1、基于51单片机的电梯控制课程设计报告摘要本文介绍了一种采用单片AT89S52芯片进行电梯控制系统的设计方法，主要阐述如何使用单片机进行编程来实现电子设计的方法，利用单片机编程实现功能，简洁而又多变的设计方法，缩短了研发周期，同时使电梯控制系统体积更小功能更强大。本设计实现了电梯控制系统所需的一些基本功能，能通过方向按键选择上下楼梯，能通过数字按键选择楼层，数码管显示实时楼层数，电机控制使电梯箱能上下运动。原理图采用protel99se专业软件来设计，实现将设计产品化。本次设计更注重了把一些新的思路加入到设计中。主要包括采用了AT89C52芯片，使用C语言进行编程，使其具有了更强的移植性，更加利
2、于产品升级。关键词：AT89C52；电梯控制系统；C语言1、绪论人类社会已经进入信息化时代，信息社会的发展离不开电子产品的进步。单片机的出现使人类实现利用编程来代替复杂的硬件搭建电路，它靠程序运行，并且可以修改。通过不同的程序实现不同的功能，尤其是特殊的独特的一些功能，这是别的器件需要费很大力气才能做到的，有些则是花大力气也很难做到的。一个不是很复杂的功能要是用美国50年代开发的74系列，或者60年代的CD4000系列这些纯硬件来搞定的话，电路一定是一块大PCB板！但是如果要是用美国70年代成功投放市场的系列单片机，结果就会有天壤之别！只因为单片机的通过你编写的程序可以实现高智能，高效率，以及
3、高可靠性！ 单片机应用的主要领域非常广，智能化家用电器、办公自动化设备商业营销设备、工业自动化控制、智能化仪表、智能化通信产品、汽车电子产品、航空航天系统和国防军事、尖端武器等领域。 单片机应用的意义不仅在于它的广阔范围及所带来的经济效益，更重要的意义在于，单片机的应用从根本上改变了控制系统传统的设计思想和设计方法。以前采用硬件电路实现的大部分控制功能，正在用单片机通过软件方法来实现。以前自动控制中的PID调节，现在可以用单片机实现具有智能化的数字计算控制、模糊控制和自适应控制。这种以软件取代硬件并能提高系统性能的控制技术称为微控技术。随着单片机应用的推广，微控制技术将不断发展完善。电路的集成
4、化不仅对硬件电路的设计相关，与电路的布局同样相关。印刷版的出现使得电路产品更加规范，体积更小。Protel99se是一款专业的绘制电路及印刷版的软件，近年来的不断升级使得其功能更加完善，出现了altium designer 、protel dxp等升级版本。2、设计内容及要求2.1设计目的考察学生在前期课程（模电、数电、自动控制原理、传感器、电器基础与智能电器、电力电子、电机及控制、电力系统分析、可编程逻辑控制器等）学习的基础上，是否能一定程度的综合运用所学知识对实际系统或进行方案设计及部分具体实现。使学生能较系统地掌握面向具体任务的综合设计方法，提高理论和实际相结合的能力。通过该设计，锻炼学
5、生利用所学知识进行系统综合设计的能力。2.2设计任务及要求1、学生在指导教师的指导下对设计任务进行划分，明确具体设计的内容和要求。2、根据要求，在第1周查阅资料、论证、进行初步设计，2-5周可利用时间进行详细设计，方案中应包括原理说明、电路设计、分析计算等内容。第6周进行具体设计品调试并完成设计报告。3、可根据情况，在方案中针对计算分析、电路实现等为重点做具体设计。4、设计报告中应对设计路线和方法进行详细的说明，说明所设计的方案、具体环节的作原理、实现过程，并附上详细的图形、图形的编号等。5、按时完成设计报告。3、设计原理及单元模块3.1设计原理及方法根据层次化设计理论，该设计问题自顶向下可分
6、为单片机最小系统模块、显示模块、开关控制模块、电机驱动模块、稳压模块，其系统框图如图所示。图3.1 电梯控制系统框图本次设计是采用键盘控制实现上下到指定楼层，通过稳压模块使电机转动带动电梯箱上下运动，到达指定楼层。显示模块是显示此时的楼层以及要求到达的楼层。3.2单元模块设计3.2.1单片机最小系统模块图3.2.1单片机最小系统单片机最小系统包括主芯片，复位电路和晶振脉冲产生电路。X1为12MHz晶振，与30Pf电容并联，产生1us的脉冲信号作为单片机的“心脏”部分。复位电路是开关与10uf电容并联组成的上电自动复位电路，在RST端为高电平时单片机清零，也即开关按下会产生清零信号。RP1为排阻
7、，作为P0端的上拉电阻，接此原因是P0端口是由OC门组成。U1为数据输入端口，通过电脑编程能将程序通过此接口烧录入单片机中。3.2.2 开关控制模块图3.2.2 开关控制模块3.2.3电机驱动模块图3.2.3电机驱动模块L298N是ST公司生产的一种高电压、大电流电机驱动芯片。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24V；输出电流大，瞬间峰值电流可达3A，持续工作电流为2A；最大功率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
