基于单片机的电梯控制系统的论文Word下载.docx

1、通 过对各楼层用户按钮信号的检测和处理，按预定的运行规则和程序，发出控 制信号对继电器进行调节，运用继电器来驱动直流电动机，从而控制电梯的 启停、升降和运行时间。整个设计系统实现了电梯控制的基本功能。 关键词 AT89C55 8279 电梯控制 单片机 第一章 1.1 课题的背景简介 绪论 电梯进入人们的生活已经 150 年了。一个半世纪的风风雨雨，翻天覆地 的是历史的变迁，永恒不变的是电梯提升人类生活质量的承诺。 生活在继续，科技在发展，电梯也在进步。150 年来，电梯的材质由黑 白到彩色，样式由直式到斜式，在操纵控制方面更是步步出新手柄开关 操纵、按钮控制、信号控制、集选控制、人机对话等等

2、，多台电梯还出现了 并联控制，智能群控；双层轿厢电梯展示出节省井道空间，提升运输能力的 优势；变速式自动人行道扶梯的出现大大节省了行人的时间；不同外形 扇形、三角形、半菱形、半圆形、整圆形的观光电梯则使身处其中的乘客的 视线不再封闭。如今，以美国奥的斯公司为代表的世界各大著名电梯公司各 展风姿，仍在继续进行电梯新品的研发，并不断完善维修和保养服务系统。 3 调频门控、智能远程监控、主机节能、控制柜低噪音耐用，一款款集纳了人 类在机械、电子、光学等领域最新科研成果的新型电梯竞相问世，冷冰冰的 建筑因此散射出人性的光辉，人们的生活因此变得更加美好。 中国最早的一部电梯出现在上海，是由美国奥的斯公司

3、于 1901 年安装 的。1932 年由美国奥的斯公司安装在天津利顺德酒店的电梯至今还在安全运 转着。1951 年，党中央提出要在天安门安装一台由我国自行制造的电梯，天 津从庆生电机厂荣接此任，四个月后不辱使命，顺利地完成了任务。十一届 三中全会后，沐浴着改革开放的春风，我国电梯业进入了高速发展的时期。 在我国任何一个城市，电梯都在被广泛应用着。电梯给人们的生活带来了便 利，也为我国现代化建设的加速发展提供了强大的保障。电梯是高层建筑中 安全、可靠、垂直上下的运载工具，对改善劳动条件、减轻劳动强度起到很 大的作用。电梯的应用范围很广，可用于宾馆、饭店、办公大楼、商场、娱 乐场所、仓库以及居民住

4、宅大楼等。在现代社会中，电梯已成为人类必不可 少的垂直运输交通工具。 1.2 课题的主要研究内容及设计步骤 本课题的主要任务是完成一个电梯系统的调度模块，即根据每个楼层不 同顾客的按键需求，让电梯做出合理的判断，正确高效地知道电梯完成各项 载客任务。根据此任务，本课题需要研究的内容有： 1、根据系统的技术要求，进行系统硬件的总体方案设计； 2、学习单片机的相关知识，并且加以运用； 3、选择恰当的芯片，并对其内部协议有所掌握，便于应用。 4、研究 C 语言编程，并且规定电梯的工作规则，用 C 语言加以实现； 5、对软件和硬件进行调试，让其协调工作，完成指定任务。 结合以上内容，本课题的设计方案步

5、骤如下： 关于硬件部分： 首先，对实际的电梯系统进行模拟，一般情况下，一个电梯应该具备相 4 关按键、显示二极管、数码管等，由于这是一个调度模块，故没有设计具体 的轿厢等机械部分。然后，结合这些实物，选择恰当的芯片，并分成若干模 块，安排好各自之间的关系。由于其有诸多按键和显示环节，而单片机的 I/O 口管脚资源实在有限，故需要 I/O 口扩展，用以管理二极管；同时要有专门 的按键控制芯片，从而便于按键管理。在此，我分别选择了 82C55 和 8279 芯片。接着，要完成电路图的设计，画出 PCB 板，焊接相关器件后进行硬件 调试，看是否好用并加以适当的更正。 关于软件部分： 处于最底层的是对

