基于单片机电梯控制系统设计完整版毕业设计Word文档格式.docx

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3、2010年7月13日至2010年7月15日，相关电路原理图和PCB版图的绘制。

4、2010年7月16日上交基础强化训练成果及报告，进行答辩。

指导教师签名：

年月日

系主任（或责任教师）签名：

摘要

本文介绍了一种采用单片AT89S52芯片进行电梯控制系统的设计方法，主要阐述如何使用单片机进行编程来实现电子设计的方法，利用单片机编程实现功能，简洁而又多变的设计方法，缩短了研发周期，同时使电梯控制系统体积更小功能更强大。

本设计实现了电梯控制系统所需的一些基本功能，能通过方向按键选择方向，能通过数字按键选择楼层，数码管显示实时楼层数，点阵显示实时方向，电机控制使电梯箱能上下运动。

原理图和PCB部分采用protel99se专业软件来设计，实现将设计产品化。

本次设计更注重了把一些新的思路加入到设计中。

主要包括采用了AT89S52芯片，使用C语言进行编程，使其具有了更强的移植性，更加利于产品升级。

关键词：

AT89S52；

电梯控制系统；

protel99se；

C语言

Abstract

Thispaperintroducesakindofsingle-chipAT89S52chipsforelevatorcontrolsystemdesignmethod,thispaperdiscusseshowtousemicrocontrollerprogramtorealizeelectronicdesignmethod,themicrocontrollerprogrammingfunction,conciseandchangefuldesignmethod,shortenthedevelopmentcycle,andmaketheelevatorcontrolsystemsmallermorepowerful.Thedesignandimplementationoftheelevatorcontrolsystemforsomebasicfunction,canchoosedirection,keydirectionbydigitalkeychoicefloor,digitaltubedisplayreal-timeseveralfloors,dotmatrixdisplayreal-timedirection,motorcontrolboxcanmakeupelevator.SchematicdiagramandPCBprotel99separtadoptsprofessionalsoftwaretodesignandrealizethedesignprod.Thisdesignhasputmoreattentiontosomenewideastojoininthedesign.MainlyincludesusingClanguage,anduseAT89S52chips,whichhasastronger,moreconducivetoupgradeportability.

Keywords:

AT89S52devices,Theelevatorcontrolsystem,Protel99se,Clanguage

1绪论

人类社会已经进入信息化时代，信息社会的发展离不开电子产品的进步。

单片机的出现使人类实现利用编程来代替复杂的硬件搭建电路，它靠程序运行，并且可以修改。

通过不同的程序实现不同的功能，尤其是特殊的独特的一些功能，这是别的器件需要费很大力气才能做到的，有些则是花大力气也很难做到的。

一个不是很复杂的功能要是用美国50年代开发的74系列，或者60年代的CD4000系列这些纯硬件来搞定的话，电路一定是一块大PCB板！

但是如果要是用美国70年代成功投放市场的系列单片机，结果就会有天壤之别！

只因为单片机的通过你编写的程序可以实现高智能，高效率，以及高可靠性！

单片机应用的主要领域非常广，智能化家用电器、办公自动化设备商业营销设备、工业自动化控制、智能化仪表、智能化通信产品、汽车电子产品、航空航天系统和国防军事、尖端武器等领域。

