电梯控制系统仿真设计 电子信息工程毕业论文.doc
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1、学号20095042051本科毕业设计 学 院 物理电子工程学院 专 业 电子信息工程 年 级 2009级 姓 名 赵艳伟 设计题目 电梯控制系统仿真设计 指导教师 马占卿 职称 副教授 2013年04月25日目 录摘 要1Abstract11引言12系统功能介绍及方案论证22.1电梯的组成22.2电梯控制系统组成框图及工作原理22.3总体方案设计与论证32.4单元电路的设计与论证33基于单片机的电梯控制系统单元电路的设计73.1单片机最小系统73.2按键电路73.3报警部分及开关83.4显示电路部分83.5 电机驱动部分94软件设计104.1按键查询部分114.2楼层选择按键功能程序124.
2、3电机控制部分135系统仿真145.4软件编译调试145.2硬件仿真155.3实物制作156结论16参考文献17致谢17附录18电梯控制系统仿真设计学生姓名:赵艳伟 学号:20095042051学 院:物理电子工程学院 专业:电子信息工程指导教师:马占卿 职称:副教授摘 要:本文介绍了以单片机最小系统、电梯按键模块和报警模块组成的电梯控制系统,该系统采用了以AT89C51为核心控制元件及其外围电路控制系统来模拟电梯控制。通过采集各个楼层间按钮的信号,经过处理,按照预定的规则和程序,发出信号来控制电梯的上下行,来模拟电梯的初步运作。同时介绍了电梯控制系统的硬件设计方法、系统的构成以及软件的设计,
3、并详细的说明了系统的构成以及工作原理。关键词:AT89C51;数码管;电梯控制系统1引言电梯是一种为高层建筑运输服务的机电设备。随着经济的发展,高层建筑越来越多, 对电梯的运行速度和控制性能也提出了更高的要求。现代工业自动化领域, 已大量采用微机和单片机的控制, 因此使得控制对象的结构越来越复杂,实现的功能也越来越多。随着电力电子技术和微电子技术的发展, 尤其是微机的发展,使得以微机为核心的控制系统得到广泛应用,而采用单片机来实现老式电梯控制系统的改造无疑是最佳方案1。本文主要是用51单片机来实现电梯控制系统,使其具备电梯基本升、降功能,并当多层对电梯呼叫时,能安排电梯停靠,从而实现电梯的基本
4、运行情况的模拟。论文的第一部分进行方案的提出与论证,分析本次设计所采用方案的可行性;第二部分给出电梯控制系统的各个模块电路的设计和所需主要器件的主要参数,并介绍硬件实现的详细方案,给出本次设计的硬件原理电路图,并分点描述各模块功能;第三部分给出软件实现的程序流程图,并介绍各模块所要实现的功能。第四部分介绍了系统的仿真方法。2系统功能介绍及方案论证2.1电梯的组成电梯主要由以下两大部分组成: (1)机械部分:包括拖引系统,导向系统,轿厢,门系统等。 (2)电路部分:包括重量平衡系统,电力拖动系统,电梯控制系统,安全保护系统等2。 本文主要是对电梯的控制系统的研究,并利用80系列单片机进行模拟。2
5、.2电梯控制系统组成框图及工作原理该系统主要由单片机控制模块、报警单元模块、数码管显示单元模块、按键单元模块和上下行显示模块等6部分组成。系统总方框图如图1。图1 系统总方框图该系统是以AT89C51单片机为核心的,伴以按键单元接收电梯的楼层信号,以及到达楼层后会有的LED闪烁报警单元,同时还有一个一位的共阴极数码管来显示电梯运行时电梯内的楼层变化的一个模拟系统。通过采集按键单元的内外楼层的按键信号来引起的电平的改变作为用户请求信息发送到单片机,单片机控制电梯的上、下行,从而到达目标楼层3。2.3总体方案设计与论证方案一:采用可编程控制器(PLC)作为主要器件来控制电机的运动、内外按键的响应、
6、按键后的电路显示等等。用PLC编程较简单,电路也不复杂,但此方案的各个模块的费用都比较高,硬件设计不灵活,故不采用本方案。方案二:控制系统采用一个单片机来控制所有的按键、数码管显示、电动机的转动、信号的采集等等,并对以上所有获得的信号进行处理。单片机技术目前较为成熟,自身资源丰富,硬件设计简单,成本低,可靠性高,结合软件完全可以实现电梯运行状况的简单模拟,故采用本方案。系统框图如图1所示。2.4单元电路的设计与论证 通过对系统总框图的分析,此系统的各个模块方案设计如下:2.4.1单片机最小系统本次毕业设计采用的是最常用的AT89C51, 它是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器(FPERO
7、MFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory)的低电压,高性能CMOS8位微处理器。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中,ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。AT89C51具有以下标准功能: 4k字节Flash,128字节RAM,32 位I/O 口线,看门狗定时器,2 个数据指针,2个16 位定时器/计数器,有一个管理5个中断源,2个优先级的中断控
