-/
泉州经贸职业技术学院
毕业设计报告
系 （部）
专 业 应用电子技术
题 目 基于单片机模拟电梯设计
指 导 老 师
学 生 姓 名
学 生 学 号
目 录
摘要 1
第一章 绪论 2
错误！未定义书签。第二章 系统总体方案 3
2.1 设计要求 3
2.2 设计方框图 4
2.2 显示模块的选择 5
2.3 单片机的选择 6
2.4 按键的选择 7
2.5 电源模块的选择 5
第三章 硬件设计 6
3.1主控芯片 6
3.1.1引脚功能 6
3.1.2 单片机最小系统 11
3.2显示电路 7
3.3按键电路 8
第四章 软件设计 8
4.1 流程图设计 8
4.11源程序 15
第五章 系统调试 16
5.1 硬件调试 16
5.2 软件调试 17
总结 16
附录 A 17
附录 B 17
摘要
随着经济的高速发展，微电子技术、计算机技术和自动控制技术也得到了迅速发展，交流变频调速技术已经进入一个崭新的时代，其应用越来越广。电梯是现代高层建筑的垂直交通工具，其设计要求稳定性、安全性及高。随着人们生活水平的不断提高,对电梯的要求的也相应提高，电梯得到了快速发展，我国国产电梯多为继电器，本次设计的软件控制部分由单片机来实现，研究、分析电梯的逻辑关系，进而实现控制。通过合理的选择和设计，提高了电梯的控制水平，并改善了电梯运行的舒适感，使电梯达到较为理想的控制效果。关键词：电梯硬件描述语言编译仿真
第一章 绪论
电梯是标志现代物质文明的垂直运输工具、是机—电一体化的复杂运输设备。它涉及电子技术、机械工程、电力电子技术、微机技术、电力拖动系统和土建工程等多个科学领域。目前电梯的生产情况和使用数量已成为一个国家现代化程度的标志之一。随着现代化城市的高速发展，每天都有大量人流及物流需要输送。为节约用地和适应经贸事业的发展，一幢幢高楼拔地而起，这些高层建筑的垂直运输是一个突出问题，与人们的工作和生活紧密相关。目前，我国国产电梯大部分为继电器及PLC控制方式，继电器控制系统性能不稳定、故障率高，大大降低了电梯的舒适性、可靠性和安全性，经常造成停梯，给乘用人员的生活和工作带来了很多不便，因而传统的电梯控制系统的更新势在必行；PLC（可编程控制器）在电梯控制中得到了广泛的应用。本次设计尝试用Verilog HDL实现电梯控制，可进行多层次的逻辑设计，也可进行仿真验证、时序分析等以保证设计的正确。本书主要是根据普通居民住宅楼电梯的控制回路并按居民楼的特点来设计
第二章 系统总体方案
2.1 设计要求
当电梯处于上升模式的时候，只响应比电梯所在位置高的上楼请求信号，有上而下逐个执行，直到最后一个上楼请求执行完毕，如果高层有下楼请求，则直接到有下楼请求的最高楼接客，然后便进入下降模式。当电梯处于下降模式时，则与上升到模式相反。
2.2设计方框图
本电路主要由4大部分组成：键盘模块、单片机最小系统控制电路、显示模块电路、电源模块电路。其中单片机最小系统主要复位电路，电路复位后楼层显示数字1 表示电梯此时在一楼，而电梯楼层位置是由延时电路控制的，延时电路是2秒延时，每层之间通过2秒延时控制即每延时2秒表示电梯走了一层，同时显示相应的上下箭头指示。本设计的延时部分主要是软件控制的。电梯的状态是通过点阵组成的上下箭头和数字显示的。键盘电路采用独立式按键。电梯的正常工作是通过对单片机写入程序控制的，总体方框图如图2-1所示。
图2-1 总体框图
2.2 显示模块的选择
点阵显示：
点阵是由小LED组成，LED显示屏可以显示变化的数字、文字、图形图像；不仅可以用于室内环境还可以用于室外环境，具有投影仪、电视墙、液晶显示屏无法比拟的优点。LED之所以受到广泛重视而得到迅速发展，是与它本身所具有的优点分不开的。这些优点概括起来是：亮度高、工作电压低、功耗小、小型化、寿命长、耐冲击和性能稳定。LED的发展前景极为广阔，目前正朝着更高亮度、更高耐气候性、更高的发光密度、更高的发光均匀性，可靠性、全色化方向发展。
综上所诉：LCD1602显示不了图形，当电梯升降时显示不了相应的指示；数码管虽简单方便能显示数字，但同样是显示不了图形；只有点阵既能显示数字又能显示图形，适合本设计，固本设计用点阵作为显示模块。
2.3 单片机的选择
STC51系列单片机：
