自动升降电梯控制系统(单片机)毕业设计

自动升降电梯控制系统(单片机)毕业设计内容摘要：

不断发展，从普遍使用汇编语言到逐渐使用高级语言开发，单片机的开发软件也在不断发展， Keil 软件是目前最流行开发 MCS51 系列单片机的软件，这从近年来各仿真机厂商纷纷宣布全面支持 Keil 即可看出。 Keil 提供了包括 C 编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境将这些部份组合在一起。 Keil 也有一定的硬件配置要求， 运行 Keil 软件需要 Pentium 或以上的 CPU，16MB 或更多 RAM、 20M 以上空闲的硬盘空间、 WIN9 NT、 WIN20 WINXP 等操作系统。 Keil 软件是众多单片机应用开发的优秀软件之一，它集编辑，编译，仿真于一体，支持汇编 ， PLM 语言和 C 语言的程序设计，界面 美观 ，易学易用 ，是编写软件与系统调试的好软件。 所以在编写程序的时候采用 Keil 软件进行编写程序的工具。 功能要求 本课题是设计一 个八层的自动升降电梯控制系统，使得电梯能够合理高效地运行，完成每 个 楼层的接送任务。 具体的说是 满足 不同楼层乘客的不同需求，作出合理高效的判断，让所有乘客在整体运用时间最短的条件下达到所要到达的楼层。 本设计采用的是 Proteus 软件仿真，用 Keil 软件编写程序，严格按照两个原则：一是高效性，二是人性化。 然而 实际中， 电梯还 存在很 有很多比较复杂的 情况， 在仿真中没有办法完成，这是本设计存在的瓶颈。 总体来说本系统设计合理，效果不错。 2 课题总体设计 系统总设计框图 本设计是利用 80C51 为最小系统，采用 外部 中断 0， 80C51 的 P0口接 8255A 扩展芯片 ，P1口两个八段数码管， 用于显示 响应 楼层的 情况 ， 和 接 8255A 的 A0和 A1， 和 分别 8255A 的读与写端口， 通过非门与 8255A 的 CS 相连，用于片选 8255A，、 、 、 用于 74LS373 的控制选择端口， 、 、 、 用于两个电机的控制。 系统刚开始运行的时候，电梯处在第一层。 其总设计框图如图 21 所示。 图 21系统总设计框图 系统元器件清单 自动升降电梯控制系统 在硬件的设计的时候，要很据实际情况选择相应的元器件，在现实中可能要考虑到很多问题，如成本问 题，功率问题，环境问题等等，这些都是在开发中存在的一些细节问题，但是在仿真中就没有那么的要求，所以在选择元器件的时候有多种方案，现在的一些模拟型器件在仿真中也是没有办法实现的，所以在选择元器件的时候还是要根据实际情况，选择相应的元器件。 表 21为本设计的元器件清单。 表 21系统元器件清单 元器件 型号 数量 /个 用途 单片机 80C51 1 控制核心 晶振 CRYSTAL(12MHZ) 1 晶振电路 电容 CAP 2 晶振 电路 电容 CAPELEC 1 复位电路 集成电阻 RESPACK8 2 上拉电阻 按键 BUTTON 23 按键电路、复位电路 非门 NOT 1 用于选中 8255A 锁存器 74LS373 4 数码管、 LED 灯显示电路 8255A 8255A 1 按键电路 与门 AND_3 1 用于中断 与门 AND_8 3 用于中断 数码管 7SEGCOMCATHODE 2 数码管显示 LED 灯 LEDRED 22 LED 灯显示电路 电机 MOTOR 2 电机驱动电路 电阻 RES 1 复位电路 电机驱动芯片 L298 1 电机驱动电路 必备知识点 单片机复位电路工作原理及设计 单片机晶振电路工作原理及设计 按键电路设计 LED 灯和数码管的使用方法 80C51 的使用方法 单片机 C语言及程序设计相关知识 电机驱动电路的原理 （ L298 专用芯片） 8255A 的使用方法 74LS373 的使用方法 与门的使用方法 相关芯片说明 最小系统 80C51 80C51单片机属于 MCS51系列单片机，由 Intel 公司开发，其结构是 8048 的延伸，改进了 8048 的缺点，增加了如乘（ MUL）、除（ DIV）、减（ SUBB）、比较（ PUSH）、16 位数据指针、布尔代数运算等指令，以及串行通信能力和 5个中断源。 