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师范论文排版电梯
LiaoningNormalUniversity
(届)
本科生毕业论文(设计)
题目:
PLC电梯自动控制系统设计
学院:
辽宁师范大学
专业:
电子信息工程
学号:
学生姓名:
指导教师:
年月
目录
摘要1
Abstract2
前言3
1单片机简述4
1.1单片机简介4
1.2单片机的应用领域4
1.3单片机的发展趋势5
1.3.1低功耗CMOS化5
1.3.2微型单片化5
2硬件系统5
2.1功能组成图5
2.2AT89S51芯片6
2.3显示模块8
2.4复位开关模块9
2.5振荡器电路模块9
2.5.1主要技术参数9
2.5.2MSC-51单片机结构9
2.6程序下载模块9
2.7设计电路及连线10
3软件设计10
3.1软件功能描述10
3.2流程图设计11
3.3程序设计11
3.3.1程序初始化12
3.3.2主程序调用12
3.3.3中断程序调用13
4系统调试14
4.1硬件调试14
4.2软件调试15
结论16
谢辞17
参考文献18
摘要
单片机即单片微型计算机(Single-ChipMicrocomputer),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论文选择AT89S51为核心控制元件,设计了一个八层电梯系统,使用单片机汇编语言进行编程,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
Abstract
Microcontrollerthatmicrocomputer(Single-ChipMicrocomputer)gatheringCPU,RAM,ROM,thetiming,numberandvarietyofinterfaceintegratedmicrocontrollers.51variousSCMSCMisthemosttypicalandmostrepresentativeofawidelyusedinvariousfields.Elevatoristheapplicationoftheprinciplesetmachinery,electricalcontroltechnology,microprocessortechnology,systemsengineeringandothertechnicaldisciplinesandbranchesoftheintegrationofmechanicalandelectricalequipment,whichisbuildingapermanentverticaltransport.ThispaperchoiceAT89S51controlofthecorecomponents,designedanew8storeyliftsystems,usingsingle-chipassemblylanguageprogramming,transportingpassengersarrivedafloor,italsoshowstheelevatorflooranddownlink.SCMcontrolelevatorslowcost,versatility,flexibilityandeaseoflargecomplexcontroladvantages.
Keywords:
Single-Chip;MicrocomputerElevator;control
前言
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。
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。
目前,由可编程控制器(PLC)或微型计算机组成的电梯运行逻辑控制系统,正以很快的速度发展着。
在科技的不断发展下,单片机控制系统很快可以解决抗扰性,成为方便有效的电梯控制系统。
PLC电梯自动控制系统设计
1单片机简述
1.1单片机简介
单片机全称为单片微型计算机(SingleChipMicrocomputer),又称为微控制器MicrocontrollerUnit)或嵌入式控制器(EmbeddedController)。
它是将计算机的基本部件微型化并集成到一块芯片上的微型计算机,通常片内都含有CPU、ROM、RAM、并行I/O、串行I/O、定时器/计数器、中断控制、系统时钟及系统总线等。
(如图1-1所示)。
随着技术的发展,单片机片内集成的功能越来越强大,并朝着SOC(SystemonChip)方向发展
图1-1单片机结构
单片机有着体积小、功耗低、功能强、性能价格比高、易于推广应用等显著优点,在自动化装置、智能仪器仪表、过程控制、通信、家用电器等许多领域得到日益广泛的应用。
1.2单片机的应用领域
单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域,大致可分如下几个范畴:
在智能仪器仪表上的应用:
单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点,广泛应用于仪器仪表中,结合不同类型的传感器,可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。
采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化,且功能比起采用电子或数字电路更加强大。
例如精密的测量设备(功率计,示波器,各种分析仪)。
在工业控制中的应用:
用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。
例如工厂流水线的智能化管理,电梯智能化控制、各种报警系统,与计算机联网构成二级控制系统等。
在家用电器中的应用:
可以这样说,现在的家用电器基本上都采用了单片机控制,从电饭褒、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备,五花八门,无所不在。
