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成都电子机械高等专科学校成教院毕业论文（设计）　　　（基于单片机AT89S51电梯控制系统设计）

成都电子机械高等专科学校成教院

毕业设计（论文）

论文题目：

基于单片机AT89S51电梯控制系统设计

教学点：

指导老师：

职称：

学生姓名：

学号:

专业：

应用电子技术

成都电子机械高等专科学校成教院制

2012年3月5日

18

成都电子机械高等专科学校成教院

毕业设计（论文）任务书

题目：

基于单片机AT89S51电梯控制系统设计

任务与要求：

 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。

要给出系统的硬件设计

 原理图和软件流程设计图。

最后要完成系统调试，并要求完成论文。

时间：

2011年12月15日至 2012年3月15日共12周

教学点：

重庆科创职业学院

学生姓名：

学号：

专业：

应用电子技术

指导单位或教研室：

指导教师：

职称：

成都电子机械高等专科学校成教院制

毕业设计（论文）进度计划表

日期

工作内容

执行情况

指导教师

签字

12月15日

至

12月25日

选题

12月26日

至

1月2日

论文提纲写作

1月3日

至

2月15日

初稿写作

2月15日

至

2月29日

二稿写作

3月1日

至

3月10日

定稿并上交论文的电子文稿

3月10日

至

3月15日

做好论文评阅准备

教师对进度计划实施情况总评

　　　　　　　　　　　　　　　　　签名

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　年月日

本表作评定学生平时成绩的依据之一。

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

SCMnamelySingleChipcomputer（Single-ChipMicrocomputer）,isthecollectionCPU,RAM,ROM,time,countandavarietyofinterfaceinoneofthemicrocontroller.Oneofthesinglechipmicrocomputer51SCMisthemosttypicalandmostrepresentativeofa,usedineveryfield.Theelevatorissetforthemechanicalprincipleisapplied,electricalcontroltechnology,themicroprocessortechnology,systemengineeringscienceandtechnologybranchinoneofthemechanicalandelectricalequipment,itisthearchitectureofverticaltransportationpermanent.

ThispaperAT89S51asthecorecontrolcomponentselection,designaeightelevatorsystem,usingsinglechipassemblylanguagesprogramming,realizetheferrypassengerstoanyfloor,anddisplaytheelevatorfloorsofthebuildinganddownlink.Usingsinglechipcomputercontrolofelevatorhaslowcost,versatility,flexibleandiseasytorealizethecomplexcontrol,etc.

Keywords：

Singlechipmicrocomputer、elevator、control

目录

第一章单片机概述 1

第一节单片机简介 1

第二节单片机的特点 2

第三节单片机的应用领域 3

第四节单片机的发展趋势 3

第五节单片机的主要生产厂家和机型 4

第二章硬件系统实现 6

第一节功能模块图 6

第二节AT89S51芯片 6

第三节显示模块 9

第四节复位开关模块 9

第五节振荡器电路模块 9

第六节程序下载模块 10

第七节设计电路及连线 11

第三章软件设计 12

第一节软件功能描述 12

第二节流程图设计 12

第三节程序设计 14

一、程序初始化 14

二、主程序调用 14

三、中断程序调用 15

第四章系统调试 18

第一节硬件调试 18

第二节软件调试 18

结束语 20

谢辞 21

参考文献 22

第一章单片机概述

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。

第一节单片机简介

单片机是一种集成电路芯片，采用超大规模技术把具有数据处理能力（如算术运算，逻辑运算、数据传送、中断处理）的微处理器（CPU），随机存取数据存储器（RAM），只读程序存储器（ROM），输入输出电路（I/O口），可能还包括定时计数器，串行通信口（SCI），显示驱动电路（LCD或LED驱动电路），脉宽调制电路（PWM），模拟多路转换器及A/D转换器等电路集成到一块单块芯片上，构成一个最小,然而完善的计算机系统。

这些电路能在软件的控制下准确、迅速、高效地完成程序设计者事先规定的任务。

由此来看，单片机有着微处理器所不具备的功能，它可单独地完成现代工业控制所要求的智能化控制功能，这是单片机最大的特征。

然而单片机又不同于单板机，芯片在没有开发前，它只是具备功能极强的超大规模集成电路，如果赋予它特定的程序，它便是一个最小的、完整的微型计算机控制系统，它与单板机或个人电脑（PC机）有着本质的区别，单片机的应用属于芯片级应用，需要用户了解单片机芯片的结构和指令系统以及其它集成电路应用技术和系统设计所需要的理论和技术，用这样特定的芯片设计应用程序，从而使该芯片具备特定的功能。

不同的单片机有着不同的硬件特征和软件特征，即它们的技术特征均不尽相同，硬件特征取决于单片机芯片的内部结构，用户要使用某种单片机，必须了解该型产品是否满足需要的功能和应用系统所要求的特性指标。

这里的技术特征包括功能特性、控制特性和电气特性等等，这些信息需要从生产厂商的技术手册中得到。

软件特征是指指令系统特性和开发支持环境，指令特性即我们熟悉的单片机的寻址方式，数据处理和逻辑处理方式，输入输出特性及对电源的要求等等。

开发支持的环境包括指令的兼容及可移植性，支持软件（包含可支持开发应用程序的软件资源）及硬件资源。

要利用某型号单片机开发自己的应用系统，掌握其结构特征和技术特征是必须的。

单片机控制系统能够取代以前利用复杂电子线路或数字电路构成的控制系统，可以软件控制来实现，并能够实现智能化，现在单片机控制范畴无所不在，例如通信产品、家用电器、智能仪器仪表、过程控制和专用控制装置等等，单片机的应用领域越来越广泛。

诚然，单片机的应用意义远不限于它的应用范畴或由此带来的经济效益，更重要的是它已从根本上改变了传统的控制方法和设计思想。

是控制技术的一次革命，是一座重要的里程碑。

第二节单片机的特点

1、单片机集成度高。

单片机包括CPU、4KB容量的ROM（8031无）、128B容量的RAM、2个16位定时/计数器、4个8位并行口、全双工串口行口。

2、系统结构简单，使用方便，实现模块化；

3、单片机可靠性高，可工作到10^6~10^7小时无故障；

4、处理功能强，速度快。

第三节单片机的应用领域

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：

（1）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）。

（2）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。

（3）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。

（4）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。

（5）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。

第四节单片机的发展趋势

现在单片机是百家争鸣的时期，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，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，可以看出单片机的发展趋势，大致有：

一、制作工艺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。

二、微型化单片机

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。

三、主流与多种品种共存

现在虽然单片机的品种繁多，各具特色，但仍以80C51为核心的单片机占主流，兼容其结构和指令系统的有PHILIPS公司的产品，ATMEL公司的产品和中国台湾的Winbond系列单片机。

所以C8051为核心的单片机占据了半壁江山。

而Microchip公司的PIC精简指令集（RISC）也有着强劲的发展势头，中国台湾的HOLTEK公司近年的单片机产量与日俱增，与其低价质优的优势，占据一定的市场分额。

此外还有MOTOROLA公司的产品，日本几大公司的专用单片机。

在一定的时期内，这种情形将得以延续，将不存在某个单片机一统天下的垄断局面，走的是依存互补，相辅相成、共同发展的道路。

第五节单片机的主要生产厂家和机型

目前世界是较为著名的部分8位单片机的生产厂家和部分主要机型如下:

Intel（美国英特尔）公司:

MCS-51/96及其增强系列.

NS（美国国家半导体）公司:

NS8070系列.

RCA（美国无线电）公司:

CDP1800系列.

TI（美国得克萨斯仪器仪表）公司:

TMS7000系列.

Cypress（美国Cypress半导体）公司:

CYXX系列.

Rockwell（美国洛克威尔）公司:

6500系列.

Motorola（美国摩托罗拉）公司:

6805系列.

Fairchild（美国仙童）公司:

FS系列和3870系列.

Zilog（美国齐洛格）公司:

Z8系列和SUPER系列.

Atmel（美国Atmel）公司:

AT89系列.

National（日本松下）公司:

MN6800系列.

Hitachi（日本日立）公司:

HD6301,HD65L05,HD6305系列.

NEC（日本电气）公司:

Ucom87,（upd7800）系列.

Philips（荷兰菲利浦）公司:

P89C51XX系列.

其中Intel公司的MCS-51系列及其增强型系列在8位单片机市场中占的份额最大,达50%左右。

第二章硬件系统实现

第一节功能模块图

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

第二节AT89S51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。

表2-1AT89S51芯片的主要功能

·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

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。

表2-2P1端口引脚的第二功能

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）

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。

表2-3P3端口引脚的第二功能

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）

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。

第三节显示模块

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”。

第四节复位开关模块

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