基于51单片机的电梯控制系统设计与制作

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目录

1产品功能分析.........................................................................................................1

2设计方案遴选.........................................................................................................1

2.1单片机的选择..............................................................................................1

2.2显示模块的选择..........................................................................................1

2.3电源模块的选择..........................................................................................2

2.4按键模块的选择..........................................................................................3

2.5系统框架设计图..........................................................................................4

3产品硬件设计.........................................................................................................4

3.1AT89C51单片机核心电路设计.................................................................4

3.2点阵显示电路设计......................................................................................7

3.3DC电源设计...............................................................................................8

3.4按键电路设计..............................................................................................8

4产品软件设计.........................................................................................................9

4.1主程序和按键流程图..................................................................................9

4.2软件调试....................................................................................................10

4.3产品程序清单............................................................................................11

5产品使用说明.......................................................................................................12

5.1产品装配图................................................................................................12

5.2产品实物的操作过程................................................................................13

5.3产品使用说明............................................................................................15

6、产品设计技术标准...............................................................................................15

7参考资料.................................................................................................................15

附录.............................................................................................................................16

附录1元器件清单.......................................................................................16

附录2电路原理图.......................................................................................17

附录3PCB设计图........................................................................................18

附录4产品实物图.......................................................................................20

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附录5主程序代码.......................................................................................21

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基于51单片机的电梯控制系统设计与制作

1产品功能分析

关于电梯模拟控制系统主要是由4大部分组成：按键控制模块、点阵显示

模块、单片机最小系统电路模块、电源模块。而单片机最小系统其中主要由复

位电路控制，其电梯楼层位置是由延时电路控制的，按下复位键后楼层显示会

回到初始状态，按下一到八层的同时点阵显示模块会显示相应的上下箭头指

示。当初始时电梯在一楼，有按键按下时电梯会上升或下降到相应楼层；当电

梯状态有指示灯显示，即电梯目前运行到达楼层的实时显示，电梯升降的状态

会显示。

本设计的延时部分主要是由软件延时控制的。在该系统中，延迟部分以软

件延迟为主。电梯显示器的升降状态由点阵显示器中的上、下箭头及数字所构

成。按键电路使用独立的按钮，每一个按钮都能独立地控制当前的楼层。在此

基础上，对单片机进行编程，实现了对升降机正常运行的控制。

2设计方案遴选

2.1单片机的选择

方案一：STC51系列单片机

采用的是STC89C51RC，STC89C51RC是一个8051内核的系统内编程

（ISP）芯片，最大工作频率为80MHz，内部闪存为4K可读字节，可重复擦写

1000次。

方案二：AT51系列单片机

作为系统核心的AT89C51芯片是一个低电压、高性能CMOS8位微处理

器，具有4K字节的闪存和闪存ROM，可以在3V的超低电压下工作。

本设计中使用的AT89C51微控制器是ATMEL制造技术的高密度非易失性存

储器，与工业标准的MCS-51指令集和输出引脚兼容，为许多嵌入式控制系统

提供了一个灵活而经济的解决方案。

2.2显示模块的选择

方案一：1602液晶模块

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1602LCD又称为1602字符型LCD，是一种用于显示字母，数字，符号的

