單片機(jī)實(shí)訓(xùn)電梯控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn).doc

1 目錄目錄 一 課程設(shè)計(jì)題目一 課程設(shè)計(jì)題目 2 2 二 課程設(shè)計(jì)目的二 課程設(shè)計(jì)目的 2 2 三三 設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)要求 2 2 四 控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案四 控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案 2 2 五 控制系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)五 控制系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3 3 5 1 AT89C51 單片機(jī)介紹 3 5 2 硬件系統(tǒng)原理框圖 4 5 3 硬件電路及其描述 4 5 4 硬件接線圖 5 六 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)六 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 6 6 6 1 主程序流程圖 6 6 2 子程序流程圖及中斷服務(wù)程序 7 6 2 1 顯示子程序流程圖 7 6 2 2 鍵盤掃描子程序流程圖 8 6 2 3 中斷服務(wù)子程序流程圖 9 6 3 程序清單 10 七 軟硬件調(diào)試七 軟硬件調(diào)試 1313 6 1 硬件調(diào)試 13 6 2 軟件調(diào)試 13 八 實(shí)驗(yàn)小結(jié)八 實(shí)驗(yàn)小結(jié) 1515 九 心得體會(huì)九 心得體會(huì) 1616 十 參考文獻(xiàn)十 參考文獻(xiàn) 1717 2 一 課程設(shè)計(jì)題目 基于單片機(jī)的三層電梯控制系統(tǒng) 本小組成員 xxx xxx xxx xxx xxx 二 課程設(shè)計(jì)目的 1 學(xué)習(xí) P 口的使用方法 2 掌握如何利用單片機(jī)控制 LED 動(dòng)態(tài)顯示 3 掌握動(dòng)態(tài)掃描顯示的基本原理 動(dòng)態(tài)顯示的控制電路及控制程序 4 掌握微機(jī)控制系統(tǒng)的鍵盤組成及工作原理 5 認(rèn)識(shí)微機(jī)控制系統(tǒng)的鍵盤設(shè)計(jì) 了解單片機(jī)鍵盤的特點(diǎn)和應(yīng)用 三 設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)一個(gè)自動(dòng)電梯模擬升降控制系統(tǒng) 通過乘客的自行按鍵達(dá)到電梯的升 降功能 結(jié)合硬件與軟件對(duì)應(yīng) 彩燈的 P1 0 P1 2 口顯示電梯的所處樓層指示燈 P1 3 P1 4 為電梯的運(yùn)行 停止?fàn)顟B(tài) P1 5 P1 7 為電梯的開關(guān)門狀態(tài) 電梯外 部的電路由第 2 5 6 10 號(hào)按鍵來控制相應(yīng)的樓層 電梯的內(nèi)部電路由第 3 7 11 號(hào)按鍵來控制與之對(duì)應(yīng)的樓層 通過數(shù)碼管顯示 實(shí)現(xiàn)模擬電梯的控 制 四 控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案 微型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)使計(jì)算機(jī)在邏輯處理和工業(yè)控制等方面的非凡能力得到 了更好的體現(xiàn) 尤其是其非凡的嵌入能力對(duì)于滿足嵌入式應(yīng)用需求具有獨(dú)特的 優(yōu)勢(shì) 隨著城市建設(shè)的不斷發(fā)展 樓群建筑不斷增多 電梯在當(dāng)今社會(huì)的生活中 有著廣泛的應(yīng)用 電梯作為樓群建筑中垂直運(yùn)行的交通工具已與人們的日常生 活密不可分 實(shí)際上電梯是根據(jù)外部呼叫信號(hào) 呼梯信號(hào) 以及自身控制規(guī)律等 運(yùn)行的 而呼叫是隨機(jī)的 電梯實(shí)際上是一個(gè)人機(jī)交互式的控制系統(tǒng) 單純用 順序控制或邏輯控制 