單片機模擬電梯控制系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計

PAGE畢業(yè)設(shè)計報告書題目：單片機模擬電梯控制系統(tǒng)專業(yè)機電一體化班級姓名指導(dǎo)教目錄第一部分設(shè)計任務(wù)與調(diào)研…………第二部分設(shè)計說明………………………第三部分設(shè)計成果……………………第四部分結(jié)束語…………第五部分致謝…………參考文獻…………………

第一部分設(shè)計任務(wù)與調(diào)研1.設(shè)計任務(wù)：設(shè)計一個基于單片機模擬電梯控制系統(tǒng)獲得調(diào)試成功。2.調(diào)研：單片機是一種集成電路芯片，采用超大規(guī)模技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力(如算術(shù)運算，邏輯運算、數(shù)據(jù)傳送、中斷處理)的微處理器(CPU)，隨機存取數(shù)據(jù)存儲器(RAM)，只讀程序存儲器(ROM)，輸入輸出電路(I/O口)，可能還包括定時計數(shù)器，串行通信口(SCI)，顯示驅(qū)動電路(LCD或LED驅(qū)動電路)，脈寬調(diào)制電路(PWM)，模擬多路轉(zhuǎn)換器及A/D轉(zhuǎn)換器等電路集成到一塊單塊芯片上，構(gòu)成一個最小,然而完善的計算機系統(tǒng)。這些電路能在軟件的控制下準(zhǔn)確、迅速、高效地完成程序設(shè)計者事先規(guī)定的任務(wù)。由此來看，單片機有著微處理器所不具備的功能，它可單獨地完成現(xiàn)代工業(yè)控制所要求的智能化控制功能，這是單片機最大的特征。然而單片機又不同于單板機，芯片在沒有開發(fā)前，它只是具備功能極強的超大規(guī)模集成電路，如果賦予它特定的程序，它便是一個最小的、完整的微型計算機控制系統(tǒng)，它與單板機或個人電腦(PC機)有著本質(zhì)的區(qū)別，單片機的應(yīng)用屬于芯片級應(yīng)用，需要用戶了解單片機芯片的結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)以及其它集成電路應(yīng)用技術(shù)和系統(tǒng)設(shè)計所需要的理論和技術(shù)，用這樣特定的芯片設(shè)計應(yīng)用程序，從而使該芯片具備特定的功能。不同的單片機有著不同的硬件特征和軟件特征，即它們的技術(shù)特征均不盡相同，硬件特征取決于單片機芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，用戶要使用某種單片機，必須了解該型產(chǎn)品是否滿足需要的功能和應(yīng)用系統(tǒng)所要求的特性指標(biāo)。這里的技術(shù)特征包括功能特性、控制特性和電氣特性等等，這些信息需要從生產(chǎn)廠商的技術(shù)手冊中得到。軟件特征是指指令系統(tǒng)特性和開發(fā)支持環(huán)境，指令特性即我們熟悉的單片機的尋址方式，數(shù)據(jù)處理和邏輯處理方式，輸入輸出特性及對電源的要求等等。開發(fā)支持的環(huán)境包括指令的兼容及可移植性，支持軟件(包含可支持開發(fā)應(yīng)用程序的軟件資源)及硬件資源。要利用某型號單片機開發(fā)自己的應(yīng)用系統(tǒng)，掌握其結(jié)構(gòu)特征和技術(shù)特征是必須的。單片機控制系統(tǒng)能夠取代以前利用復(fù)雜電子線路或數(shù)字電路構(gòu)成的控制系統(tǒng)，可以軟件控制來實現(xiàn)，并能夠?qū)崿F(xiàn)智能化，現(xiàn)在單片機控制范疇無所不在，例如通信產(chǎn)品、家用電器、智能儀器儀表、過程控制和專用控制裝置等等，單片機的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛。誠然，單片機的應(yīng)用意義遠不限于它的應(yīng)用范疇或由此帶來的經(jīng)濟效益，更重要的是它已從根本上改變了傳統(tǒng)的控制方法和設(shè)計思想。是控制技術(shù)的一次革命，是一座重要的里程碑。第二部分設(shè)計說明2.1系統(tǒng)組成框圖在本設(shè)計中需用到AT89S51芯片,1個數(shù)碼管，一個蜂鳴器，復(fù)位電路，8個按鍵，24個發(fā)光二極管。復(fù)位鍵復(fù)位鍵輸入時鐘電路AT89S51 單片機輸出顯示圖2.1系統(tǒng)組成框圖2.2AT89S51芯片本設(shè)計主要采用AT89S51芯片。AT89S51是一個低功耗，高性能CMOS8位單片機，片內(nèi)含4kBytesISP(In-systemprogrammable)的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISPFlash存儲單元，功能強大的微型計算機的AT89S51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。