8、制器,全双工串行口,片内晶振及时钟电路。另外,AT89C52 可降至0Hz 静态逻辑操作,支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下,CPU停止工作,允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下,RAM内容被保存,振荡器被冻结,单片机一切工作停止,直到下一个中断或硬件复位为止。其外形及引脚排列如图1所示4。图2 AT89C51外形及引脚(1)主电源引脚Vcc:芯片工作电源端,接5V。 Vss:电源接地端。(2)时钟振荡电路引脚XTAL1:内部晶体振荡电路的反相器输入端。 XTAL2:内部晶体振荡电路的反相器输出端。(3)控制信号引脚RST:为复位信号输入端。外部接复位电路。ALE
9、:为地址锁存允许信号。在不访问外部存储器时,ALE以时钟振荡频率的16的固定频率输出,用示波器观察ALE引脚上的脉冲信号是判断单片机芯片是否正常工作的一种简便方法。/PSEN:外部程序存储器ROM的读选通信号。到外部ROM取指令时,/PSEN自动向外发送负脉冲信号。 /EA/Vpp:为访问程序存储器的控制信号。(4)并行I端口引脚P0 口:P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口,每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时,引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时,P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下,P0具有内部上拉电阻。在flash编程时,P0口也用来
10、接收指令字节;在程序校验时,输出指令字节。程序校验时,需要外部上拉电阻。P1 口:P1 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口,p1 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P1 端口写“1”时,内部上拉电阻把端口拉高,此时可以作为输入口使用。作为输入使用时,被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因,将输出电流(IIL)。此外,P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入(P1.0/T2)和时器/计数器2的触发输入(P1.1/T2EX),具体如下表所示。在flash编程和校验时,P1口接收低8位地址字节。引脚号第二功能P1.0 T2(定时器/计数器T2的外部计数输入),时钟输出P
11、1.1 T2EX(定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制)P1.5 MOSI(在系统编程用)P1.6 MISO(在系统编程用)P1.7 SCK(在系统编程用)P2 口:P2 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口,P2 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P2 端口写“1”时,内部上拉电阻把端口拉高,此时可以作为输入口使用。作为输入使用时,被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因,将输出电流(IIL)。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器(例如执行MOVX DPTR)时,P2 口送出高八位地址。在这种应用中,P2 口使用很强的内部上拉发送1。在使用8位地址(如
12、MOVX RI)访问外部数据存储器时,P2口输出P2锁存器的内容。在flash编程和校验时,P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。P3 口:P3 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口,p2 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P3 端口写“1”时,内部上拉电阻把端口拉高,此时可以作为输入口使用。作为输入使用时,被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因,将输出电流(IIL)。P3口亦作为AT89S51特殊功能(第二功能)使用,如下表所示。在flash编程和校验时,P3口也接收一些控制信号。引脚号第二功能P3.0 RXD(串行输入)P3.1 TXD(串行输出)P3.2 INT0(外部
13、中断0)P3.3 INT0(外部中断0)P3.4 T0(定时器0外部输入)P3.5 T1(定时器1外部输入)P3.6 WR(外部数据存储器写选通)P3.7 RD(外部数据存储器写选通)2.4.2数码显示单元的设计分类数码管按段数分为七段数码管和八段数码管,八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元(多一个小数点显示);按能显示多少个“8”可分为1位、2位、4位等等数码管;按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。共阳级数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极(COM)的数码管。共阳级数码管在应用时应将公共极COM接到+5V,当某一字段发光二极管的阴极为低电平时,相应字
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