是不能滿足控制要求的 因此 大部分電梯控制系統(tǒng)都采 用隨機(jī)邏輯方式控制 在目前廣泛使用的電梯控制系統(tǒng)中 絕大多數(shù)為繼電器控制型 所有的邏 輯及控制關(guān)系完全由諸多繼電器互相配合來完成 該控制系統(tǒng)的缺點(diǎn)是 1 隨著樓層的 增高 使用繼電器的數(shù)量越來越多 造價(jià)和體積也越來越大 3 2 繼電器這種觸點(diǎn)式的電控元器件不宜長(zhǎng)時(shí)間頻繁工作 因而采用在電梯系 統(tǒng)當(dāng)中常發(fā)生觸電表面 燒結(jié) 控制失靈的故障 因此我們?cè)O(shè)計(jì)一個(gè) 3 層自動(dòng)電梯模擬升降控制系統(tǒng) 通過乘客的自行按鍵 達(dá)到升降功能 采用單片機(jī)作為控制核心進(jìn)行仿真 本次設(shè)計(jì)是應(yīng)用 AT89C51 芯片進(jìn)行設(shè)計(jì)制作的模擬電梯控制系統(tǒng) 通過乘 客的按鍵達(dá)到對(duì)電梯升降的控制 并且模擬電梯的運(yùn)行狀態(tài) 在設(shè)計(jì)方案中 通過對(duì)各個(gè) P 口的合理安排和統(tǒng)一協(xié)調(diào) 通過按鍵 彩燈 和 LED 數(shù)碼管來實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)方案的仿真演示 另外在實(shí)驗(yàn)程序中通過對(duì)不 同按鍵鍵碼在功能上的分配 在按鍵按下之后使 CPU 做相應(yīng)的工作 即 LED 數(shù)碼管顯示與之相應(yīng)的樓層和使彩燈顯示相應(yīng)的電梯狀態(tài) 最后 結(jié)合 PCB 板 的實(shí)際接線情況進(jìn)行編程 使實(shí)驗(yàn)順利仿真 五 控制系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5 1 AT89C51 單片機(jī)介紹 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件部分通常由五部分組成 中央處理器 CPU 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM 程序存儲(chǔ)器 ROM 定時(shí) 計(jì)數(shù)器 I O 接口 MCS 51 單片機(jī)內(nèi)部的總體硬件結(jié)構(gòu) 1 中央處理單元 CPU 8 位 用于數(shù)據(jù)處理 位操作 位測(cè)試 置位 復(fù)位 2 只讀存儲(chǔ)器 ROM 4KB 或 8KB 用于永久性存儲(chǔ)應(yīng)用程序 掩膜 ROM EPROM EEPROM 3 隨機(jī)存取存取器 RAM 128B 或 256B 用于程序運(yùn)行中存儲(chǔ)工作變量和數(shù)據(jù) 4 并行輸入 輸出口 I O 32 線 4 個(gè) 8 位并行 I O 口 P0 P1 P2 P3 口 用作系統(tǒng)總線 擴(kuò)展外存 I O 接 口芯片 5 串行輸入 輸出口 UART 二線 1 個(gè)全雙工的異步串行口 用于串行通信 6 定時(shí) 計(jì)數(shù)器 T 16 位增量可編程 2 個(gè)或三個(gè) 16 位定時(shí)器 計(jì)數(shù)器 它與 CPU 之間各自獨(dú)立工作 當(dāng)它計(jì)數(shù)滿時(shí) 向 CPU 中斷 4 7 時(shí)鐘電路 fosc 振蕩頻率 fosc 在 1 2 12Mhz 分為內(nèi)部振蕩器 外接振蕩電路 8 中斷系統(tǒng) 5 源中斷 2 個(gè)中斷優(yōu)先級(jí) 可編程進(jìn)行控制 5 2 硬件系統(tǒng)原理框圖 P2 口 口 P1 口 圖 1 硬件原理框圖 5 3 硬件電路及其描述 在本次單片機(jī)課程設(shè)計(jì)中 我們通過單片機(jī)及與其相連的彩燈 鍵盤和 LED 數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示部分模擬對(duì)一個(gè)三層電梯系統(tǒng)的控制 通過按鍵達(dá)到從人 在外部和內(nèi)部分別對(duì)電梯的控制 并且通過與 P1 口相連接的彩燈 模擬電梯目 前狀態(tài)對(duì)電梯外部的顯示 其中 P1 0 P1 2 的三個(gè)燈分別代表了電梯目前所處 的樓層 P1 3 和 P1 4 則分別代表了電梯目前的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和停止?fàn)顟B(tài) P1 5 和 P1 7 代表了電梯門的開關(guān)狀態(tài) 在按鍵中 第 3 7 11 號(hào)按鍵分別模擬電梯內(nèi)部 的三二一樓層 與之相應(yīng)的第 2 5 6 10 號(hào)按鍵模擬電梯外部對(duì)電梯呼叫的按鍵 在 LED 數(shù)碼管顯示模塊中 第三位顯示目標(biāo)樓層 即通過內(nèi)部按鍵選擇或 外部按鍵呼叫后電梯所要到達(dá)的樓層 第四位則顯示電梯目前所處的樓層 并 A T 8 9 C 5 1 鍵盤鍵盤 數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示 彩彩 燈燈 控控 制制 P0 口 5 且通過動(dòng)態(tài)顯示的方法使電梯的目標(biāo)樓層與目前所處的樓層同時(shí)顯示 5 4 硬件接線圖 6 圖 2 硬件接線圖 7 六 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 6 1 主程序流程圖 程序初始化 目前所處 1 層 目前所處 2 層 目前所處 3 層 p1 0 1 p1 1 1 p1 2 0 BreakBreakBreak 電梯不在目標(biāo)樓層 TR0 1 p1 3 0 p1 4 1 p1 4 1 到達(dá)目標(biāo)樓層 TR0 0 p1 3 1 p1 4 0 結(jié)束 開始 while 掃描鍵盤 動(dòng)態(tài)顯示 p1 0 1 p1 1 0 p1 2 1 p1 0 0 p1 1 1 p1 2 1 N Y N N Y Y Y Y N N Y 圖 3 主程序流程圖 8 6 2 子程序流程圖及中斷服務(wù)程序 6 2 1 顯示子程流程圖 圖 4 顯示子程序流程圖 9 6 2 2 鍵盤掃描子程序流程圖 開始 P2 0 P2 3 輸出 0 P2 4 P2 7 全為 1 延時(shí)去抖動(dòng) P2 4 P2 7 全為 1 置行掃描初值 掃描位從 P2 口輸出 掃描到最后一行 讀 P2 4 P2 7 值 P2 口的 P2 0 P2 3 與 P2 4 P2 7 相或 返回鍵編碼 Y N Y N Y N 圖 5 鍵盤掃描子程序 10 6 2 3 中斷服務(wù)子程序流程圖 中斷程序入口 TH0 TL0 重新填裝 Count 減 1 Count 0 X Y X X Y X 返回 N Y Y N N Y 圖 6 中斷服務(wù)程序流程圖 11 6 3 程序清單 include sbit p3 3 P3 3 sbit p3 4 P3 4 sbit p3 5 P3 5 sbit p3 7 P3 7 sbit p1 0 P1 0 sbit p1 1 P1 1 sbit p1 2 P1 2 sbit p1 3 P1 3 sbit p1 4 P1 4 sbit p1 5 P1 5 sbit p1 6 P1 6 sbit p1 7 P1 7 unsigned char key count unsigned char x y n flag delay unsigned char i for i 0 i 200 i open p1 5 1 p1 7 0 close p1 7 1 p1 5 0 keyscan unsigned char read recode keyvalue P2 0 xf0 read P2 if read 0 xf0 delay if read 0 xf0 P2 0 x0f recode P2 keyvalue read recode return keyvalue return 0 12 void display unsigned char a 0 xc0 0 xf9 0 xa4 0 xb0 0 x99 0 x92 0 x82 0 xf8 0 x80 0 x90 switch key case 0 xee y 1 break case 0 xde y 2 break case 0 xbe y 3 break case 0 xbd y 3 break case 0 xdd y 2 break case 0 xdb y 2 break case 0 xed y 1 break p3 4 0 p3 5 1 P0 a x delay p3 4 1 p3 5 0 P0 a y delay void main x 1 y 1 p3 3 0 p3 7 0 TMOD 0 x01 TH0 0 xD8 TL0 0 xf0 EA 1 ET0 1 ET1 1 count 600 p1 5 0 while 1 key keyscan display switch x case 1 p1 0 1 p1 1 1 p1 2 0 break case 2 p1 0 1 p1 1 0 p1 2 1 break case 3 p1 0 0 p1 1 1 p1 2 1 break if y x TR0 1 close 13 p1 3 0 p1 4 1 else if y x TR0 0 open p1 3 1 p1 4 0 void time0 int void interrupt 1 TH0 0 xD8 TL0 0 xf0 count if count 0 count 600 if xy x 14 七 軟硬件調(diào)試 系統(tǒng)調(diào)試包括硬件調(diào)試和軟件調(diào)試 而且兩者是密不可分的 我們?cè)O(shè)計(jì)好 的硬件電路和軟件程序 只有經(jīng)過聯(lián)合調(diào)試 才能驗(yàn)證其正確性 軟硬件的是 否達(dá)到設(shè)計(jì)任務(wù)的要求 也只有經(jīng)過調(diào)試 才能發(fā)現(xiàn)問題并加以解決 完善 最終實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目的 7 1 硬件調(diào)試 硬件調(diào)試這里作比較簡(jiǎn)單的介紹 由于我們課設(shè)的硬件部分采用原來做實(shí) 驗(yàn)的 PCB 板 利用 PCB 板上的彩燈 按鍵以及 LED 數(shù)碼管來實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯控制 系統(tǒng)的硬件部分 所以在硬件調(diào)試這方面比較簡(jiǎn)單 不必費(fèi)太多的心思 7 2 軟件調(diào)試 軟件調(diào)試一般包括分塊調(diào)試和聯(lián)機(jī)調(diào)試兩個(gè)階段 程序的分塊調(diào)試一般在 單片機(jī)開發(fā)裝置上進(jìn)行 可根據(jù)所調(diào)程序功能塊的入口參量初值編制一個(gè)特殊 的程序段 并連同被調(diào)程序功能塊一起在開發(fā)裝置上運(yùn)行 也可配合對(duì)應(yīng)硬件 電路單獨(dú)運(yùn)行某程序功能塊 然后檢查是否正確 如果執(zhí)行結(jié)果與預(yù)想的不一 致 可以通過單步運(yùn)行或設(shè)置斷點(diǎn)的方法 查出原因并加以改正 直到運(yùn)行結(jié) 果正確為止 這時(shí)該 程序功能塊已調(diào)試完畢 可去掉附加程序段 其它程序功 能塊可按此法進(jìn)行調(diào)試 程序聯(lián)機(jī)調(diào)試就是將已調(diào)試好的各程序功能塊按總體 結(jié)構(gòu)聯(lián)成一個(gè)完整程序 在所研制的硬件電路上運(yùn)行 從而試驗(yàn)程序整體運(yùn)行 的完整性 正確性和與硬件電路的配合情況 軟件調(diào)試主要在電腦上進(jìn)行仿真 模擬 先全部編譯文件 觀察是否有錯(cuò)誤和警告 在確定沒有錯(cuò)誤和警告的情 況下 點(diǎn)擊 DEBUG 進(jìn)去仿真階段 本次的實(shí)驗(yàn)難度系數(shù)其實(shí)并不大 關(guān)鍵 是要看各部分負(fù)責(zé)的同學(xué)的協(xié)助與互動(dòng) 當(dāng)然這也與老師的細(xì)心教導(dǎo)是分不開 的 除此之外 對(duì)系統(tǒng)軟件的熟悉和對(duì)程序編寫的熟練程度也很大意義上起到 了加快實(shí)驗(yàn)速度 減少差錯(cuò) 減輕工作量的作用 對(duì)于這些過程與步驟的熟悉與了解能很好的幫助我們解決在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中 碰到的諸多問題 比如說在程序當(dāng)中設(shè)計(jì)到延時(shí) 但是具體延時(shí)的時(shí)間 我們 要從幾個(gè)方面考慮 最后調(diào)試了很多次 試驗(yàn)了很多次的時(shí)間參數(shù) 最后才找 到了一個(gè)比較合適的延時(shí)參數(shù) 除了認(rèn)為的設(shè)定他的數(shù)值以外 我們還要熟悉 和掌握芯片的自身功能 也就是它的運(yùn)算速度 只要知道了運(yùn)算速度 那么大 致上的時(shí)間就可以根據(jù)計(jì)算認(rèn)為得到 15 還有在關(guān)于程序先后運(yùn)行順序的設(shè)置上也很有講究 如果安排不好程序執(zhí) 行的步驟 將會(huì)造成電梯門沒關(guān)便開始上升下降或者 LED 動(dòng)態(tài)顯示暫時(shí)熄滅不 顯示等由于程序執(zhí)行順序所導(dǎo)致的問題 所以 合理的安排步驟 并且配合這 塊芯片本身的功能 