在计算机网络和通信领域中的应用:
现代的单片机普遍具备通信接口,可以很方便地与计算机进行数据通信,为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件,现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制,从手机,电话机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动电话,集群移动通信,无线电对讲机等。
单片机在医用设备领域中的应用:
单片机在医用设备中的用途亦相当广泛,例如医用呼吸机,各种分析仪,监护仪,超声诊断设备及病床呼叫系统等等。
此外,单片机在工商,金融,科研、教育,国防航空航天等领域都有着十分广泛的用途。
1.3单片机的发展趋势
现在可以说单片机是百花齐放,百家争鸣的时期,世界上各大芯片制造公司都推出了自己的单片机,从8位、16位到32位,数不胜数,应有尽有,有与主流C51系列兼容的,也有不兼容的,但它们各具特色,互成互补,为单片机的应用提供广阔的天地。
纵观单片机的发展过程,可以预示单片机的发展趋势,大致有:
1.3.1低功耗CMOS化
MCS-51系列的8031推出时的功耗达630mW,而现在的单片机普遍都在100mW左右,随着对单片机功耗要求越来越低,现在的各个单片机制造商基本都采用了CMOS(互补金属氧化物半导体工艺)。
像80C51就采用了HMOS(即高密度金属氧化物半导体工艺)和CHMOS(互补高密度金属氧化物半导体工艺)。
CMOS虽然功耗较低,但由于其物理特征决定其工作速度不够高,而CHMOS则具备了高速和低功耗的特点,这些特征,更适合于在要求低功耗像电池供电的应用场合。
所以这种工艺将是今后一段时期单片机发展的主要途径。
1.3.2微型单片化
现在常规的单片机普遍都是将中央处理器(CPU)、随机存取数据存储(RAM)、只读程序存储器(ROM)、并行和串行通信接口,中断系统、定时电路、时钟电路集成在一块单一的芯片上,增强型的单片机集成了如A/D转换器、PMW(脉宽调制电路)、WDT(看门狗)、有些单片机将LCD(液晶)驱动电路都集成在单一的芯片上,这样单片机包含的单元电路就更多,功能就越强大。
甚至单片机厂商还可以根据用户的要求量身定做,制造出具有自己特色的单片机芯片。
此外,现在的产品普遍要求体积小、重量轻,这就要求单片机除了功能强和功耗低外,还要求其体积要小。
现在的许多单片机都具有多种封装形式,其中SMD(表面封装)越来越受欢迎,使得由单片机构成的系统正朝微型化方向发展。
2硬件系统
2.1功能组成图
在本设计中需用到AT89S51芯片,1个数码管,一个蜂鸣器,复位电路,8个按键,24个发光二极管。
图2-1功能模块
2.2AT89S51芯片
本设计主要采用AT89S51芯片。
AT89S51是一个低功耗,高性能CMOS8位单片机,片内含4kBytesISP(In-systemprogrammable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造,兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构,芯片内集成了通用8位中央处理器和ISPFlash存储单元,功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。
AT89S51具有如下特点:
40个引脚,4kBytesFlash片内程序存储器,128bytes的随机存取数据存储器(RAM),32个外部双向输入/输出(I/O)口,5个中断优先级2层中断嵌套中断,2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口,看门狗(WDT)电路,片内时钟振荡器。
此外,AT89S51设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。
空闲模式下,CPU暂停工作,而RAM定时计数器,串行口,外中断系统可继续工作。
掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据,停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。
同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式,以适应不同产品的需求。
主要功能性能如表1-1所示:
·兼容MCS-51指令系统
·4k可反复擦写(>1000次)ISPFlashROM
·32个双向I/O口
·4.5-5.5V工作电压
·2个16位可编程定时/计数器
·时钟频率0-33MHz
·全双工UART串行中断口线
·128x8bit内部RAM
·2个外部中断源
·低功耗空闲和省电模式
·中断唤醒省电模式
·3级加密位
·看门狗(WDT)电路
·软件设置空闲和省电功能
·灵活的ISP字节和分页编程
·双数据寄存器指针
表2-1AT89S51芯片的主要功能
引脚功能说明
VCC:
电源电压。
GND:
地。
P0口:
P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口,也即地址/数据总线复用口。
作为输出口用时,每位能驱动8个TTL逻辑门电路,对端口写“1”可作为高阻抗输入端用。
在访问外部数据存储器或程序存储器时,这组口线同时转换成地址(低8位)和数据总线复用,在访问期间激活内部上拉电阻。
在Flash编程时,P0口接收指令字节,而在程序校验时,输出指令字节,校验时,要求外接上拉电阻。
P1口:
P1是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口,P1的输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个TTL逻辑门电路。