8、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，该芯片可以驱动两台直流电机。3.2.4电压比较器模块LM339引脚图与功能简介 LM339集成块内部装有四个独立的电压比较器，该电压比较器的特点是：1）失调电压小，典型值为2mV；2）电源电压范围宽，单电源为2-36V，双电源电压为1V-18V；3）对比较信号源的内阻限制较宽；4）共模范围很大，为0（Ucc-1.5V）Vo；5）差动输入电压范围较大，大到可以等于电源电压；6）输出端电位可灵活方便地选用。LM339集成块采用C-14型封装，图1为外型及管脚排列图。由
9、于LM339使用灵活，应用广泛，所以世界上各大IC生产厂、公司竟相推出自己的四比较器，如IR2339、ANI339、SF339等，它们的参数基本一致，可互换使用。LM339类似于增益不可调的运算放大器。每个比较器有两个输入端和一个输出端。两个输入端一个称为同相输入端，用“+”表示，另一个称为反相输入端，用“-”表示。用作比较两个电压时，任意一个输入端加一个固定电压做参考电压（也称为门限电平，它可选择LM339输入共模范围的任何一点），另一端加一个待比较的信号电压。当“+”端电压高于“-”端时，输出管截止，相当于输出端开路。当“-”端电压高于“+”端时，输出管饱和，相当于输出端接低电位。两个输入
10、端电压差别大于10mV就能确保输出能从一种状态可靠地转换到另一种状态，因此，把LM339用在弱信号检测等场合是比较理想的。LM339的输出端相当于一只不接集电极电阻的晶体三极管，在使用时输出端到正电源一般须接一只电阻（称为上拉电阻，选3-15K）。选不同阻值的上拉电阻会影响输出端高电位的值。因为当输出晶体三极管截止时，它的集电极电压基本上取决于上拉电阻与负载的值。另外，各比较器的输出端允许连接在一起使用。 单限比较器电路图3为某仪器中过热检测保护电路。它用单电源供电，1/4LM339的反相输入端加一个固定的参考电压，它的值取决于R1于R2。UR=R2/（R1+R2）*UCC。同相端的电压就等于
11、热敏元件Rt的电压降。当机内温度为设定值以下时，“+”端电压大于“-”端电压，Uo为高电位。当温度上升为设定值以上时，“-”端电压大于“+”端，比较器反转，Uo输出为零电位，使保护电路动作，调节R1的值可以改变门限电压，既设定温度值的大小。迟滞比较器 图2a给出了一个基本单限比较器。输入信号Uin，即待比较电压，它加到同相输入端，在反相输入端接一个参考电压（门限电平）Ur。当输入电压UinUr时，输出为高电平UOH。图2b为其传输特性。迟滞比较器又可理解为加正反馈的单限比较器。前面介绍的单限比较器，如果输入信号Uin在门限值附近有微小的干扰，则输出电压就会产生相应的抖动（起伏）。在电路中引入正
12、反馈可以克服这一缺点。图4a给出了一个迟滞比较器，人们所熟悉的“史密特”电路即是有迟滞的比较器。图4b为迟滞比较器的传输特性。不难看出，当输出状态一旦转换后，只要在跳变电压值附近的干扰不超过U之值，输出电压的值就将是稳定的。但随之而来的是分辨率降低。因为对迟滞比较器来说，它不能分辨差别小于U的两个输入电压值。迟滞比较器加有正反馈可以加快比较器的响应速度，这是它的一个优点。除此之外，由于迟滞比较器加的正反馈很强，远比电路中的寄生耦合强得多，故迟滞比较器还可免除由于电路寄生耦合而产生的自激振荡。如果需要将一个跳变点固定在某一个参考电压值上，可在正反馈电路中接入一个非线性元件，如晶体二极管，利用二极
13、管的单向导电性，便可实现上述要求。图5为其原理图。3.2.5显示模块图3.2.4显示模块由锁存器74HC573驱动，只用了一个数码管来显示楼层锁存器74HC573引脚图如图3.2.4-1：图3.2.4-1 74HC573引脚图74HC573功能介绍：D0D7为输入端；Q0Q7为输出端；OEN为输出使能端，当其输入为高电平时输出关断，输入为低电平时输出正常；DEN为输出输入使能端，当此端口为高电平时，输出跟随D0D7，当此端口为低电平时，输出保持上一时刻的状态。3.2.6 红外线对管原理红外线对管是分为红外线发射管与红外线接收管,也是常用的红外发光二极管（如SE303PH303），其外形和发光二
14、极管LED差不多，发出红外光（近红外线约0.93m ）。管压降约1.4V ，工作电流一般红外线对管小于20mA。为了适应不同的工作电压，回路中常串有限流电阻。发射红外线去控制相应的受控装置时，其控制的距离与发射功率成正比。为了增加红外线的控制距离，红外发对管工作于脉冲状态，因为脉动光（调制光）的有效传送距离与脉冲的峰值电流成正比，只需尽量提高峰值Ip，就能增加红外光的发射距离。提高Ip 的方法，是减小脉冲占空比，即压缩脉冲的宽度，一些彩电红外遥控器，其红外发光管的工作脉冲中空比约为1/41/3；一些电气产品红外遥控器，其占空比是1/10。减小冲占空比还可使小功率红外发光二极管的发射距离大大增加
