单片机模拟电梯控制系统毕业设计

1、毕业设计报告书题目：单片机模拟电梯控制系统专业机电一体化班级姓名指导教师目录第一部分设计任务与调研 第二部分设计说明 第三部分设计成果 第四部分结束语 第五部分致谢 参考文献i第一部分设计任务与调研1. 设计任务：设计一个基于单片机模拟电梯控制系统获得调试成功。2. 调研：单片机是一种集成电路芯片，釆用超大规模技术把兵有数据处理能力（如算 术运算，逻辑运算、数据传送、中断处理）的微处理器（cpu）,随机存取数据存储 器（ram）,只读程序存储器（rom）,输入输出电路（t/0 口），可能还包括定吋计数 器，串行通信口（sci），显示驱动电路（lcd或led驱动电路），脉宽调制电路（pwm）,

2、模拟多路转换器及a/d转换器等电路集成到一块单块芯片上，构成一个最小，然 而完善的计算机系统。这些电路能在软件的控制k准确、迅速、高效地完成程序 设计者事先规定的任务。由此来看，单片机有着微处理器所不具备的功能，它可单独地完成现代工业 控制所要求的智能化控制功能，这是单片机最大的特征。然而单片机又不同于单板机，芯片在没有幵发前，它只是具备功能极强的超 大规模集成电路，如果赋予它特定的程序，它便是一个最小的、完整的微型计算 机控制系统，它与单板机或个人电脑（pc机）有着本质的区别，单片机的应用属 于芯片级应用，需要用户了解单片机芯片的结构和指令系统以及其它集成电路应 用技术和系统设计所需耍的理论

3、和技术，用这样特定的芯片设计应用程序，从而 使该芯片具备特定的功能。不同的单片机有着不同的硬件特征和软件特征，即它们的技术特征均不尽相 同，硬件特征取决于单片机芯片的内部结构，用户要使用某种单片机，必须了解 该型产品是否满足需耍的功能和应用系统所耍求的特性指标。这里的技术特征包 括功能特性、控制特性和电气特性等等，这些信息需要从生产厂商的技术手册中 得到。软件特征是指指令系统特性和开发支持环境，指令特性即我们熟悉的单片 机的寻址方式，数据处理和逻辑处理方式，输入输出特性及对电源的要求等等。 开发支持的环境包括指令的兼容及可移植性，支持软件（包含可支持开发应用程 序的软件资源）及硬件资源。要利用

4、某型号单片机开发自己的应用系统，掌握其 结构特征和技术特征是必须的。单片机控制系统能够取代以前利用复杂电子线路或数字电路构成的控制系 统，可以软件控制来实现，并能够实现智能化，现在单片机控制范畴无所不在， 例如通信产品、家用电器、智能仪器仪表、过程控制和专用控制装置等等，单片 机的应用领域越来越广泛。诚然，单片机的应用意义远不限于它的应用范畴或由此带来的经济效益，更 重要的是它已从根木上改变了传统的控制方法和设计思想。是控制技术的一次革 命，是一座重要的里程碑。第二部分设计说明2.1系统组成框图在木设计中需用到at89s51芯片，1个数码管，一个蜂鸣器，复位电路，8 个按键，24个发光二极管。

5、复位键输入时钟电路输出显示2.1系统组成框2. 2at89s51 芯片本设计主要采用at89s51芯片。at89s51是一个低功耗，高性能cmos 8位 单片机，片内含4k bytes isp (in-system programmable)的可反复檫写1000次的flash只读程序存储器，器件采用atmel公司的高密度、非易失性存储技术制 造，兼容标准mcs-51指令系统及80c51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央 处理器和isp flash存储单元，功能强大的微型计算机的at89s51可为许多嵌入 式控制应用系统提供高性价比的解决方案。at89s51具有如下特点:40个引脚，4k byt

6、es flash片内程序存储器，128 bytes的随机存取数据存储器（ram）, 32个外部双向输入/输岀（i/o） 口，5个 中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器，2个全双工申行通 信门，看门狗（wdt）电路，片内时钟振荡器。此外，at89s51设计和配置了振荡频率可为0hz并可通过软件设置省电模式。 空闲模式下，cpu暂停工作，而ram定时计数器，串行口，外中断系统可继续工 作。掉电模式冻结振荡器而保存ram的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活 或硬件复位。同吋该芯片还具有h）tp、tqfp和plcc等三种封装形式，以适应不 同产品的需求。主要功能性能如表2.1所示：

7、表2. 1 at89s51芯片的主要功能兼容mcs-51指令系统 4k可反复擦写（ 1000 次）isp flash rom 32个双向i/o 口4.5-5.5v工作电压2个16位可编程定时/计数器时钟频率0-33mhz全双工uart串行中断口线 128x8bit 内部 ram 2个外部中断源低功耗空闲和哲电模式中断唤醒省电模式3级加密位看门狗（wdt）电路软件设置空闲和省电功能灵活的isp字节和分页编程双数据寄存器指针引脚功能说明vcc：电源电压。gnd:地。p0 口： p0 口是一组8位漏极开路型双向i/o 口，也即地址/数据总线复 用口。作为输出门用时，每位能驱动8个ttl逻辑门电路，对

8、端口写“1”可作 为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组u线冋吋转换 成地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在flash 编程时，p0 口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求 外接上拉电阻。14 口： pl是一个带内部上拉电阻的8位双向1/0 口，pl的输出缓冲级 可驱动（吸收或输出电流）4个ttl逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上 拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上 拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。flash编程和程序校验期 间，p1接收低8位地址。表2.2 p1端口引脚的

9、第二功能端口引脚第二功能p1.5mosi （用于isp编程）p1.6miso （用于isp编程）p1.7sck （用于isp编程）p2 口： p2是一个带冇内部上拉电阻的8位双向t/0 口，p2的输出缓冲可驱 动（吸收或输出电流）4个ttl逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电 阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电 阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器（例如执行m0vx dptr指令）时，p2 口送出高8位地址数据。在访问8位地址的外部数据存储器 （如执行m0vxri指令）时，p2 口线上的内容（也

10、即特殊功能寄存器（sfr） 区中p2寄存器的内容），在整个访问期间不改变。flash编程或校验时，p2亦 接收高位地址和其它控制信号。p3 口： p3 口是一组带有内部上拉电阻的8位双向i/o 口。p3 口输出缓冲级 可驱动（吸收或输出电流）4个ttl逻辑门电路。对p3 口写入“1”吋，它们被 内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。作输入端时，被外部拉低的p3 口将用作 上拉电阻输出电流。p3 口除了作为一般的i/o 口线外，更重要的用途是它的第 二功能，如表2. 3所示：表2.3 p3端口引脚的第二功能端口引脚第二功能p3.0rxd （串行输入门）p3.1txd （串行输出口）p3.2/into

11、 （外中断0）p3.3/int1 （外中断1）p3.4t0 （定时/计数器0）p3.5t1 （定吋/计数器1）p3.6/wr （外部数据存储器写选通）p3.7/rd （外部数据存储器读选通）rst：复位输入。当振荡器工作时，rst引脚出现两个机器周期以上高 电平将使单片机复位。wdt溢出将使该引脚输出高电平，设置sfr auxr的disrto 位（地址8e11）可打开或关闭该功能。disrto位缺省为reset输出高电平打开状/qjj oale/ （/prog）：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ale （地址锁存允 许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。即使不访问外部存储器，ale仍以时

12、钟振荡频率的1/6输出固定的正脉冲信号，因此它可对外输出吋钟或用于定吋0 的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ale脉冲。对flash 存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（/prog）。如有必要，可通过对特 殊功能寄存器（sfr）区中的8eh单元的do位置位，可禁止ale操作。该位置位 后，只有一条movx和movc指令ale才会被激活。此外，该引脚会被拉高，单片 机执行外部程序时，应设置ale无效。/psen：程序存储允许（/psrn）输出是外部程序存储器的读选通信号，当 at89s51由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次psen有效， 即输出两个脉冲。当

13、访问外部数据存储器，没有两次有效的/psen信号。ea/vpp：外部访问允许。欲使cpu仅访问外部程序存储器（地址为000011 ffffh）, ea端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位lb1被编程， 复位时内部会锁存ea端状态。如ea端为高电平（接vcc端），cpu则执行内部 程序存储器屮的指令。flash存储器编程时，该引脚加上+12v的编程电压vpp。xtal1：振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端。xtal2：振荡器反相放大器的输出端。2.3显示模块2.3显示模块显示电路采用了 1个led数码管,单片机i/o的应用最典型的是通过i/o 口 与7段led数码管构成显示电路

14、。7段wd数码管，则在一定形状的绝缘材料上, 利用单只led组合排列成“8”字型的数码管，分别引出它们的电极，点亮相应 的点划来显示出0-9的数字。wd数码管根据led的接法不同分为共阴和共阳两 类，了解led的这些特性，对编程是很重要的。因为不同类型的数码管，除了它 们的硬件电路有差异外，编程方法也是不同的。将多只led的阴极连在一起即为 共阴式，而将多只led的阳极连在一起即为共阳式。以本设计共阴式为例，如把 阴极接地，在相应段的阳极接上正电源，该段即会发光。当然，led的电流通常 较小，一般均需在回路中接上限流电阻。假如我们将"b"和"c"段接上正

15、电源，其 它端接地或悬空，那么"b"和"c"段发光，此时，数码管显示将显示数字“1”。而 将"，、"b"、d"、e"和"g"段都接上正电源，其它引脚悬空，此时数码管将显 示 “2”。da100图2. 2 led数码管2.4复位开关模块mcs-51单片机的复位是靠外部电路实现的。mcs-51单片机工作之后，只要 在它的rst引线上加载10ms以上的高电平，单片机就能冇效地复位。mcs-51单 片机通常采用上电自动复位和按键复位两种方式。最简单的复位电路如下图：图2.3复位开关上电瞬间，r

16、c电路充电，rst引线出现正脉冲，只要rst保持10ms以上的 高电平，就能使单片机有效的复位。在应用系统中，有些外围芯片也需要复位。 如果这些芯片复位端的复位电平与单片机的复位电平的要求一致，则可以将复位 信号与之相连。2.5振荡器电路模块mcs-51单片机内部的振荡电路是一个增益反相放大器，引线xtal1和 xtal2分别为反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入和来自反向振 荡器的输出，该反向放大器可以配置为片内振荡器。单片机内部虽然有振荡电路, 但耍形成时钟，外部还需要附加电路。石英晶体振荡和陶瓷振荡均可采用。输入 至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任

17、何要 求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。51单片机的时钟产生方式有两种, 分别为：内部时钟方式和外部时钟方式。利用其内部的振荡电路xtal1和xtal2 引线上外接定时元件，内部振荡电路便产生自激振荡，用示波器可以观察到 hal2输出的吋钟信号。在mcs-51单片机一般常用内部吋钟方式，也就是在xtal1 和xtal2之间连接晶体振荡器与电容构成稳定的自激振荡器，晶体和电容决定了 单片机的工作时间精度为1微秒。晶体可在1.2-12mhz之间选择。mcs-51单片 机在通常应用情况下，使用振荡频率为6mhz的石英晶体，而12mhz频率的晶体 主要是在高速串行通信情况下才使用，在这里我用的是

18、12mhz石英晶体。对电容 无严格要求，但它的取值对振荡频率输出的稳定性、大小及振荡电路起振荡速度 有一点影响。c1和c2可在20-100pf之间取值，一般情况取30pf。外部吋钟方 式是把外部振荡信号源直接接入hal1或xtal2。由于xtal2逻辑电平不是ttl 的，所以还要接一个上拉电阻。2.6程序下载模块该模块完成的功能是把源程序代码下载到at89s51芯片中，它需要和微机上 的1sp下载器软件配合使用来完成这样的功能。isp为在线编程接口，j2为标准10p jtag卜*载接门。isp在线编程接口为 89s51单片机提供了方便的在线编程方法。使用时将isp下载线一端与pc并口 相连接，

19、一端与1sp接口相连，使用1sp下载软件即可实现mcu在线编程。下载线插接说明：两排十针下载口， 1号引脚的边上有一个小方框；不载 线的凸u为正方向，凸口的右侧边的第一个插孔为1号引脚，这一点一定要切记， 不然的话程序下载不进去。2.7流程图设计初始化8层按键按下对应中断程序该图为电梯上升吋的流程，任意按键按下吋则进入相应的中断程序，否 则一直进行1到8层按键的循环检测。电梯下降时则进行8到1层按键的循环检 测。第三部分设计成果2.8设计电路及仿真glgfglslgls12sl5zk78910kisksawi 4 %/ 7 5x3 7 j rll>s,5,s,rlprle7giplkkk