采用 40引脚双列直插式 DIP（ Dual In Line Package），内有 128 个 RAM 单元及 4K 的 ROM。 80C51有两个 16位定时计数器，两个外中断，两个定时计数中断，及一个串行中断，并有4 个 8 位并行输入口。 80C51 内部有时钟电路，但需要石英晶体和微调电容外接，本系统中采用 12MHz 的晶振频率。 由于 80C51 的系统性能满足系统数据采集及时间精度的要求，而且产品产量丰富来源广，应用也很成熟，故采用来作为控制核心 ，基本构自动升降电梯控制系统 架如图 22 最小系 统 80C51 引脚图。 当输入口不够的话可以采用 8255A 进行扩展。 图 22 最小系统 80C51 引脚图 扩展 芯片 8255A 8255A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）。 其各口功能可由 软件 选择，使用灵活，通用性强。 8255A 可作为单片机与多种外设连接时的中间接口电路 ，也可以与其他系 列的微处理器配套使用。 由于 8255A 的通用性强，与微型计算机借口方便，且可通过程序制定完成各种不同输入和输出操作，因此获得非常广泛的应用。 8255A 是可编程的并行输入输出接口芯片，它具有三个 8 位并行端口，分别为 A口、 B口和 C 口，且具有 40个引脚，双列直插式封装， 采用 +5V 供电，其引脚与功能示意图如图 238255A 引脚分布图所示。 自动升降电梯控制系统 图 23为 8255A 引脚分布图 D0～ D7： 三态双向数据总线， 8255A 与 CPU数据传送的通道，当 CPU 执行输入输出指令时，通过它实现 8 位数据的读 /写操作，控制字和状态信 息也通过数据总线传送。 A1， A0； 地址选择线 ， 用来选择 8255A 的 PA 口 ， PB 口 ， PC 口和控制寄存器。 A1， A0； 地址选择线 ， 用来选择 8255A 的 PA 口 ， PB 口 ， PC 口和控制寄存器 ； 当 A1=0， A0=1 时 ， PB 口被选择 ； 当 A1=1， A0=0 时 ， PC 口被选择 ； 当 A1=1， A0=1 时 ， 控制寄存器被选择。 /CS： 芯片选择信号线 ， 当这个输入引脚为低电平时 ， 即 /CS=0 时 ， 表示芯片被选中，允许 8255A 与 CPU 进行通讯 ； /CS=1 时 ， 8255A 无法与 CPU 做数据传输。 /RD： 读信号线，当这个输入引脚为低 电平时 ， 即 /RD=0 且 /CS=0 时 ， 允许 8255A通过数据总线向 CPU 发送数据或状态信息，即 CPU 从 8255A 读取信息或数据。 /WR： 写入信号，当这个输入引脚为低电平时 ， 即 /WR=0 且 /CS=0 时 ， 允许 CPU将数据或控制字写入 8255A。 RESET： 复位输入线，当该输入端处于高电平时，所有内部寄存器（包括控制寄存器）均被清除，所有 I/O 口均被置成输入方式。 根据以上说明列出扩展 8255A 个端口的读 /写操作的信息关系如表 22 所示。 表 22扩展 8255A 个端口的读 /写操作的信息关系 /CS /RD /WR A1 A0 操作 0 1 0 0 0 写端口 A 0 1 0 0 1 写端口 B 0 1 0 1 0 写端口 C 0 1 0 1 1 写控制存储器 0 0 1 0 0 读端口 A 0 0 1 0 1 读端口 B 0 0 1 1 0 读端口 C 0 0 1 1 1 无操作 自动升降电梯控制系统 8255A 在使用前要先写入一个工作方式控制字，用于指定 A 口、 B 口、 C 口三个端口各自的工作方式，三个端口是相互独立的输入输出通道端口。 8255A 共有三种工作方式： 方式 0— 基本输入输出方式 ，即无须联络就可以直接对 8255A 与外设之间 的数据输入输出操作。 A 口、 B 口、 C 口和高 4 位和低 4 位均可设置为方式 0。 