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1、黑金学院本科生课程设计单片机原理及应用课程设计设计题目：基于AT89C52电梯模拟控制系统设计专 业：电子信息科学与技术班 级：2012 级学生姓名：xx学 号：指导教师：张三丰（副教授）2015年01月#基于AT89C52电梯模拟控制系统设计XX(琼州学院 电子信息工程学院，海南 三亚 572022 )摘要：本设计是利用AT89C52单片机控制的多层电梯模拟控制系统，主要包括硬件系 统的设计、软件系统的设计及模拟电路的仿真调试。本设计主要是利用中断电路控制电梯 的响应和电机的驱动，是专门为楼层快速通行控制设计的智能系统。此外，利用单片机控 制电梯有成本低、通用性强、灵活性大及易于实现复杂控制
2、等优点。关键词：AT89C52单片机；仿真调试；电梯1. 设计任务1.1 设计目的目前电梯控制系统大多采用继电器或者可编程控制器( PLC的控制方式，存在着成 本高，需要三相供电等缺点，本设计给出了一种基于单片机的电梯模型控制系统设计。以 单片机为核心，再辅以适当的硬件电路和控制程序来检测和控制整个电梯的信号，具有成 本低、通用性强、灵活性大、扩展容易及易于实现复杂控制等优点。本设计注重基本理论知识与实际情况的紧密结合，同时对学生独立创新和分析问题的 能力进行培养，加深对知识的理解，为以后的工作和学习打下坚实的基础。1.2 方案论证1.2.1 设计要求(1) 设置电梯的内外按键，即电梯外都有上
3、或下的按键，电梯内有楼层的选择按键。(2) 电梯状态要有指示灯显示，即电梯目前运行到达楼层的实时显示，电梯升降的状 态显示等。(3) 电梯无人时，应默认停在第一层。1.2.2 系统的结构框图图1.1系统的结构框图如图1.1所示，楼层电梯呼叫按键就是楼层外面的上行、下行按键，有需求时即可按 下；电梯内呼叫按键就是电梯内部的数字按键，它是内部按键需求的输入；单片机就是整 个系统的核心，接收输入信息，经过处理后输出信息；楼层显示数码管就是接收单片机处 理的信息，显示此时的楼层数；电梯状态指示灯就是接收单片机处理的信息，显示电梯的 状态：上升、下降、停止。电动机的驱动和控制就是接收单片机的PW脉冲信号
4、来控制驱动器，进而控制电动机的正反转，使电动机牵引电梯做上下运动。2. 电路设计与参数计算2.1硬件系统的设计与参数计算2.1.1硬件设计思路与计算电梯最底层为1楼，因此在1楼仅有上升按键，而电梯最高层为 6楼，因此6楼应仅 有下降按键。其他楼层则既有上升按键，也有下降按键。在电梯内部按键设置方面，则应 有16楼的各层选择按键。按键的一端接地，另一端通过集成电路芯片连至单片机引脚。 这里，由于按键数量很多，又要求电梯控制系统能以最快速度响应按键的需求，因此，所 有按键通过与门连接单片机。用五片双4输入与门74LS21即可实现16个按键对象的集体与运算的最终结果，按键动作最终是送到单片机的INT
5、O端。即：INTO (P1.0*P1.1*P1.2*P1.3 ) * (P1.4*P1.5*P1.6*P1.7 ) * (P3.0*P3.1*P2.0*P3.3 )* (P3.4*P3.5*P2.1*P2.2 )无论哪一个按键有动作，低电平信号就会送到 INTO端，从而引发外部中断0服务子 程序运行。当定时器0中断时，单片机向电动机发送 pwm脉冲信号，电动机接到脉冲信号 后，经过驱动器的驱动，电动机便牵引电梯上下运动。电梯的楼层显示用七段数码管完成显示。本设计电梯只有6层，因此用七段数码管即可，数码管的显示数据通过单片机的P0 口来进行传送。设计中要求数码管随着电梯的位置变化而变化，即数码管
6、显示数据要与楼层数同步，因此数码管的片选线直接连接地，而 不需要再选择电梯升降的状态用上升和下降指示灯来进行显示，通过单片机的P3.7和P3.6引脚分别连接上升和下降指示灯的负极，其正极均连接至系统正电源处。2.1.2时钟电路设计与计算XTAL1C1130pFX1C230pFXTAL21#图2.1时钟电路图单片机的时钟电路（如图2.1所示）有振荡电路和分频电路组成。其中振荡电路由反 相器以及并联外接的石英晶体和电容构成，用于产生振荡脉冲。而分频电路则用于把振荡 脉冲分频，以得到所需要的时钟信号。AT89C52单片机各功能部件的运行都是以时钟控制信号为基准，有条不紊地一拍一拍 地工作，因此时钟频
7、率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量也直接影响单片机系统的 稳定性。AT89C52单片机电路中的电容C1和C2典型值通常选择为30pF。晶振的频率越高 则系统的时钟频率也越高，单片机的运行速度也越快。但反过来运行速度越快对内存的速 度要求就越高，对印刷电路板片靠近，以减少寄生电容，更好的保证振荡器稳定、可靠的 工作。基于以上本设计我们考的工艺要求也越高，即要求产生的寄生电容要小，晶振和电 容应尽可能安装得与单片机芯虑选择频率为12MHZ的晶振，当振荡脉冲频率为12MHZ寸,一个机器周期为1us。2.1.3复位电路设计与分析SVCC RSTOR110KC110uF图2.2复位电路图#复位电路图