特殊显示组件，由几个类似于5X7或5X11的点阵字符构成，每一个字每一种

符号都能用一个字来表示。其中每一行之间都有一个点距的间隔，所以它不能

显示图形。但它具有耗电低，体积小重量也轻，显示内容丰富等特点。

方案二：点阵显示

点阵是一个小型的发光二极管，二极管可以显示不同的数字，文字，图

象；它不仅可以应用在室内环境，还可以应用在室外环境中。墙壁上，LCD屏

幕都无法相比的优势。LED技术的快速发展与其自身的优势密不可分。这些优

势可以总结为：功率电压方面消耗小，亮度也高，体积小，使用寿命长，耐磨

损，性能相对稳定。它的发展有着极其光明的未来，现在正在向着高亮度，耐

气候性，发光密度等的方向发展。

方案三：数码管显示

数码管是一种发光的半导体器件，其基本单元由发光二极管组成。有两种

类型的数码段管，一种是七段数码管，一种是八段数码管，其中八段数码管比

七段数码管多了一个小数点显示。按发光二极管单元连接方式也分为两种，共

阳极和共阴极。共阳数码管就是把所有的发光二极管的阳极连接在一起，组成

一个共同的阳极（COM)的数码管，共阳数码管在应用时应将公共极COM接到

+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮，当某一字

段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。共阴数码管就是将所有LED的阴极连

接在一起，组成一个共同的阴极（COM)，使用的时候，需要将COM与地线GND

相连，当LED的阳极为高时，对应的区域就会被点亮，而当LED的阳极为低

时，对应的区域就会被熄灭。

由于其价格低廉，使用方便，被广泛用于电器，特别是家用电器。

综上所诉：LCD1602由于显示不了图形，在电梯升降的时候不能显示相应

的图形指示；数码管能显示数字且简单方便，但也是跟LCD1602一样显示不了

图形；所以只有点阵既能显示数字又能显示图形，比较适合这个电梯系统设

计，固本设计用点阵作为显示模块。

2.3电源模块的选择

方案一：变压器降压

该系统的设计思想包括了变压器的降压、全波整流、电容滤波和IC稳

压。因为单片机以及它后面的无线接收电路等都是以5V为工作电源，因此，

2

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在经过了整流、滤波电路之后，再使用三端集成稳压电路对5V的电压进行稳

压，从而为后面的电路提供一个稳定、可靠的5V的直流电源，三端稳压集成

电路采用了LM7805。

方案二：手机充电器供电

我们的手机充电器都是由一个稳定电源（其中主要是有稳压电源、稳定电

压和足够的电流）加上必要的恒流、限压、限时等控制电路构成。充电器上的

写明的数据，大多都是5V，只要电流合适，完全可以把充电器改造成高品质

的稳压器！

由于手机充电器我们生活中常见且携带方便、电压稳定可靠、不用制作、

节省成本，只需要采购一条USB电源线就可以给整个系统供电，方便快捷、安

全可靠，固本设计采用手机充电器为本设计供电。

2.4按键模块的选择

方案一：触摸按键

触摸按键又分为电阻式按键和电容式按键，电阻式按键因其导电性差，已

逐步被淘汰，而电容键则是为解决电阻键耐久性问题而提出来的。按过的操作

界面可以是一整块的普通绝缘体，比如有机玻璃之类的都可以，不需要在界面

上挖孔，按键放在介质的下方，这样在外观上会显得更高端更漂亮，因为按键

没有接点，所以它的使用寿命也会很长，简单地说就是半永久性。但价格更

高。

方案二：机械按键

机械按键的每一个按键都有一个单独的开关进行控制按键的闭合，它的上

部和下部都有接点。按下按钮，将它的上、下两个触点相接触，就可以输出代

码。该产品不存在机械磨损，具有很高的可靠性，在市场上占有很大比例。其

最大的特点是价格低廉、噪声小、造价低。

所以我们选择机械按键要更加方便，在单片机安装上面更简洁,并且单独

控制的按键更容易控制电梯楼层。

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2.5系统框架设计图

图2-1系统框架图

3产品硬件设计

3.1AT89C51单片机核心电路设计

本系统使用AT89C51芯片作为系统核心，其FlashROM可以在3伏低电压

下工作；AT89C51是ATMEL公司生产的低电压、高性能的8位CMOS微控制器，

包含4000字节的可重写程序存储器（PEROM）和128字节的随机存取存储器

（RAM），由ATMEL的高密度、非易失性存储器制成。RAM存储器由高密度、非

易失性的ATMEL存储器制成，与标准的MCS-51指令集对齐，具有8位中央处

理单元（CPU）和片上闪存（Flash），为各种控制领域的广泛的高性能应用提

供高级功能。

主要功能：

●与MCS-51产品指令系统完全兼容

●4k字节可重擦写Flash闪速存储器

●1000次擦写周期

●全静态操作:0Hz-24MHz

●三级加密程序存储器

●128X8字节内部RAM

●32个可编程I/O口线

●2个16位定时/计数器

●6个中断源

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●可编程串行UART通道

●低功耗空闲和掉电模式

功能特性概述:

AT89C51具有以下标准功能：4千字节的闪存，128字节的内部RAM，32

个I/O端口线，两个16位定时器/计数器，一个5矢量两级中断结构，一个全

双工串行通信端口，一个振荡器和一个片上时钟电路。AT89C51还可以在0赫

兹下进行静态逻辑运算，并有一个可编程的省电功能。在空闲模式下，CPU停

止工作，但RAM、定时器/计数器、串行通信端口和中断系统可以继续工作。省

电模式保留了存储在RAM中的数据。但是振荡器会停止运转，并且在重新设置

下一个硬件之前不能运转。

各引脚功能：

●Vcc:电源电压

●GND:地

●P0口:P0口是一组8位漏极开路型双向IO口，也即地址数据总线复用

口。

●P1口:P1是一个带内部上拉电阻的8位双向IO口，P1的输出缓冲级可

驱动(吸收或输出电流)4个TTL逻辑门电路。Flash编程和程序校验期间，P1

接收低8位地址。

●P2口:跟P1差不多，但Flash编程或校验时，P2亦接收高位地址和其

它控制信号。

●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，如下

表所示：

端口引脚第二功能

P3.0RXD(串行输入口)

P3.1TXD(串行输出口)

P3.2INTO(外中断0)

P3.3INT1(外中断1)

P3.4T0(定时/计数器0外部输入)

P3.5T1(定时/计数器1外部输入)

P3.6WR(外部数据存储器写选通)

P3.7RD(外部数据存储器读选通)

