课程设计（论文）基于单片机控制的电梯控制器设计.doc

单片机原理与应用技术课程设计报告（论文）基于单片机控制的电梯控制器专业班级：_电子113_姓名：_*_时 间：_2014/11/29_指导教师：_*_2014年 11月29日基于单片机控制的电梯控制器一 设计要求（一）基本功能1. 显示： 本设计要求实现6层控制，实时显示电梯所在楼层号位置2. 升降控制：采用一台电动机，利用电机的正反转来实现电梯的升降。3. 具备不可逆响应的功能： 电梯上升途中只响应上升呼叫，下降途中只响应下降呼叫，任何反方向呼叫均无效。 （二）扩展功能1可增加人性化的按键语音服务功能2可增加遥控或感应操作功能二计划完成时间 三周1第一周完成软件和硬件的整体设计，同时按要求上交设计报告一份。2第二周完成软件的具体设计和硬件的制作。3第三周完成软件和硬件的联合调试。目录基于单片机控制的电梯控制器3摘要：3关键词：3引言31.整体设计方案31.1设计思路31.2设计框图42.设计原理分析52.1单片机最小系统时钟电路的设计52.2控制电路的设计52.2.1 键盘矩阵控制电路的设计52.2.2电机正反转及开关门显示电路的设计72.2.3楼层显示控制电路73.结束语84.参考文献8附录一：电路总原理图9附录二： PCB板9附录三：程序清单10基于单片机控制的电梯控制器电子113 *摘要：单片机即单片微型计算机（Single-Chip Microcomputer），是集CPU ,RAM ,ROM ,定时，计数和多种接口于一体的微控制器。其中51单片机是各种单片机中最为典型和最有代表性的一种,广泛应用于各个领域.电梯是集机械原理应用、电气控制技术、微处理器技术、系统工程学等多学科和技术分支于一体的机电设备，它是建筑中的永久垂直交通工具。本设计选择ATM8952为核心控制元件，设计了一个六层电梯系统，使用C语言进行编程，实现运送乘客到任意楼层，并且显示电梯的楼层和上下行。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等优点。关键词：单片机，电梯，控制引言随着现代高科技的发展，住房和办公用楼都已经逐渐向高层发展。电梯是高层宾馆、商店、住宅、多层仓库等高层建筑不可缺少的垂直方向的交通运输工具。1889年美国奥梯斯升降机公司推出的世界上第一部以电动机为动力的升降机，同年在纽约市马累特大厦安装成功。随着建筑物规模越来越大，楼层也越来越高，对电梯的调速精度、调速范围等静态和动态特性都提出了更高的要求。由于传统的电梯运行逻辑控制系统采用的是继电器逻辑控制线路。采用这种控制线路,存在易出故障、维护不便、运行寿命较短、占用空间大等缺点。而由单片机设计的控制系统可以随着设备的更新而不断修改完善，更完美的实现设备的升级，且有价格便宜，电路简单，出现故障容易维护等优点。1. 整体设计方案1.1设计思路如果每个选层按钮都采用独立的按键设置，可以很大程度上简化扫描按键程序，采集信号也容易得多，但是由于单片机接口有限，模拟电梯自动控制系统所需按键较多，如此会有接口不足的问题，所以本设计采用了4×4矩阵按键实现电梯内部六个选层按钮和电梯外十个上下行按钮，正好十六个按钮。出于同样问题，显示楼层电路采用74LS245芯片驱动。为了更接近实际的电梯控制系统，设计中还应该添加电梯外上下行请求显示，可用十个发光二极管表示请求按键是否按下，有则亮，无则暗。考虑单片机的驱动能力有限，必须得使用驱动单元来驱动发光二极管，可以采用三极管驱动电路，但是由于要驱动的发光管较多，采用74LS245芯片作为驱动比较显示且硬件电路又美观整洁。软件方面至于采用中断方式还是采用查询的方式来检测用户的请求信息，本人习惯使用查询方式，所以就采用了查询的方式。要想准确地采集按键请求状态，就必须时时刻刻调用键盘矩阵扫描程序，也就增加了软件编程的难度。本设计采用ATM89C52单片机作为核心，配以适当接口作为输入输出通道。采用4×4按键矩阵开关电路作为外呼内选呼叫控制。实际电梯控制系统每层装有一个传感器，从而判断车厢所在位置，本模型由六个独立按键作为楼层到达信号传输给单片机，而后通过74LS245驱动数码管显示楼层数。