6、两个芯片的寄存器读写工作，完成后方可进行更高层 的应用程序调试。 为了使硬件简单化， 我选择了模拟时序的方法读写寄存器， 这比总线操作的方法节省了锁存器。然后是关于电梯调度时所遵循的原则作 出规定，其必须基于高效与人性化两个原则。最后是使用 C 语言将规定程序 化，以便电梯真正的运作。 当然，二者的关系并不是分离的，它们是相辅相成，硬件依据软件来验 证，软件依据硬件来调试。经过一个个的发现问题、一个个的解决问题，最 终做出完美的电梯调度模块。 1.3 设计功能要求 本设计是为一八层电梯设计一调度系统， 即使电梯能够合理高效地运行， 完成各楼层顾客的接送任务。形象地说，就是要应对不同楼层顾客的不

7、同需 求，作出合理高效的判断，使所有顾客在整体运用时间最短的条件下将其运 往各自的目的地。 这个设计的成品应该可以作为真实电梯的控制系统一样，遵守以下两个 原则：一是高效性，二是人性化。而实际电梯所面临的情况无比复杂，故本 设计的难点除了硬件上面外，还有对这些复杂的情况归类化，分为若干个基 本情况，另外是用恰当的 C 语言描述来表达这些复杂的逻辑。 5 第二章 2.1 硬件芯片的选择 系统的硬件设计 合理的硬件设计是一个设计成功的基石，所以在设计之初，我便把自己 的主要任务集中于筹划硬件的搭建工作， 当然其中需要兼顾软件设计的需求。 由于本设计所模拟的楼层共有八层，其中所需要控制的器件较多，如

8、每 层都需有两个上下的指示灯，电梯轿厢内也需有去几层的指示灯等，而现有 单片机的管脚资源无法满足需求，故第一步需要想法扩展单片机的 I/O 口管 脚资源。在此，我选择了扩展 I/O 口最典型的芯片 82C55。其可把一组八位 I/O 管脚扩展为 PA、PB、PC 三组管脚，并通过寄存器对各组管脚进行配置， 从而满足了本次设计的要求。 考虑到电梯会有多个按键，而传统的依据单片机自身的 I/O 口布局键盘 的方法显然也是不可行的，故本设计选择了典型的管理键盘的芯片 82C79， 其重要意义不仅在于减轻了单片机 I/O 口的开支负担，而且可以代替单片机 完成各个按键的键值编写工作，单片机只要从其 F

9、IFO 寄存器中直接读取键 值即可得知哪个按键被按下，进而进行相应的操作。 另外，电路板上还有一些扩展的子电路模块，例如 MAX232 串口下载模 块，U 口供电模块等等，当然这些都是方便程序的下载与调试的。并考虑到 电路板的面积与价格问题，一些芯片与二极管、电阻等用的是贴片封装。 2.2 单片机最小系统模块 单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。尽管他的大部分 功能集成在一块小芯片上， 但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件： CPU、内存、内部和外部总线系统，目前大部分还会具有外存。同时集成诸 如通讯接口、定时器，实时时钟等外围设备。而现在最强大的单片机系统甚 至可以将声音、

10、图像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片上。 单片机最小系统,或者称为最小应用系统,是指用最少的元件组成的单片 6 机可以工作的系统。 在本设计中，最小系统应该包括：单片机、晶振电路、复位电路等。如 图 2.1 所示，晶振电路由 C1 与 C2 和晶振组成，晶振是给单片机提供工作信 号脉冲的。它的速率就是单片机的工作速率，简单地说，没有晶振，就没有 时钟周期，没有时钟周期，就无法执行程序代码，单片机就无法工作。并在 晶振的两引脚处接入两个 10pF-50pF 的瓷片电容接地用来削减偕波对电路的 电阻 R11、 稳定性的影响。 复位电路采取的为手动按键复位电路， 由电容 C13， R12 和

11、开关 RESET 组成，当单片机的复位引脚 RESET 出现 2 个机器周期以 上的高电平时，单片机就执行复位操作。如果 RST 持续为高电平，单片机就 处于循环复位状态。 每次复位后， 单片机的程序都会从第一条开始从新执行。 另外，还额外设计了滤波防干扰电路，由 C13 与 R12 组成，电源先经过它们 再接入单片机的 Vcc，可以有效的减少其中的杂波带来的干扰。 2.3 可编程 I/O 扩展芯片 82C55 模块 8255 是 Intel 公司生产的可编程并行 I/O 接口芯片，有 3 个 8 位并行 I/O 口。具有 3 个通道 3 种工作方式的可编程并行接口芯片（40 引脚）。 其各口