8、如图2.2所示，复位是单片机的初始化操作，程序给单片机的复位引脚RST#加大于2个机器周期（即24个时钟振荡周期）的高电平就可使单片机复位。AT89C52的复位是由外部的复位电路来实现的。复位电路通常采用上电复位和手动复位两种方式，手动 复位有电平方式和脉冲方式两种，我们采用了手动复位为电平方式的复位。 如图3-2所示, 我们通过RST端经由电阻与电源VCC接通而实现，当按键按下时，RST端为高电平复位。当时钟频率选用12MHz时，C1取10uF, R1取10KQ时，电容 C1充放电时间 t=R1*C1=0.1s2us （2 个机器周期）。2.1.4中断电路设计与分析各中断的优先级（由高到低排
9、列）：外部 0中断、定时器T0中断、外部1中断、 定时器T1中断、串行发送中断、串行接收中断、定时器 T2中断。图2.3中断电路图中断电路如图2.3所示。图中外部0中断INT0与74LS21与门相接，低电平有效，所 以当单片机接电源后，P1.0P1.3引脚此时为高电平，当任一按键按下后，相应的中断输入口直接与地相接，高电平变为低电平，外部0中断立即响应，单片机系统进入中断控制子程序系统，在中断服务子程序中做出相应的执行指令。2.1.5电动机正反转控制电路#L1 L2 L3图2.4带有联锁的正反控制电路如图2.4所示，几只控制电路通过辅助触头之间的相互连接，实现彼此之间相互联系 又相互制约的作用
10、，叫做联锁。继电接触控制电路，通过接触器、继电器之间的相互联锁， 可以实现多台设备按生产工艺进行工作，是实现自动控制及保护的重要环节。当接通电源 后，闭合负荷开关QM按下开关SB1,线圈C1得电，使电动机启动，此时电动机正转。 按下开关SB2线圈C2得电，线圈C1断开，此时电机开始反转。2.1.6数码管显示模块的选择LED是Light Emiting Diode（发光二极管）的缩写，发光二极管是可以将电信号转换为光信号的电致发光器件。由条形发光二极管组成“8”字形的LED显示器，也称数码管。通过数码管中发光二极管的亮暗组合，可以显示多种数字，字母以及其他符号。数 码管有七段数码管和八段数码管之
11、分。七段数码管由7个发光二极管组成，而八段数码管则是在七段发光二极管的基础上在再加一个圆点型发光二级管，用于显示小数点，本设计 采用七段数码管。图2.5七段数码管七段数码管外形如图2.5所示，即左边的7个引脚跟单片机P0 口相接，下边的引脚 连接地。2.1.7按钮控制电路模块的设计P10P11F6下F1上F2下P12 匸二* O 0-4 F2上P13| Q O1P14F3下F3上P15I QP16F4下F4上P17P30F5下P31F5上P35P21F1P20F2P34F4F5F6P22图2.6电梯不同楼层的按钮如图2.6所示，按键显示电路模块包括电梯内部的按钮和每层楼的上下按钮，这些按钮一端
12、与地相接，一端又与单片机和与门74LS21相接，外部0中断低电平有效，这样可以实现模拟按键的自如操作。2.2软件系统的分析与设计2.2.1程序设计思路首先，必须得合理考虑按键的响应问题。一段时间内可能有多个不同的按键有动作， 程序必须记录每一个按键的动作，并根据电梯本身所处的楼层情况与按键楼层之间的位置 关系，合理判断出电梯应当做出上升或下降的响应动作。其次，电梯系统还有一个判断是否无人的情况。即电梯到达某楼层后，其他楼层无按 键动作，且电梯内也无楼层选择按键动作，那么就可以判断此时电梯内无人。若电梯内无 人，电梯应自动返回到1层等待。然后，两个楼层之间应考虑有一段运行时间，而且也要设置在一个
13、楼层的停留时间。本设计中两个楼层之间的运行时间设为1s,每层停留时间设为5so当定时0中断时，可利用此发送电动机PW脉冲信号，经驱动器驱动后，电动机正反转执行相应的动作指令。另外，当电梯上升或者下降时，相应的状态指示灯应及时同步点亮。2.2.2程序流程图本设计程序流程图主要包括主程序流程图（如图2.7所示）、启动电梯子程序流程图（如图2.8所示）、选择当前要去楼层子程序流程图（如图 2.9所示）。#图2.8启动电梯子程序流程图图2.9选择当前要去楼层子程序流程图#3.电路仿真与分析#RP1 RESPACK5 訂閃=U5:P25 询JIJ_LIB 2H 3fl ia586flT1COH1CXX4
14、C6C6CTC111MO0皿UO7DR-BIDCUULNUBA次椒早叫脚F6下F11nU1ISIS29 云Jf M 2F12 1m3-4Hi 5MT7MFTPIT tP1.VT!Et 12 f1J 11JM5I1J5川pnnj.DiRD.WD1 fflD2P0CMD3PO.iJADIF0JSAD5P0jD6Pfl.TADt旳卿P2.1W P22A1DP21I P3.tt12 pisawP2WUR.TA15PJflfflXD PJ1/IXD P32flNP33/WTT的师Irj/rF21J吃232(*2526Fp-2S啤MP11J31V213:总15宙活一:慣tT月0h1F2下F3T卡4下F5 TF2F3R上F5 二11 *11 A1s A二粥