单片机应用的意义不仅在于它的广阔范围及所带来的经济效益，更重要的意义在于，单片机的应用从根本上改变了控制系统传统的设计思想和设计方法。

以前采用硬件电路实现的大部分控制功能，正在用单片机通过软件方法来实现。

以前自动控制中的PID调节，现在可以用单片机实现具有智能化的数字计算控制、模糊控制和自适应控制。

这种以软件取代硬件并能提高系统性能的控制技术称为微控技术。

随着单片机应用的推广，微控制技术将不断发展完善。

电路的集成化不仅对硬件电路的设计相关，与电路的布局同样相关。

印刷版的出现使得电路产品更加规范，体积更小。

Protel99se是一款专业的绘制电路及印刷版的软件，近年来的不断升级使得其功能更加完善，出现了altiumdesigner、proteldxp等升级版本。

2设计内容及要求

2.1设计目的

（1）学会单片机的使用来实现智能控制。

（2）熟练掌握keil软件应用和C语言编程在单片机中的应用。

（3）学会应用protel99se软件绘制原理图和PCB版图。

（4）掌握电梯控制系统的主要功能与单片机实现的方法。

2.2设计任务及要求

（1）设计出一个电梯控制系统。

（2）运用keil软件编程。

（3）运用protel99se绘制原理图。

（4）运用protel99se绘制PCB版图。

3设计原理及单元模块

3.1设计原理及方法

根据层次化设计理论，该设计问题自顶向下

可分为单片机最小系统模块、显示模块、开关控制模块、电机驱动模块、报警模块，其系统框图如图所示。

图3.1电梯控制系统框图

本次设计是采用开关控制实现上下到指定楼层，通过电机转动带动电梯箱上下运动，到达指定楼层。

显示模块是显示此时的楼层，报警模块具有错误操作报警以及楼层到达的提示功能。

3.2单元模块设计

3.2.1单片机最小系统模块

图3.2.1单片机最小系统

单片机最小系统包括主芯片，复位电路和晶振脉冲产生电路。

X1为12MHz晶振，与30Pf电容并联，产生1us的脉冲信号作为单片机的“心脏”部分。

复位电路是开关与10uf电容并联组成的上电自动复位电路，在RST端为高电平时单片机清零，也即开关按下会产生清零信号。

RP1为排阻，作为P0端的上拉电阻，接此原因是P0端口是由OC门组成。

U1为数据输入端口，通过电脑编程能将程序通过此接口烧录入单片机中。

3.2.2开关控制模块

图3.2.2开关控制模块

开关控制模块采用4*4矩阵形式电路可以减少单片机接口的使用。

写键盘代码时运用的是逐行扫描判断键值按下与否。

编程如下：

ucharkey_scan（void）

{ucharscode,recode;

P1=0xf0;

if（（P1&

0xf0）!

=0xf0）

{delay1

（2）;

if（（P1&

=0xf0）//有键按下

{scode=0xfe;

//辅助变量，设定行

while（（scode&

0x10）!

=0）

{P1=scode;

//将某一行设为0，从而判断是否为该行

if（（P1&

{recode=P1&

0xf0;

//列码

scode=scode&

//行码

return（scode+recode）;

//按键坐标}

elsescode=（scode<

<

1）|0x01;

//下一行判断

}}}

return0;