方式 1— 选通输入 /出方式 ，此时 8255A 的 A 口和 B 口与外设之间进行输入或者输出操作时，需要 C 口的部分 I/O 线提供联络信号。 只有 A 口和 B 口可工作于方式 1。 方式 2— 双向选通输入 /输出方式 ，即同一端口的 I/O 线即可以输入也可以输出，只有 A 口可以工作于方式 C 口的部分 I/O 线来提供联络信号。 PA0～ PA7： 端口 A输入输出线，一个 8 位的数据输出锁存器 /缓冲器，一个 8 位的数据输入锁存器。 工作于三种方式中的任何一种 ； PB0～ PB7:端口 B 输入输出线，一个 8 位的 I/O锁存器，一个 8 位的输入输出缓冲器。 不能工作于方式二 ； PC0～ PC7： 端口 C输入输出线，一个 8 位的数据输出锁存器 /缓冲器，一个 8 位的数据输入缓冲器。 端口 C 可以通过工作方式设定而分成 2 个 4 位的端口，每个 4位的端口包含一个 4 位的锁存器，分别与端口 A 和端口 B 配合使用，可作为控制信号输出或状态信号输入端口。 不能工作于方式一或二。 8255A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 8255A可编程 ,所以必须具有逻辑控制部分，因而 8255A 内部结构分为 3 个部分：与控制部分、 CPU 连接部分、与外设连接部分。 1）控制器 8255A 将 3 个通道分为两组，即 PA0～ PA7 与 PC4～ PC7 组成 A 组， PB0～ PB7 与PC0～ PC3组成 B 组。 A组控制器：控制 A口与上 C口的输入与输出。 B 组控制器：控制 B 口与下 C 口的输入与输出。 2）与 CPU 连接部 分 根据定义 ， 8255A 能并行传送 8位数据，所以其数据线为 8 根 D0～ D7。 由于 8255A具有 3个通道 A、 B、 C，所以只要两根地址线就能寻址 A、 B、 C口及控制寄存器，故地址线为两根 A0～ A1。 此外 CPU 要对 8255A 进行读、写与片选操作，所以控制线为片选、复位、读、写信号。 各信号的引脚编号如下 ： （ 1）数据总线 DB：编号为 D0～ D7，用于 8255A 与 CPU 传送 8 位数据。 （ 2）地址总线 AB：编号为 A0～ A1，用于选择 A、 B、 C 口与控制寄存器。 （ 3） 控制总线 CB：片选信号、复位信号 RST、写信号、读信号。 当 CPU 要对 8255A进行读、写操作时，必须先向 8255A 发片选信号选中 8255A 芯片，然后发读信号或写信号对 8255A 进行读或写数据的操作。 3）与外设接口部 分 根据定义， 8255A 有 3个通道 A、 B、 C 与外设连接，每个通道又有 8根线与外设连接，所以 8255A 可以用 24根线与外设连接，若进行开关量控制，则 8255A 可同时控制 24 路开关。 各通道的引脚编号如下 ： （ 1） A 口：编号为 PA0～ PA7，用于 8255A 向外设输入输出 8 位并行数据。 （ 2） B 口：编号为 PB0～ PB7，用于 8255A 向外设输入输出 8 位并行数据。 （ 3） C 口 ： 编号为 PC0～ PC7，用于 8255A 向外设输入输出 8位并行数据，当 8255A工作于应答 I/O 方式时， C 口用于 联络 信号的通信。 以上阐述的是 8255A 的相关资料，根据系统的需求，采用了 8255A 的方式 0— 基本输入输出方式，根据 表 22的信息才 选择对应 8255A 的控制 字 ，通过总线控制的方式来实现8255A 的读写，当然系统在对 8255A 的使用时，只是对 PA、 PB、 PC 的输入数据进行读取值自动升降电梯控制系统 而已。 电机驱动专用芯片 L298 L298是意大利 SGS 半导体公司生产的步进电机专用控制器，它能产生 4相控制信号，可 用于计算机控制的两相双极和四相单相步进电机，能够用单四拍、双四拍、四相八拍方式控制步进电机。 芯片内的 PWM 斩波器电路可开关模式下调节步进电机绕组中的电机绕组中的电流。 该集成电路采用了 SGS 公司的模拟 /数字兼容的 I2L 技。