电梯控制器设计22221.docx
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电梯控制器设计22221
电梯控制器设计
一、题义分析及解决方案
1．题义与需求分析
在STARES598PCI单板机上实现电梯控制器设计
A、键盘上的0键、1键、2键，3键，4键和5键表示电梯的1楼、6楼、7楼、8楼、9楼和10楼的请求按键。
B、当电梯运转时经过的楼层会在LED的左边上动态显示出来，LED的右边显示出当前用户请求按键。
C、直流电动机的转动模拟电梯运转。
当电动机不转时，表示电梯停留在某楼层。
D、电梯初始停留在1楼，当6楼及以上楼层有按键请求时，此时，电机开始转动，LED上会动态显示经过的楼层并最终停留在该层。
例：
此时电梯停留在7层，
1、当有10楼有请求时，LED的右边会显示目的楼层10楼，电梯开始转动，LED的左边依次显示7、8、9、10，到达后电梯停止转动，LED上的目的楼层显示（右边）会熄灭，LED左边会显示10。
2、当有1楼有请求时，LED的右边会显示目的楼层1楼，电梯开始转动，LED的左边依次显示7、6、5、4、3、2、1，到达后电梯停止转动，LED上的目的楼层显示（右边）会熄灭，LED左边会显示1。
2解决问题的方法及思路
1）硬件部分
单片机工作在单任务状态，时间充裕，速度不是主要矛盾，所以用软件实现计时控制，以减少硬件开销。
接口用硬件实现。
根据实验平台的具体情况，本课程设计选用了8279A芯片、0832芯片、直流电动机、LED发光二极管、十六进制小键盘。
由于8279A的输出电流与LED不匹配的问题，需要驱动电流，本实验中选择74LS240。
2）软件部分
此实验主要是软件设计，软件设计分两部分控制：
1、按键请求，在LED上显示请求的楼层号。
判断请求的楼层号，调用运行函数
2、判断上下行，显示经过的楼层号。
到达后电机停止转动，消除请求楼层号。
二、硬件设计
1．8279A
1）8279A在本设计中的作用
在本设计中用8279A芯片控制键盘输入和LED显示。
2）8279A的功能分析
a）8279A主要特性
8279A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。
可与任何8位机接口。
8279A芯片包括键盘输入和显示输出两个部分。
若采用8279作为键盘/显示器接口，则可以实现对键盘、显示器自动扫描，8279主要是管理键盘输入和显示器输出的。
8279可编程键盘显示器接口芯片具有动态显示驱动电路简单、不占用CPU的时间、可自动进行键盘扫描、与计算机接口方便、编程容易、系统灵活等特点．当今已成为设计计算机应用系统，特别是实时性较高的测控系统的首选器件之一。
b）8279A的内部结构
图2-18279A的内部结构
图中，IRQ：
中断请求输出线，DB0~DB7：
双向数据总路线（传送命令、数据、状态），
、
：
读写控制输入端，RESET：
复位输入端，CLK：
时钟输入端，
：
片选，C和/D（A0）：
片内寄存器选址，OUTA0~A1、OUTB0~B3：
8位显示输出端，
：
熄灭显示输出端，SL0~SL3：
公用扫描输出线，RL0~RL7：
键盘回馈输入线，SHIFT：
抵挡键输入线，CNTL/STB：
控制/选通输入线。
另外，8279的键盘接口部分内部有一个8×8位先进先出的堆栈（FIFO），用来存放键盘输入代码，显示器接口部分内部有一个16×8位显示RAM，用来显示段数据，能为16位LED显示器（或其它显示器）提供多路扫描接口。
c）8279A的引脚信号和功能
8279可编程键盘显示器接口芯片具有动态显示驱动电路,不占用CPU的时间、可自动进行键盘扫描、与计算机接口方便、编程容易、系统灵活等特点。
8279是可编程的键盘/显示接口芯片。
它既具有按键处理功能，又具有自动显示功能，在单片机系统中应用很广泛。
8279内部有键盘FIFO（先进先出堆栈）/传感器，双重功能的8×8=64BRAM，键盘控制部分可控制8×8=64个按键或8×8阵列方式的传感器。
该芯片能自动消抖并具有双键锁定保护功能。
显示RAM容量为16×8，即显示器最大配置可达16位LED数码显示。
d）8279的命令字及其格式
8279有三种工作方式：
键盘工作方式、显示工作方式和传感器工作方式。