可以發(fā)揮出事半功倍的效果 但是在調(diào)試過程中還是出現(xiàn)了一些問題比如延時(shí)程序設(shè)定時(shí)間太短 數(shù)組 定義錯(cuò)誤 引腳對(duì)應(yīng)錯(cuò)誤等等 我認(rèn)為對(duì)于我們這些初學(xué)者來說 出現(xiàn)這種錯(cuò)誤也是在情理之中的 關(guān)鍵 的問題是如何解決這些問題 我們通過同組同學(xué)的討論和向外組同學(xué)和老師的 請(qǐng)教 經(jīng)過了一次一次的調(diào)試 修改 歷經(jīng)整整 2 天的時(shí)間完成了程序 我們 組員表示在這次的設(shè)計(jì)當(dāng)中學(xué)到了很多 下次我們會(huì)珍惜這機(jī)會(huì)的 16 八 實(shí)驗(yàn)小結(jié) 一周的課程設(shè)計(jì)馬上就要結(jié)束了 對(duì)于這周的課程設(shè)計(jì)大體也有了不少自己的 學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)和對(duì)于這課程設(shè)計(jì)的心得 我們這小組做的是電梯升降序控制器 以 下便是我的對(duì)其簡(jiǎn)單的小結(jié) 1 由于我們小組在之前有了明確的分工所以整體來說我們小組進(jìn)程還是比較 順利的 在編程序方面在以 xx 同學(xué)為主力在第一天我們將其大致完成了 在電 路圖方面我們小組由 xx 利用了 Poteus 軟件制作 雖然在之前我們并沒有學(xué)過 這個(gè)軟件的使用方法 但經(jīng)過一天的自我學(xué)習(xí) 我們最終還是按要求完成了制 圖 2 第二天由于程序的基本成型 并在電路板上進(jìn)行了實(shí)踐的操作 流程圖這 一塊便有我來制作了 由于我們的程序比較大應(yīng)用的模塊比較多說以 制作流 程圖還是花了我不少的時(shí)間 3 第三天我們將寫好的程序燒進(jìn)了單片機(jī) 并給老師看過之后 老師指導(dǎo)我 們修改了部分細(xì)節(jié)后 我們便開始制作最后的收尾工作 xx 同學(xué)將最后的圖紙 完善 xxx xxx 同學(xué)進(jìn)行最后的實(shí)驗(yàn)排版 我對(duì)流程圖按照修改后的程序進(jìn)行 了最后的修正 4 當(dāng)然在最終的結(jié)果中還是存在些不足 但總的來說 我們這次收獲了更多 在與同學(xué)和老師的交流中 我們?cè)俅蜗到y(tǒng)的復(fù)習(xí)了專業(yè)知識(shí) 對(duì)專業(yè)知識(shí)掌握 和運(yùn)用更加熟練 此次課程設(shè)計(jì) 我們收獲的不只是將其完成 更多的是再次 把知識(shí)學(xué)習(xí)鞏固了一遍 在這次設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)中 我們得到了不少啟示 相信在 以后的學(xué)習(xí)生活上也會(huì)給予我們很多的幫助 17 九 心得體會(huì) 大三的第二學(xué)期末的第一門課程設(shè)計(jì)馬上就要結(jié)束了 整體來說這周時(shí)間并不 十分緊張 我們有了充分的時(shí)間去學(xué)習(xí)課程設(shè)計(jì)所需要的其他軟件的應(yīng)用 總 體來說我們還是收獲頗豐 我做的是單片機(jī)的流程圖 平時(shí)一般的流程圖都是 老師給了參考的流程 而且在制作報(bào)告的時(shí)候還是手寫的 現(xiàn)在這一切都是自 己操作 第一天剛開始的時(shí)候有點(diǎn)手足無措的感覺 突然發(fā)現(xiàn)原來實(shí)際與想法 還是會(huì)有一定的差距的 比如有一次流程圖的橫向很寬 一頁紙完全放不下 但是相對(duì)長(zhǎng)度卻綽綽有余 但將頁面橫置卻花了很長(zhǎng)時(shí)間 這次課程設(shè)計(jì)從選 題到定稿 從理論到實(shí)踐 在接近一個(gè)星期的日子里 可以說是苦多于甜 但 是學(xué)到了很多很多的東西 同時(shí)不僅可以鞏固以前所學(xué)過的知識(shí) 而且還學(xué)到 了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識(shí) 通過這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí) 踐相結(jié)合是很重要的 只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的 只有把所學(xué)的理論知識(shí)與 實(shí)踐