基于单片机四层楼的电梯控制系统的设计论文.docx

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基于单片机四层楼的电梯控制系统的设计论文

毕业设计

题目：

基于单片机四层楼的电梯控制系统的设计

专业机电一体化

班级

姓名

指导教师

第一部分设计任务与调研…………………………………………………………

第二部分设计说明………………………………………………………………………

第三部分设计成果……………………………………………………

第四部分结束语…………………………………………………………………………

第五部分致谢…………………………………………………………………………

第六部分参考文献…………………………………………………………………

第一部分设计任务

1.1系统设计任务

此次设计的任务是用单片机模拟电梯的运行状态，用电机模拟现实中电梯运行时带动电梯的上升与下降，用发光二极管来模拟电梯中的开关门和上下行，用数码管显示并模拟电梯所在位置。

电源模块中的9v电压与5v电压分别模拟驱动大功率电机和小功率芯片。

抛开一些复杂的概念，单片机在我们的生活中触手可及，尤其是在智能仪表、实时控制、机电一体化、办公机械、家用电器等方面拥有广泛的应用领域。

毕业设计注重于对单片机的理解与应用，明白单片机的工作原理，以便以后单片机领域的开发和研制打下基础，提高自己的设计能力，培养创新能力，丰富自己的知识理论，做到理论和实际相结合。

能进一步了解单片机的工作原理，内部结构和工作状态。

理解单片机的接口技术，中断技术，存储方式，时钟方式和控制方式，这样才能更好的利用单片机来做有效的设计，提高自己的综合能力。

电梯，是现代社会的一种必不可少的垂直运输交通工具。

它能自动登记厢内的选层指令和厢外的召唤指令，关门起动运行，同向逐一应答。

当无指令时，关门返回基层，当某一层有召唤指令时再起动应答。

毕业设计是五年大专教学计划中最后一个教学环节，是各个教学环节的继续、深化和扩展，是锻炼我们分析问题、解决问题，提高综合能力的重要阶段，为我们今后从事实际的工作打好基础。

毕业设计分为两个部分，硬件部分和软件部分。

硬件部分介绍：

四层楼电梯硬件电路的设计，单片机AT89C51的功能和其在各电路中的作用。

其中的作用包括单片机AT89C51的管脚结构和每个管脚的作用及各自的连接方法。

软件部分介绍：

采用单片机汇编语言，结合单片机AT89C51的功能和其在三个主要电路中的作用进行设计编写。

对软件和硬件进行调试，让其协调工作，加上修改和检查，最终完成毕业设计。

第二部分设计说明

一．电梯系统的方案设计

2.1系统设计阐述

9V

5V

电源

按键输入

STC89C52单片机

电机驱动

LED数码管显示

晶振电路

灯光模拟

蜂鸣器报警

复位电路

图1-1模拟电梯系统组成框图

本次设计采用STC89C52单片机为核心，晶振电路跟复位电路是单片机最小系统的组成，晶振电路用外部时钟电路和单片机内部振荡电路位单片机提供时钟脉冲；复位电路采用手动复位电路为单片机提供复位动作。

判断按键电路引起电平的改变发送到单片机，通过单片机输出信号控制电机控制电路，报警电路，显示电路和灯光模拟电路。

此次灯光模拟是模拟电梯的上下行和开关门状态。

电源模块是分别给单片机和H桥驱动电机供电。

2.2系统功能设计

此次设计的功能就是实现人在现实中使用电梯时的部分功能。

当我们需要乘坐电梯时，会在，门外召唤电梯，当电梯到达人所在楼层后，电梯开门，人进入电梯，然后选择要到达的楼层，之后电梯开始关门，然后运行到所需楼层。

所以，这次设计用按键代替门内召唤和门外召唤按钮，数码管显示并模拟电梯的运行状态。

2.3系统方案论证

此次设计驱动电机部分有以下两种方案。

方案一

驱动电机可以用L298n驱动芯片驱动，该芯片采用15脚封装。

主要特点是：

工作电压高，最高工作电压可达46V；输出电流大，瞬间峰值电流可达3A，持续工作电流为2A；额定功率25W。

内含两个H桥的高电压大电流全桥式驱动器，可以用来驱动直流电动机和步进电动机、继电器线圈等感性负载；采用标准逻辑电平信号控制；具有两个使能控制端，在不受输入信号影响的情况下允许或禁止器件工作有一个逻辑电源输入端，使内部逻辑电路部分在低电压下工作；可以外接检测电阻，将变化量反馈给控制电路。

使用L298N芯片驱动电机，该芯片可以驱动一台两相步进电机或四相步进电机，也可以驱动两台直流电机。

特点：

1．具有信号指示。

2．转速可调

3．抗干扰能力强

4．具有过电压和过电流保护

5．可单独控制两台直流电机

6．可单独控制一台步进电机

7．PWM脉宽平滑调速

8．可实现正反转

输入信号端IN1接高电平输入端IN2接低电平，电机M1正转。

如果信号端IN1接低电平，IN2接高电平，电机M1反转[6]。

方案二

用H桥驱动电路驱动电机，通过H桥三极管的通断来控制电机的正转反转。

由于考虑到使用芯片驱动电机，自己的动手能力大大减少，自己也想趁此机会了解一下H桥电路，所以就采用了方案二。

二．电梯系统控制电路设计

2.1单片机STC89C52的介绍

2.1.1单片机STC89C52的特点

STC89C52RC单片机是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超强抗干扰的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可以任意选择。

主要特性如下：

（1）增强型8051单片机，6时钟/机器周期和12时钟/机器周期可以任意选择，指令代码完全兼容传统8051.

