課程設計---基于51單片機的電梯控制課程設計報告

1、<p><b>　　自 動 化 學 院</b></p><p>　　基于51單片機的電梯控制課程設計報告</p><p>　　單位（二級學院）： 自動化學院 </p><p>　　學 生 姓 名： </p><p>　　專 業(yè)： 電氣工程

2、與自動化 </p><p>　　班 級： </p><p>　　學 號： </p><p>　　指 導 教 師： 老師</p><p><b>　　目 錄</b></p><p&

3、gt;<b>　　摘要3</b></p><p><b>　　1、緒論4</b></p><p>　　2設計內容及要求5</p><p><b>　　2.1設計目的5</b></p><p>　　2.2設計任務及要求5</p><p>　　3設

4、計原理及單元模塊6</p><p>　　3.1設計原理及方法6</p><p>　　3.2單元模塊設計7</p><p>　　3.2.1單片機最小系統(tǒng)模塊7</p><p>　　3.2.2 開關控制模塊8</p><p>　　3.2.3電機驅動模塊8</p><p>　　3.2.4電

5、壓比較器模塊9</p><p>　　3.2.5顯示模塊11</p><p>　　3.2.6 紅外線對管原理12</p><p>　　3.2.7電路總圖14</p><p><b>　　4軟件模塊15</b></p><p><b>　　5心得體會16</b><

6、;/p><p><b>　　參考文獻16</b></p><p>　　附錄一：C語言代碼17</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　本文介紹了一種采用單片AT89S52芯片進行電梯控制系統(tǒng)的設計方法，主要闡述如何使用單片機進行編程來實現電子設計的方法，利用單片機編程實現功能，

7、簡潔而又多變的設計方法，縮短了研發(fā)周期，同時使電梯控制系統(tǒng)體積更小功能更強大。本設計實現了電梯控制系統(tǒng)所需的一些基本功能，能通過方向按鍵選擇上下樓梯，能通過數字按鍵選擇樓層，數碼管顯示實時樓層數，電機控制使電梯箱能上下運動。原理圖采用protel99se專業(yè)軟件來設計，實現將設計產品化。本次設計更注重了把一些新的思路加入到設計中。主要包括采用了AT89C52芯片，使用C語言進行編程，使其具有了更強的移植性，更加利于產品升級。</p

8、><p>　　關鍵詞：AT89C52；電梯控制系統(tǒng)；C語言</p><p><b>　　1、緒論</b></p><p>　　人類社會已經進入信息化時代，信息社會的發(fā)展離不開電子產品的進步。單片機的出現使人類實現利用編程來代替復雜的硬件搭建電路，它靠程序運行，并且可以修改。通過不同的程序實現不同的功能，尤其是特殊的獨特的一些功能，這是別的器件需要費

9、很大力氣才能做到的，有些則是花大力氣也很難做到的。一個不是很復雜的功能要是用美國50年代開發(fā)的74系列，或者60年代的CD4000系列這些純硬件來搞定的話，電路一定是一塊大PCB板！但是如果要是用美國70年代成功投放市場的系列單片機，結果就會有天壤之別！只因為單片機的通過你編寫的程序可以實現高智能，高效率，以及高可靠性！ </p><p>　　單片機應用的主要領域非常廣，智能化家用電器、辦公自動化設備商業(yè)營銷設備

10、、工業(yè)自動化控制、智能化儀表、智能化通信產品、汽車電子產品、航空航天系統(tǒng)和國防軍事、尖端武器等領域。    </p><p>　　單片機應用的意義不僅在于它的廣闊范圍及所帶來的經濟效益，更重要的意義在于，單片機的應用從根本上改變了控制系統(tǒng)傳統(tǒng)的設計思想和設計方法。以前采用硬件電路實現的大部分控制功能，正在用單片機通過軟件方法來實現。以前自動控制中的PID調節(jié)，現在可以用單片機實現具有

11、智能化的數字計算控制、模糊控制和自適應控制。這種以軟件取代硬件并能提高系統(tǒng)性能的控制技術稱為微控技術。隨著單片機應用的推廣，微控制技術將不斷發(fā)展完善。</p><p>　　電路的集成化不僅對硬件電路的設計相關，與電路的布局同樣相關。印刷版的出現使得電路產品更加規(guī)范，體積更小。Protel99se是一款專業(yè)的繪制電路及印刷版的軟件，近年來的不斷升級使得其功能更加完善，出現了altium designer 、prot