键盘工作方式：
双键互锁和N键轮回。
双键互锁是指当有两个以上按键同时按下时，只能识别最后一个被释放的按键，并把其键值送入内部FIFORAM中。
N键轮回是指当有多个按键同时按下时，所有按键的键值均可按扫描顺序依次存入FIFORAM中。
显示工作方式：
是指CPU输入至8279内部FIFORAM的数据的输出格式，有8个字符左端入口显示、16个字符左端入口显示、8个字符右端入口显示、16个字符右端入口显示四种方式。
传感器方式：
是指扫描传感器阵列时，一旦发现传感器的状态发生变化就置位INT向CPU申请中断。
选择不同的工作方式均是通过CPU对8279送入命令来进行控制。
8279共有8种命令，命令寄存器为8位，其中D7～D5为命令特征位，D4～D0为命令的控制位。
CPU对8279写入的命令数据为命令字，读出的数据为状态字。
8279共有八条命令，其功能及命令字格式分述如下。
（1）键盘/显示方式设置命令字
命令格式：
D7D6D5D4D3D2D1D0
000DDKKK
其中：
D7、D6、D5=000为方式设置命令特征位。
DD（D4、D3）：
用来设定显示方式，如表2-2所示。
D4
D3
显示方式
0
0
8个字符显示，左端入口
0
1
16个字符显示，左端入口
1
0
8个字符显示，右端入口
1
0
16个字符显示，右入口
表2-2显示方式选择
所谓左入口，即显示位置从最左一位（最高位）开始，以后逐次输入的显示字符逐个向右顺序排列；所谓右入口，则是显示位置从最右一位（最低位）开始，以后逐次输入显示字符时，已有的显示字符依次向左移动。
KKK（D2、D1、D0）：
用来设定七种键盘/显示扫描方式，如表2-3所示。
D2
D1
D0
键盘/显示扫描方式
0
0
0
编码扫描键盘，双键锁定
0
0
1
译码扫描键盘，双键锁定
0
1
0
编码扫描键盘，N键轮回
0
1
1
译码扫描键盘，N键轮回
1
0
0
编码扫描传感器矩阵
1
0
1
译码扫描传感器矩阵
1
1
0
选通输入，编码显示扫描
1
1
1
选通输入，译码显示扫描
表2-3键盘/显示扫描方式
（2）时钟编程命令
命令格式：
D7D6D5D4D3D2D1D0
001PPPPP
其中：
D7、D6、D5=001为时钟命令特征位。
PPPPP（D4、D3、D2、D1、D0）用来设定外部输入CLK时钟脉冲的分频系数N。
N取值范围为2～31。
如CLK输入时钟频率为2MHZ，PPPPP应被置为10100（N=20），才可获得8279内部要求的100KHZ的时钟频率。
（3）读FIFO/传感器RAM命令
命令格式：
D7D6D5D4D3D2D1D0
010AIXAAA
其中：
D7、D6、D5=010为读FIFO/传感器RAM命令特征位。
该命令字只在传感器方式时使用。
在CPU读传感器RAM之前，必须用这条命令来设定所读传感器RAM中的地址。
AAA（D2、D1、D0）为传感器RAM中的八个字节地址。
AI（D4）为自动增量特征位。
当AI=1时，每次读出传感器RAM后地址自动加1使地址指向下一个存储单元。
这样，下一个数据便从下一个地址读出，而不必重新设置读FIFO/传感器RAM命令。
在键盘工作方式中，由于读出操作严格按照先入先出顺序，因此，不需使用这条命令。
（4）读显示RAM命令
命令格式：
D7D6D5D4D3D2D1D0
011AIAAAA
其中：
D7、D6、D5=011为读显示RAM命令字的特征位。
该命令字用来设定将要读出的显示RAM地址。
AAAA（D3、D2、D1、D0）用来寻址显示RAM中的存储单元。
由于位显示RAM中有16个字节单元，故需要4位寻址。
AI（D4）为自动增量特征位。
AI=1时，每次读出后地址自动加1，指向下一地址。
（5）写显示RAM命令
命令格式：
D7D6D5D4D3D2D1D0
100AIAAAA
其中：
D7、D6、D5=100为写显示RAM命令字的特征位。
在写显示RAM之前用这个命令字来设定将要写入的显示RAM地址。
AAAA（D3、D2、D1、D0）为将要写入的显示RAM中的存储单元地址。
AI（D4）为自动增量特征位。
AI=1时，每次写入后地址自动加1，指向下一次写入地址。
（6）显示禁止写入/消隐命令
命令格式：
D7D6D5D4D3D2D1D0
101XIW/AIW/BBL/ABL/B
其中：
