数字电子技术课程设计四层电梯控制Word格式.docx
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在Proteus绘制好原理图后,调入已编译好的目标代码文件:
*.HEX,可以在Proteus的原理图中看到模拟的实物运行状态和过程。
Proteus是单片机课堂教学的先进助手。
Proteus不仅可将许多单片机实例功能形象化,也可将许多单片机实例运行过程形象化。
前者可在相当程度上得到实物演示实验的效果,后者则是实物演示实验难以达到的效果。
它的元器件、连接线路等却和传统的单片机实验硬件高度对应。
这在相当程度上替代了传统的单片机实验教学的功能,例:
元器件选择、电路连接、电路检测、电路修改、软件调试、运行结果等。
课程设计、毕业设计是学生走向就业的重要实践环节。
由于Proteus提供了实验室无法相比的大量的元器件库,提供了修改电路设计的灵活性、提供了实验室在数量、质量上难以相比的虚拟仪器、仪表,因而也提供了培养学生实践精神、创造精神的平台
随着科技的发展,“计算机仿真技术”已成为许多设计部门重要的前期设计手段。
它具有设计灵活,结果、过程的统一的特点。
可使设计时间大为缩短、耗资大为减少,也可降低工程制造的风险。
相信在单片机开发应用中Proteus也能茯得愈来愈广泛的应用。
使用Proteus软件进行单片机系统仿真设计,是虚拟仿真技术和计算机多媒体技术相结合的综合运用,有利于培养学生的电路设计能力及仿真软件的操作能力;
在单片机课程设计和全国大学生电子设计竞赛中,我们使用Proteus开发环境对学生进行培训,在不需要硬件投入的条件下,学生普遍反映,对单片机的学习比单纯学习书本知识更容易接受,更容易提高。
实践证明,在使用Proteus进行系统仿真开发成功之后再进行实际制作,能极大提高单片机系统设计效率。
因此,Proteus有较高的推广利用价值。
目前Proteus的最新版为7.9,今年将推出8.0版本,增加DSP系列及ARMcortex处理器。
1方案选择
方案一:
使用中、小规模数字集成芯片设计电路,用触发器驱动开关,有消抖功能,并可以对开关的信号产生记忆;
用双向移位寄存器模拟电梯运行过程;
用编码器、显示译码器和数码管是时显示电梯所在位置;
按键开关控制电梯各项功能;
555产生时序脉冲信号;
计数器实现定时功能。
此方案实施起来逻辑原理清晰,思路明确,但实验中使用逻辑芯片较多,增加了电路的调试难度,尤其是增加了用万用版焊接电路的困难。
方案二:
使用单片机进行控制,此方案仅需外接开关、数码管、蜂鸣器、LED等外围元件。
使电路焊接相当简单,容易调试。
但对软件编程要求较细,当电路功能增加后,会对电路的软件调试带来困难。
方案三:
采用单片机系统与适当逻辑芯片相结合的方法设计电路。
系统中对开关信号的记忆使用触发器搭建,脉冲可用555电路也可以直接用单片机产生,数码管显示也可以使用单片机或者译码器,本系统使用译码器,有更多的IO口可用来对电梯功能进行控制。
此方案与方案一相比,焊接调试的困难降低了,与方案二相比,编程的标准也得到了降低。
综合考虑,决定采用方案三。
2硬件电路设计
2.1脉冲电路设计
脉冲电路采用555构成多谐振荡器,给电路中的触发器提供脉冲信号,电路如图1所示:
图1脉冲电路
理论值计算,由于脉冲信号不需要很精确,上k级的脉冲信号就可以满足要求。
根据公式,
其中R1=200Ω,R2=4.7KΩ,C=0.1uF,代入数据
计算能到频率f=1.5KHz,所示符合设计要求。
2.2开关电路设计
系统中的开关电路主要分两种,第一种是电梯内和每层楼上对电梯运行起控制作用的开关;
另一种是对电梯辅助作用进行控制的开关。
第一种采用JK触发器作为驱动电路,对按键的信息产生记忆;
第二种直接与单片机相连,对产生的信号迅速产生动作。
第一种的电路结构如图:
图2第一种电路结构
图3第二种电路结构
JK触发器的1脚接555的脉冲输出端,J接开关,R1用作上拉电阻,使开关被按下后稳定输出高电平。
R1值取300
,JK触发器的反相输出端接LED显示,R2为限流电阻,取值470
,15脚输出信号作为单片机的检测信号。
K接移位寄存器的输出端。
当J=1,K=0时,输出为高电平,LED接在反相端,LED亮。
当J=0,K=0时,电路保持原来状态,LED保持亮。
当J=0,K=1时,输出端变为低电平,LED熄灭。
2.3显示译码电路设计
数码管的显示由74LS48(译码器)驱动,其真值表与管脚排列图如下图:
图474LS48真值表图574LS48管脚排列图
根据真值表可以看出,74LS48可以方便的驱动共阴极数码管。
移位寄存器的输出送给编码器,编码器将已经编码的信号送给显示译码器,数码管便可以正常显示。
图6数码管连接图
2.4电梯升降电路设计
用2个同步的4位双向移位寄存器分别模拟上、下楼升降运行,移位方向由升降状态判断电路的输出信号控制。
移位寄存器输出两路信号:
一路指示电梯目前所在位置,另一路输出电路运行状态信息,供给电梯判停电路。
本模块采用两个74LS194进行设计,两个芯片的控制端接法完全相同。
电路如图:
图7控制端连接图
74LS194
图874LS194引脚图
图974LS194真值表
D0~D3端为置数端,本模块中使D0=1;
D1=D2=D3=0,当经过一个上升沿后,输出端Q被置数,此过程模拟电梯初始化时停在一楼的情况。
始终脉冲的输入由单片机控制,便于灵活操作。
S0,S1控制移位寄存器的左移和右移,即电梯的上行和下行。
将SR接Q3,SL接Q0可以实现移位寄存器的循环移动。
当S0=1,S1=0时,移位寄存器循环左移,即电梯升。
当S0=0,S1=1时,移位寄存器循环右移,即电梯降。
2.5主控制电路设计
主控制电路的核心是单片机,其中还包括起复位,晶振,供电电路等。
主控电路的方针图如图10:
图10主控电路的方针图
图中除单片机工作的最小系统外还有电梯的部分控制电路。
三个开关分别用作电梯的报警、开门与关门。
为使仿真效果明显,将报警用图中上方的LED闪烁来替代。
图中下方的LED用来显示电梯的升降运动状态。
当LED亮,表示电梯在上行,当LED灭,表示电梯在下行。
单片机的各IO口用来对电梯信号的采集和控制。
3软件程序设计
3.1设计流程图
电梯的动作主要有电梯升、电梯降、电梯开门、电梯关门、电梯停止。
电梯的升降与否要看电梯内外有无请求。
电梯的开门除了看每层的请求外还要看电梯是否已经停靠。
电梯的主程序流程图如图11:
图11主程序流程图
3.2程序代码
#include<
reg52.h>
//电梯初始化/////
voidinit()
{
……
clk=1;
//电梯显示初始化
TR0=0;
//报警初始化
}
///////////判断有无请求//////////////////////////
request_lift()
if(a!