用STC89C52芯片作为系统核心，采用闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM-Flash Programable and Erasable Read Only Memory）的低电压，内部具有8KB ROM存储空间，是51系列单片机内存的两倍，而且还比51单片机多定时计数器和中断，并且比 AT89C52芯片经济，实惠。所以本设计采用STC89C52芯片。
本设计采用的是STC89C52单片机，STC89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机,高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大的STC89C52单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。
2.4按键的选择
采用独立式键盘：
独立式键盘是直接用I/O口线构成的单元按键开关电路，其特点是每个按键独立占用一根I/O口线，每个按键的工作不会影响其他I/O口线的状态。但是当所需按键数量多时，会占用过多的I/O口。
基于以上分析，此次设计采用方案二独立式按键，因为本次设计中仅使用到6个按键。常用的按键有三种：机械触点式按键、导电橡胶式和柔性按键（又称触摸式键盘）。
机械触点式按键是利用机械弹性使键复位，手感明显，连线清晰，工艺简单，适合单件制造。但是触点处易侵入灰尘而导致接触不良，体积相对较大。
导电橡胶按键是利用橡胶的弹性来复位，通过压制的方法把面板上所有的按键制成一块，体积小，装配方便，适合批量生产。但是时间长了，橡胶老化而使弹力下降，同时易侵入灰尘。
柔性按键是近年来迅速发展的一种新型按键，可以分为凸球型和平面型两种。柔性按键最大特点是防尘、防潮、耐蚀，外形美观，装嵌方便。而且外形和面板的布局、色彩、键距可按照整机的要求来设计。
但是由于客观条件与经济能力有限，本系统采用机械触点式按键。
2.5 电源模块的选择
变压器降压：
采用典型的变压器降压，全波整流，电容滤波及集成电路稳压的思路进行设计。由于单片机及后续的无线接收电路等都用5 V作为工作电源，所以在经整流和滤波电路后再用三端集成稳压电路进行稳压，为后续电路提供稳定可靠的5 V直流电源，三端稳压集成电路采用LM7805。具体电路图如图2-2。
图2-2 电源电路图
第三章 硬件设计
3.1主控芯片
本系统采用STC89C52为主控芯片。
STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C52在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。
3.1.1 各引脚功能
单片机引脚图如下：
图3-1 单片机引脚图
3.1.2单片机最小系统
单片机加上适当的外围器件和应用程序，构成的应用系统称为最小系统。最小系统包括时钟电路和复位电路。
时钟电路：
单片机内部具有一个高增益反相放大器，用于构成振荡器。通常在引脚XTALl和XTAL2跨接石英晶体和两个补偿电容构成自激振荡器，结构图2 中X1、C1、C2。可以根据情况选择6MHz、12MHz或24MHz等频率的石英晶体，补偿电容通常选择30pF左右的瓷片电容。
图3-2 时钟电路
复位电路：
单片机小系统常采用上电自动复位和手动按键复位两种方式实现系统的复位操作。上电复位要求接通电源后，自动实现复位操作。手动复位要求在电源接通的条件下，在单片机运行期间，用按钮开关操作使单片机复位。其结构如下图。上电自动复位通过电容C3充电来实现。手动按键复位是通过按键将电阻R1与VCC接通来实现。
图3-3 复位电路
3.2显示电路
点阵是由64个小灯组成，点阵LED一般采用扫描式显示，实际运用分为三种方式：点扫描、 行扫描、列扫描。
若使用第一种方式，其扫描频率必须大于1664=1024Hz，周期小于1ms即可。若使用第二和第三种方式，则频率必须大于168=128Hz，周期小于7.8ms即可符合视觉暂留要求。此外一次驱动一列或一行（8颗LED）时需外加驱动电路提高电流，否则LED亮度会不足。原理图如下：
图3-4 点阵电路
点阵与单片机的引脚相连，通过单片机的IO口的高低电平可以控制点阵的显示，与单片机的接口电路如图：
图3-5 点阵连接电路
3.3按键电路
