基于单片机电梯控制系统设计完整版毕业设计.docx
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基于单片机电梯控制系统设计完整版毕业设计
《基础强化训练》报告
题目：
电梯控制系统电路印制板图的设计
专业班级：
电子科学与技术0801班
学生姓名：
金才
指导教师：
葛华
武汉理工大学信息工程学院
2010年7月15日
基础强化训练任务书
学生姓名：
金才专业班级：
电子0801
指导教师：
葛华工作单位：
信息工程学院
题目：
电梯控制系统电路印制板图的设计
一、训练目的
主要目的就是对学生进行基础课程、基本技能、基本动手能力的强化训练，提高学生的基础理论知识、基本动手能力，提高人才培养的基本素质。
二、训练内容和要求
1、基础课程和基本技能强化训练
（1）设计一个电梯控制系统电路；
（2）对所设计电路的基本原理进行分析；
2、文献检索与利用、论文撰写规范强化训练
要求学生掌握基本的文献检索方法，科学查找和利用文献资料，同时要求学生获得正确地撰写论文的基本能力，其中包括基本格式、基本排版技巧和文献参考资料的写法、公式编排、图表规范制作、中英文摘要的写法等训练。
3、基本动手能力和知识应用能力强化训练
（1）学习PROTEL软件；
（2）绘制电路的原理图和PCB版图，要求图纸绘制清晰、布线合理、符合绘图规范；
4、查阅至少5篇参考文献，按《武汉理工大学课程设计工作规范》要求撰写基础强化训练报告书，全文用A4纸打印。
三、初始条件
计算机；MicrosoftOfficeWord软件；PROTEL软件
四、时间安排
1、20010年7月12日集中，作基础强化训练具体实施计划与报告格式要求的说明；学生查阅相关资料，学习电路的工作原理。
2、2010年7月12日，电路设计与分析。
3、2010年7月13日至2010年7月15日，相关电路原理图和PCB版图的绘制。
4、2010年7月16日上交基础强化训练成果及报告，进行答辩。
指导教师签名：
年月日
系主任（或责任教师）签名：
年月日
摘要
本文介绍了一种采用单片AT89S52芯片进行电梯控制系统的设计方法，主要阐述如何使用单片机进行编程来实现电子设计的方法，利用单片机编程实现功能，简洁而又多变的设计方法，缩短了研发周期，同时使电梯控制系统体积更小功能更强大。
本设计实现了电梯控制系统所需的一些基本功能，能通过方向按键选择方向，能通过数字按键选择楼层，数码管显示实时楼层数，点阵显示实时方向，电机控制使电梯箱能上下运动。
原理图和PCB部分采用protel99se专业软件来设计，实现将设计产品化。
本次设计更注重了把一些新的思路加入到设计中。
主要包括采用了AT89S52芯片，使用C语言进行编程，使其具有了更强的移植性，更加利于产品升级。
关键词：
AT89S52；电梯控制系统；protel99se；C语言
Abstract
Thispaperintroducesakindofsingle-chipAT89S52chipsforelevatorcontrolsystemdesignmethod,thispaperdiscusseshowtousemicrocontrollerprogramtorealizeelectronicdesignmethod,themicrocontrollerprogrammingfunction,conciseandchangefuldesignmethod,shortenthedevelopmentcycle,andmaketheelevatorcontrolsystemsmallermorepowerful.Thedesignandimplementationoftheelevatorcontrolsystemforsomebasicfunction,canchoosedirection,keydirectionbydigitalkeychoicefloor,digitaltubedisplayreal-timeseveralfloors,dotmatrixdisplayreal-timedirection,motorcontrolboxcanmakeupelevator.SchematicdiagramandPCBprotel99separtadoptsprofessionalsoftwaretodesignandrealizethedesignprod.Thisdesignhasputmoreattentiontosomenewideastojoininthedesign.MainlyincludesusingClanguage,anduseAT89S52chips,whichhasastronger,moreconducivetoupgradeportability.
