基于51單片機(jī)模擬電梯內(nèi)部控制器設(shè)計(jì)與制作

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)

目錄

1產(chǎn)品功能分析...............................................................................................................1

1.1設(shè)計(jì)背景及內(nèi)容................................................................................................1

1.2功能分析.............................................................................................................2

2方案設(shè)計(jì).......................................................................................................................2

2.1顯示模塊的方案選擇.........................................................................................2

2.2單片機(jī)的方案選擇.............................................................................................2

2.3按鍵的方案選擇.................................................................................................2

2.4系統(tǒng)框圖..............................................................................................................3

3產(chǎn)品硬件設(shè)計(jì)................................................................................................................3

3.1主控芯片..............................................................................................................3

3.2單片機(jī)最小系統(tǒng)..................................................................................................5

3.3顯示電路..............................................................................................................5

3.4按鍵電路..............................................................................................................6

4產(chǎn)品軟件設(shè)計(jì)...............................................................................................................7

4.1Keil4開發(fā)環(huán)境以燒錄工具...............................................................................7

4.2C51的開發(fā)流程...................................................................................................7

4.3燒錄軟件介紹.....................................................................................................7

4.4主程序流程圖.....................................................................................................8

5系統(tǒng)組裝與調(diào)試...........................................................................................................9

5.1電路組裝..............................................................................................................9

5.2系統(tǒng)調(diào)試..............................................................................................................9

5.2.1系統(tǒng)軟件調(diào)試............................................................................................9

5.2.2系統(tǒng)硬件調(diào)試............................................................................................9

5.3實(shí)物測(cè)試..............................................................................................................9

6產(chǎn)品使用說明.............................................................................................................10

參考資料.........................................................................................................................11

附錄1元器件清單.......................................................................................................12

I

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附錄2電路原理圖.......................................................................................................13

附錄3PCB設(shè)計(jì)圖........................................................................................................14

附錄4作品實(shí)物照.......................................................................................................15

附錄5軟件程序代碼...................................................................................................16

II

湖南商職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)

基于51單片機(jī)模擬電梯內(nèi)部控制器設(shè)計(jì)與制作

1產(chǎn)品功能分析

1.1設(shè)計(jì)背景及內(nèi)容

電梯起源于公元前2600年，當(dāng)時(shí)是埃及人為了方便建造金字塔，使用了一

類用人力的起重機(jī)。到了1203年，法國的二修道院安裝了一臺(tái)用驢作為重力的

起重機(jī)。但這種升降梯，始終是不安全的，只要吊繩一斷，便會(huì)直接從空中掉

落到最底層。直到1854年奧的斯發(fā)明了第一臺(tái)“安全”的升降梯，奧的斯為了

解決吊繩如果突然斷裂，升降機(jī)會(huì)急速下降的致命弱點(diǎn)，于是她設(shè)計(jì)出了在升

降機(jī)里加一個(gè)制動(dòng)器，如果吊繩突然斷裂，貨車彈簧會(huì)將拉力減弱，兩端會(huì)立

即與制動(dòng)桿咬合，從而使轎廂停止下墜。就此第一臺(tái)“安全的升降梯”也就成

功的發(fā)明出來了。

但升降機(jī)始終不是用電作為動(dòng)力，所以也不算是真正意義上的電梯。第一

部真正用電作為動(dòng)力的電梯是1889年12月，安裝在紐約的奧的斯電梯公司。

步入中國的第一部電梯也是1901年由奧的斯公司安裝的。我國自行制造的第一

部電梯是在1951年，安裝在了北京天安門。

到現(xiàn)如今科技的高速發(fā)展和經(jīng)濟(jì)的不斷提高電梯跟馬路上的車一樣已是常

態(tài)，因?yàn)殡娞莸母咝r(shí)方便大到商業(yè)樓小到住宅都有電梯，對(duì)于高樓層而言

電梯更是必不可少的，電梯已經(jīng)完美的融入了我們的生活中。隨著人們的生活

質(zhì)量的提高未來也會(huì)對(duì)電梯加大應(yīng)用的范圍，也會(huì)變得越來越完善，為人們提

供更方便更智能的需求。

目前電梯控制系統(tǒng)大多采用的可編程控制器（PLC)和微機(jī)控制器(MC)的控

制方式，價(jià)格過高，程序太過繁瑣等缺點(diǎn)。本設(shè)計(jì)采用了單片機(jī)的控制電梯的

系統(tǒng)，以單片機(jī)為系統(tǒng)核心，再以按鍵電路，顯示電路為輔助硬件，以控制程

序來控制整個(gè)電梯的信號(hào)。具有成本低，耗能低，靈活性強(qiáng)，容易實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的