15、。常见的红外发光二极管，其功率分为小功率（1mW10mW）、中功率(20mW50mW)和大功率(50mW100mW以上)三大类。要使红外发光二极管产生调制光，只需在驱动管上加上一定频率的脉冲电压。电路图如下：3.2.7电路总图图3.2.6 电路总图4、软件模块程序流程图如图4。图4 程序流程图注：详细程序见附录一5心得体会通过此次电梯控制系统的设计，我收获颇丰。设计的核心内容就是利用单片机C51的编程来实现控制外围各电路的运行。通过本次设计，我熟练掌握了程控系统设计的一般步骤，熟悉了编程软件的用法，并对编程能力起到了一定的提高作用。感谢学校给我们这次机会，锻炼了我们的动手能力及运用专业软件的能
16、力。通过这次课设让我明白了理论和实际操作之间差距，而且也让我很明确得意识到自己在数电上有很多的知识漏洞，以后应该多钻研一下。这次课程设计我主要负责文论撰写，在写论文过程中积极和同组同学探讨电梯的基本原理，每个模块的功能及如何实现。对Office套件的使用更熟悉，为以后毕业论文的撰写奠定了一定基础。最后再次感谢这次课程设计。队员分工表姓名分工冉俊波硬件+软件李华成原理+硬件唐海东原理+论文撰写参考文献1 李朝青单片机通讯技术与工程实践北京：航空航天大学出版，2007.22 李群芳单片机原理接口与应用北京：清华大学出版社，2005.63 杨志亮. Protel 99 SE电路原理图设计技术.西安：
17、西北工业大学出版社，2002.24 马忠梅单片机C语言应用程序设计.北京：航空航天大学出版社，1997.105 谢自美电子线路设计.武汉：华中科技大学出版社，2000.56 中国电器工业协会微电机分会.微特电机应用手册.福建:福建科技出版社，2010.47 胡烨Protel99SE电路设计与仿真教程.北京：机械工业出版社，2005.5附录一：C语言代码#includesbit zhen=P30; /电机正反转控制sbit fan =P31; sbit led1=P34; /数码管的1、2、3、4为由P34、P35、P36、P37控制sbit led2=P35;sbit led3=P36;sbi
18、t led4=P37;sbit r1=P10; /红外数码管信号线sbit r2=P11;sbit r3=P12;sbit r4=P13;sbit r5=P14;sbit r6=P15;sbit r7=P16;sbit r8=P17;sbit L1=P22; /键盘按键检测信号线sbit L2=P23;sbit L3=P24;sbit L4=P25;sbit shang=P26;sbit xia=P27;void delay(int);void dianji_z();void dianji_f();void dianji_t();void main() static int shiji=1;
19、static int shuru=1; unsigned char code Disp_Tab = 0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x40; /段码控制共阴数码管 1-9 while(1) if( r1=0 & r2=0) /检测楼层1、2、3、4 shiji=1; if( r3=0 & r4=0) shiji=2; if( r5=0 & r6=0) shiji=3; if( r7=0 & r8=0) shiji=4; if( L1=0 ) /输入楼层1、2、3、4 shuru=1; if( L2=0 ) shuru=2; if( L
20、3=0 ) shuru=3; if( L4=0 ) shuru=4; if( shang=0) /调整电梯位置 if(shang=0) dianji_z(); delay(20); while(shang=0); if( xia=0) / 调整电梯位置 if(xia=0) dianji_f(); delay(20); while(xia=0); led1 = 0; / 显示实际楼层 P0= Disp_Tabshiji-1; delay(8); led1 = 1; led2 = 0; P0= Disp_Tab9; delay(8); led2 = 1; led3 = 0; P0= Disp_Tab9; delay(8); led3 = 1; led4 = 0; / 显示输入楼层 P0= Disp_Tabshuru-1; delay(8); led4 = 1; if(shurushiji) dianji_z(); if(shuru0;i-) for(j=0;j110;j+);