Keywords:
AT89S52devices,Theelevatorcontrolsystem,Protel99se,Clanguage
1绪论
人类社会已经进入信息化时代，信息社会的发展离不开电子产品的进步。
单片机的出现使人类实现利用编程来代替复杂的硬件搭建电路，它靠程序运行，并且可以修改。
通过不同的程序实现不同的功能，尤其是特殊的独特的一些功能，这是别的器件需要费很大力气才能做到的，有些则是花大力气也很难做到的。
一个不是很复杂的功能要是用美国50年代开发的74系列，或者60年代的CD4000系列这些纯硬件来搞定的话，电路一定是一块大PCB板！
但是如果要是用美国70年代成功投放市场的系列单片机，结果就会有天壤之别！
只因为单片机的通过你编写的程序可以实现高智能，高效率，以及高可靠性！
单片机应用的主要领域非常广，智能化家用电器、办公自动化设备商业营销设备、工业自动化控制、智能化仪表、智能化通信产品、汽车电子产品、航空航天系统和国防军事、尖端武器等领域。
单片机应用的意义不仅在于它的广阔范围及所带来的经济效益，更重要的意义在于，单片机的应用从根本上改变了控制系统传统的设计思想和设计方法。
以前采用硬件电路实现的大部分控制功能，正在用单片机通过软件方法来实现。
以前自动控制中的PID调节，现在可以用单片机实现具有智能化的数字计算控制、模糊控制和自适应控制。
这种以软件取代硬件并能提高系统性能的控制技术称为微控技术。
随着单片机应用的推广，微控制技术将不断发展完善。
电路的集成化不仅对硬件电路的设计相关，与电路的布局同样相关。
印刷版的出现使得电路产品更加规范，体积更小。
Protel99se是一款专业的绘制电路及印刷版的软件，近年来的不断升级使得其功能更加完善，出现了altiumdesigner、proteldxp等升级版本。
2设计内容及要求
2.1设计目的
（1）学会单片机的使用来实现智能控制。
（2）熟练掌握keil软件应用和C语言编程在单片机中的应用。
（3）学会应用protel99se软件绘制原理图和PCB版图。
（4）掌握电梯控制系统的主要功能与单片机实现的方法。
2.2设计任务及要求
（1）设计出一个电梯控制系统。
（2）运用keil软件编程。
（3）运用protel99se绘制原理图。
（4）运用protel99se绘制PCB版图。
3设计原理及单元模块
3.1设计原理及方法
根据层次化设计理论，该设计问题自顶向下
可分为单片机最小系统模块、显示模块、开关控制模块、电机驱动模块、报警模块，其系统框图如图所示。
图3.1电梯控制系统框图
本次设计是采用开关控制实现上下到指定楼层，通过电机转动带动电梯箱上下运动，到达指定楼层。
显示模块是显示此时的楼层，报警模块具有错误操作报警以及楼层到达的提示功能。
3.2单元模块设计
3.2.1单片机最小系统模块
图3.2.1单片机最小系统
单片机最小系统包括主芯片，复位电路和晶振脉冲产生电路。
X1为12MHz晶振，与30Pf电容并联，产生1us的脉冲信号作为单片机的“心脏”部分。
复位电路是开关与10uf电容并联组成的上电自动复位电路，在RST端为高电平时单片机清零，也即开关按下会产生清零信号。
RP1为排阻，作为P0端的上拉电阻，接此原因是P0端口是由OC门组成。
U1为数据输入端口，通过电脑编程能将程序通过此接口烧录入单片机中。
3.2.2开关控制模块
图3.2.2开关控制模块
开关控制模块采用4*4矩阵形式电路可以减少单片机接口的使用。
写键盘代码时运用的是逐行扫描判断键值按下与否。
编程如下：
ucharkey_scan（void）
{ucharscode,recode;
P1=0xf0;
if（（P1&0xf0）!
=0xf0）
{delay1
（2）;
if（（P1&0xf0）!
=0xf0）//有键按下
{scode=0xfe;//辅助变量，设定行
while（（scode&0x10）!
=0）
{P1=scode;//将某一行设为0，从而判断是否为该行
if（（P1&0xf0）!
=0xf0）
{recode=P1&0xf0;//列码
scode=scode&0xf0;//行码
return（scode+recode）;//按键坐标}
elsescode=（scode<<1）|0x01;//下一行判断
}}}
return0;}
3.2.3电机驱动模块
图3.2.3电机驱动模块
电机驱动采用L297环形计数分配器和L298大功率步进电机驱动器完成。
本次设计采用步进电机，目的是方便智能控制，可实现调速功能。
电机使用的是二相步进电机，由于仅用来实验，所以电机采用5V电源供电即可，实际中必须使用大电压来供电方能带动重物（人等）。
环形分配器L297引脚图如图3.2.3-1：
图3.2.3-1L97引脚图
L297功能介绍：
SYNC为斩波器输出端，多个L297一起用时用此端口连接在一起共用一组时钟振荡；
HPME端为集电极开路输出端；
A~D为四相输入端；
INIH1,INIH2为控制A~D相驱动，此引脚为低电平时A~D相禁止输入；
ENABLE端为使能输入端，低电平阻止电机驱动；
RESET为复位端；
HALF/FULL为半角全角控制端，高电平时选择半步输入；
CLOCK为时钟输入端，控制电机速度；
CW/CCW为方向控制端；
OSC为斩波器频率输入端；
