基于单片机的电梯控制模型设计 精品

一、前言

单片机技术是现代电子工程领域一门迅速发展的技术，它的应用已经渗透到各种嵌入式系统中。可以毫不夸张地说：掌握单片机技术是电子信息类专业学生就业的一个重要条件。同时单片机技术又是一门实践性很强的学科，课程设计教学环节的设计和实施，在很大程度上决定了学生对单片机技术的掌握程度。

为了更好地完成课程设计这一重要教学环节，我们采用Proteus软件与Keil软件整合构建单片机虚拟实验平台。学生首先在PC上利用Proteus软件自己搭建硬件电路，并利用系统提供的功能完成电路分析、系统调试和输出显示的硬件设计部分；同时在Keil软件中编制程序，进行相应的编译和仿真，完成系统的软件设计部分。当系统的设计工作完成后，学生可以在PC上看到最终的运行效果。最后再通过proteus设计PCB，再完成真正硬件的调试。

采用Proteus软件与Keil软件整合构建单片机虚拟实验平台,有利于促进课程和教学改革，更有利于人才的培养；从经济性、可移植性、可推广性角度讲，建立这样的课程设计平台是非常有意义的；利用仿真系统，可以节约开发时间和开发成本；利用仿真系统，具有很大的灵活性和可扩展性。

二、设计简介

1、设计方案介绍

在工业上，多采用可编程控制器或微型计算机实现电梯逻辑控制，可编程控制器抗干扰性强，但针对性强、价格较贵，为实现电梯控制的模拟，本设计采用单片机为控制中心，针对所在的不同楼层分别进行合理的调度。设计中按键用于给用户发出服务请求，LED 电路用于显示请求状态及电梯运行状态、数码管显示电路来显示实时楼层，而电梯上升或下降的过程则通过定时来模拟。

2、设计任务及要求

三层电梯控制模型的设计。 2.1 设计要求

● 利用51单片机设计三层电梯的控制模型 ● 利用按键和数码管实现对电梯的控制和运行模拟 ● 可实时显示电梯所在楼层； ● 按键按下后，相应的LED 灯亮；

● 可对发出的服务请求进行合理的分析调度并作出正确的响应； ● 用户请求得到服务后，可更新状态。 2.2 设计思路

本次设计的基本思路是以AT89S51单片机作为核心，利用其I/O 接口与外围电路配合进行控制，通过扫描键盘点亮相应的指示灯，采用数码管来实时显示楼层，单片机通过扫描按键指示灯来读取请求，根据所在楼层的不同，进行不同的分析、调度，然后做出正确的响应，更新状态并在指示灯和数码管上显示出来。系统模拟框图如图所示

单片机控

制

系统P3、P1口接LED 指示灯

独 立 键 盘

P1接2接独立键盘

LED 指

示 灯

P0接数码管段选 数码管

三、硬件电路设计

3.1总体电路模块

硬件部分主要由单片机最小系统、系统显示电路、步进电梯驱动模块和按键输入模块等几部分组成。

总体电路原理图如下图所示：

3.2单片机最小系统部分：

单片机最小系统部分由图中的（1）振荡电路（2）复位电路（3）AT89C51构成。

3.2.1振荡电路

单片机系统里都有晶振，在单片机系统里晶振作用非常大，全称叫晶体振荡器，它结合单片机内部电路产生单片机所需的时钟频率，单片机晶振提供的时钟频率越高，那么单片机运行速度就越快，单片接的一切指令的执行都是建立在单片机晶振提供的时钟频率。在通常工作条件下，普通的晶振频率绝对精度可达百万分之五十。高级的精度更高。有些晶振还可以由外加电压在一定范围内调整频率，称为压控振荡器（VCO）。晶振用一种能把电能和机械能相互转化的晶体在共振的状态下工作，以提供稳定，精确的单频振荡。

单片机晶振的作用是为系统提供基本的时钟信号。通常一个系统共用一个晶振，便于各部分保持同步。有些通讯系统的基频和射频使用不同的晶振，而通过电子调整频率的方法保持同步。晶振通常与锁相环电路配合使用，以提供系统所需的时钟频率。如果不同子系统需要不同频率的时钟信号，可以用与同一个晶振相连的不同锁相环来提供。AT89C51使用11.0592MHz的晶体振荡器作为振荡源，由于单片机内部带有振荡电路，所以外部只要连接一个晶振和两个电容即可，电容容量一般在15pF至50pF之间。

3.2.2复位电路

单片机复位电路原理是在单片机的复位引脚RST上外接电阻和电容，实现上电复位。当复位电平持续两个机器周期以上时复位有效。复位电平的持续时间必须大于单片机的两个机器周期。具体数值可以由RC电路计算出时间常数。复位电路由按键复位和上电复位两部分组成。（1）上电复位：通常在复位引脚RST上连接一个电容到VCC，再连接一个电阻到GND，由此形成一个RC充放电回路保证单片机在上电时RST脚上有足够时间的高电平进行复位，随后回归到低电平进入正常工作状态，这个电阻和电容的典型值为10K和10uF。（2）按键复位：按键复位就是在复位电容上并联一个开关，当开关按下时电容被放电、RST也被拉到高电平，而且由于电容的充电，会保持一段时间的高电平来使单片机复位。

3.2.3单片机AT89C51

AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪速存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。外形及引脚排列如图所示。

主要特性：（1）与MCS-51 兼容（2）4K字节可编程FLASH存储器（3）寿命：1000写/擦循环（4）数据保留时间：10年

（5）全静态工作：0Hz-24MHz （6）三级程序存储器锁定

（7）128×8位内部RAM （8）32可编程I/O线

（9）两个16位定时器/计数器（10）5个中断源

（11）可编程串行通道（12）低功耗的闲置和掉电模式

特性概述：AT89C51 提供以下标准功能：4k 字节Flash 闪速存储器，128字节内部RAM，32 个I/O 口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。