对端口写“1”,通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平,此时可作输入口。
作输入口使用时,因为内部存在上拉电阻,某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。
Flash编程和程序校验期间,P1接收低8位地址。
端口引脚
第二功能
P1.5
MOSI(用于ISP编程)
P1.6
MISO(用于ISP编程)
P1.7
SCK(用于ISP编程)
表2-2P1端口引脚的第二功能
P2口:
P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2的输出缓冲可驱动(吸收或输出电流)4个TTL逻辑门电路。
对端口写“1”,通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平,此时可作输入口,作输入口使用时,因为内部存在上拉电阻,某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。
在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器(例如执行MOVX@DPTR指令)时,P2口送出高8位地址数据。
在访问8位地址的外部数据存储器(如执行MOVX@Ri 指令)时,P2 口线上的内容(也即特殊功能寄存器(SFR)区中P2寄存器的内容),在整个访问期间不改变。
Flash编程或校验时,P2亦接收高位地址和其它控制信号。
P3口:
P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。
P3口输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个TTL逻辑门电路。
对P3口写入“1”时,它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。
作输入端时,被外部拉低的P3口将用作上拉电阻输出电流。
P3口除了作为一般的I/O口线外,更重要的用途是它的第二功能,如表2-3所示:
端口引脚
第二功能
P3.0
RXD(串行输入口)
P3.1
TXD(串行输出口)
P3.2
/INT0(外中断0)
P3.3
/INT1(外中断1)
P3.4
T0(定时/计数器0)
P3.5
T1(定时/计数器1)
P3.6
/WR(外部数据存储器写选通)
P3.7
/RD(外部数据存储器读选通)
表2-3P3端口引脚的第二功能
RST:
复位输入。
当振荡器工作时,RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。
WDT溢出将使该引脚输出高电平,设置SFRAUXR的DISRTO位(地址8EH)可打开或关闭该功能。
DISRTO位缺省为RESET输出高电平打开状态。
ALE/(/PROG):
当访问外部程序存储器或数据存储器时,ALE(地址锁存允许)输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。
即使不访问外部存储器,ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的正脉冲信号,因此它可对外输出时钟或用于定时目的。
要注意的是:
每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。
对Flash存储器编程期间,该引脚还用于输入编程脉冲(/PROG)。
如有必要,可通过对特殊功能寄存器(SFR)区中的8EH单元的D0位置位,可禁止ALE操作。
该位置位后,只有一条MOVX和MOVC指令ALE才会被激活。
此外,该引脚会被拉高,单片机执行外部程序时,应设置ALE无效。
/PSEN:
程序存储允许(/PSEN)输出是外部程序存储器的读选通信号,当AT89S51由外部程序存储器取指令(或数据)时,每个机器周期两次PSEN有效,即输出两个脉冲。
当访问外部数据存储器,没有两次有效的/PSEN信号。
EA/VPP:
外部访问允许。
欲使CPU仅访问外部程序存储器(地址为0000H—FFFFH),EA端必须保持低电平(接地)。
需注意的是:
如果加密位LB1被编程,复位时内部会锁存EA端状态。
如EA端为高电平(接Vcc端),CPU则执行内部程序存储器中的指令。
Flash存储器编程时,该引脚加上+12V的编程电压Vpp。
XTAL1:
振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端。
XTAL2:
振荡器反相放大器的输出端。
2.3显示模块
显示电路采用了1个LED数码管,单片机I/O的应用最典型的是通过I/O口与7段LED数码管构成显示电路。
7段LED数码管,则在一定形状的绝缘材料上,利用单只LED组合排列成“8”字型的数码管,分别引出它们的电极,点亮相应的点划来显示出0-9的数字。
LED数码管根据LED的接法不同分为共阴和共阳两类,了解LED的这些特性,对编程是很重要的。
因为不同类型的数码管,除了它们的硬件电路有差异外,编程方法也是不同的。
将多只LED的阴极连在一起即为共阴式,而将多只LED的阳极连在一起即为共阳式。
以本设计共阴式为例,如把阴极接地,在相应段的阳极接上正电源,该段即会发光。
当然,LED的电流通常较小,一般均需在回路中接上限流电阻。
假如我们将"b"和"c"段接上正电源,其它端接地或悬空,那么"b"和"c"段发光,此时,数码管显示将显示数字“1”。
而将"a"、"b"、"d"、"e"和"g"段都接上正电源,其它引脚悬空,此时数码管将显示“2”。
图2-1LED数码管图2-2复位开关
2.4复位开关模块
MCS-51单片机的复位是靠外部电路实现的。
MCS-51单片机工作之后,只要在它的RST引线上加载10ms以上的高电平,单片机就能有效地复位。
MCS-51单片机通常采用上电自动复位和按键复位两种方式。