D7、D6、D5=101为显示禁止写入/消隐命令特征位。
IW/A、IW/B（D3、D2）为A、B组显示RAM写入屏蔽位。
当A组的屏蔽位D3=1时，A组的显示RAM禁止写入。
因此，从CPU写入显示器RAM数据时，不会影响A的显示。
这种情况通常在采用双4位显示器时使用。
因为两个四位显示器是相互独立的。
为了给其中一个四位显示器输入数据而又不影响另一个四位显示器，因此必须对另一组的输入实行屏蔽。
BL/A、BL/B（D1、D0）为消隐设置位。
用于对两组显示输出消隐。
若BL=1，对应组的显示输出被消隐。
当BL=0，则恢复显示。
（7）清除命令
命令格式：
D7D6D5D4D3D2D1D0
110CDCDCDCFCA
其中：
D7、D6、D5=110为清除命令特征位。
清除显示RAM方式如表2-4所示。
D4
D3
D2
清除方式
1
0
×
将全部显示RAM清为00H
1
1
0
将全部显示RAM置为20H，A组输出0010，B组输出0000
1
1
1
将全部显示RAM置为FFH
0
×
×
D0=0不清除，D0=1按上述方法清除
表2-4显示RAM清除方式
CF（D1）用来置空FIFO存储器，当CF=1时，执行清除命令后，FIFORAM被置空，使INT输出线复位。
同时，传感器RAM的读出地址也被置为0。
CA（D0）为总清的特征位。
它兼有CD和CF的联合效能。
在CF=1时，对显示的清除方式由D3、D2的编码决定。
显示RAM清除时间约需160us。
在此期间状态字的最高位Du=1，表示显示无效。
CPU不能向显示RAM写入数据。
（8）结束中断/错误方式设置命令
命令格式：
D7D6D5D4D3D2D1D0
111EXXXX
其中：
D7、D6、D5=111为该命令的特征位。
此命令有两种不同的作用。
①作为结束中断命令。
在传感器工作方式中使用。
每当传感器状态出现变化时，扫描检测电路就将其状态写入传感器RAM，并启动中断逻辑，使INT变高，向CPU请求中断，并且禁止写入传感器RAM。
此时，若传感器RAM读出地址的自动递增特性没有置位（AI=0），则中断请求INT在CPU第一次从传感器RAM读出数据时就被清除。
若自动递增特征已置位（AI=1），则CPU对传感器RAM的读出并不能清除INT，而必须通过给8279写入结束中断/错误方式设置命令才能使INT变低。
因此，在传感器工作方式中，此命令用来结束传感器RAM的中断请求。
②作为特定错误方式设置命令。
在8279已被设定为键盘扫描N键轮回方式以后，如果CPU给8279又写入结束中断/错误方式设置命令（E=1），则8279将以一种特定的错误方式工作。
这种方式的特点是：
在8279的消抖周期内，如果发现多个按键同时按下，则FIFO状态字中的错误特征位S/E将置1，并产生中断请求信号和禁止写入FIFORAM。
上述八种用于确定8279操作方式的命令字皆由D7D6D5特征位确定，输入8279后能自动寻址相应的命令寄存器。
因此，写入命令字时唯一的要求是使数据选择信号A0=1。
e）8279的状态字及其格式
8279的FIFO状态字，主要用于键盘和选通工作方式，以指示FIFORAM中的字符数和有无错误发生。
其格式为：
D7D6D5D4D3D2D1D0
DUS/EOUFNNN
其中：
Du（D7）为显示无效特征位。
当Du=1表示显示无效。
当显示RAM由于清除显示或全清命令尚未完成时，Du=1，此时不能对显示RAM写入。
S/E（D6）为传感器信号结束/错误特征位。
该特征位在读出FIFO状态字时被读出。
而在执行CF=1的清除命令时被复位。
当8279工作在传感器工作方式时，若S/E=1，表示传感器的最后一个传感器信号已进入传感器RAM；而当8279工作在特殊错误方式时，若S/E=1则表示出现了多键同时按下错误。
O、U（D5、D4）为超出、不足错误特征位。
对FIFORAM的操作可能出现两种错误：
超出或不足。
当FIFORAM已经充满时，其它的键盘数据还企图写入FIFORAM，则出现超出错误，超出错误特征位O（D5）置1；当FIFORAM已经置空时，CPU还企图读出，则出现不足错误，不足错误特征位U（D4）置1。
F（D3）表示FIFORAM中是否已满标志，若F=1表示已满。
NNN（D2、D1、D0）表示FIFORAM中的字符数据个数。
f）数据输入/输出格式