AT89S51具有如下特點：40個引腳，4kBytesFlash片內(nèi)程序存儲器，128bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），32個外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個中斷優(yōu)先級2層中斷嵌套中斷，2個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電路，片內(nèi)時鐘振蕩器。此外，AT89S51設(shè)計和配置了振蕩頻率可為0Hz并可通過軟件設(shè)置省電模式?？臻e模式下，CPU暫停工作，而RAM定時計數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作。掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存RAM的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時該芯片還具有PDIP、TQFP和PLCC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。主要功能性能如表2.1所示：表2.1AT89S51芯片的主要功能·兼容MCS-51指令系統(tǒng)·4k可反復(fù)擦寫(>1000次)ISPFlashROM·32個雙向I/O口·4.5-5.5V工作電壓·2個16位可編程定時/計數(shù)器·時鐘頻率0-33MHz·全雙工UART串行中斷口線·128x8bit內(nèi)部RAM·2個外部中斷源·低功耗空閑和省電模式·中斷喚醒省電模式·3級加密位·看門狗（WDT）電路·軟件設(shè)置空閑和省電功能·靈活的ISP字節(jié)和分頁編程·雙數(shù)據(jù)寄存器指針引腳功能說明VCC：電源電壓。GND：地。P0口：P0口是一組8位漏極開路型雙向I/O口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時，每位能驅(qū)動8個TTL邏輯門電路，對端口寫“1”P1口：P1是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”表2.2P1端口引腳的第二功能端口引腳第二功能P1.5MOSI（用于ISP編程）P1.6MISO（用于ISP編程）P1.7SCK(用于ISP編程)P2口：P2是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”在訪問外部程序存儲器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVX@DPTR指令）時，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行MOVX@Ri指令）時，P2

口線上的內(nèi)容（也即特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中P2寄存器的內(nèi)容），在整個訪問期間不改變。Flash編程或校驗時，P2亦接收高位地址和其它控制信號。P3口：P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/Ｏ口。P3口輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對P3口寫入“1”表2.3P3端口引腳的第二功能端口引腳第二功能P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2/INT0（外中斷0）P3.3/INT1（外中斷1）P3.4T0(定時／計數(shù)器0)P3.5T1(定時／計數(shù)器1)P3.6/WR(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通)P3.7/RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單片機復(fù)位。WDT溢出將使該引腳輸出高電平，設(shè)置SFRAUXR的DISRTO位（地址8EH）可打開或關(guān)閉該功能。DISRTO位缺省為RESET輸出高電平打開狀態(tài)。ALE/（/PROG）：當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器，ALE仍以時鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的正脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個ALE脈沖。對Flash存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（/PROG）。如有必要，可通過對特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的8EH單元的D0位置位，可禁止ALE操作。該位置位后，只有一條MOVX和MOVC指令A(yù)LE才會被激活。此外，該引腳會被拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應(yīng)設(shè)置ALE無效。/PSEN：程序存儲允許（/PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當(dāng)AT89S51由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個脈沖。