12、功 能可由软件选择，使用灵活，通用性强。8255 可作为单片机与多种外设连接 时的中间接口电路。其芯片引脚图如图 2.2 所示。 7 VCC 8051 P10 1 DOWN P11 2 P12 3 P13 4 UP P14 5 P15 6 P16 7 P17 8 INT1 13 INT0 12 T1 15 T0 14 VCC 31 C1 20P 19 18 Y RESET 9 11M RD 17 WR 16 P10 P11 P12 P13 P14 P15 P16 P17 INT1 INT0 T1 T0 EA/VP X1 X2 RESET RD WR RXD TXD ALE/P PSEN 10

13、11 30 29 RXD TXD ALE P00 P01 P02 P03 P04 P05 P06 P07 P20 P21 P22 P23 P24 P25 P26 P27 39 38 37 36 35 34 33 32 21 A0 22 A1 23 24 25 26 27 28 P00P01 P02 P03 P04 P05 P06 P07 P3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 VCC RESET 10UF CJ3 P20 10K P21 P22 P23 P24 P25 P26 8255cs P27 8279cs + 1k R11 10k R12 C2 GND 20P RESET 图 2. 1

14、 单片机最小系统 图 2.2 82C55 引脚分布 8 D7D0（data bus）：三态、双向数据线，与CPU数据总线连接，用来传送 数据。 （chip select）：片选信号线，低电平有效时，芯片被选中。 A1, A0（port address）：地址线，用来选择内部端口。 （read）：读出信号线，低电平有效时，允许数据读出。 （write）：写入信号线，低电平有效时，允许数据写入。 RESET（reset）：复位信号线，高电平有效时，将所有内部寄存器（包括控 制寄存器）清0。 PA7PA0（port A）：A口输入/输出信号线。 PB7PB0（port B）：B口输入/输出信号线。

15、PC7PC0（port C）：C口输入/输出信号线。 VCC：5V电源。 GND：电源地线。 8255 作为主机与外设的连接芯片， 必须提供与主机相连的 3 个总线接口， 即数据线、地址线、控制线接口。同时必须具有与外设连接的接口 A、B、C 口。由于 8255 可编程,所以必须具有逻辑控制部分，因而 8255 内部结构分为 3 个部分：与 CPU 连接部分、与外设连接部分、控制部分。 2.4 可编程按键控制芯片 82C79 模块 Intel8279 芯片是一种通用的可编程序的键盘、显示接口器件，单个芯片 就能完成键盘输入和 LED 显示控制两种功能。 其引脚分布如图 2.5 所示。 8279

16、 包括键盘输入和显示输出两个部分。 键盘部分提供的扫描方式， 可以和 64 个按键或传感器的阵列相连。 能自 动消除开关抖动以及为 N 个键同时按下提供保护。 9 图 2.5 主要管脚的定义为： （片选）：输入线，当 否则被禁止。 8279 引脚分布 =0 时 8279 被选中，允许 CPU 对其读、写， A0（数据选择）：输入线。当 A0=1 时 CPU 写入数据为命令字，读出数 据为状态字；A0=0 时 CPU 读、写的字节均为数据。 DB0DB7：与单片机通信的数据引脚，用于传送数据。 Vcc、GND：电源端与地端，用于给芯片提供电源。 、 （读、写信号）：低电平有效，来自 CPU 的控

17、制信 号，控制 8279 的读、写操作。 IRQ（中断请求）：输出线。高电平有效。 在键盘工作方式中，当 FIFO/传感器 RAM 存有数据时，IRQ 为高电平。 CPU 每次从 RAM 中读出数据时，IRQ 变为低电平。若 RAM 中仍有数据， 则 IRQ 再次恢复高电平。 10 在传感器工作方式中，每当检测到传感器状态变化时，IRQ 就出现高电 平。 SL0SL3（扫描线）：用来扫描键盘和显示器。它们可以编程设 定为编码（4 中取 1）或译码输出（16 取 1）。 RL0RL7（回复线）：它们是键盘矩阵或传感矩阵的列（或行） 信号输入线。 SHIFT（移位信号）：输入线、高电平有效。该输入