当电梯到达所选层，电梯开门延时等待进人并选层，然后延时关门执行请求，若无请求则停在本层等待请求。软件部分使用汇编语言，利用查询方式来检测用户请求的按键信息，采用74LS245芯片驱动发光二极管。1.2设计框图此电路方框图如图3所示，电路由复位电路复位后，通过软件设置显示电路显示1，楼层感应电路立即把电梯所在楼层通过ATM89C52通过显示电路显示出来；如有操作者在厢外呼叫，由外呼叫电路把信号输入ATM89C52，当车厢来到呼叫层（由楼层感应电路判断，电机控制电路控制电机正反转），则打开电梯门，人进入后关门。操作者通过选层电路把目的层告知ATM89C52，控制电机把操作者送至目的层。系统等待下次呼叫。系统的正常工作由时钟电路来保证。显示电路实时显示电梯所在的楼层位置。图1 总体设计框图2. 设计原理分析2.1单片机最小系统时钟电路的设计此电路组要是复位电路和时钟电路两部分，其中复位电路采用按键手动复位和上电自动复位组合，电路如图2（左）所示：其中9 脚为单片机的复位端。时钟电路如图4（右）所示：晶振采用的是12MHZ的，XATL2和XATL1分别为单片机的18和19脚。图2 最小系统电路复位电路虽然简单，但其作用非常重要。一个单片机系统能否正常运行，首先要检查是否能复位成功。初步检查可用于示波器探头监视RST引脚，按下复位键，观察是否有足够幅度的波形输出（瞬时的），还可以通过改变复位电路阻容值进行试验。本复位电路采用上电自动复位和手动复位组合。上电自动复位是在加电瞬间电容通过充电来实现的，在通电瞬间，电容C3通过R1K电阻充电，RST端出现正脉冲，用以复位。只要电源Vcc的上升时间不超过1ms，就可以实现自动上电复位，即接通电源就完成了系统的复位初始化。手动复位是通过按下S后，通过电阻R1直接给服务端一个高电平使之复位。编程初始化设置数码管显示为1，并且等待楼层模拟传感器读取数据。2.2控制电路的设计2.2.1 键盘矩阵控制电路的设计由于本电路所需按键较多为了节省单片机的I/O口，故选用行列式键盘矩阵。本电路采用的是4×4键盘矩阵。电路如图5所示，P1.0-P1.7是接单片机的P1 端口矩阵键盘的键号由行号及列号组成（行号从上到下依次为0、1、2、3，列号从左至右依次为0、1、2、3，如第一行的键号分别为00、01、02、03），单片机采用行和列扫描法来判别这16个按键中哪个键按下，并将其标号读入累加器A 里面，然后可根据每个按键的功能来通过单片机控制电梯的运行。下面将每个按键的功能说明一下：图3 矩阵键盘电路图S1: 一楼向上呼叫按键，此键按下表示一楼有人要乘坐电梯上楼，并且单片机将此信号存入固定单元，等到电梯运行到此楼层时判断是否该响应此呼叫；S2: 二楼向上呼叫按键，此键按下表示二楼有人要乘坐电梯上楼，并且单片机将此信号存入固定单元，等到电梯运行到此楼层时判断是否该响应此呼叫；S3：二楼向下呼叫按键，此键按下表示二楼有人要乘坐电梯下楼，并且单片机将此信号存入固定单元，等到电梯运行到此楼层时判断是否该响应此呼叫；S4: 三楼向上呼叫按键，此键按下表示三楼有人要乘坐电梯上楼，并且单片机将此信号存入固定单元，等到电梯运行到此楼层时判断是否该响应此呼叫；S5：三楼向下呼叫按键，此键按下表示三楼有人要乘坐电梯下楼，并且单片机将此信号存入固定单元，等到电梯运行到此楼层时判断是否该响应此呼叫；S6：四楼向上呼叫按键，此按键按下表示四楼有人要乘坐电梯上楼，并且单片机将此信号存入固定单元，等到电梯运行到此楼层时判断是否该响应此呼叫；S7：四楼向下呼叫按键，此按键按下表示四楼有人要乘坐电梯下楼，并且单片机将此信号存入固定单元，等到电梯运行到此楼层时判断是否该响应此呼叫；S8：五楼向上呼叫按键，此键按下表示四楼有人要乘坐电梯上楼，并且单片机将此信号存入固定单元，等到电梯运行到此楼层时判断是否该响应此呼叫；S9: 