如图所示，按键电路模块包括每层楼的按钮，这些按钮一端与地相接，一端又与单片机IO口相接，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。
图3-6 按键电路
第四章 软件设计
4.1 流程图设计
4.11源程序：
#include
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
uchar m=0,n=0;
uchar o,p,d;
uchar time=0;
uchar code taba[]={
0xff,0xef,0xef,0xef,0xab,0xc7,0xef,0xff};
uchar code tab1[]={
0xff,0xef,0xcf,0xef,0xef,0xef,0xef,0xc7};
uchar code tab2[]={
0xff,0xc7,0xbb,0xfb,0xf7,0xcf,0xbf,0x83};
uchar code tab3[]={
0xff,0xc7,0xbb,0xfb,0xe7,0xfb,0xbb,0xc7};
uchar code tab4[]={
0xff,0xf7,0xe7,0xd7,0xb7,0xb7,0x83,0xf7};
uchar code tab5[]={
0xff,0x83,0xbf,0x87,0xfb,0xfb,0xbb,0xc7};
uchar code tab6[]={
0xff,0xe7,0xdf,0xbf,0x87,0xbb,0xbb,0xc7};
void delay(uchar n)
{
uchar i,j;
for(i=n;i>0;i--)
{
for(j=255;j>0;j--);
}
}
timer0() interrupt 1 using 1
{
TH0 = (65536-50000)/256;
TL0 = (65536-50000)%256;
if(o>p)
{
d=1;
}
else if(o>i;
if(++k==50) {
k=0;
}
m=P1;
if(m != 0xff && d==0 && m!=om)
{
om=m;
switch(m)
{
case 0xfb:
tmp=1;break;
case 0xf7:
tmp=2;break;
case 0xef:
tmp=3;break;
case 0xdf:
tmp=4;break;
case 0xbf:
tmp=5;break;
case 0x7f:
tmp=6;break;
default:
tmp=o;break;
}
if(o!=tmp)
{
p=o;
o=tmp;
time=0;
}
n=m;
}
if(n==0xfe) {
if(k==0)
j=++j%8;
P2=taba[7-(i+j)%8];
}
else if(n==0xfd)
{
if(k==0)
{
if(j>0)
j--;
else
j=7;
}
P2=taba[(i+j)%8];
}
else if(n==0xfb)
{
P2=tab1[i];
}
else if(n==0xf7)
{
P2=tab2[i];
}
else if(n==0xef)
{
P2=tab3[i];
}
else if(n==0xdf)
{
P2=tab4[i];
}
else if(n==0xbf)
{
P2=tab5[i];
}
else if(n==0x7f)
{
P2=tab6[i];
}
delay(5); } }
第五章 系统调试
5.1 硬件调试
硬件调试是利用开发系统、基本测试仪器（万用表、示波器等），检查用户系统硬件中存在的故障。硬件调试可分为静态调试与动态调试两步进行。
静态调试
静态调试是在用户系统未工作时的一种硬件检测。
第一步：目测。检查外部的各种元件或者是电路是否有断点。
第二步：万用表测试。先用万用表复核目测中有疑问的连接点，再检测各种电源线与地线之间是否有短路现象。
第三步：加电检测。给板加电，检测所有的插座或是器件的电源端是否符合要求的值 。
第四步：联机检查。因为只有用单片机开发系统才能完成对用户系统的调试。
动态调试
动态调试是在用户系统工作的情况下，发现和排除用户系统硬件中存在的器件内部故障、器件连接逻辑错误等的一种硬件检查。动态调试的一般方法是由近及远、由分到合。由分到合是指首先按逻辑功能将用户系统硬件电路分为若干块。当调试电路时，与该元件无关的器件全部从用户系统中去掉，这样可以将故障范围限定在某个局部的电路上。当各块电路无故障后，将各电路逐块加入系统中，再对各块电路功能及各电路间可能存在的相互联系进行调试，由分到合的调试就可完成。由近及远是将信号流经的各器件按照距离单片机的逻辑距离进行由近及远的分层，然后分层调试。
