向下运行，L3亮表示超重。当电梯超重时，单片机产生低电平由 P25 口输出，同时由 P17，P37 口输出高电平，以此控制 LED指示灯。LED指示灯如图 3 所示。图 3 LED指示灯(4)数码管显示 数显管的基本功能是具备显示当前电梯的层数。采用共阳极接法，把二极管的阳极连接到一起构成共阳极，使用时公共阳极接+5V。这样阴极段端输入低电平的段发光二极管导通点亮，而输入高电平不点亮。因为 P0 口没有上拉电阻所以不能输出高电平，所以要接上拉电阻，排阻就是好多电阻连接一起，有一个公共端输入高电平，因为采用共阳极接法，所以采用上拉。数码管显示电路如图 4 所示。图 4

5、数码管显示(5)蜂鸣器 对于电梯超重问题的提示报警选用蜂鸣器，P25 口输出信号，为了使蜂鸣器有较大的声音，给它加一个三极管放大，使其增大脉冲电流信号。蜂鸣器电路图如图 5 所示。图 5 蜂鸣器 3.2 软件设计(1)程序流程图 软件设计思想：采用模块化的设计方法，不同功能由不同子程序实现。由于本设计采用单片机实现控制，其中主程序部分完成了系统初始化，定时器的工作方式，中断产生，延时等。电梯的整个软件设计包括以下几个部分：电梯逻辑控制模块、电梯运行模块、电机启动模块、电机正反转模块、楼层数显模块、键盘按键输入模块、指示灯模块、超重报警器模块。程序流程图如图 6 所示。图 6 主程序流程图 软件

6、设计源程序如附录 2 所示。4 软件编译调试 在软件调试中，采用 keil仿真软件进行程序调试。首先分别调试各个功能程序，再对整个程序进行调试，以便修改错误码。首先在 keil 软件中选择 AT89C51作为 CPU，新建一个.c 文件，将各个功能程序录入，先检查程序有无明显错误，保存过后编译程序，当有错误时就根据提示加以修改，当各个功能程序编译完成后，再对整个程序全速执行，查看程序有哪些地方出现错误，对应错误提示逐步调整程序，纠正错误直到程序正确无误。分析实际生活中的电梯运行情况，总结电梯运行规律及原则。电梯在扫描到请求后，到底是否立即响应、何时响应，总是遵循“顺路”的原则，若请求的运动方向

7、与电梯现行方向相同且在该方向上继续运行即可响应该请求，则“顺路”响应。5 硬件仿真 硬件仿真使用的是 Proteus 模拟单片机外围器件的工具，它可以仿真 51 系列、AVR，PIC 等常用的 MCU 及其外围电路（如 LCD，RAM，ROM，键盘，马达，LED，AD/DA，部分SPI 器件，部分 IIC 器件.）。然后右键 AT89C51再左键，出现“Edit Componet”,在 Program File 中单击 出现文件浏览对话框，找到 test.hex 文件，单击确定.完成添加文件，单击 OK 退出。单击仿真按钮，系统开始工作，通过按键，电梯都能完成请求，基本实现了电梯运行的模拟。首

8、先利用 Proteus 中的器件库完成电路的连接，如附录1 所示。6 设计总结 本次课程设计主要是对单片机控制的实践，经过这一实践，让我更对单片机的工作原理、功能、应用及其常见的外围电路都有了更进一步的理解和切身的体会。无论是查资料、分析课题、设计电路、调试电路、设计软件、调试程序还是系统调试，每一步都认真的去学习，把理论知识应用到实践中，动手能力得到很大提高。本次课设过程中遇到了很多问题，如数码管和按键模块的电阻阻值设置不合理，分析课题时没有抓准电梯运行的规律、原则导致程序设计的不完善，写条件语句时考虑不全面等等。这些问题不但使我深深的感到对原理知识理解、运用的缺乏，还让我体会到了许多理论与

9、实际的差距。在解决这些问题的过程中，让我懂得了在面对不同的故障现象时，如何找出故障原因及排除故障的方法，充分锻炼了分析、解决问题的能力。参考文献 1 王思明,张金敏,张鑫等.单片机原理及应用系统设计M.北京:北京科学出版社,2012.2 李超青.单片机原理及接口技术 M.北京:北京航空航天大学出版社,1999.3 何立民.单片机应用系统设计 M.北京:北京航空航天大学出版社,1990.附录 1：Proteus 电路的连接图 附图 1 Proteus电路的连接图 附录 2:电梯源程序#include#include#define uint unsigned int /预定义#define uch