五楼向下呼叫按键，此按键按下表示五楼有人要乘坐电梯下楼，并且单片机将此信号存入固定单元，等到电梯运行到此楼层时判断是否该响应此呼叫；S10：六楼向上呼叫按键，此按键按下表示有人要乘坐电梯下楼，并且单片机将此信号存入固定单元，等到电梯运行到此楼层时判断是否该响应此呼叫；S11：电梯内部选择去一楼按键，此按键按下表示电梯里的乘客要去一楼，单片机根据此信号控制电梯的运行；S12：电梯内部选择去二楼按键，此按键按下表示电梯里的乘客要去二楼，单片机根据此信号控制电梯运行；S13：电梯内部选择去三楼按键，此按键按下表示电梯里的乘客要去三楼，单片机根据此信号控制电梯运行；S14：电梯内部选择去四楼按键，此按键按下表示电梯里的乘客要去四楼，单片机根据此信号控制电梯运行；S15：电梯内部选择去五楼按键，此按键按下表示电梯里的乘客要去五楼，单片机根据此信号控制电梯运行；S16：电梯内部选择去六楼按键，此按键按下表示电梯里的乘客要去六楼，单片机根据此信号控制电梯运行；2.2.2 电机正反转及开关门显示电路的设计在实际中，带动电梯上下的电机必须用三相电机，在设计中为了实现方便，用LED灯来表示，若电梯处于上升状态，则对应的红色LED（L1）灯亮，当到达目的层之后，则LED灯灭，同样，当电梯处于下降状态时绿色的LED（L2）灯亮，其他的一样。如图4所示，在AT89S51的P0.0、P0.1、P0.2口驱动发光管，当对应口为低电平时，三极管都导通。如果P0.0为低电平时，发光管L2灯亮，表示电机正转，电梯处于上升状态；同样当P0.1为低电平，电机反转，电梯则下降。但如果电机运行，两个端口必须只有一个为低电平，当P0.2为电平时，L3亮，表示电梯停止，并且开门，灭表示关门。这由软件设置来保证。图 4 电机正反转显示电路2.2.3 楼层显示控制电路本电路采用一个8为数码管显示，楼层信号由单片机P2.0P2.7担任，送给驱动74LS245。当电梯到达指定楼层时，输出相应的BCD码，再由74LS48解码送给共阳八段数码管，从而显示正确的楼层。如图5。图5 楼层显示电路3.结束语通过这次单片机实习，使我在各方面都有了很大的提高。我对以前的不懂知识进行了全面的复习和新的学习，通过三周的实习，使我受益匪浅。自从学习了单片机这门课程，我才觉得自己真正学到了一门实用的专业课，提高自己的实际动手能力和对编程的应用能力。这次课程设计对我来说可谓通机会难得，我也的确认真的对待了设计过程中的每一个问题。通过此次课程设计，我的的确确在软件和硬件结合应用当中夯实了一次。4.参考文献1 张毅刚，彭喜元.单片机原理与应用设计【M】.北京：电子工业出版社，2008 .4 2 张大明.单片机微机控制应用技术【M】.北京：机械工业出版社，2006.43 房小翠，王金风.单片机实用系统设计技术【M】.北京：国防工业出版社，1999.64 李朝青.单片机原理及接口技术.北京：北京航空航天出版社，2005.105 李广弟.单片机基础北京.北京:北京航空航天大学出版社，1997.76 曹巧媛.单片机原理及应用.大连.大连理工大学出版社，1996.57 楼然苗.51 系列单片机设计实例v北京航空航天出版社， 2003.38 叶挺秀.应用电子学.杭州：浙江大学出版社，19949 朱承高.电工及电子技术手册.北京：高等教育出版社，1990附录一：电路总原理图附录二： PCB板附录三：程序清单ORG 0000HAJMP MAINORG 0003HAJMP Z1ORG 0013HAJMP Z2ORG 0030HMAIN: SETB EASETB EX0SETB EX1CLR IT0CLR IT1MOV TMOD,#01HSETB TR0MOV 40H,#00HMOV 41H,#00HMOV 42H,#00HMOV 43H,#00HMOV 44H,#00HMOV 50H,#00HMOV 51H,#00HMOV 52H,#00HMOV 53H,#00HMOV 54H,#00HMOV 64H,#00HMOV 65H,#00HMOV 66H,#00HMOV 67H,#00HMOV 71H,#00HMOV 72H,#00HMOV 73H,#00HMOV 74H,#00HSTART:MOV P0,#03H MOV P2,#0F9HM1: LCALL KEY MOV A,35H CJNE A,#0BH,M2 MOV 40H,A MOV 35H,#00H AJMP U1M2: MOV A,36H CJNE A,#0CH,M3 