18、信号是键盘数据的 最高位（D7），通常用来扩充键开关的功能，作为控制功能键用。 在选通输入方式时， 该信号的上升沿可将来自 RL0RL7 的数据存入 FIFO RAM 中。 在传感器输入下，该信号无效。 OUTA0OUTA3（A 组显示信号）： OUTB0OUTB3（B 组显示信号）： 这两组引线都是显示数据输出线，与多位数字显示的扫描线 SL0SL3 同 步，两组可以独立使用，也可以合并使用。 BD（显示消隐）：低电平有效。该信号在数字切换显示或使用 消隐命令时，将显示消隐。 其在本设计中的工作电路图模块如图 2.6 所示： 8279 27 26 25 24 P00 12 P01 13 P0

19、2 14 P03 15 P04 16 P05 17 P06 18 P07 19 74LS04 INT0 12 U3F 13 4 8279cs P27 22 RD 10 WR 11 P20A0 21 ALE3 RESET 9 OUTA0 OUTA1 OUTA2 OUTA3 DB0 DB1 DB2 DB3 DB4 DB5 DB6 DB7 IRQ CS RD WR A0 CLK RESET OUTB0 OUTB1 OUTB2 OUTB3 BD SL0 SL1 SL2 SL3 RL0 RL1 RL2 RL3 RL4 RL5 RL6 RL7 SHIFT CNTL/S 31 30 29 28 GND 23

20、 32 33 34 35 38 39 1 2 5 6 7 8 36 37 3FUp GND 7FUp 8FDown To-1F To-2F To-7F To-8F 1FUp 5FUp 6FDown 6FUp 7FDown To-3F To-4F To-5F To-6F 2FDown 2FUp 3FDown 11 4FDown 4FUp 5FDown 图 2.6 8279 键盘控制模块 由图可知， 其八位并行数据管脚分别与单片机的 P0 口各管脚相连。 读写 信号端也分别与单片机的对应。 而其片选由 P27 控制， 低电平有效。 CLK 其 管脚与 ALE 相连，单片机正常工作时，ALE 管脚输

21、出方波，频率为单片机 工作频率的六分之一。而芯片 82C79 的扫描键盘的频率正是由此而产生，当 然 i 用这么高的频率，还需要继续对其分频后方可供 82C79 使用。复位键同 样与单片机的复位键相通。而至于有些管脚如 BD、SHIFT、CNTL/S 等由于 在此设计中无甚意义，故均将其接地处理。 其工作机理为：82C79 的 SL0SL2 在芯片工作时，不断以固定的频率输 出低电平，当然是同一时间只选择其中一根线为低电平，其他还未高电平， 同时扫描 RL0RL7 端，若得到某各端口返回低电平，在经过消抖处理后仍 为低电平， 则说明 SL0SL2 当前输出低电平的那根线与 RL0RL7 当前返

22、回低 电平的那根线的交叉处的那个开关被按下了。那么芯片 82C79 会自动将该按 键按照规定的协议翻译为相应的键值（每个按键都有自己唯一的键值标示， 这 便于在编写程序时读取键值进而进行散转），存储与 FIFO 寄存器中，同时， 由于该寄存器中存有单片机未读取的值，IRQ 管脚就会自动输出高电平，再 经过非门后对单片机的 INT0 产生中断，此时只需在编程时在中断程序中对 其进行相应处理即可。 2.5 MAX232 串口下载模块与附加电源模块等 由于程序绝不可能第一次编写完就可以达到预设的目的，其间要经过很 多次的更改修正，故为了便于程序的调试工作，我在此电路板上增设了一个 MAX232 串口

23、下载模块， 这样便可以不用取下单片机去其他的电路板上下载， 而直接便可以在此电路板上完成了。同时为便于电源的引入，我选择了电脑 USB 口输出的 5V 直流电源，这样无需再用大型的电源设备，随处便可以调 12 试。他们的电路图如图 2.7 所示： C10 104 VCC C8 104 U6 1 2 3 4 5 6 7 8 C1+ VCC V+ GND C1- T1OUT C2+ R1IN C2- R1OUT VT1IN T2OUT T2IN R2IN R2OUT MAX232 16 15 14 13 12 11 10 9 C11 104 RXD TXD VCC C12 104 S1 总总总 R

24、13 1K CJ1 10UF USB1 D1 D2 + USB 接 串 5 9 4 8 3 7 2 6 1 C9 104 D27 串串 交 交 DB9 图 2.7 串口下载模块 MAX232 电路时该芯片数据手册中提供的典型应用图。MAX232 是一个 电荷泵器件，它采用开关电容技术将 5V 电压升压和获取负电压。 至于电源模块，便比较简单了，USB 口通常有四条引出线，其中边缘两 根便为电源线，一个为+5V 直流端，一个为地端。中间两根为差分信号线 D+ 与 D-，负责信号的串行通信。但由于此处只用做电源功能，故中间两根无需 接入。 直流端通过一个按键开关并经过一 10 微法的电容滤波后接入

25、 Vcc， +5V 供整个电路板供电。当电源导通后，电源指示二极管会高亮。 同时，基于人性化处理，在电梯上下行时，我专门用若干个二极管排列 成上下箭头的形状，如图所示。中间的四个发光二极管组成一竖线型，并处 于常亮状态， 当电梯上行时， 与单片机 P13 管脚连接的 UP 端将输出低电平， 经过一非门后使组成上三角的四个发光二极管点亮，从而形成以向上箭头； 同理，当下行时，与单片机 P11 脚相连的 DOWN 端将输出低电平，使组成 下三角的四个发光二极管导通，形成向下箭头，如图 2.8 所示。 13 GND D4 GND D8 GND NET1 GND D5 UpD2 GND GND UpD

26、4 11 U3E UP P13 9 10 D1 UpD5 UpD3 D6 6 74LS04 U3C 5 P13 UP D7 4 R3 1K VCC 74LS04 U3B 3 74LS04 R4 U3D 8 NET1 1K GND VCC 74LS04 U4E 11 10 NET2 74LS04 U4D 9 74LS04 8 R5 1K D2 DOWN P11 GND D9 GND D12 VCC D10 74LS04 2 U4A DownD4 GND D11 GND DownD2 NET2 GND DownD5 74LS04 4 U4B P11 DOWN DownD3 D3 R6 1K VCC

27、 图 2.8 第三章 芯片基本读写的实现 上下行箭头显示模块 3.1 单片机对芯片 82C55 的基本读写 与一般其他的芯片类似，对 82C55 芯片的操作，一般也即对其内部寄存 器的操作。其内部寄存器分为两类，一类为命令寄存器，另一类为数据寄存 器。很明显，由于 82C55 的功能为将一组单片机 I/O 口扩展为三组 I/O 口， 那么肯定要有三组数据寄存器，分别对应着它的三组 I/O 口，即 PA 口，PB 口与 PC 口，那么 82C55 芯片便有四个寄存器，正好可以用两位的地址线进 行寻址（即管脚 A0 与 A1）。大概得其读寄存器的流程图 3.1 14 开始 使能片选 选择寄存器 地

28、址 读信号为低 准备数据 读信号为高 片选无效 P0置高电平 开始 使能片选 选择寄存器 地址 写信号为低 准备数据 写信号为高 片选无效 P0置高电平 图 3.1 读写寄存器流程图 具体的说，其过程为：开始选中该芯片（低电平有效），而后设置好所 要读写的寄存器的地址，也即设置好 A0 与 A1 的数值组合，若为读寄存器， 则让单片机读引脚 P37 为低电平，反之若为写寄存器，则让单片机写引脚 P36 为低电平，然后把要读或者写的数据放到数据口 P0 口上（需要注意的 是，当单片机读寄存器时，对于其自身来说，是输入数据，故此时需先让 P0 口值为高电平 0xff 为下一步的输入做准备，而此流程图的最后一步即为这种 情况做准备的），一段短短的稳定时间后再让读引脚或者写引脚为高电平， 则在由低到高的跳变中，数据得到了转移。然后再片选无效，以防以后的数 据传输产生相互干扰。最后数据口 P0 置为 0