单片机课程设计电梯模拟系统.

黑金学院本科生课程设计

《单片机原理及应用》课程设计

设计题目：基于AT89C52电梯模拟控制系统设计专业：电子信息科学与技术

班级：2012 级

学生姓名：××

学号：

指导教师：张三丰（副教授）

2015年01月

基于AT89C52电梯模拟控制系统设计

××

（琼州学院电子信息工程学院，海南三亚 572022）

摘要：本设计是利用AT89C52单片机控制的多层电梯模拟控制系统，主要包括硬件系统的设计、软件系统的设计及模拟电路的仿真调试。本设计主要是利用中断电路控制电梯的响应和电机的驱动，是专门为楼层快速通行控制设计的智能系统。此外，利用单片机控制电梯有成本低、通用性强、灵活性大及易于实现复杂控制等优点。

关键词：AT89C52单片机；仿真调试；电梯

1.设计任务

1.1设计目的

目前电梯控制系统大多采用继电器或者可编程控制器（PLC）的控制方式，存在着成本高，需要三相供电等缺点，本设计给出了一种基于单片机的电梯模型控制系统设计。以单片机为核心，再辅以适当的硬件电路和控制程序来检测和控制整个电梯的信号，具有成本低、通用性强、灵活性大、扩展容易及易于实现复杂控制等优点。

本设计注重基本理论知识与实际情况的紧密结合，同时对学生独立创新和分析问题的能力进行培养，加深对知识的理解，为以后的工作和学习打下坚实的基础。

1.2方案论证

1.2.1设计要求

(1)设置电梯的内外按键，即电梯外都有上或下的按键，电梯内有楼层的选择按键。

(2)电梯状态要有指示灯显示，即电梯目前运行到达楼层的实时显示，电梯升降的状态显示等。

(3)电梯无人时，应默认停在第一层。

1.2.2系统的结构框图

图1.1 系统的结构框图

如图1.1所示，楼层电梯呼叫按键就是楼层外面的上行、下行按键，有需求时即可按下；电梯内呼叫按键就是电梯内部的数字按键，它是内部按键需求的输入；单片机就是整个系统的核心，接收输入信息，经过处理后输出信息；楼层显示数码管就是接收单片机处理的信息，显示此时的楼层数；电梯状态指示灯就是接收单片机处理的信息，显示电梯的状态：上升、下降、停止。电动机的驱动和控制就是接收单片机的PWM脉冲信号来控制驱动器，进而控制电动机的正反转，使电动机牵引电梯做上下运动。

2.电路设计与参数计算

2.1 硬件系统的设计与参数计算

2.1.1 硬件设计思路与计算

电梯最底层为1楼，因此在1楼仅有上升按键，而电梯最高层为6楼，因此6楼应仅有下降按键。其他楼层则既有上升按键，也有下降按键。在电梯内部按键设置方面，则应有1～6楼的各层选择按键。按键的一端接地，另一端通过集成电路芯片连至单片机引脚。这里，由于按键数量很多，又要求电梯控制系统能以最快速度响应按键的需求，因此，所有按键通过与门连接单片机。用五片双4输入与门74LS21即可实现16个按键对象的集体与运算的最终结果，按键动作最终是送到单片机的INT0端。即：

INT0←（P1.0*P1.1*P1.2*P1.3）*（P1.4*P1.5*P1.6*P1.7）*（P3.0*P3.1*P2.0*P3.3）*（P3.4*P3.5*P2.1*P2.2）

无论哪一个按键有动作，低电平信号就会送到INT0端，从而引发外部中断0服务子程序运行。当定时器0中断时，单片机向电动机发送PWM脉冲信号，电动机接到脉冲信号后，经过驱动器的驱动，电动机便牵引电梯上下运动。

电梯的楼层显示用七段数码管完成显示。本设计电梯只有6层，因此用七段数码管即可，数码管的显示数据通过单片机的P0口来进行传送。设计中要求数码管随着电梯的位

置变化而变化，即数码管显示数据要与楼层数同步，因此数码管的片选线直接连接地，而不需要再选择。

电梯升降的状态用上升和下降指示灯来进行显示，通过单片机的P3.7和P3.6引脚分别连接上升和下降指示灯的负极，其正极均连接至系统正电源处。 2.1.2 时钟电路设计与计算

X1

图2.1 时钟电路图

单片机的时钟电路（如图2.1所示）有振荡电路和分频电路组成。其中振荡电路由反相器以及并联外接的石英晶体和电容构成，用于产生振荡脉冲。而分频电路则用于把振荡脉冲分频，以得到所需要的时钟信号。

AT89C52单片机各功能部件的运行都是以时钟控制信号为基准，有条不紊地一拍一拍地工作，因此时钟频率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量也直接影响单片机系统的稳定性。AT89C52单片机电路中的电容C1和C2典型值通常选择为30pF 。晶振的频率越高则系统的时钟频率也越高，单片机的运行速度也越快。但反过来运行速度越快对内存的速度要求就越高，对印刷电路板片靠近，以减少寄生电容，更好的保证振荡器稳定、可靠的工作。基于以上本设计我们考的工艺要求也越高，即要求产生的寄生电容要小，晶振和电容应尽可能安装得与单片机芯虑选择频率为12MHz 的晶振，当振荡脉冲频率为12MHz 时，一个机器周期为1us 。 2.1.3 复位电路设计与分析

RST

S

图2.2 复位电路图

复位电路图如图2.2所示，复位是单片机的初始化操作，程序给单片机的复位引脚RST

加大于2个机器周期（即24个时钟振荡周期）的高电平就可使单片机复位。AT89C52的复位是由外部的复位电路来实现的。复位电路通常采用上电复位和手动复位两种方式，手动复位有电平方式和脉冲方式两种，我们采用了手动复位为电平方式的复位。如图3-2所示，我们通过RST端经由电阻与电源VCC接通而实现，当按键按下时，RST端为高电平复位。当时钟频率选用12MHz时，C1取10uF，R1取10KΩ时，电容C1充放电时间τ=R1*C1=0.1s>2us（2个机器周期）。

2.1.4 中断电路设计与分析

各中断的优先级（由高到低排列）：外部0中断、定时器T0中断、外部1中断、

定时器T1中断、串行发送中断、串行接收中断、定时器T2中断。

图2.3中断电路图

中断电路如图2.3所示。图中外部0中断INT0与74LS21与门相接，低电平有效，所以当单片机接电源后，P1.0～P1.3引脚此时为高电平，当任一按键按下后，相应的中断输入口直接与地相接，高电平变为低电平，外部0中断立即响应，单片机系统进入中断控制子程序系统，在中断服务子程序中做出相应的执行指令。

2.1.5电动机正反转控制电路