12、el dxp等升級版本。</p><p><b>　　2、設計內容及要求</b></p><p><b>　　2.1設計目的</b></p><p>　　考察學生在前期課程（模電、數電、自動控制原理、傳感器、電器基礎與智能電器、電力電子、電機及控制、電力系統(tǒng)分析、可編程邏輯控制器等）學習的基礎上，是否能一定程度的綜合運用所

13、學知識對實際系統(tǒng)或進行方案設計及部分具體實現。使學生能較系統(tǒng)地掌握面向具體任務的綜合設計方法，提高理論和實際相結合的能力。通過該設計，鍛煉學生利用所學知識進行系統(tǒng)綜合設計的能力。</p><p>　　2.2設計任務及要求</p><p>　　1、學生在指導教師的指導下對設計任務進行劃分，明確具體設計的內容和要求。</p><p>　　2、根據要求，在第1周查閱資料、

14、論證、進行初步設計，2-5周可利用時間進行詳細</p><p>　　設計，方案中應包括原理說明、電路設計、分析計算等內容。第6周進行具體設計</p><p>　　品調試并完成設計報告。</p><p>　　3、可根據情況，在方案中針對計算分析、電路實現等為重點做具體設計。</p><p>　　4、設計報告中應對設計路線和方法進行詳細的說明，說

15、明所設計的方案、具體環(huán)節(jié)的</p><p>　　作原理、實現過程，并附上詳細的圖形、圖形的編號等。</p><p>　　5、按時完成設計報告。</p><p>　　3、設計原理及單元模塊</p><p>　　3.1設計原理及方法</p><p>　　根據層次化設計理論，該設計問題自頂向下可分為單片機最小系統(tǒng)模塊、顯示模

16、塊、開關控制模塊、電機驅動模塊、穩(wěn)壓模塊，其系統(tǒng)框圖如圖所示。</p><p>　　圖3.1 電梯控制系統(tǒng)框圖</p><p>　　本次設計是采用鍵盤控制實現上下到指定樓層，通過穩(wěn)壓模塊使電機轉動帶動電梯箱上下運動，到達指定樓層。顯示模塊是顯示此時的樓層以及要求到達的樓層。</p><p><b>　　3.2單元模塊設計</b></p&g

17、t;<p>　　3.2.1單片機最小系統(tǒng)模塊</p><p>　　圖3.2.1單片機最小系統(tǒng)</p><p>　　單片機最小系統(tǒng)包括主芯片，復位電路和晶振脈沖產生電路。X1為12MHz晶振，與30Pf電容并聯，產生1us的脈沖信號作為單片機的“心臟”部分。復位電路是開關與10uf電容并聯組成的上電自動復位電路，在RST端為高電平時單片機清零，也即開關按下會產生清零信號。RP1

18、為排阻，作為P0端的上拉電阻，接此原因是P0端口是由OC門組成。U1為數據輸入端口，通過電腦編程能將程序通過此接口燒錄入單片機中。</p><p>　　3.2.2 開關控制模塊</p><p>　　圖3.2.2 開關控制模塊</p><p>　　3.2.3電機驅動模塊</p><p>　　圖3.2.3電機驅動模塊</p><

19、;p>　　L298N是ST公司生產的一種高電壓、大電流電機驅動芯片。該芯片采用15腳封裝。主要特點是：工作電壓高，最高工作電壓可達24V；輸出電流大，瞬間峰值電流可達3A，持續(xù)工作電流為2A；最大功率25W。內含兩個H橋的高電壓大電流全橋式驅動器，可以用來驅動直流電動機和步進電動機、繼電器線圈等感性負載；采用標準邏輯電平信號控制；具有兩個使能控制端，在不受輸入信號影響的情況下允許或禁止器件工作有一個邏輯電源輸入端，使內部邏輯電路部

20、分在低電壓下工作；可以外接檢測電阻，將變化量反饋給控制電路。使用L298N芯片驅動電機，該芯片可以驅動兩臺直流電機。</p><p>　　3.2.4電壓比較器模塊</p><p>　　LM339引腳圖與功能簡介 </p><p>　　LM339集成塊內部裝有四個獨立的電壓比較器，該電壓比較器的特點是：</p><p>　　1）失調電壓小，典型

21、值為2mV；</p><p>　　2）電源電壓范圍寬，單電源為2-36V，雙電源電壓為±1V-±18V；</p><p>　　3）對比較信號源的內阻限制較寬；</p><p>　　4）共模范圍很大，為0~（Ucc-1.5V）Vo；</p><p>　　5）差動輸入電壓范圍較大，大到可以等于電源電壓；</p>

22、<p>　　6）輸出端電位可靈活方便地選用。</p><p>　　LM339集成塊采用C-14型封裝，圖1為外型及管腳排列圖。由于LM339使用靈活，應用廣泛，所以世界上各大IC生產廠、公司竟相推出自己的四比較器，如IR2339、ANI339、SF339等，它們的參數基本一致，可互換使用。</p><p>　　LM339類似于增益不可調的運算放大器。每個比較器有兩個輸入端和一個輸

23、出端。兩個輸入端一個稱為同相輸入端，用“+”表示，另一個稱為反相輸入端，用“-”表示。用作比較兩個電壓時，任意一個輸入端加一個固定電壓做參考電壓（也稱為門限電平，它可選擇LM339輸入共模范圍的任何一點），另一端加一個待比較的信號電壓。當“+”端電壓高于“-”端時，輸出管截止，相當于輸出端開路。當“-”端電壓高于“+”端時，輸出管飽和，相當于輸出端接低電位。兩個輸入端電壓差別大于10mV就能確保輸出能從一種狀態(tài)可靠地轉換到另一種狀態(tài)，因

24、此，把LM339用在弱信號檢測等場合是比較理想的。LM339的輸出端相當于一只不接集電極電阻的晶體三極管，在使用時輸出端到正電源一般須接一只電阻（稱為上拉電阻，選3-15K）。選不同阻值的上拉電阻會影響輸出端高電位的值。因為當輸出晶體三極管截止時，它的集電極電壓基本上取決于上拉電阻與負載的值。另外，各比較器的輸出端允許連接在一起使用。 </p><p><b>　　單限比較器電路</b>&l

25、t;/p><p>　　圖3為某儀器中過熱檢測保護電路。它用單電源供電，1/4LM339的反相輸入端加一個固定的參考電壓，它的值取決于R1于R2。UR=R2/（R1+R2）*UCC。同相端的電壓就等于熱敏元件Rt的電壓降。當機內溫度為設定值以下時，“+”端電壓大于“-”端電壓，Uo為高電位。當溫度上升為設定值以上時，“-”端電壓大于“+”端，比較器反轉，Uo輸出為零電位，使保護電路動作，調節(jié)R1的值可以改變門限電壓，既

26、設定溫度值的大小。</p><p><b>　　遲滯比較器 </b></p><p>　　圖2a給出了一個基本單限比較器。輸入信號Uin，即待比較電壓，它加到同相輸入端，在反相輸入端接一個參考電壓（門限電平）Ur。當輸入電壓Uin>Ur時，輸出為高電平UOH。圖2b為其傳輸特性。</p><p>　　遲滯比較器又可理解為加正反饋的單限比較

27、器。前面介紹的單限比較器，如果輸入信號Uin在門限值附近有微小的干擾，則輸出電壓就會產生相應的抖動（起伏）。在電路中引入正反饋可以克服這一缺點。</p><p>　　圖4a給出了一個遲滯比較器，人們所熟悉的“史密特”電路即是有遲滯的比較器。圖4b為遲滯比較器的傳輸特性。</p><p>　　不難看出，當輸出狀態(tài)一旦轉換后，只要在跳變電壓值附近的干擾不超過ΔU之值，輸出電壓的值就將是穩(wěn)定的。

28、但隨之而來的是分辨率降低。因為對遲滯比較器來說，它不能分辨差別小于ΔU的兩個輸入電壓值。遲滯比較器加有正反饋可以加快比較器的響應速度，這是它的一個優(yōu)點。除此之外，由于遲滯比較器加的正反饋很強，遠比電路中的寄生耦合強得多，故遲滯比較器還可免除由于電路寄生耦合而產生的自激振蕩。</p><p>　　如果需要將一個跳變點固定在某一個參考電壓值上，可在正反饋電路中接入一個非線性元件，如晶體二極管，利用二極管的單向導電性，

29、便可實現上述要求。圖5為其原理圖。</p><p><b>　　3.2.5顯示模塊</b></p><p>　　圖3.2.4顯示模塊</p><p>　　由鎖存器74HC573驅動，只用了一個數碼管來顯示樓層</p><p>　　鎖存器74HC573引腳圖如圖3.2.4-1：</p><p>　　

30、圖3.2.4-1 74HC573引腳圖</p><p>　　74HC573功能介紹：</p><p>　　D0~D7為輸入端；</p><p>　　Q0~Q7為輸出端；</p><p>　　OEN為輸出使能端，當其輸入為高電平時輸出關斷，輸入為低電平時輸出正常；</p><p>　　DEN為輸出輸入使能端，當此端口為高

31、電平時，輸出跟隨D0~D7，當此端口為低電平時，輸出保持上一時刻的狀態(tài)。</p><p>　　3.2.6 紅外線對管原理</p><p>　　紅外線對管是分為紅外線發(fā)射管與紅外線接收管,也是常用的紅外發(fā)光二極管（如SE303·PH303），其外形和發(fā)光二極管LED差不多，發(fā)出紅外光（近紅外線約0.93μm ）。管壓降約1.4V ，工作電流一般紅外線對管小于20mA。為了適應不同的

32、工作電壓，回路中常串有限流電阻。</p><p>　　發(fā)射紅外線去控制相應的受控裝置時，其控制的距離與發(fā)射功率成正比。為了增加紅外線的控制距離，紅外發(fā)對管工作于脈沖狀態(tài)，因為脈動光（調制光）的有效傳送距離與脈沖的峰值電流成正比，只需盡量提高峰值Ip，就能增加紅外光的發(fā)射距離。提高Ip 的方法，是減小脈沖占空比，即壓縮脈沖的寬度т，一些彩電紅外遙控器，其紅外發(fā)光管的工作脈沖中空比約為1/4~1/3；一些電氣產品紅外

33、遙控器，其占空比是1/10。減小沖占空比還可使小功率紅外發(fā)光二極管的發(fā)射距離大大增加。常見的紅外發(fā)光二極管，其功率分為小功率（1mW~10mW）、中功率(20mW~50mW)和大功率(50mW~100mW以上)三大類。要使紅外發(fā)光二極管產生調制光，只需在驅動管上加上一定頻率的脈沖電壓。</p><p><b>　　電路圖如下：</b></p><p><b>

34、;　　3.2.7電路總圖</b></p><p>　　圖3.2.6 電路總圖</p><p><b>　　4、軟件模塊</b></p><p><b>　　程序流程圖如圖4。</b></p><p><b>　　圖4 程序流程圖</b></p><

35、;p>　　注：詳細程序見附錄一</p><p><b>　　5心得體會</b></p><p>　　通過此次電梯控制系統(tǒng)的設計，我收獲頗豐。設計的核心內容就是利用單片機C51的編程來實現控制外圍各電路的運行。通過本次設計，我熟練掌握了程控系統(tǒng)設計的一般步驟，熟悉了編程軟件的用法，并對編程能力起到了一定的提高作用。</p><p>　　感謝

36、學校給我們這次機會，鍛煉了我們的動手能力及運用專業(yè)軟件的能力。通過這次課設讓我明白了理論和實際操作之間差距，而且也讓我很明確得意識到自己在數電上有很多的知識漏洞，以后應該多鉆研一下。這次課程設計我主要負責文論撰寫，在寫論文過程中積極和同組同學探討電梯的基本原理，每個模塊的功能及如何實現。對Office套件的使用更熟悉，為以后畢業(yè)論文的撰寫奠定了一定基礎。最后再次感謝這次課程設計。</p><p><b>

37、;　　隊員分工表</b></p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 李朝青．單片機通訊技術與工程實踐．北京：航空航天大學出版，2007.2</p><p>　　[2] 李群芳．單片機原理接口與應用．北京：清華大學出版社，2005.6</p><p>　　[3] 楊志亮. Pro

38、tel 99 SE電路原理圖設計技術.西安：西北工業(yè)大學出版社，2002.2</p><p>　　[4] 馬忠梅．單片機C語言應用程序設計.北京：航空航天大學出版社，1997.10</p><p>　　[5] 謝自美．電子線路設計.武漢：華中科技大學出版社，2000.5</p><p>　　[6] 中國電器工業(yè)協(xié)會微電機分會.微特電機應用手冊.福建:福建科技出版社，

39、2010.4</p><p>　　[7] 胡燁．Protel99SE電路設計與仿真教程.北京：機械工業(yè)出版社，2005.5</p><p><b>　　附錄一：C語言代碼</b></p><p>　　#include<reg52.h></p><p>　　sbit zhen=P3^0; //電機正反轉控制&

40、lt;/p><p>　　sbit fan =P3^1;</p><p>　　sbit led1=P3^4; //數碼管的1、2、3、4為由P3^4、P3^5、P3^6、P3^7控制</p><p>　　sbit led2=P3^5;</p><p>　　sbit led3=P3^6;</p><p>　　sbit led