对8279输入/输出数据不仅要先确定数据地址口，而且数据存放也要按一定格式，其格式在键盘和传感器方式有所不同。
（1）键盘扫描方式数据输入格式
键盘的行号、列号及控制键格式如下：
图2-2键盘的行号、列号及控制键格式
控制键CNTL、SHIFT为单独的开关键。
CNTL与其它键连用作特殊命令键，SHIFT可作上、下挡控制键。
（2）传感器方式数据输入格式
此种方式8位输入数据为RL0～RL7的状态。
格式如下：
D7D6D5D4D3D2D1D0
RL7RL6RL5RL4RL3RL2RL1RL0
2.74LS138译码器
1）74LS138译码器在本设计中的作用
扫描计数器采用编码工作方式
2）74LS138译码器的功能分析
74LS138是3/8译码器，即对3个输入信号进行译码。
得到8个输出状态。
G1,G2A,G2B,为数据允许输出端，G2A,G2B低电平有效。
G1高电平有效。
A,B,C为译码信号输出端，Y0~Y7为译码输出端，低电平有效。
图2-374LS138图2-4功能表
3）74LS138译码器的技术参数
极限值
电源电压-----------------------------------------------------7V
输入电压74LS138---------------------------------------------7V
工作环境温度74LS138------------------------------------0～70℃
贮存温度------------------------------------------－65～150℃
3.74LS240
1）74LS240译码器在本设计中的作用
本设计实验中主要是为增加LED的驱动电流
2）74LS240译码器的功能分析
74LS240TTL八反相三态缓冲器/线驱动器
引出端符号:
1A，2A输入端
三态允许端（低电平有效）
1Y~8Y输出端
图2-574LS240逻辑图
输入
输出
A
Y
L
L
H
L
H
X
H
L
Z
表2-574LS240功能表
3）74LS240译码器的技术参数
极限值:
电源电压………………………………………….7V
输入电压………………………………………….5.5V
输出高阻态时高电平电压………………………….5.5V
工作环境温度
74LS240………………………………….0~70℃
存储温度………………………………………….-65~150℃
4.小键盘
1）小键盘在本设计中的作用
本设计中，小键盘用于输入请求楼层号。
2）小键盘的功能分析
通常使用的键盘是矩阵结构的。
对于4×4=16个键的键盘，采用矩阵方式只要用8条引线和2个8位端口便完成键盘的连接。
如图，这个矩阵分为4行4列，如果键5按下，则第1行和第1列线接通而形成通路。
如果第1行线接低电平，则键5的闭合，会使第1列线也输出低电平。
矩阵式键盘工作时，就是按行线和列线的电平来识别闭合键的。
图2-54×4键盘矩阵图
行扫描法识别按键的原理如下：
先使第0行接低电平，其余行为高电平，然后看第0行是否有键闭合。
这是通过检查列线电位来实现的，即在第0行接低电平时，看是否有哪条列线变成低电平。
如果有某列线变为低电平，则表示第0行和此列线相交位置上的键被按下；如果没有任何一条列线为低电平，则说明第0行没有任何键被按下。
此后，再将第1行接低电平，检测是否有变为低电平的列线。
如此重复地扫描，直到最后一行。
在扫描过程中，当发现某一行有键闭合时，也就是列线输入中有一位为0时，便退出扫描，通过组合行线和列线即可识别此刻按下的是哪一键。
实际应用中，一般先快速检查键盘中是否有键按下，然后再确定按键的具体位置。
为此，先使所有行线为低，然后检查列线。
这时如果列线有一位为0，则说明必有键被按下，采用扫描法可进一步确定按键的具体位置。
5.七段LED显示器
1）LED作用
LED发光二级管（Light-EmittingDiode），在本设计中采用7段数字发光二级管，做为终端显示。
显示时间的分秒。
2）LED功能分析
物理构造：
LED发光二级管，采用砷化镓、镓铝砷、和磷化镓等材料制成，其内部结构为一个PN结，具有单向导电性。
图2-6LED结构图
数字成像：
将七个发光管进行组合，排列成数字图形8，再根据需要控制七个管的亮与灭，即可显示出定义数字。