表1引脚功能

P3口还接收-些用于Flash闪速存储器编程和程序校验的控制信号。

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●RST:复位输入。

●XTAL1:振荡器反相放大器的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。

单片机引脚图如下：

图3-1单片机引脚图

单片机最小系统包括时钟电路和复位电路

时钟电路：

单片机内部具有一个高增益反相放大器，用于构成振荡器。如下图：

图3-2时钟电路图

复位电路：

在单片机中，最小化系统通常通过上电自动重置或人工按下重置来完成系

统的重置操作。我们采用的是人工重置，人工重置是指在通电状态下，在单片

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机工作过程中，通过按键开关的操作来重置。

其结构如下图：

图3-3手动复位电路

3.2点阵显示电路设计

点阵是由64个小灯组成，点阵LED一般采用扫描式显示，实际运用分为

三种方式：点扫描、行扫描、列扫描。

如图：

图3-4点阵电路图3-5点阵原理图

点阵与单片机的引脚相连，通过单片机的IO口的高低电平可以控制点阵

的显示，与单片机的接口电路如图：

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图3-6上拉排阻接线图3-7单片机接口电路图

3.3DC电源设计

如图所示，DC电源与自锁开关S1相连接，在通电时可以通过S1对电路的

闭合。

图3-8DC电源与自锁开关

3.4按键电路设计

如图所示，该按键电路包括了每层楼按钮，按钮与按钮相互连接，又与IO

口相连接，外部0中断低电平有效，可以实现模拟按键的自如操作。

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图3-9按键电路

4产品软件设计

4.1主程序和按键流程图

图4-1主程序流程图

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图4-2按键流程图

4.2软件调试

对于编写的程序通过运行，烧录，执行将其中程序存在的语法与逻辑错误

加以改正，对另外可能出现的错误进行排查。能够将所编写的程序代码完整的

运行在硬件上，这就是软件调试。

实验平台：软件调试这部分内容是在KeiluVision5下进行的，其中源程

序的编译，仿真调试，是以子程序为单位一个一个进行的，最后结合硬件调

试。程序调试完成如图：

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图4-3程序调试完成图

4.3产品程序清单

图4-4产品程序清单

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5产品使用说明

5.1产品装配图

本产品主要由AT89C51单片机，点阵显示模块，按键模块，自锁开关，DC

电源，三极管，上拉排阻，电容电阻等组成。其转配图如下：

图5-1产品实物装配图

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5.2产品实物的操作过程

图5-2产品接通电源初始图

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图5-3模拟电梯上升到达6层

图5-4模拟电梯下降到达2层

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5.3产品使用说明

当前，大部分的电梯控制系统都是使用继电器或可编程控制器（PLC）的

控制模式，这种模式具有成本较高、需三相供电等缺陷，这个模拟电梯控制系

统的设计是基于单片机的设计。它以一个单片机为核心，配以适当的硬件电路

和控制程序，用于感应和控制整个电梯。它的特点是成本低、通用性强、灵活

性高、易于扩展和复杂控制的简单实现。

6、产品设计技术标准

[1]J-STD-001E电气与电子组件的焊接要求

[2]IPC-A-610D(中文版)，IPC-A-610E电子组件的可接受性要求

[3]IPC-7711/21电子组件和电路板的返工&返修

[4]GB/T11457-2006信息技术软件工程术语；

[5]GB/T8566-2007信息技术软件生存周期过程标准；

[6]GB/T8567-2006计算机软件文档编制规范。

7参考资料

[1]杨欣·电路设计与仿真[M]·清华大学出版社·2006

[2]张兰红·单片机原理及应用[M]·机械工业出版社·2017

[3]贺敬凯·单片机系统设计、仿真与应用[M]·西安电子科技大学出版社·2011

[4]史二娜·基于单片机的电梯控制系统设计与研究[J]·网络安全技术与应用·2020(02)：51-53

[5]刘程·基于单片机电梯控制系统设计与实现[J]·技术与市场·2020(04)：112-113

[6]刘灿灿·单片机在电梯控制系统中的应用与分析[J]·数码世界·2016(09)：75

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附录

附录1元器件清单

元器件编号封装原理图库数量

7*9万用板1

AT89C51U1DIP40AT89C511

40脚IC座1

102排阻102SIP9RP81

小点阵DZSPI8DZ1

5mm红色LEDD9LED5LED1

DC电源座P1DC2.1POWER1

1N4148D1-D84148DIODE8

2.2k电阻R2,R31/4WRES22

9012三极管Q29014PNP1

5V有源蜂鸣器1LB2SPEAKER1

自锁开关S1SW6SWITCH1

小按键K0-K8SW2KEY9

10uF电容C4CD4CAPACITORPOL1

30pF电容C2，C3CB1CAP2

10k电阻R11/4WRES21

12MHz晶振Y1JZCRYSTAL1

导线若干1

Usb电源线1

20移动互联二班禹玉鑫

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表1元器件清单

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附录2电路原理图

图1整体电路原理图

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附录3PCB设计图

图2产品PCB图

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图3产品PCB接线图

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附录4产品实物图

图4作品实物正面图

图5作品实物图反面

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附录5主程序代码

//基于51单片机的电梯控制系统设计与制作

//20移动互联二班禹玉鑫

#include<reg51.h>

#include<intrins.h>//包含头文件

#defineucharunsignedchar

#defineuintunsignedint//宏定义

ucharcodeTable_of_Digits[]=//要显示的数字的编码

{

0x00,0x3e,0x41,0x41,0x41,0x3e,0x00,0x00,//0

0x00,0x00,0x00,0x21,0x7f,0x01,0x00,0x00,//1

0x00,0x27,0x45,0x45,0x45,0x39,0x00,0x00,//2

0x00,0x22,0x49,0x49,0x49,0x36,0x00,0x00,//3

0x00,0x0c,0x14,0x24,0x7f,0x04,0x00,0x00,//4

0x00,0x72,0x51,0x51,0x51,0x4e,0x00,0x00,//5

0x00,0x3e,0x49,0x49,0x49,0x26,0x00,0x00,//6

0x00,0x40,0x40,0x40,0x4f,0x70,0x00,0x00,//7

0x00,0x36,0x49,0x49,0x49,0x36,0x00,0x00,//8

};

uchari=0,j=0,a=0;

uintt=0;

staticint

Current_floor=0,Pressed_key_up=0,Pressed_key_down=0,b=0,c=0,max=0,min=0;

intflag;

//定义全局变量

intfloor_up[8]={9,9,9,9,9,9,9,9};//上升楼层存储数组

intfloor_down[8]={0,0,0,0,0,0,0,0};//下降楼层存储数组

sbitLED=P3^0;//指示灯

sbitSPEAK=P3^1;//蜂鸣器

voidKey_up_comparison();//上升

voidKey_down_comparison();//下降

voidmax_min_comparison();//最大最小

voidmain()//主函数

{

P0=0x80;//P0口赋值

TMOD=0x01;//定时器0

TH0=0xfc;//1ms定时

TL0=0x18;

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IT0=1;//外部中断0中断允许

EX0=1;

TR0=1;//定时器中断T0计时开始

ET0=1;//T0允许中断

EA=1;//打开中断总开关

Pressed_key_up=floor_up[0];//

while(1)//进入while循环

{

Key_up_comparison();

Key_down_comparison();

max_min_comparison();

}

}

voidLED_Screen_Display()interrupt1//点阵显示

{

TH0=0xfc;//1ms定时

TL0=0x18;

P2=0xff;//P2口整体拉高电平

Pressed_key_up=floor_up[0];

Pressed_key_down=floor_down[0];

if(flag==1)

{

if(Pressed_key_up!=9)

{

if(Pressed_key_up>Current_floor)

{

P2=~Table_of_Digits[Current_floor*8+i];

P0=_crol_(P0,1);

if(++i==8)

{

i=0;

P0=0x80;

}

if(++t==1000)

{

t=0;

++Current_floor;

}

}

elseif(Pressed_key_up<Current_floor);

elseif(Pressed_key_up==Current_floor)

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{

P2=~Table_of_Digits[Current_floor*8+i];

P0=_crol_(P0,1);

if(++i==8)

{i=0;P0=0x80;}

LED=0;SPEAK=0;

if(++t==1000)

{

t=0;

if(Current_floor==Pressed_key_up)

{

Current_floor=Pressed_key_up;

if(Current_floor==max)

{

flag=0;

}

floor_up[0]=9;

}

LED=1;SPEAK=1;

}

}

}

elseif(Pressed_key_up==9)

{

P2=~Table_of_Digits[Current_floor*8+i];

P0=_crol_(P0,1);

if(++i==8)

{

i=0;

P0=0x80;

}

if(++t==1000)t=0;

}

}

elseif(flag==0)

{

if(Pressed_key_down!=0)

{

if(Pressed_key_down>Current_floor);

elseif(Pressed_key_down<Current_floor)

{

P2=~Table_of_Digits[Current_floor*8+i];

P0=_crol_(P0,1);

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if(++i==8)

{

i=0;

P0=0x80;

}

if(++t==1000)

{

t=0;

--Current_floor;

}

}

elseif(Pressed_key_down==Current_floor)

{

P2=~Table_of_Digits[Current_floor*8+i];

P0=_crol_(P0,1);

if(++i==8)

{i=0;P0=0x80;}

LED=0;SPEAK=0;

if(++t==1000)

{

t=0;

if(Current_floor==Pressed_key_down)

{

Current_floor=Pressed_key_down;

if(Current_floor==min)

{

flag=1;

}

floor_down[0]=0;

}

LED=1;SPEAK=1;

}

}

}

elseif(Pressed_key_down==0)

{

P2=~Table_of_Digits[Current_floor*8+i];

P0=_crol_(P0,1);

if(++i==8)

{

i=0;

P0=0x80;

}

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if(++t==1000)