10、ar unsigned char uchar code LED_CODES=0 xc0,0 xf9,0 xa4,0 xb0;/字形代表码 0-3 sbit weight=P27;/超重信号 sbit F3D=P10;/3 楼向下按钮 sbit F1U=P11;/1 楼向上按钮 sbit F2D=P12;/2 楼向下按钮 sbit F2U=P13;/2 楼向上按钮 sbit F1=P14;/电梯内 1 楼 sbit F2=P15;/电梯内 2 楼 sbit F3=P16;/电梯内 3 楼 sbit ledu=P37;/上行指示灯 sbit ledd=P17;/下行指示灯 sbit ledw=P2

11、6;/超重指示灯 sbit beep=P25;/超重报警 sbit INA=P20;/电机信号 1 sbit INB=P21;/电机信号 2 uchar nf=1;/当前楼层 uchar cf;/呼叫楼层 uchar df;/要去楼层 uchar f1,f2;/楼层差(电梯停止依据):f1=|cf-nf|;f2=|df-nf|uchar t1,t2;/暂存当前楼层(显示码指针):t1=nf;t2=nf uchar flag;/呼叫 flag=0,乘电梯 flag=1 uchar dir;/电机方向 1-正转，0-反转 uint MA;/脉冲频率 uint Speed=25;/50%占空比，脉冲

12、宽度占电机周期比/X*1MS 延时函数 void delay(uint z)uint x,y;for(x=z;x0;x-)for(y=125;y0;y-);/定时器初始化 void Timer_Init()TH0=0 xEC;TL0=0 x78;TMOD=0 x01;ET0=1;EA=1;EX0=1;IT0=1;EX1=1;IT1=1;/电机运行及指示灯函数 void step(uchar dir)/电机启动 if(dir=1)TR0=1;/开定时器，启动电机 ledu=0;/正反转指示灯 ledd=1;else if(dir=0)TR0=1;/开定时器，启动电机 ledd=0;ledu=1;

13、else if(dir=2)TR0=0;delay(50);/延时稳定电机 /乘坐电梯运行，flag=1 为该运行方式标记/置乘坐运行标记；置目的楼层；若当前电梯正在 1 楼则不动作；/计算当前电梯距目标楼层的层数；置电机转向；暂存当前楼层；/修改当前楼层为目的楼层；电梯运转；void Floors()/电梯内部呼叫 if(F1=0)flag=1;df=1;if(df=nf)return;f2=abs(df-nf);dir=0;t2=nf;nf=df;step(dir);delay(5000);else if(F2=0)flag=1;df=2;if(df=nf)return;f2=abs(df

14、-nf);if(dfnf)dir=1;else dir=0;t2=nf;nf=df;step(dir);delay(5000);else if(F3=0)flag=1;df=3;if(df=nf)return;f2=abs(df-nf);dir=1;t2=nf;nf=df;step(dir);delay(5000);dir=2;delay(50);/呼叫电梯运行，flag=0 为该运行方式标记/同乘坐电梯运行 void Calls()/电梯外部呼叫 if(F3D=0)flag=0;cf=3;if(cf=nf)return;f1=abs(cf-nf);dir=1;t1=nf;nf=cf;step

15、(dir);delay(5000);else if(F1U=0)flag=0;cf=1;if(cf=nf)return;f1=abs(cf-nf);dir=0;t1=nf;nf=cf;step(dir);delay(5000);else if(F2D=0)flag=0;cf=2;if(cf=nf)return;f1=abs(cf-nf);if(cfnf)dir=1;else dir=0;t1=nf;nf=cf;step(dir);delay(5000);else if(F2U=0)flag=0;cf=2;if(cf=nf)return;f1=abs(cf-nf);if(cfnf)dir=1;e

16、lse dir=0;t1=nf;nf=cf;step(dir);delay(5000);dir=2;/停止电机 delay(50);void main()/主函数，LED数显管显示 Timer_Init();/定时器初始化 P0=LED_CODES1;/启动时电梯在 1 楼，显示楼号 while(1)P0=LED_CODESnf;Calls();/呼叫电梯 Floors();/乘坐电梯 while(1)/超重检测 if(weight=0)beep=beep;ledw=ledw;ledu=1;ledd=1;delay(150);else beep=1;ledw=1;break;/检查是否超重，指示灯闪烁 void time0_int()interrupt 1 /定时中断，脉冲宽度调制，产生脉冲 TH0=0 xEC;TL0=0 x78;MA+;if(MA=50)MA=0;