控制等優(yōu)點(diǎn)。

設(shè)計(jì)內(nèi)容：

1）系統(tǒng)方案的選擇；

2）硬件電路的組成及使用方法；

3）硬件、軟件調(diào)試。

1

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1.2功能分析

復(fù)位初始化時(shí)，電梯在一樓，按對(duì)應(yīng)的按鍵就去對(duì)應(yīng)的樓層。運(yùn)行時(shí)有電

梯的指示燈狀態(tài)，顯示上或者下的箭頭，和到達(dá)的樓層的數(shù)字。

2方案設(shè)計(jì)

2.1顯示模塊的方案選擇

方案一:1602液晶模塊

LCD1602是一塊可以顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等顯示模塊。優(yōu)點(diǎn)：質(zhì)量高、體

積小重量輕、耗能低。

方案二:點(diǎn)陣顯示

LED點(diǎn)陣屏是通過發(fā)光二極管組成的，可以顯示文字、圖片圖形、數(shù)字等。

優(yōu)點(diǎn)：亮度高、耗能低、性能穩(wěn)定。

綜上所述：因?yàn)長CD1602不能顯示圖形，電梯升降時(shí)顯示不出來指示。故

選擇點(diǎn)陣作為顯示模塊。

2.2單片機(jī)的方案選擇

方案一：AT51系列單片機(jī)

采用AT89C52為系統(tǒng)核心，采用可反復(fù)擦寫FlashROM，有8KB的存儲(chǔ)空

間，低電壓的8位單片機(jī)。

方案二：STC51系列單片機(jī)

采用STC89C52為系統(tǒng)核心，采用MCS-51內(nèi)核和在系統(tǒng)可編譯Flash存儲(chǔ)

器，有8KB的存儲(chǔ)空間，低電位高性能CMOS8位微控制器。

綜上所述：因?yàn)镾TC89C52采用的是低耗能高性能的CMOS8位微控制器,性

能比AT89C52強(qiáng)大而且價(jià)格也比AT89C52便宜。AT89C52燒錄還需要專業(yè)的工具。

故選擇STC89C52單片機(jī)。

2.3按鍵的方案選擇

方案一：矩陣鍵盤

每條橫線和豎線交叉處不連通，通過加一個(gè)按鍵連接，為了節(jié)省I/O將按鍵

排成一個(gè)矩形。

2

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方案二：獨(dú)立鍵盤

一個(gè)按鍵占用一個(gè)單獨(dú)的I/O。每個(gè)按鍵工作時(shí)不會(huì)干擾到別的I/O的狀態(tài)。

共可以有8個(gè)按鍵。可以同時(shí)按下多個(gè)。

綜上所述：因?yàn)樵O(shè)計(jì)才用到7個(gè)按鍵，故選擇獨(dú)立鍵盤。

2.4系統(tǒng)框圖

本電路主要由鍵盤模塊、單片機(jī)最小系統(tǒng)控制電路（主要復(fù)位電路）、顯

示電路、電源模塊組成。

圖1系統(tǒng)框圖

3產(chǎn)品硬件設(shè)計(jì)

3.1主控芯片

本設(shè)計(jì)采用STC89C52為產(chǎn)品的主控芯片。STC89C52是一種低耗能、高性能

的51內(nèi)核的CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash儲(chǔ)存器。單片機(jī)

引腳圖如圖2所示。

（1）STC89C52主要特性

具有在線編程功能

有間歇和掉電兩種工作方式

8K字節(jié)程序存儲(chǔ)空間

（2）STC89C52主要參數(shù)

增強(qiáng)型8051單片機(jī)

3

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內(nèi)部程序儲(chǔ)存器（ROM)為8K字節(jié)

內(nèi)部數(shù)據(jù)儲(chǔ)存器(RAM)512字節(jié)