}

3.2.3电机驱动模块

图3.2.3电机驱动模块

电机驱动采用L297环形计数分配器和L298大功率步进电机驱动器完成。

本次设计采用步进电机，目的是方便智能控制，可实现调速功能。

电机使用的是二相步进电机，由于仅用来实验，所以电机采用5V电源供电即可，实际中必须使用大电压来供电方能带动重物（人等）。

环形分配器L297引脚图如图3.2.3-1：

图3.2.3-1L97引脚图

L297功能介绍：

SYNC为斩波器输出端，多个L297一起用时用此端口连接在一起共用一组时钟振荡；

HPME端为集电极开路输出端；

A~D为四相输入端；

INIH1,INIH2为控制A~D相驱动，此引脚为低电平时A~D相禁止输入；

ENABLE端为使能输入端，低电平阻止电机驱动；

RESET为复位端；

HALF/FULL为半角全角控制端，高电平时选择半步输入；

CLOCK为时钟输入端，控制电机速度；

CW/CCW为方向控制端；

OSC为斩波器频率输入端；

SEN1和SEN2为电流检测端。

大功率步进电机驱动器L298引脚图如图3.2.3-2：

图3.2.3-2L298引脚图

L298功能介绍：

SENA和SENB为电流检测端；

IN1~IN4为A~D相输入控制端；

ENA和ENB为使能输入端，低电平禁止输入；

OUT1~OUT4为输出端。

3.2.4显示模块

图3.2.4显示模块

由于点阵和双位数码管耗电流较大，不能直接连接单片机IO口驱动其正常工作，所以加上锁存器74HC573和显示译码器CD4511驱动。

其中利用CD4511模块的另一作用是节省接口，因为本次设计外围电路较多，单片机接口不够，使用此驱动是必要的。

锁存器74HC573引脚图如图3.2.4-1：

图3.2.4-174HC573引脚图

74HC573功能介绍：

D0~D7为输入端；

Q0~Q7为输出端；

OEN为输出使能端，当其输入为高电平时输出关断，输入为低电平时输出正常；

DEN为输出输入使能端，当此端口为高电平时，输出跟随D0~D7，当此端口为低电平时，输出保持上一时刻的状态；

显示译码器CD4511引脚图如图3.2.4-2：

图3.2.4-2CD4511引脚图

CD4511功能介绍：

A~D为输入端；

QA~QG为输出端；

LT为试灯输入端，当此端口为低电平时，无论其他的状态如何，始终输出数字8，作为判断数码管的好坏端口使用；

LE/STB为灭灯输入端，当此端口输入低电平时数码管灭，输入高电平时数码管正常显示；

BI为动态消零信号输入端，当此端口输入低电平时且LT为高电平时，当输入0000时，输出0熄；

点阵的使用介绍：

点阵是8*8位的，相当于由64个LED组成，8个阳极控制端口，8个阴极控制端口；

数码管的使用介绍：

数码管是采用两位共阴极数码管，通过对a~g的编码来显示数字。

3.2.5报警模块

图3.2.5报警模块

本设计采用8550三极管驱动蜂鸣器。

当PO口送高电平时，三极管处于截止状态，三极管Vce电压约为VCC，蜂鸣器只有很少电流流过，没法驱动其发声。

当PO口送低电平时，三极管处于饱和导通状态，三极管Vce约为0.3V，蜂鸣器有较大电流流过，能驱动其报警发声。

3.2.6电路总图

图3.2.6电路总图

由于protel99se内部元件不齐全，本次设计全部采用手工绘制元件库以达到训练的最佳效果。

4软件模块

图4程序流程图

注：

详细程序见附录二

5PCB印刷版图模块

5.1protel99se功能介绍

Protel99SE是应用于Windows9X/2000/NT操作系统下的EDA设计软件，采用设计库管理模式，可以进行联网设计，具有很强的数据交换能力和开放性及3D模拟功能，是一个32位的设计软件，可以完成电路原理图设计，印制电路板设计和可编程逻辑器件设计等工作，可以设计32个信号层，16个电源--地层和16个机加工层。

5.2PCB版图

图5.2.1非镀铜版图

在生成PCB之前，要进行元件的封装。

由于protel99se内部封装不齐全，本次设计全部采用手工绘制封装库以达到最佳训练效果。

PCB布线规则是尽量使正面走线和反面走线成90度角，以达到最小干扰。

图5.2.2镀铜顶层图样

图5.2.3镀铜底层图样

图5.3.43D版图正面

图5.3.53D版图背面

6心得体会

通过此次电梯控制系统的设计，我收获颇丰。

设计的核心内容就是利用单片机C51的编程来实现控制外围各电路的运行以及protel99se绘制PCB版图。

通过本次设计，我熟练掌握了程控系统设计的一般步骤，熟练掌握了protel99se软件的用法，并对编程能力起到了一定的提高作用。

在绘制PCB的过程中，我学习了如何制作元件库，如何制作封装库，如何调用原始封装。

在画PCB版图时，通过手工布线，练习了PCB布局，掌握了PCB绘制的一般规则，同时掌握了如何对PCB版镀铜，通过3D模拟图查看实物最终模型。

感谢学校给我们这次机会，锻炼了我们的动手能力及运用专业软件的能力。

通过这次课设让我明白了理论和实际操作之间差距，而且也让我很明确得意识到自己在数电上有很多的知识漏洞，以后应该多钻研一下。

参考文献

[1]李朝青．单片机通讯技术与工程实践．北京：

航空航天大学出版，2007.2

[2]李群芳．单片机原理接口与应用．北京：

清华大学出版社，2005.6

[3]杨志亮.Protel99SE电路原理图设计技术.西安：

西北工业大学出版社，2002.2

[4]马忠梅．单片机C语言应用程序设计.北京：

航空航天大学出版社，1997.10

[5]谢自美．电子线路设计.武汉：

华中科技大学出版社，2000.5

[6]中国电器工业协会微电机分会.微特电机应用手册.福建:

福建科技出版社，2010.4

[7]胡烨．Protel99SE电路设计与仿真教程.北京：

机械工业出版社，2005.5

附录一

元件清单

附录二

C语言代码

#include"

reg52.h"

#defineucharunsignedchar

#defineuintunsignedint

ucharDZ1[]={0x08,0x14,0x2a,0x08,0x08,0x08};

ucharDZ2[]={0xbf,0xdf,0xef,0xf7,0xfd,0xfb};

ucharDZ3[]={0x08,0x08,0x08,0x2a,0x14,0x08};

ucharshuma[]={0x00,0x01,0x02,0x03,0x04,0x05,0x06,0x07,0x08,0x09};

ucharLC[]={0xee,0xde,0xbe,0x7e,0xed,0xdd,0xbd,0x7d,0xeb,0xedb,0xbb,0x7b,0xe7,0xd7,0xb7,0x77};

//楼层编码

ucharkey,dir,floor,zancun,s,x,p2;

sbitDA=P0^0;

sbitDB=P0^1;

sbitDC=P0^2;

sbitDD=P0^3;

sbitw1=P0^4;

//数码管位选1

sbitw2=P0^5;

//数码管位选2

sbitwa=P0^6;

//点阵阳极使能

sbitwb=P0^7;

//点阵阴极使能

sbitEN=P3^0;

//电机使能

sbitCW=P3^1;

//方向控制

sbitCLOCK=P3^2;

//速度控制

sbitred=P3^3;

//上键显示

sbitgreen=P3^4;

//下键显示

sbitbeep=P3^5;

//报警

voiddelay1（ucharz）

{

uchari,j;

for（i=z;

i>

0;

i--）

for（j=110;

j>

j--）;

voiddelay2（ucharz）

{

if（key==0）//减短代码运行时间，使用更多时间扫描键盘

break;

else

for（j=110;

}

ucharscode,recode;

delay1

（2）;

{

scode=0xfe;

{

P1=scode;

{

recode=P1&

0x0f;

//按键坐标

}

else

scode=（scode<

}

}

voiddisplay1（void）//上箭头显示

for（i=0;

i<

1;

i++）

wa=1;

P2=DZ1[i];

for（j=500;

wa=0;

wb=1;

P2=DZ2[i];

wb=0;

voiddisplay2（void）//下箭头显示

P2=DZ3[i];

voidshuxian（ucharz）//数码管显示

uchartemp;

w1=0;

p0=shuma[z/10];

temp=P0;

P0=p0|temp;

w1=1;

w2=0;

p0=shuma[z%10];

w2=1;

voidinit（void）//初始化

dir=0;

wa=0;

wb=0;

floor=0;

zancun=1;

beep=1;

EN=0;

EA=1;

ET1=1;

//T1中断允许

TMOD=0x10;

//T1的8位计数

TH1=（65536-50000）/256;

TL1=（65536-50000）%256;

voidmain（void）

init（）;

while

（1）

key=key_scan（）;

if（key!

delay2（10）;

if（key!

TR1=1;

switch（key）

caseLC[14]:

dir=1;

//按键储存上键值

break;

caseLC[15]:

dir=2;

//按键储存下键值

defaultbreak;

if（dir==1）

shuxian（s）;

display1（）;

if（（zancun-floor）>

{

switch（key）

{

caseLC[0]:

floor=1;

break;

caseLC[1]:

floor=2;

caseLC[2]:

floor=3;

caseLC[3]:

floor=4;

caseLC[4]:

floor=5;

caseLC[5]:

floor=6;

caseLC[6]:

floor=7;

caseLC[7]:

floor=8;

caseLC[8]:

floor=9;

caseLC[9]:

floor=10;

caseLC[10]:

floor=11;

caseLC[11]:

floor=12;

caseLC[12]:

floor=13;

caseLC[13]: