数字电子技术课程设计(四层电梯控制)

目录proteus简介 (1)1 方案选择 (3)2 硬件电路设计 (3)2.1 脉冲电路设计 (3)2.2 开关电路设计 (4)2.3 显示译码电路设计 (5)2.4 电梯升降电路设计 (6)2.5 主控制电路设计 (8)3 软件程序设计 (8)3.1 设计流程图 (8)3.2 程序代码 (10)4 仿真结果及分析 (13)5 电路焊接与调试 (15)附：元件清单 (16)6 心得体会 (17)7 参考文献 (18)本科生课程设计成绩评定表 (19)proteus简介Proteus软件是英国Labcenter electronics公司出版的EDA工具软件（该软件中国总代理为广州风标电子技术有限公司）。

它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。

它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。

虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。

Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。

是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年即将增加Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。

在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。

功能特点Proteus软件具有其它EDA工具软件（例：multisim）的功能。

这些功能是：（1）原理布图（2）PCB自动或人工布线（3）SPICE电路仿真革命性的特点（1）互动的电路仿真用户甚至可以实时采用诸如RAM，RO M，键盘，马达，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件。

（2）仿真处理器及其外围电路可以仿真51系列、A VR、PIC、ARM、等常用主流单片机。

还可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程，再配合显示及输出，能看到运行后输入输出的效果。

配合系统配置的虚拟逻辑分析仪、示波器等，Proteus建立了完备的电子设计开发环境。

电路仿真在Proteus绘制好原理图后，调入已编译好的目标代码文件：*.HEX，可以在Proteus 的原理图中看到模拟的实物运行状态和过程。

Proteus 是单片机课堂教学的先进助手。

Proteus不仅可将许多单片机实例功能形象化，也可将许多单片机实例运行过程形象化。

前者可在相当程度上得到实物演示实验的效果，后者则是实物演示实验难以达到的效果。

它的元器件、连接线路等却和传统的单片机实验硬件高度对应。

这在相当程度上替代了传统的单片机实验教学的功能，例：元器件选择、电路连接、电路检测、电路修改、软件调试、运行结果等。

课程设计、毕业设计是学生走向就业的重要实践环节。

由于Proteus提供了实验室无法相比的大量的元器件库，提供了修改电路设计的灵活性、提供了实验室在数量、质量上难以相比的虚拟仪器、仪表，因而也提供了培养学生实践精神、创造精神的平台随着科技的发展，“计算机仿真技术”已成为许多设计部门重要的前期设计手段。

它具有设计灵活，结果、过程的统一的特点。

可使设计时间大为缩短、耗资大为减少，也可降低工程制造的风险。

相信在单片机开发应用中Proteus也能茯得愈来愈广泛的应用。

使用Proteus软件进行单片机系统仿真设计, 是虚拟仿真技术和计算机多媒体技术相结合的综合运用，有利于培养学生的电路设计能力及仿真软件的操作能力；在单片机课程设计和全国大学生电子设计竞赛中，我们使用Proteus 开发环境对学生进行培训，在不需要硬件投入的条件下，学生普遍反映，对单片机的学习比单纯学习书本知识更容易接受，更容易提高。

实践证明，在使用Proteus 进行系统仿真开发成功之后再进行实际制作，能极大提高单片机系统设计效率。

因此，Proteus有较高的推广利用价值。

目前Proteus的最新版为7.9 ,今年将推出8.0版本，增加DSP系列及ARM cortex 处理器。

1 方案选择方案一：使用中、小规模数字集成芯片设计电路，用触发器驱动开关，有消抖功能，并可以对开关的信号产生记忆；用双向移位寄存器模拟电梯运行过程；用编码器、显示译码器和数码管是时显示电梯所在位置；按键开关控制电梯各项功能；555产生时序脉冲信号；计数器实现定时功能。

此方案实施起来逻辑原理清晰，思路明确，但实验中使用逻辑芯片较多，增加了电路的调试难度，尤其是增加了用万用版焊接电路的困难。

方案二：使用单片机进行控制，此方案仅需外接开关、数码管、蜂鸣器、LED等外围元件。

使电路焊接相当简单，容易调试。

但对软件编程要求较细，当电路功能增加后，会对电路的软件调试带来困难。

方案三：采用单片机系统与适当逻辑芯片相结合的方法设计电路。

系统中对开关信号的记忆使用触发器搭建，脉冲可用555电路也可以直接用单片机产生，数码管显示也可以使用单片机或者译码器，本系统使用译码器，有更多的IO口可用来对电梯功能进行控制。

此方案与方案一相比，焊接调试的困难降低了，与方案二相比，编程的标准也得到了降低。

综合考虑，决定采用方案三。

2 硬件电路设计2.1 脉冲电路设计脉冲电路采用555构成多谐振荡器，给电路中的触发器提供脉冲信号，电路如图1所示：图 1脉冲电路理论值计算，由于脉冲信号不需要很精确，上k 级的脉冲信号就可以满足要求。