實(shí)際工作頻率可達(dá)到48MHz

32個(gè)通用I/O口

圖2單片機(jī)引腳圖

（3）STC89C52相關(guān)引腳

VCC：接正電源，+5V

GND：接地

RST：復(fù)位端

RXD：串口輸入端

TXD：串口輸出端

INT0：外部中斷0輸入端

INT1：外部中斷1輸入端

T0：計(jì)數(shù)器0外部輸入端

T0：計(jì)數(shù)器1外部輸入端

WR：片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫入通信號(hào)輸出端

RD：片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀入通信號(hào)輸出端

XTAL2：接外部晶體振蕩器的一端，反向放大器輸出端

XTAL1：接外部晶體振蕩器的另一端，反向放大器輸入端

EA/VPP：外部訪問允許，CPU（執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器的指令）僅訪問外部程

序存儲(chǔ)器，EA接地。若EA接VCC，CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。Flash存儲(chǔ)

器編程時(shí)，該加上+12V的編程允許電源VPP

ALE/PROG：地址鎖存信號(hào)端

PSEN：程序儲(chǔ)存允許輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)

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P1.0~P1.7：8位準(zhǔn)雙向I/O口

P3.0~P3.7：8位準(zhǔn)雙向I/O口

P0.0~P0.7：8位漏極開路雙向I/O口

3.2單片機(jī)最小系統(tǒng)

單片機(jī)最小系統(tǒng)就是單片機(jī)工作最簡(jiǎn)單的系統(tǒng)組成。最小系統(tǒng)包括復(fù)位電

路和時(shí)鐘電路。

時(shí)鐘電路：內(nèi)部具有反向放大器，構(gòu)成振蕩器，XTAL1和XTAL2跨接晶體和

兩個(gè)補(bǔ)償電容構(gòu)成自激振蕩器，圖3-2中X1、C1、C2。選擇12MHz頻率石英晶

體，補(bǔ)償電容選擇30pF的瓷片電容。

圖3時(shí)鐘電路圖

復(fù)位電路：復(fù)位有自動(dòng)復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位。自動(dòng)復(fù)位是接電之后自動(dòng)復(fù)位，

手動(dòng)復(fù)位是在運(yùn)行過程中通過按復(fù)位按鍵復(fù)位。圖3-3自動(dòng)復(fù)位是通過電容C4

接電實(shí)現(xiàn)的，手動(dòng)復(fù)位是通過K0按鍵和R2、VCC接通實(shí)現(xiàn)的。

圖4復(fù)位電路圖

3.3顯示電路

點(diǎn)陣是由64個(gè)發(fā)光二極管組成。以燈珠亮滅來顯示文字、圖片、視頻等。

點(diǎn)陣是通過掃描顯示，掃描速度足夠快的時(shí)候人眼是看不見閃速的。點(diǎn)陣

可以橫向掃描，也可以縱向掃描。

點(diǎn)陣顯示亮度高、電壓低、功耗低、體型小巧、壽命長、性能高、發(fā)光比

5

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其他顯示屏均勻。

圖5點(diǎn)陣實(shí)物圖

點(diǎn)陣與單片機(jī)的引腳相連接，通過單片機(jī)的IO口的高低電平可以控制點(diǎn)陣

的顯示,其具體電路原理圖如下圖所示。

圖6點(diǎn)陣電路圖

3.4按鍵電路

按鍵電路模塊中有每層的樓層對(duì)應(yīng)的按鍵，這些按鍵一端接地，另一端與

單片機(jī)的IO口相接，外部0中斷低電平有效，這樣設(shè)計(jì)就可以自由實(shí)現(xiàn)操作命

令。其具體電路原理圖如下圖所示。

圖7按鍵電路圖

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4產(chǎn)品軟件設(shè)計(jì)

4.1Keil4開發(fā)環(huán)境以燒錄工具

Keil4開發(fā)環(huán)境搭建：安裝keil4要先激活，再建立一個(gè)關(guān)于C51的工程就

可以開始寫開發(fā)C51單片機(jī)程序。

C51的燒錄:安裝STCISP軟件。

圖8keil4開發(fā)界面圖

4.2C51的開發(fā)流程

（1）首先要先建立一個(gè)工程，產(chǎn)生代碼，編寫后擴(kuò)展為.c文件，進(jìn)行編譯。

（2）編譯的時(shí)如果程序上出現(xiàn)錯(cuò)誤，下面頁面中會(huì)顯示哪一行有錯(cuò)誤或者

警告，然后進(jìn)行修改。

（3）然后再魔法棒中選擇生成.HEX的文件。

4.3燒錄軟件介紹

先把開發(fā)板用USB連接電腦，再打開STC燒錄軟件，選擇打開一個(gè)程序，

選擇剛剛在keil4中生成的.HEX的文件。下載到開發(fā)板里面。

7

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圖9燒錄軟件框

4.4主程序流程圖

系統(tǒng)運(yùn)行流程圖如下圖所示。

圖10系統(tǒng)運(yùn)行流程圖

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5系統(tǒng)組裝與調(diào)試

5.1電路組裝

第一步：萬用表檢測(cè)各個(gè)元器件是否都是好的。

第二步：把周圍清理干凈，區(qū)分正負(fù)級(jí)，按照產(chǎn)品的位置先焊飛線，再焊

小的元器件，小的容易丟了找不到。焊的時(shí)候把元器件放遠(yuǎn)一點(diǎn)焊一個(gè)拿一個(gè)。

焊點(diǎn)不能虛焊也不能焊太多，一般一秒鐘焊一個(gè)焊點(diǎn)，需要一氣呵成，并要保

證每個(gè)元器件都焊到板子上了。如果一個(gè)焊點(diǎn)焊了幾秒鐘那就有黑點(diǎn)，不僅不

美觀還容易把元器件燒壞。焊的時(shí)候電烙鐵的溫度達(dá)到400攝氏度，焊完一個(gè)

元器件要馬上放到電烙鐵架上。

5.2系統(tǒng)調(diào)試

系統(tǒng)調(diào)試就是希望用最少的人力和時(shí)間來發(fā)現(xiàn)潛在的錯(cuò)誤和缺陷。系統(tǒng)測(cè)

試需要從軟件和硬件方面去進(jìn)行調(diào)試。

5.2.1系統(tǒng)軟件調(diào)試

軟件調(diào)試是在KEIL編譯器和STC燒錄下進(jìn)行，編寫完程序之后，如果有錯(cuò)

誤下面的界面會(huì)提醒哪一行為什么有錯(cuò)誤，按照它說的去修改就行了。完成這

些在STC里要進(jìn)行復(fù)位，燒錄進(jìn)去之后看效果是否正常顯示。

5.2.2系統(tǒng)硬件調(diào)試

硬件測(cè)試，可以使用萬用表等來檢查硬件中存在的故障。

焊完之后要目測(cè)有沒有虛焊或者元器件被電烙鐵損壞。不然會(huì)出現(xiàn)電路短

缺的情況。

可以用萬用表檢測(cè)各種電源線與地線之間是否有短路現(xiàn)象。然后檢查接線

是否錯(cuò)誤，兩個(gè)焊點(diǎn)是不是連在一塊了，這些都會(huì)達(dá)不到效果。

前面都沒有問題就可以開始接電了，接電之后觀察每個(gè)元器件是否都在正

常工作，顯示屏是否有顯示不均勻的情況。

按復(fù)位，多測(cè)試幾次。保持每個(gè)元器件都能正常工作沒有任何問題。

5.3實(shí)物測(cè)試

測(cè)試正常，如下圖所示。

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圖11系統(tǒng)測(cè)試圖

6產(chǎn)品使用說明

（1）使用前檢查單片機(jī)模塊是否完全嵌好，有沒有脫落的情況。

（2）初始開機(jī)時(shí)，會(huì)默認(rèn)在一樓，點(diǎn)陣顯示1，當(dāng)按其他樓層時(shí)，會(huì)顯示

“↑”和到哪一樓的樓層數(shù)。下樓也一樣，按對(duì)應(yīng)的樓層時(shí)會(huì)顯示“↓”和到

哪一樓的樓層數(shù)。

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參考資料

[1]楊欣電路設(shè)計(jì)與仿真·清華大學(xué)出版社·2006·56~102

[2]樓然苗51系列單片機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)例·航空航天大學(xué)出版·2004·89~152

[3]王田苗·嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)例開發(fā)·清華大學(xué)出版社·2005·35~89

[4]張友德·單片微型機(jī)原理應(yīng)用與實(shí)驗(yàn)·復(fù)旦大學(xué)出版社·1996·253~267

[5]萬長建·用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)高層電梯運(yùn)行自動(dòng)控制·北京大學(xué)出版社·2007·51~62

[6]張婭莉·單片機(jī)在電梯自動(dòng)控制中的應(yīng)用·工業(yè)控制計(jì)算機(jī)·2003·202~209

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