MOV 41H,A MOV 36H,#00H AJMP U1M3: MOV A,37H CJNE A,#0DH,M4 MOV 42H,A MOV 37,#00H AJMP U1M4: MOV A,38H CJNE A,#0EH,M5 MOV 43H,A MOV 38,#00H AJMP U1M5: MOV A,39H CJNE A,#0FH,M1 MOV 44H,A MOV 39,#00H AJMP U1U1: MOV P0,#06H MOV P2,#79HLCALL DEY3SHU2:MOV A,30H CJNE A,#01H,HU3 MOV 50H,A MOV 30H,#00HHU3:MOV A,31H CJNE A,#02H,HU4 MOV 51H,A MOV 31H,#00HHU4:MOV A,32H CJNE A,#03H,HU5 MOV 52H,A MOV 32H,#00HHU5:MOV A,33H CJNE A,#04H,HU6 MOV 53H,A MOV 33H,#00HHU6:MOV A,34H CJNE A,#05H,B1 MOV 54H,A MOV 34H,#00HB1:MOV P2,#0A4HMOV A,50HCJNE A,#01H,K1AJMP KM1K1:MOV A,40H CJNE A,#0BH,U2KM1: MOV P0,#03HLCALL DEY5SU2:MOV P0,#06H MOV P2,#24HLCALL DEY3SMOV A,31HCJNE A,#02H,HU44MOV 51H,AMOV 31H,#00HHU44:MOV A,32H CJNE A,#03H,HU55 MOV 52H,A MOV 32H,#00HHU55:MOV A,33H CJNE A,#04H,HU66 MOV 53H,A MOV 33H,#00HHU66:MOV A,34H CJNE A,#05H,B22 MOV 54H,A MOV 34H,#00HB22:MOV P2,#0B0HMOV A,51HCJNE A,#02H,K2AJMP KM2K2:MOV A,41H CJNE A,#0CH,HUX2 AJMP KM2HUX2:MOV A,36H CJNE A,#0CH,U3 MOV 36H,#00H AJMP KM2KM2:MOV P0,#03HLCALL DEY5SU3:MOV P0,#06H MOV P2,#30HLCALL DEY3SMOV A,32HCJNE A,#03H,HU555MOV 52H,AMOV 32H,#00HHU555:MOV A,33H CJNE A,#04H,HU666 MOV 53H,A MOV 33H,#00HHU666:MOV A,34H CJNE A,#05H,B33 MOV 54H,A MOV 34H,#00HB33:MOV P2,#99HMOV A,52HCJNE A,#03H,K3AJMP KM3K3:MOV A,42H CJNE A,#0DH,HUX3 AJMP KM3HUX3:MOV A,37HCJNE A,#0DH,U4MOV 37H,#00HAJMP KM3KM3:MOV P0,#03HLCALL DEY5SU4:MOV P0,#06H MOV P2,#19HLCALL DEY3SMOV A,33HCJNE A,#04H,HU6666MOV 53H,AMOV 33H,#00HHU6666:MOV A,34HCJNE A,#05H,B44MOV 54H,AMOV 34H,#00HB44:MOV P2,#92HMOV A,53HCJNE A,#04H,K4AJMP KM4K4:MOV A,43H CJNE A,#0EH,HUX4 AJMP KM4HUX4:MOV A,38H CJNE A,#0EH,U5 MOV 38H,#00H AJMP KM4KM4:MOV P0,#03HLCALL DEY5SU5:MOV P0,#06HMOV P2,#12HLCALL DEY3SMOV A,34HCJNE A,#05H,B55MOV 54H,AMOV 34H,#00HB55:MOV P2,#82HMOV A,54HCJNE A,#05H,K5AJMP KM5K5:MOV A,44H CJNE A,#0FH,HUX5 AJMP KM5HUX5:MOV A,39H CJNE A,#0FH,D6 MOV 39H,#00H AJMP KM5KM5:MOV P0,#03HMOV 35H,#00H MOV 36H,#00H MOV 37H,#00HMOV 38H,#00H MOV 39H,#00H MOV 3AH,#00H LCALL DEY5SMOV A,35HCJNE A,#0B0H,JIA2MOV 70H,AMOV 35H,#00HJIA2:MOV A,36H CJNE A,#0CH,JIA3 MOV 71H,A MOV 36H,#00HJIA3:MOV A,37H CJNE A,#0DH,JIA4 MOV 72H,A MOV 37H,#00HJIA4:MOV A,38H CJNE A,#0EH,D6 MOV 73H,A MOV 38H,#00HD6:MOV P2,#82H MOV P0,#05HMOV 35H,#00H MOV 36H,#00H MOV 37H,#00HMOV 38H,#00H MOV 39H,#00H MOV 3AH,#00H LCALL DEY3SDH5:MOV A,63H CJNE A,#09H,DH4 MOV 64H,A MOV 63H,#00HDH4:MOV A,#62H CJNE A,#08H,DH3 MOV 65H,A MOV 62H,#00HDH3:MOV A,61H CJNE A,#04H,DH2 MOV A,66H MOV 61H,#00HDH2:MOV A,60H CJNE A,#06H,W1 MOV A,67H MOV 60H,#00HW1:MOV P2,#92HMOV A,64HCJNE A,#09H,DHX2AJMP DKM5DHX2:MOV A,38H CJNE A,#0EH,F11 MOV 38H,#00H AJMP DKM5F11:MOV A,73H CJNE A,#0EH,D5DKM5:MOV P0,#03HLCALL DEY5SD5:MOV P0,#05H MOV P2,#92HLCALL DEY3SMOV A,62HCJNE A,#08H,DH33MOV 65H,AMOV 62H,#00HDH33:MOV A,61H CJNE A,#07H,DH22MOV 66H,A MOV 61H,#00HDH22:MOV A,60H CJNE A,#06H,T11 MOV 67H,A MOV 60H,#00HT11:MOV P2,#99HMOV A,65HCJNE A,#08H,DHX3AJMP DKM4DHX3:MOV A,37H CJNE A,#0DH,F111 MOV 37H,#00H AJMP DKM4F111:MOV A,72H CJNE A,#0DH,D4DKM4:MOV P0,#03HLCALL DEY5SD4:MOV P0,#05H MOV P2,#99HLCALL DEY3SMOV A,61HCJNE A,#07H,DH222MOV 66H,AMOV 61H,#00HDH222:MOV A,60H CJNE A,#06H,T111 MOV 67H,A MOV 60H,#00HT111:MOV P2,#0B0HMOV A,66HCJNE A,#07H,DHX4AJMP DKM3DHX4:MOV A,36H CJNE A,#0CH,F1111 MOV 36H,#00H AJMP DKM3F1111:MOV A,71H CJNE A,#0CH,D3DKM3:MOV P0,#03HLCALL DEY5SD3:MOV P0,#05H MOV P2,#0B0HLCALL DEY3SMOV A,60HCJNE A,#06H,T1111MOV 67H,AMOV 60H,#00HT1111:MOV P2,#0A4HMOV A,67HCJNE A,#06H,DHX5AJMP DKM2DHX5: MOV A,35H CJNE A,#0BH,F11111 MOV 35H,#00H AJMP DKM2F11111:MOV A,70H