SEN1和SEN2为电流检测端。
大功率步进电机驱动器L298引脚图如图3.2.3-2：
图3.2.3-2L298引脚图
L298功能介绍：
SENA和SENB为电流检测端；
IN1~IN4为A~D相输入控制端；
ENA和ENB为使能输入端，低电平禁止输入；
OUT1~OUT4为输出端。
3.2.4显示模块
图3.2.4显示模块
由于点阵和双位数码管耗电流较大，不能直接连接单片机IO口驱动其正常工作，所以加上锁存器74HC573和显示译码器CD4511驱动。
其中利用CD4511模块的另一作用是节省接口，因为本次设计外围电路较多，单片机接口不够，使用此驱动是必要的。
锁存器74HC573引脚图如图3.2.4-1：
图3.2.4-174HC573引脚图
74HC573功能介绍：
D0~D7为输入端；
Q0~Q7为输出端；
OEN为输出使能端，当其输入为高电平时输出关断，输入为低电平时输出正常；
DEN为输出输入使能端，当此端口为高电平时，输出跟随D0~D7，当此端口为低电平时，输出保持上一时刻的状态；
显示译码器CD4511引脚图如图3.2.4-2：
图3.2.4-2CD4511引脚图
CD4511功能介绍：
A~D为输入端；
QA~QG为输出端；
LT为试灯输入端，当此端口为低电平时，无论其他的状态如何，始终输出数字8，作为判断数码管的好坏端口使用；
LE/STB为灭灯输入端，当此端口输入低电平时数码管灭，输入高电平时数码管正常显示；
BI为动态消零信号输入端，当此端口输入低电平时且LT为高电平时，当输入0000时，输出0熄；
点阵的使用介绍：
点阵是8*8位的，相当于由64个LED组成，8个阳极控制端口，8个阴极控制端口；
数码管的使用介绍：
数码管是采用两位共阴极数码管，通过对a~g的编码来显示数字。
3.2.5报警模块
图3.2.5报警模块
本设计采用8550三极管驱动蜂鸣器。
当PO口送高电平时，三极管处于截止状态，三极管Vce电压约为VCC，蜂鸣器只有很少电流流过，没法驱动其发声。
当PO口送低电平时，三极管处于饱和导通状态，三极管Vce约为0.3V，蜂鸣器有较大电流流过，能驱动其报警发声。
3.2.6电路总图
图3.2.6电路总图
由于protel99se内部元件不齐全，本次设计全部采用手工绘制元件库以达到训练的最佳效果。
4软件模块
图4程序流程图
注：
详细程序见附录二
5PCB印刷版图模块
5.1protel99se功能介绍
Protel99SE是应用于Windows9X/2000/NT操作系统下的EDA设计软件，采用设计库管理模式，可以进行联网设计，具有很强的数据交换能力和开放性及3D模拟功能，是一个32位的设计软件，可以完成电路原理图设计，印制电路板设计和可编程逻辑器件设计等工作，可以设计32个信号层，16个电源--地层和16个机加工层。
5.2PCB版图
图5.2.1非镀铜版图
在生成PCB之前，要进行元件的封装。
由于protel99se内部封装不齐全，本次设计全部采用手工绘制封装库以达到最佳训练效果。
PCB布线规则是尽量使正面走线和反面走线成90度角，以达到最小干扰。
图5.2.2镀铜顶层图样
图5.2.3镀铜底层图样
图5.3.43D版图正面
图5.3.53D版图背面
6心得体会
通过此次电梯控制系统的设计，我收获颇丰。
设计的核心内容就是利用单片机C51的编程来实现控制外围各电路的运行以及protel99se绘制PCB版图。
通过本次设计，我熟练掌握了程控系统设计的一般步骤，熟练掌握了protel99se软件的用法，并对编程能力起到了一定的提高作用。
在绘制PCB的过程中，我学习了如何制作元件库，如何制作封装库，如何调用原始封装。
在画PCB版图时，通过手工布线，练习了PCB布局，掌握了PCB绘制的一般规则，同时掌握了如何对PCB版镀铜，通过3D模拟图查看实物最终模型。
感谢学校给我们这次机会，锻炼了我们的动手能力及运用专业软件的能力。
通过这次课设让我明白了理论和实际操作之间差距，而且也让我很明确得意识到自己在数电上有很多的知识漏洞，以后应该多钻研一下。
参考文献
[1]李朝青．单片机通讯技术与工程实践．北京：
航空航天大学出版，2007.2
[2]李群芳．单片机原理接口与应用．北京：
清华大学出版社，2005.6
[3]杨志亮.Protel99SE电路原理图设计技术.西安：
西北工业大学出版社，2002.2
[4]马忠梅．单片机C语言应用程序设计.北京：
航空航天大学出版社，1997.10
[5]谢自美．电子线路设计.武汉：
华中科技大学出版社，2000.5
[6]中国电器工业协会微电机分会.微特电机应用手册.福建:
福建科技出版社，2010.4
[7]胡烨．Protel99SE电路设计与仿真教程.北京：
机械工业出版社，2005.5
附录一
元件清单
附录二
C语言代码
#include"reg52.h"
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
ucharDZ1[]={0x08,0x14,0x2a,0x08,0x08,0x08};
ucharDZ2[]={0xbf,0xdf,0xef,0xf7,0xfd,0xfb};
ucharDZ3[]={0x08,0x08,0x08,0x2a,0x14,0x08};