20、kkkkvccrcwn. wc-zs1 1<1>t5(v0r) f>°zlcj91)诚c2.9程序设计2.9.1程序初始化tcount equ 4cii ceng equ 4dhorg ooooh ljmp start org ooobh ijmp tntox org 003011;初始化；start:mov tmod, #01hmov tho, #3ch mov tlo,#oboh ;50ms mov ie, #8211 setb tro mov tcount, #4 clr fo mov 20h, #0 mov ro, #3011 movr1,#3oqing:m

21、ov r0, #00hinc rodjnz rl, qtng ;把3011 到4dh这30个单元清0 mov po, #0611 mov 1)3, #0e8h2.9.2主程序调用xun:jb pl. 0, onelcall ys10msjb pl. 0, one :判断一层的停止按键是否按下clr p2. 0;若按下则把对应的红色发光二极管点亮one:jb pl. 1，twolcall ys10msjb pl. 1，two ;判断二层的停止按键是否按下clr p2. 1;若按下则把对应的红色发光二极管点亮two:jb p1.2,thrlcall ys10ms jb p1.2,thr clr p

22、2. 2thr:jb p1.3,f0ulcall ys10ms jb pl. 3, fou clr p2. 3fou:jb p1.4,fivlcall ys10ms jb p1.4,ftvclrp2.4fiv:jbpl. 5, sixlcall ys10ms jbpl.5, sixclrp2.5six:jbpl. 6, sevlcall ys1oms jb pl. 6, sev clr p2. 6sev:jb pl. 7, xunlcall ys1oms jb pl. 7, xun clr p2. 7ijmp xun2.9.3中断程序调用tntox:mov tho, #3chmov tlo,

23、#oboii inc tcount mov a, tcountcjne a, #5, zhuan2 ;50ms*5=250ms mov tcount, #ooh jb fo, ziiuan ljmp zhuan1zhuan:ljmp xiajiangzhuan1:mov p3, #0f8h;上升的箭头mov a, ceng cjne a, #0011, ss2 mov po, #06h;显示jb p2. 0, ss1_1 inc 30hmov a, 30hcjne a，#1，ssx1_1clr p3. 4:一层门开的声音开ssx1_1:cjnea，林2, ssx1_2setb p3.4:一层门

24、开的声音关ssx1_2:cjnea,#16, ssx1_3clr p3. 4;一层门关的声音开ssx1_3:cjnea, #17, zhuan2 ; 16*250ms=4s (总共次，但实际在这里停止的时间只有次ms)mov 30h, #0srtb p3.4; 一层门关的声音关setb p2.0;熄灭对应的红色发光二极管ss1_1:inc31hmova, 31hcjnr a, #9, zhuan2 ;8*250ms=2s （总共次，但实际上升一层只用次ms）mov 31h, #0 inc cengss2:mov a, cengcjnr a,#01h, ss3 mov p0, #5bii;显示j

25、b p2. 1,ss2_1 inc 32h mov a, 32hcjnr a,#1,ssx2_1clr p3. 4:二层门开的声音开ssx2_1:cjnea,#2, ssx2 2setb p3.4:二层门开的声音关ssx2_2:cjnea, #16, ssx2_3clr p3. 4;二层门关的声音开ssx2_3:cjnea, #17, ziiuan2 ; 16*250ms=4s （总共次，但实际在这里停止的时间只有次ms） mov 32h, #0setb p3.4;二层门关的声音关setb p2. 1;熄火对应的红色发光二极管ss2_1:inc 3311mov a, 33hcjne a, #9, zhuan2 ;8*250ms=2s （总共次，但实际上升一层只用次ms?mov 33h, #0ljmp zhuan3第四部分结束语本系统就是充分利用了 at89s51芯片的各引脚。系统采用msc-51系列单片 机tntelat89s51为中心器件来设计实现模拟简单电梯控制系统，系统设计简便、 实用性强、操作简单，完成了模拟电梯的基木功能。单片机在接口性能和计算速 度等方面均有资源不足的问题，仍然不能