字型
ABCD
abcdefgbp
OX
0
0000
11111100
3f
1
0001
01100000
06
2
0010
11011010
5b
3
0011
11110010
4f
4
0100
01100110
66
5
0101
10110110
6d
6
0110
00111110
7d
7
0111
11100000
07
8
1000
11111110
7f
9
1001
11100110
6f
A
1010
11101110
77
B
1011
00111110
7c
C
1100
10011100
39
D
1101
01111010
5e
E
1110
10011110
79
F
1111
10001110
71
表2-6LED数码表
3）LED技术参数
表2-7LED技术参数表
6．DAC0832数模转换芯片：
DAC0832的作用：
本实验中DAC0832的作用是将系统中的数字信号转换为电压信号给直流电机供电。
7.硬件总逻辑图及其说明
图2-7硬件接线图
图中8279的地址由
和A0决定，故数据口地址为7FFEH，命令口地址为7FFFH。
所接的16个按键，扫描线接在74HC138的译码输出端
和
上，当
为0（SL2SL1SL0=000）时，扫描第1列按键，当
为0（SL2SL1SL0=001）扫描第2列按键，故0～7号按键的键值为00H～07H，8～15号按键键值为08H～0FH。
当某一按键被按下后，键值就自动进入缓冲区，当8279内部RAM不空时由INT输出高电平告知CPU取走，故INT连接CPU的中断输入需加一反向器。
8279键盘配置最大为8×8，若要配置64个按键，其它列扫描线可分别连至
至
上，形成8行8列的按键扫描电路。
图中显示部分段选码由8279的OUTA3～OUTA0、OUTB3～OUTB0通过驱动器74LS240提供，位选码由SL2～SL0经3-8译码器通过驱动器74LS240提供。
三、控制程序设计
1.控制程序设计思路
初始化板卡以及8279，电梯初始停留在1楼。
先调用显示函数，将停留楼层号在LED上显示出来。
初始停止电机转动，开始扫描是否有按键请求，若没有，则继续扫描。
直至有请求按键按下，此时将键值转换为键号。
调用运行函数，判断请求的楼层号。
再调用启动函数，判断上下行，判断后，电机转动，在LED上依次显示经过的楼层号。
当电梯到达请求楼层，电机停止转动，消除请求楼层号，此时，电梯停留在该楼层。
等待按键请求，重复以上动作。
2.程序流程图
根据程序设计思路，画出程序流程图，并加以修改直至满意为止。
图3-1主控程序流程图
3.控制程序
.MODELTINY
PCIBAR3EQU1CH;8位I/O空间基地址（它就是实验仪的基地址,
;也为DMA&32BITRAM板卡上的8237提供基地址）
Vendor_IDEQU10EBH;厂商ID号
Device_IDEQU8376;设备ID号
.STACK100
.DATA
IO_Bit8_BaseAddressDW?
msg0DB'BIOS不支持访问PCI$'
msg1DB'找不到StarPCI9052板卡$'
msg2DB'读8位I/O空间基地址时出错$'
KEYCOUNTDB?
STAY0DB?
;电梯所停留的楼层
STAY1DB?
;电梯之后要到达的楼层
DISDDB0;显示目的楼层号,初始为0
DISD1DB0;记录电梯到达目的楼层的LED编码
D10DB0;记录电梯是否到达10楼
ZHUANHDB?
;运动中间值
ZHUANH1DB?
ZH0DB?
LED_TABDB0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,080H,90H,0FFH;0-10的LED显示所对应的编码
CMD_8279DW00B1H;8279命令字、状态字地址
DATA_8279DW00B0H;8279读写数据口的地址
DA0832DW00D0H
.CODE
START:
MOVAX,@DATA
MOVDS,AX
NOP
CALLInitPCI
CALLModifyAddress;根据PCI提供的基地址,将偏移地址转化为实地址
CALLINIT8
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