最简单的复位电路如图2.3。
通上电瞬间,RC电路充电,RST引线出现正脉冲,只要RST保持10ms以上的高电平,就能使单片机有效的复位。
在应用系统中,有些外围芯片也需要复位。
如果这些芯片复位端的复位电平与单片机的复位电平的要求一致,则可以将复位信号与之相连。
2.5振荡器电路模块
2.5.1主要技术参数
①MSC-51单片机板
板上配有ATMEL公司的AT89S51芯片。
AT89S51资源:
32个I/O口;封装DIP40。
AT89S51开发软件:
KEILC51。
2.5.2MSC-51单片机结构
①单片机板中央放置一块可插拔的DIP封装的AT89S51芯片。
②单片机板左上侧有一个十针插口,用于下载程序。
③单片机板的四周是所有I/O引脚的插孔,旁边标有I/0引脚的脚引。
④单片机板与母板配合使用时,可形成—个完整的实验系统。
MCS--51单片机内部的振荡电路是一个增益反相放大器,引线XTAL1和XTAL2分别为反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入和来自反向振荡器的输出,该反向放大器可以配置为片内振荡器。
单片机内部虽然有振荡电路,但要形成时钟,外部还需要附加电路。
石英晶体振荡和陶瓷振荡均可采用。
输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器,因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求,但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。
51单片机的时钟产生方式有两种,分别为:
内部时钟方式和外部时钟方式。
利用其内部的振荡电路XTAL1和XTAL2引线上外接定时元件,内部振荡电路便产生自激振荡,用示波器可以观察到XTAL2输出的时钟信号。
在MCS-51单片机一般常用内部时钟方式,也就是在XTAL1和XTAL2之间连接晶体振荡器与电容构成稳定的自激振荡器,晶体和电容决定了单片机的工作时间精度为1微秒。
晶体可在1.2-12MHz之间选择。
MCS-51单片机在通常应用情况下,使用振荡频率为6MHZ的石英晶体,而12MHZ频率的晶体主要是在高速串行通信情况下才使用,在这里我用的是12MHZ石英晶体。
对电容无严格要求,但它的取值对振荡频率输出的稳定性、大小及振荡电路起振荡速度有一点影响。
C1和C2可在20-100PF之间取值,一般情况取30PF。
外部时钟方式是把外部振荡信号源直接接入XTAL1或XTAL2。
由于XTAL2逻辑电平不是TTL的,所以还要接一个上拉电阻。
2.6程序下载模块
该模块完成的功能是把源程序代码下载到AT89S51芯片中,它需要和微机上的ISP下载器软件配合使用来完成这样的功能。
ISP为在线编程接口,J2为标准10PJTAG下载接口。
ISP在线编程接口为89S51单片机提供了方便的在线编程方法。
使用时将ISP下载线一端与PC并口相连接,一端与ISP接口相连,使用ISP下载软件即可实现MCU在线编程。
下载线插接说明:
两排十针下载口,1号引脚的边上有一个小方框;下载线的凸口为正方向,凸口的右侧边的第一个插孔为1号引脚,这一点一定要切记,不然的话程序下载不进去。
2.7设计电路及连线
图2-3电路连接
3软件设计
3.1软件功能描述
此单片机模拟电梯用绿色发光二极管组成的箭头来指示电梯当前是处于上升状态还是下降状态,用数码管显示当前是处于哪一层,用红色发光二极管指示电梯走到哪一层会停。
电源接通后,若没有人按下停止按键,它就以每层2秒的速度一直上下运行,若有人按下某一层的停止按键,它就会在相应的那一层停止4秒钟,并伴有开门和关门的声音提示。
3.2流程图设计
图3-1主程序流程图
该图为电梯上升时的流程,任意按键按下时则进入相应的中断程序,否则一直进行1到8层按键的循环检测。
电梯下降时则进行8到1层按键的循环检测。
3.3程序设计
3.3.1程序初始化
TCOUNTEQU4CH
CENGEQU4DH
ORG0000H
LJMPSTART
ORG000BH
LJMPINT0X
ORG0030H
;;;;;;;;;;;;初始化;;;;;;;;;;;;;;;;;
START:
MOVTMOD,#01H
MOVTH0,#3CH
MOVTL0,#0B0H;50MS
MOVIE,#82H
SETBTR0
MOVTCOUNT,#4
CLRF0
MOV20H,#0
MOVR0,#30H
MOVR1,#30
QING:
MOV@R0,#00H
INCR0
DJNZR1,QING;把30H到4DH这30个单元清0
MOVP0,#06H
MOVP3,#0F8H
3.3.2主程序调用
XUN:
JBP1.0,ONE
LCALLYS10MS
JBP1.0,ONE;判断一层的停止按键是否按下
CLRP2.0;若按下则把对应的红色发光二极管点亮
ONE:
JBP1.1,TWO
LCALLYS10MS
JBP1.1,TWO;判断二层的停止按键是否按下
CLRP2.1;若按下则把对应的红色发光二极管点亮
TWO:
JBP1.2,THR
LCALLYS10MS
JBP1.2,THR
CLRP2.2
THR:
JBP1.3,FOU
LCALLYS10MS
JBP1.3,FOU
CLRP2.3
FOU:
JBP1.4,FIV
LCALLYS10MS
JBP1.4,FIV
CLRP2.4
FIV:
JBP1.5,SIX
LCALLYS10MS
JBP1.5,SIX
CLRP2.5
SIX:
JBP1.6,SEV
LCALLYS10MS
JBP1.6,SEV
CLRP2.6
SEV:
JBP1.7,XUN
LCALLYS10MS
JBP1.7,XUN
CLRP2.7
LJMPXUN
3.3.3中断程序调用
INT0X:
MOVTH0,#3CH
MOVTL0,#0B0H
INCTCOUNT
MOVA,TCOU
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