41、4=P3^7;</p><p>　　sbit r1=P1^0; //紅外數碼管信號線</p><p>　　sbit r2=P1^1;</p><p>　　sbit r3=P1^2;</p><p>　　sbit r4=P1^3;</p><p>　　sbit r5=P1^4;</p><p>

42、;　　sbit r6=P1^5;</p><p>　　sbit r7=P1^6;</p><p>　　sbit r8=P1^7;</p><p>　　sbit L1=P2^2; //鍵盤按鍵檢測信號線</p><p>　　sbit L2=P2^3;</p><p>　　sbit L3=P2^4;</p>

43、<p>　　sbit L4=P2^5;</p><p>　　sbit shang=P2^6;</p><p>　　sbit xia=P2^7;</p><p>　　void delay(int);</p><p>　　void dianji_z();</p><p>　　void dianji_f();&

44、lt;/p><p>　　void dianji_t();</p><p>　　void main()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　static int shiji=1;</p><p>　　static int shuru=1;</p><p>

45、;　　unsigned char code Disp_Tab[] = {0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x40}; </p><p>　　//段碼控制共陰數碼管 1-9</p><p><b>　　while(1)</b></p><p><b>　　{</b>

46、;</p><p>　　if( r1==0 && r2==0) //檢測樓層1、2、3、4</p><p><b>　　shiji=1;</b></p><p>　　if( r3==0 && r4==0)</p><p><b>　　shiji=2;</b>

47、</p><p>　　if( r5==0 && r6==0)</p><p><b>　　shiji=3;</b></p><p>　　if( r7==0 && r8==0)</p><p><b>　　shiji=4;</b></p><p>

48、;　　if( L1==0 ) //輸入樓層1、2、3、4</p><p><b>　　shuru=1;</b></p><p>　　if( L2==0 )</p><p><b>　　shuru=2;</b></p><p>　　if( L3==0 )</p><p&g

49、t;<b>　　shuru=3;</b></p><p>　　if( L4==0 )</p><p><b>　　shuru=4;</b></p><p>　　if( shang==0) //調整電梯位置</p><p><b>　　{</b></p>

50、<p>　　if(shang==0)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　dianji_z();</p><p>　　delay(20);</p><p>　　while(shang==0);</p><p><b>　　}</b><

51、/p><p><b>　　}</b></p><p>　　if( xia==0) // 調整電梯位置</p><p><b>　　{</b></p><p>　　if(xia==0)</p><p><b>　　{</b></p&

52、gt;<p>　　dianji_f();</p><p>　　delay(20);</p><p>　　while(xia==0);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　led1 = 0;

53、 // 顯示實際樓層</p><p>　　P0=Disp_Tab[shiji-1];</p><p><b>　　delay(8);</b></p><p><b>　　led1 = 1;</b></p><p><b>　　led2 = 0;</b></p&

54、gt;<p>　　P0=Disp_Tab[9];</p><p><b>　　delay(8);</b></p><p><b>　　led2 = 1;</b></p><p><b>　　led3 = 0;</b></p><p>　　P0=Disp_Tab

55、[9];</p><p><b>　　delay(8);</b></p><p><b>　　led3 = 1;</b></p><p>　　led4 = 0; // 顯示輸入樓層</p><p>　　P0=Disp_Tab[shuru-1];</p><p&

56、gt;<b>　　delay(8);</b></p><p><b>　　led4 = 1;</b></p><p>　　if(shuru>shiji)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　dianji_z();</p><p&

57、gt;<b>　　}</b></p><p>　　if(shuru<shiji)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　dianji_f();</p><p><b>　　}</b></p><p>　　if(shuru==s

58、hiji)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　dianji_t();</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p>

59、;<p>　　void dianji_z()// 電梯正轉</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　zhen=1;</b></p><p><b>　　fan =0;</b></p><p><b>　　}&

60、lt;/b></p><p>　　void dianji_f()// 電梯反轉</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　zhen=0;</b></p><p><b>　　fan =1;</b></p><

61、p>　　}void dianji_t() // 電梯停止</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　zhen=1;</b></p><p><b>　　fan =1;</b></p><p><b>　　}&

62、lt;/b></p><p>　　void delay(int p)//延時函數</p><p><b>　　{ </b></p><p><b>　　int i,j;</b></p><p>　　for(i=p;i>0;i--)</p><p&g