當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，沒有兩次有效的/PSEN信號。EA/VPP：外部訪問允許。欲使CPU僅訪問外部程序存儲器（地址為0000H—FFFFH），EA端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被編程，復(fù)位時內(nèi)部會鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平（接Vcc端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。Flash存儲器編程時，該引腳加上+12V的編程電壓Vpp。XTAL1：振蕩器反相放大器及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。2.3顯示模塊2.3顯示模塊顯示電路采用了1個LED數(shù)碼管,單片機I/O的應(yīng)用最典型的是通過I/O口與7段LED數(shù)碼管構(gòu)成顯示電路。7段LED數(shù)碼管，則在一定形狀的絕緣材料上，利用單只LED組合排列成“8”字型的數(shù)碼管，分別引出它們的電極，點亮相應(yīng)的點劃來顯示出0-9的數(shù)字。LED數(shù)碼管根據(jù)LED的接法不同分為共陰和共陽兩類，了解LED的這些特性，對編程是很重要的。因為不同類型的數(shù)碼管，除了它們的硬件電路有差異外，編程方法也是不同的。將多只LED的陰極連在一起即為共陰式，而將多只LED的陽極連在一起即為共陽式。以本設(shè)計共陰式為例，如把陰極接地，在相應(yīng)段的陽極接上正電源，該段即會發(fā)光。當(dāng)然，LED的電流通常較小，一般均需在回路中接上限流電阻。假如我們將"b"和"c"段接上正電源，其它端接地或懸空，那么"b"和"c"段發(fā)光，此時，數(shù)碼管顯示將顯示數(shù)字“1”。而將"a"、"b"、"d"、"e"和"g"段都接上正電源，其它引腳懸空，此時數(shù)碼管將顯示“2”。圖2.2LED數(shù)碼管2.4復(fù)位開關(guān)模塊MCS-51單片機的復(fù)位是靠外部電路實現(xiàn)的。MCS-51單片機工作之后，只要在它的RST引線上加載10ms以上的高電平，單片機就能有效地復(fù)位。MCS-51單片機通常采用上電自動復(fù)位和按鍵復(fù)位兩種方式。最簡單的復(fù)位電路如下圖：

圖2.3復(fù)位開關(guān)上電瞬間，RC電路充電，RST引線出現(xiàn)正脈沖，只要RST保持10ms以上的高電平，就能使單片機有效的復(fù)位。在應(yīng)用系統(tǒng)中，有些外圍芯片也需要復(fù)位。如果這些芯片復(fù)位端的復(fù)位電平與單片機的復(fù)位電平的要求一致，則可以將復(fù)位信號與之相連。2.5振蕩器電路模塊MCS--51單片機內(nèi)部的振蕩電路是一個增益反相放大器，引線XTAL1和XTAL2分別為反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入和來自反向振蕩器的輸出，該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。單片機內(nèi)部雖然有振蕩電路，但要形成時鐘，外部還需要附加電路。石英晶體振蕩和陶瓷振蕩均可采用。輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。51單片機的時鐘產(chǎn)生方式有兩種，分別為：內(nèi)部時鐘方式和外部時鐘方式。利用其內(nèi)部的振蕩電路XTAL1和XTAL2引線上外接定時元件，內(nèi)部振蕩電路便產(chǎn)生自激振蕩，用示波器可以觀察到XTAL2輸出的時鐘信號。在MCS-51單片機一般常用內(nèi)部時鐘方式，也就是在XTAL1和XTAL2之間連接晶體振蕩器與電容構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩器，晶體和電容決定了單片機的工作時間精度為1微秒。晶體可在1.2-12MHz之間選擇。MCS-51單片機在通常應(yīng)用情況下，使用振蕩頻率為6MHZ的石英晶體，而12MHZ頻率的晶體主要是在高速串行通信情況下才使用，在這里我用的是12MHZ石英晶體。對電容無嚴格要求，但它的取值對振蕩頻率輸出的穩(wěn)定性、大小及振蕩電路起振蕩速度有一點影響。C1和C2可在20-100PF之間取值，一般情況取30PF。外部時鐘方式是把外部振蕩信號源直接接入XTAL1或XTAL2。由于XTAL2邏輯電平不是TTL的，所以還要接一個上拉電阻。2.6程序下載模塊該模塊完成的功能是把源程序代碼下載到AT89S51芯片中，它需要和微機上的ISP下載器軟件配合使用來完成這樣的功能。ISP為在線編程接口，J2為標(biāo)準(zhǔn)10PJTAG下載接口。ISP在線編程接口為89S51單片機提供了方便的在線編程方法。使用時將ISP下載線一端與PC并口相連接，一端與ISP接口相連，使用ISP下載軟件即可實現(xiàn)MCU在線編程。下載線插接說明：兩排十針下載口，1號引腳的邊上有一個小方框；下載線的凸口為正方向，凸口的右側(cè)邊的第一個插孔為1號引腳，這一點一定要切記，不然的話程序下載不進去。2.7流程圖設(shè)計初始化按鍵查詢初始化按鍵查詢1層按鍵按下2層按鍵按下5層按鍵按下6層按鍵按下3層按鍵按下7層按鍵按下4層按鍵按下8層按鍵按下對應(yīng)中斷程序圖2.4主程序流程圖該圖為電梯上升時的流程，任意按鍵按下時則進入相應(yīng)的中斷程序，否則一直進行1到8層按鍵的循環(huán)檢測。電梯下降時則進行8到1層按鍵的循環(huán)檢測。、第三部分設(shè)計成果2.8設(shè)計電路及仿真圖2.9程序設(shè)計2.9.1程序初始化TCOUNT EQU 4CHCENG EQU 4DH ORG 0000H LJMP START ORG 000BH LJMP INT0X ORG 0030H;;;;;;;;;;;;初始化;;;;;;;;;;;;;;;;;START: MOV TMOD,#01H MOV TH0,#3CH MOV TL0,#0B0H;50MS MOV IE,#82H SETB TR0 MOV TCOUNT,#4 CLRF0 MOV 20H,#0 MOV R0,#30H MOV R1,#30QING: MOV @R0,#00H INC R0 DJNZ R1,QING;把30H到4DH這30個單元清0 MOV P0,#06H MOV P3,#0F8H2.9.2主程序調(diào)用XUN: JB P1.0,ONE LCALL YS10MS JB P1.0,ONE;判斷一層的停止按鍵是否按下 CLR P2.0;若按下則把對應(yīng)的紅色發(fā)光二極管點亮ONE: JB P1.1,TWO LCALL YS10MS JB P1.1,TWO;判斷二層的停止按鍵是否按下 CLR P2.1;若按下則把對應(yīng)的紅色發(fā)光二極管點亮TWO: JB P1.2,THR LCALL YS10MS JB P1.2,THR CLR P2.2THR: JB P1.3,FOU LCALL YS10MS JB P1.3,FOU CLR P2.3FOU: JB P1.4,FIV LCALL YS10MS JB P1.4,FIV CLR P2.4FIV: JB P1.5,SIX LCALL YS10MS JB P1.5,SIX CLR P2.5SIX: JB P1.6,SEV LCALL YS10MS JB P1.6,SEV CLR P2.6SEV: JB P1.7,XUN LCALL YS10MS JB P1.7,XUN CLR P2.7 LJMP XUN2.9.3中斷程序調(diào)用INT0X: MOV TH0,#3CH MOV TL0,#0B0H INC TCOUNT MOV A,TCOUNT CJNE A,#5,ZHUAN2;50MS*5=250MS MOV TCOUNT,#00H JB F0,ZHUAN LJMP ZHUAN1ZHUAN: LJMP XIAJIANGZHUAN1: MOV P3,#0F8H;上升的箭頭 MOV A,CENG CJNE A,#00H,SS2 MOV P0,#06H ;顯示 JB P2.0,SS1_1 INC 30H MOV A,30H CJNE A,#1,SSX1_1 CLR P3.4;一層門開的聲音開SSX1_1: CJNE A,#2,SSX1_2 SETB P3.4;一層門開的聲音關(guān)SSX1_2: CJNE A,#16,SSX1_3 CLR P3.4;一層門關(guān)的聲音開SSX1_3: CJNE A,#17,ZHUAN2;16*250MS=4S(總共次，但實際在這里停止的時間只有次MS） MOV 30H,#0 SETB P3.4;一層門關(guān)的聲音關(guān) SETB P2.0;熄滅對應(yīng)的紅色發(fā)光二極管SS1_1: INC 31H MOV A,31H CJNE A,#9,ZHUAN2;8*250MS=2S（總共次，但實際上升一層只用次MS） MOV 31H,#0 INC CENGSS2: MOV A,CENG CJNE A,#01H,SS3 MOV P0,#5BH;顯示 JB P2.1,SS2_1 INC 32H MOV A,32H CJNE A,#1,SSX2_1 CLR P3.4;二層門開的聲音開SSX2_1: CJNE A,#2,SSX2_2 SETB P3.4;二層門開的聲音關(guān)SSX2_2: CJNE A,#16,SSX2_3 CLR P3.4;二層門關(guān)的聲音開SSX2_3: CJNE A,#17,ZHUAN2;16*250MS=4S(總共次，但實際在這里停止的時間只有次MS) MOV 32H,#0 SETB P3.4;二層門關(guān)的聲音關(guān) SETB P2.1;熄滅對應(yīng)的紅色發(fā)光二極管SS2_1: INC 33H MOV A,33H CJNE A,#9,ZHUAN2;8*250MS=2S（總共次，但實際上升一層只用次MS? MOV 33H,#0 LJMP ZHUAN3

第四部分結(jié)束語本系統(tǒng)就是充分利用了AT89S51芯片的各引腳。系統(tǒng)采用MSC-51系列單片機IntelAT89S51為中心器件來設(shè)計實現(xiàn)模擬簡單電梯控制系統(tǒng)，系統(tǒng)設(shè)計簡便、實用性強、操作簡單，完成了模擬電梯的基本功能。單片機在接口性能和計算速度等方面均有資源不足的