=0||1b!
=0)return
(1);
//有请求
elsereturn
(2);
//没有请求
/////////关电梯门/////////////////////////
voidclose_lift()
t=20000;
while(t--);
P0=0x3f;
/////////开电梯门////////////////////////
voidopen_lift()
//////////////电梯运行一层//////////////////////////////////
voidstep_lift()
uintt;
t=40000;
clk=0;
while(t--);
clk=1;
///////////////电梯上行////////////////////////////////////
voidup_lift()
ucharn,ff;
ff=location_lift();
……
////////////////电梯下降/////////////////////////////////////////////
voiddown_lift()
ucharn,ff;
////////////报警/////////////////////////////////////
voidtime0()interrupt1
voidmain()
init();
//stop_lift();
4仿真结果及分析
用protues绘制原理图,加载c程序后对实验结果进行观察。
设置不同上下楼情况,观察电梯是否能正常工作。
现将实验结果描述如下:
情况一:
一人站在三楼,需要到一楼。
按下三楼下的开关,电梯检测到请求后由一楼运行到三楼,开门。
人走进电梯后按一楼开关,然后关电梯门。
电梯检测到请求后运行到一楼,完成测试。
。
图12电梯外层控制
情况二:
现今电梯停于一楼,三楼有人请求上四楼后,并按下上楼键,二楼有人请求需要下一楼
电梯检测到请求后由一楼启动,经过二楼后并没有停止,继续上升到三楼,正常开门,关门。
运行到四楼,开门有人走出电梯后关门,电梯下行到二楼,开门,二楼人进入后按到一楼开关,电梯关后运行到一楼开门,关门。
图13电梯内层控制
情况三:
电梯一直停在一楼,由于人数相对多,需要停留较长时间,需要延时停。
按一楼开关后,电梯门开,一段时间后电梯门将关时,按开门开关,电梯门打开,若不断按开门开关,电梯可以一直延迟开门。
图14电梯核心系统
测试结果中还可以看到,1~4楼上、下楼请求指示灯,每个请求状态一直保持到执行后才撤除。
按下报警开关,电梯可对外产生报警信号。
电梯可是时显示电梯运行状态和所在楼层。
开门关门具有人性化设计
5电路焊接与调试
由于条件的限制,焊接时用市场上常见的洞洞板为基础,对电路进行焊接。
每焊接一个芯片按照其逻辑功能对其进行调试,调试成功后继续进行焊接。
无法连线的地方适当的用飞线进行连接,进最大限度保证电路的正确性。
在焊接电路板的过程中,由于平时动手比较少,对于焊接的技巧掌握的不够,时而出现将焊盘弄掉,交接点难以固定等问题。
我们通过不断的自己总结以及向创新实验室的学长请教,也收获颇多。
实物焊接实际用时一天半,实物图如图:
图15实物图1
图16实物图2
附:
元件清单
多孔通用板
3块
导线及排插
若干
万用表
1块
ISP下载线
1根
AT89S55
1个
74LS76
5个
74LS48
2个
1K欧电阻
470欧电阻
10个
3.3K欧电阻
0.01uF电容
0.1uF电容
30pF电容
Led灯
20个
数码管
NE555
6心得体会
几天的课设一闪而过,回顾这几天的辛苦摸索,心中不免感慨良多。
7参考文献
(1)康华光.电子技术基础:
数字部分.第四版.北京:
高等教育出版社.2000.8
(2)邱关源,罗先觉.电路(第5版).北京:
高等教育出版社,2006.5.
(3)伍时和.数字电子技术基础。
北京:
清华大学出版社.2009.4
(4)RobertBNorthrop.AnalogElectronicCircruits.NewYork:
Addison-WesleyPublishingCompany,1990.
(5)MarkNHorenstein.MicroelectronicCircruitsandDevices.2ndednewjersey:
Prentice-HallInc,1996.
本科生课程设计成绩评定表
姓名
性别
专业、班级
课程设计题目:
课程设计答辩或质疑记录:
成绩评定依据:
最终评定成绩(以优、良、中、及格、不及格评定)
指导教师签字:
年月日
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