5.2 软件调试
软件调试是通过对用户程序、连接、执行来发现程序中存在的语法错误与逻辑错误并加以排除纠正的过程。
(1) 实验平台 软件调试在KEIL编译器下进行，运行在Windows XP操作系统下。源程序编译及仿真调试应分段或以子程序为单位一个一个进行，最后可结合硬件实时调试。
(2) 实验步骤
1) 按照系统硬件连线图连好。
2) 把编写好的程序写入单片机STC89C52仿真器和对其进行初始化。
3) 先按下复位键，观察点阵能否正常显示，再观察点阵形成的上升下降信号和点阵显示的数字变化是否一致，当这些都符合指标后,再按下任意按键,看其是否能达到预想目的。
总结
随着高科技的迅猛发展，单片机已经成为当今软件应用中空前活跃，在生活中可以说得是无处不在。因此作为二十一世纪的大学来说掌握单片机的开发技术是十分重要的。
我的题目是简单电梯控制系统，回顾起此次单片机课程设计，我仍感慨颇多，的确从选题到定稿，从理论到实践。可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的的东西。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。总体来说，该单片机系统设计很好的完成了简单电梯控制系统，但是不论是在硬件还是软件，都可以通过后续的努力加以改进，主要为以下几个方面：1.在硬件上，通过设计更为复杂的外围电路来实现电梯控制的智能化处理，考虑加入控制器来完成电梯的多信息采集处理功能。2.在软件上，目前软件运行的效率不是很高，可以考虑通过对算法的分析，简化程序，提高单片机调试的速度。3.在总体设计上，考虑到更为智能的电梯系统，可以通过调研了解电梯的智能化发展方向，提出更为全面复杂的电梯控制方案及多电梯协同运行策略分析等功能。
通过这次课程设计使我得到了一次用专业知识、专业技能分析和解决问题全面系统的锻炼。使我们在单片机的基本原理、单片机应用系统开发过程以及在常用编程设计思路技巧，特别是汇编语言的掌握方面都能向前迈了一大步，为日后成为合格的应用型人才打下良好的基础。再次感谢我亲爱的组员，我们坚信我们是一个优秀的团队，也由衷感谢我们的指导老师。
参考文献
[1]杨欣 电路设计与仿真清华大学出版社200656~102
[2]楼然苗 51系列单片机设计实例航空航天大学出版200489~152
[3]王田苗嵌入式系统设计与实例开发清华大学出版社200535~89
附录 A
图A1 系统整体流程图
图B1 仿真图
附录 B
泉州经贸职业技术学院毕业设计任务书
系（部） 信息技术系
学生姓名
梁春香
学号
1113770590202104
专业
应用电子技术
班级
111
指导教师
吴菁
职称
讲师
工作单位
泉州经贸职业技术学院
题目：基于单片机模拟电梯设计
选题意义：当今社会，随着科技提高，电子产品已经走进了家家户户，无论是生活或学习，还是娱乐和消遣几乎样样都离不开电子设备，电梯是现代高层建筑的垂直交通工具，其设计要求稳定性、安全性及高。本次设计的软件控制部分由单片机来实现，研究、分析电梯的逻辑关系，进而实现控制。
任务目的与要求：
任务目的：通过扩展必要的外围接口电路，实现对电梯的设计，完成电梯的升降功能。
任务要求：（1）基于单片机模拟电梯的基本功能，同时对矩阵键盘及数码管动态显示原理进行了简单的阐述；
（2）对系统各功能模块的软、硬件实现进行了详细的设计说明。
参考资料：1]杨欣 电路设计与仿真清华大学出版社200656~102
[2]楼然苗 51系列单片机设计实例航空航天大学出版200489~152
[3]王田苗嵌入式系统设计与实例开发清华大学出版社200535~89
进度安排：2014年1月15日至2014年4月14日止，共计13周。
具体安排如下：
1.搜集资料、拟定毕业设计方案: 2014年 1 月15日至 1月31 日
2.实施毕业设计方案： 2014年 2 月 1 日至 2月28 日
3.完成毕业设计： 2014年 3 月 1 日至 3月31 日
4.上交毕业设计报告： 2014年 4 月 1 日至 4月14 日
-/