ucharshuma[]={0x00,0x01,0x02,0x03,0x04,0x05,0x06,0x07,0x08,0x09};
ucharLC[]={0xee,0xde,0xbe,0x7e,0xed,0xdd,0xbd,0x7d,0xeb,0xedb,0xbb,0x7b,0xe7,0xd7,0xb7,0x77};//楼层编码
ucharkey,dir,floor,zancun,s,x,p2;
sbitDA=P0^0;
sbitDB=P0^1;
sbitDC=P0^2;
sbitDD=P0^3;
sbitw1=P0^4;//数码管位选1
sbitw2=P0^5;//数码管位选2
sbitwa=P0^6;//点阵阳极使能
sbitwb=P0^7;//点阵阴极使能
sbitEN=P3^0;//电机使能
sbitCW=P3^1;//方向控制
sbitCLOCK=P3^2;//速度控制
sbitred=P3^3;//上键显示
sbitgreen=P3^4;//下键显示
sbitbeep=P3^5;//报警
voiddelay1（ucharz）
{
uchari,j;
for（i=z;i>0;i--）
for（j=110;j>0;j--）;
}
voiddelay2（ucharz）
{
uchari,j;
for（i=z;i>0;i--）
{
if（key==0）//减短代码运行时间，使用更多时间扫描键盘
break;
else
for（j=110;j>0;j--）;
}
}
ucharkey_scan（void）
{
ucharscode,recode;
P1=0xf0;
if（（P1&0xf0）!
=0xf0）
{
delay1
（2）;
if（（P1&0xf0）!
=0xf0）//有键按下
{
scode=0xfe;//辅助变量，设定行
while（（scode&0x10）!
=0）
{
P1=scode;//将某一行设为0，从而判断是否为该行
if（（P1&0xf0）!
=0xf0）
{
recode=P1&0xf0;//列码
scode=scode&0x0f;//行码
return（scode+recode）;//按键坐标
}
else
scode=（scode<<1）|0x01;//下一行判断
}
}
}
return0;
}
voiddisplay1（void）//上箭头显示
{
uchari,j;
for（i=0;i<1;i++）
{
wa=1;
P2=DZ1[i];
for（j=500;j>0;j--）;
wa=0;
wb=1;
P2=DZ2[i];
for（j=500;j>0;j--）;
wb=0;
}
}
voiddisplay2（void）//下箭头显示
{
uchari,j;
for（i=0;i<1;i++）
{
wa=1;
P2=DZ3[i];
for（j=500;j>0;j--）;
wa=0;
wb=1;
P2=DZ2[i];
for（j=500;j>0;j--）;
wb=0;
}
}
voidshuxian（ucharz）//数码管显示
{
uchartemp;
w1=0;
p0=shuma[z/10];
temp=P0;
P0=p0|temp;
w1=1;
w2=0;
p0=shuma[z%10];
temp=P0;
P0=p0|temp;
w2=1;
}
voidinit（void）//初始化
{
dir=0;
w1=1;
w2=1;
wa=0;
wb=0;
floor=0;
zancun=1;
beep=1;
EN=0;
EA=1;
ET1=1;//T1中断允许
TMOD=0x10;//T1的8位计数
TH1=（65536-50000）/256;
TL1=（65536-50000）%256;
}
voidmain（void）
{
init（）;
while
（1）
{
key=key_scan（）;
if（key!
=0）
{
delay2（10）;
if（key!
=0）
{
TR1=1;
switch（key）
{
caseLC[14]:
dir=1;//按键储存上键值
break;
caseLC[15]:
dir=2;//按键储存下键值
break;
defaultbreak;
}
if（dir==1）
{
shuxian（s）;
display1（）;
if（（zancun-floor）>=0）
{
switch（key）
{
caseLC[0]:
floor=1;
break;
caseLC[1]:
floor=2;
break;
caseLC[2]:
floor=3;
break;
caseLC[3]:
floor=4;
break;
caseLC[4]:
floor=5;
break;
caseLC[5]:
floor=6;
break;
caseLC[6]:
floor=7;
break;
caseLC[7]:
floor=8;
break;
caseLC[8]:
floor=9;
break;
caseLC[9]:
floor=10;
break;
caseLC[10]:
floor=11;
break;
caseLC[11]:
floor=12;
break;
caseLC[12]:
floor=13;
break;
caseLC[13]:
floor=14;
break;
升级会员 