根据公式 ，其中R1=200Ω，R2=4.7K Ω，C=0.1uF,代入数据计算能到频率f=1.5KHz ，所示符合设计要求。

2.2 开关电路设计系统中的开关电路主要分两种，第一种是电梯内和每层楼上对电梯运行起控制作用的开关；另一种是对电梯辅助作用进行控制的开关。

第一种采用JK 触发器作为驱动电路，对按键的信息产生记忆；第二种直接与单片机相连，对产生的信号迅速产生动作。

第一种的电路结构如图：P L P H 121 1.43(2)f t t R R C =≈++图2 第一种电路结构P00P01P02P03P04P05P06P07F0F1F2F3Q0Q2Q3CLKQ1393837363534333210111213141716152821222324252627234567891RP110kD19LED-BLUE报警开门关门电梯运行状态亮：升灭：降报警指示灯图3 第二种电路结构JK 触发器的1脚接555的脉冲输出端，J 接开关，R1用作上拉电阻，使开关被按下后稳定输出高电平。

R1值取300Ω，JK 触发器的反相输出端接LED 显示，R2为限流电阻，取值470Ω，15脚输出信号作为单片机的检测信号。

K 接移位寄存器的输出端。

当J=1，K=0时，输出为高电平，LED 接在反相端，LED 亮。

当J=0,K=0时，电路保持原来状态，LED 保持亮。

当J=0,K=1时，输出端变为低电平，LED 熄灭。

2.3 显示译码电路设计数码管的显示由74LS48(译码器)驱动，其真值表与管脚排列图如下图：图 4 74LS48真值表 图5 74LS48管脚排列图根据真值表可以看出，74LS48可以方便的驱动共阴极数码管。

移位寄存器的输出送给编码器，编码器将已经编码的信号送给显示译码器，数码管便可以正常显示。

S E G 2S E G 1S E G 0A 7Q A 13B 1Q B 12C2Q C 11D 6Q D 10B I /R B O 4Q E 9R B I 5Q F 15L T3Q G 14U974LS48图6 数码管连接图2.4 电梯升降电路设计用2个同步的4位双向移位寄存器分别模拟上、下楼升降运行，移位方向由升降状态判断电路的输出信号控制。

移位寄存器输出两路信号：一路指示电梯目前所在位置，另一路输出电路运行状态信息，供给电梯判停电路。

本模块采用两个74LS194进行设计，两个芯片的控制端接法完全相同。

电路如图：74LS48图7 控制端连接图图8 74LS194引脚图图9 74LS194真值表D0~D3端为置数端，本模块中使D0=1;D1=D2=D3=0，当经过一个上升沿后，输出端Q 被置数，此过程模拟电梯初始化时停在一楼的情况。

始终脉冲的输入由单片机控制，便于灵活操作。

S0，S1控制移位寄存器的左移和右移，即电梯的上行和74LS194下行。

将SR接Q3，SL接Q0可以实现移位寄存器的循环移动。

当S0=1，S1=0时，移位寄存器循环左移，即电梯升。

当S0=0，S1=1时，移位寄存器循环右移，即电梯降。

2.5 主控制电路设计主控制电路的核心是单片机，其中还包括起复位，晶振，供电电路等。

主控电路的方针图如图10：图10 主控电路的方针图图中除单片机工作的最小系统外还有电梯的部分控制电路。

三个开关分别用作电梯的报警、开门与关门。

为使仿真效果明显，将报警用图中上方的LED闪烁来替代。

图中下方的LED用来显示电梯的升降运动状态。

当LED亮，表示电梯在上行，当LED灭，表示电梯在下行。

单片机的各IO口用来对电梯信号的采集和控制。

3 软件程序设计3.1 设计流程图电梯的动作主要有电梯升、电梯降、电梯开门、电梯关门、电梯停止。

电梯的升降与否要看电梯内外有无请求。

电梯的开门除了看每层的请求外还要看电梯是否已经停靠。

电梯的主程序流程图如图11：图 11主程序流程图开始向上运行一层向下运行一层升请求降请求初始化停状态电梯停靠请求无有上行or 下行上行下行有有无 无停止3.2 程序代码#include<reg52.h>//电梯初始化/////void init(){……clk=1; //电梯显示初始化……TR0=0;//报警初始化}……///////////判断有无请求////////////////////////// request_lift(){……if(a!=0||1b!=0) return(1); //有请求else return(2); //没有请求}/////////关电梯门/////////////////////////void close_lift(){t=20000;while(t--);P0=0x3f;……}/////////开电梯门////////////////////////void open_lift(){……}//////////////电梯运行一层//////////////////////////////////void step_lift(){uint t;t=40000;clk=0;while(t--);t=40000;while(t--);clk=1;}///////////////电梯上行////////////////////////////////////void up_lift(){uchar n,ff;ff=location_lift();……}////////////////电梯下降///////////////////////////////////////////// void down_lift(){uchar n,ff;ff=location_lift();……}////////////报警///////////////////////////////////// void time0() interrupt 1{……}void main(){init();// stop_lift();……}4 仿真结果及分析用protues 绘制原理图，加载c 程序后对实验结果进行观察。