（2）工作电压：

5.5V～3.3V（5V单片机）/3.8V～2.0V（3V单片机）

（3）工作频率范围：

0～40MHz，相当于普通8051的0～80MHz，实际工作频率可达48MHz

（4）用户应用程序空间为8K字节

（5）片上集成512字节RAM

（6）通用I/O口（32个），复位后为：

P1/P2/P3/P4是准双向口/弱上拉，P0口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O口用时，需加上拉电阻。

（7）ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器，可通过串口（RxD/P3.0,txd/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片

（8）具有EEPROM功能

（9）具有看门狗功能

（10）共3个16位定时器/计数器。

即定时器T0、T1、T2

（11）外部中断4路，下降沿中断或低电平触发电路，PowerDown模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒

（12）通用异步串行口（UART），还可用定时器软件实现多个UART

（13）工作温度范围：

-40～+85℃（工业级）/0～75℃（商业级）

STC89C52RC单片机的工作模式

（1）掉电模式：

典型功耗<0.1μA,可由外部中断唤醒，中断返回后，继续执行原程序

（2）空闲模式：

典型功耗2mA

（3）正常工作模式：

典型功耗4mA～7mA

（4）掉电模式可由外部中断唤醒，适用于水表、气表等电池供电系统及便携设备

STC89C52RC引脚功能说明

VCC（40引脚）：

电源电压

VSS（20引脚）：

接地

P0端口（P0.0～P0.7，39～32引脚）：

P0口是一个漏极开路的8位双向I/O口。

作为输出端口，每个引脚能驱动8个TTL负载，对端口P0写入“1”时，可以作为高阻抗输入。

在访问外部程序和数据存储器时，P0口也可以提供低8位地址和8位数据的复用总线。

此时，P0口内部上拉电阻有效。

在FlashROM编程时，P0端口接收指令字节；而在校验程序时，则输出指令字节。

验证时，要求外接上拉电阻。

P1端口（P1.0～P1.7，1～8引脚）：

P1口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口。

P1的输出缓冲器可驱动（吸收或者输出电流方式）4个TTL输入。

对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这是可用作输入口。

P1口作输入口使用时，因为有内部上拉电阻，那些被外部拉低的引脚会输出一个电流。

此外，P1.0和P1.1还可以作为定时器/计数器2的外部技术输入（P1.0/T2）和定时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX）

P2端口（P2.0～P2.7，21～28引脚）：

P2口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。

P2的输出缓冲器可以驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。

对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，这时可用作输入口。

P2作为输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。

在访问外部程序存储器和16位地址的外部数据存储器（如执行“MOVX@DPTR”指令）时，P2送出高8位地址。

在访问8位地址的外部数据存储器（如执行“MOVX@R1”指令）时，P2口引脚上的内容（就是专用寄存器（SFR）区中的P2寄存器的内容），在整个访问期间不会改变。

在对FlashROM编程和程序校验期间，P2也接收高位地址和一些控制信号。

P3端口（P3.0～P3.7，10～17引脚）：

P3是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。

P3的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。

对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口。

P3做输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输入一个电流。

在对FlashROM编程或程序校验时，P3还接收一些控制信号。

P3口除作为一般I/O口外，还有其他一些复用功能，如下表所示：

表1-1P3口引脚复用功能

引脚号

复用功能

P3.0

RXD（串行输入口）

P3.1

TXD（串行输出口）

P3.2

（外部中断0）

P3.3

（外部中断1）

P3.4

T0（定时器0的外部输入）

P3.5

T1（定时器1的外部输入）

P3.6

（外部数据存储器写选通）

P3.7

（外部数据存储器读选通）

RST（9引脚）：

复位输入。

当输入连续两个机器周期以上高电平时为有效，用来完成单片机单片机的复位初始化操作。

看门狗计时完成后，RST引脚输出96个晶振周期的高电平。

特殊寄存器AUXR（地址8EH）上的DISRTO位可以使此功能无效。

DISRTO默认状态下，复位高电平有效。

ALE/（30引脚）：

地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8位地址的输出脉冲。

在Flash编程时，此引脚也用作编程输入脉冲。

在一般情况下，ALE以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。

然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ALE脉冲将会跳过。

如果需要，通过将地址位8EH的SFR的第0位置“1”，ALE操作将无效。

这一位置“1”，ALE仅在执行MOVX或MOV指令时有效。

否则，ALE将被微弱拉高。

这个ALE使能标志位（地址位8EH的SFR的第0位）的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。

（29引脚）：

外部程序存储器选通信号是外部程序存储器选通信号。

当AT89C51RC从外部程序存储器执行外部代码时，在每个机器周期被激活两次，而访问外部数据存储器时，将不被激活。

/VPP（31引脚）：

访问外部程序存储器控制信号。

为使能从0000H到FFFFH的外部程序存储器读取指令，必须接GND。

注意加密方式1时，将内部锁定位RESET。

为了执行内部程序指令，应该接VCC。

在Flash编程期间，也接收12伏VPP电压。

XTAL1（19引脚）：

振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。

XTAL2（18引脚）：

振荡器反相放大器的输入端[1]。

2.1.2单片机I/O口的配置

表1-2单片机各个引脚的配置

p0

共阳数码管

p2.4

关门发光二极管

p1.0

门内1楼召唤按钮

p2.5

开门发光二极管

p1.1