CJNE A,#0BH,D2DKM2:MOV P0,#03HLCALL DEY5SD2:MOV P0,#05H MOV P2,#0A4HLCALL DEY3SMOV P2,#0F9HMOV A,3AHCJNE A,#01H,DCMOV 3AH,#00HDKM1:MOV P0,#01HLCALL DEY5SDC:LJMP MAINDEL20ms: MOV R7,#10HDS1: MOV R6,#0FFHDS2: DJNZ R6,DS2 DJNZ R7,DS1 MOV R7,#10HDS111: MOV R6,#0FFHDS222: DJNZ R6,DS222DJNZ R7,DS111RETDEY3S:MOV R5,#10LOOP1:MOV R6,#06HLOOP2:MOV TH0,#3CH MOV TL0,#0B0H JNB TF0,$ CLR TF0DJNZ R6,LOOP2LCALL KEYDJNZ R5,LOOP1RETDEY5S:MOV R4,#20LOOP11:MOV R2,#05HLOOP22:MOV TH0,#3CH MOV TL0,#0B0H JNB TF0,$ CLR TF0DJNZ R2,LOOP22LCALL KEYDJNZ R4,LOOP11RET Z1: MOV P0,#03HRETIZ2: MOV P0,#06HRETIKEY:MOV P1,#0F0H MOV R7,#0FHKEY12:DJNZ R7,KEY12 MOV A,P1 CPL A ANL A,#0F0HJZ EKEY1 LCALL DEL20msSKEY11: MOV A,#00 MOV R0,A MOV R1,A MOV R3,#0FEHSKEY22: MOV A, R3 MOV P1,A NOP NOP NOP MOV A,P1 MOV R1,A CPL A ANL A,#0F0HS1234: JNZ SKEY33 INC R0 SETB C MOV A, R3 RLC A MOV R3,A MOV A, R0 CJNE A,#04H,SKEY22EKEY1:RETSKEY33: MOV A,R1 JNB ACC.4,SKEY55 JNB ACC.5,SKEY66 JNB ACC.6,SKEY77 JNB ACC.7,SKEY88 AJMP EKEY1SKEY55: MOV A,#00H MOV R2,A AJMP DKEY1SKEY66: MOV A,#01H MOV R2,A AJMP DKEY1SKEY77: MOV A,#02H MOV R2,A AJMP DKEY1SKEY88: MOV A,#03H MOV R2,A AJMP DKEY1DKEY1: MOV A,R0 ACALL DECODE1 AJMP EKEY1DECODE1: MOV A,R0 MOV B,#04H MUL AB ADD A,R2MOV B,AA11112: MOV P1,#0F0HMOV R7,#0FHKEY111:DJNZ R7,KEY111 MOV A,P1 CPL A ANL A,#0F0HJNZ A11112MOV A,BCJNE A,#01H,XUAN1MOV 30H,AXUAN1:CJNE A,#02H,XUAN2MOV 31H,AXUAN2:CJNE A,#03H,XUAN3MOV 32H,AXUAN3:CJNE A,#04H,XUAN4MOV 33H,AXUAN4:CJNE A,#05H,X1MOV 34H,AX1:CJNE A,#06H,X2 MOV 60H,AX2:CJNE A,#07H,X3 MOV 61H,AX3:CJNE A,#08H,X4 MOV 62H,AX4:CJNE A,#09H,N1 MOV 63H,AN1:CJNE A,#0BH,N2MOV 35H,AN2:CJNE A,#0CH,N3MOV 36H,AN3:CJNE A,#0DH,N4MOV 37H,AN4:CJNE A,#0EH,N5MOV 38H,AN5:CJNE A,#0FH,N6 MOV 39H,AN6:CJNE A,#0AH,L1 MOV 3AH,AL1:MOV A,BRETEND