80C51基于单片机的电梯控制器设计_毕业设计(论文)

单片机技术课程设计报告课题名称基于单片机的电梯控制器设计

系别理学院

专业 _电子信息科学与技术_

2013年 6月 20 日

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明

本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

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本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

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学位论文原创性声明

本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

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学位论文版权使用授权书

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注意事项

1.设计（论文）的内容包括：

1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）

2）原创性声明

3）中文摘要（300字左右）、关键词

4）外文摘要、关键词

5）目次页（附件不统一编入）

6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论

7）参考文献

8）致谢

9）附录（对论文支持必要时）

2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。

3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。

4.文字、图表要求：

1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写

2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画

3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印

4）图表应绘制于无格子的页面上

5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档

5.装订顺序

1）设计（论文）

2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订

教研室（或答辩小组）及教学系意见

目录

1．绪论----------------------------------------------- (2)

1.1 电梯的概述----------------------------------------- (2)

1.2 本文主要研究内容------------------------------------ (3)

2．理论部分------------------------------------------- (3)

2.1电梯原理------------------------------------------- (3)

3. 系统单元电路的设计--------------------------------- (4)

3.1 所选器件------------------------------------------- (4)

2 80C51芯片介绍---------------------------------------- (5)

3.3 74HC573芯片介绍------------------------------------- (5)

3.4 74HC245芯片介绍------------------------------------- (6)

3.5 74HC138芯片介绍------------------------------------- 6

3.6 8*8LED点阵介绍-------------------------------------- (6)

3.7 单片机最小系统-------------------------------------- (7)

4. 软件设计-------------------------------------------- (7)

4.1 编辑思路------------------------------------------- (7)

4.2 模拟电路图----------------------------------------- (8)

4.3 程序设计------------------------------------------- (9)

5. 系统测试-------------------------------------------- (9)

5.1 软件编译调试---------------------------------------- (9)

5.2 硬件仿真-------------------------------------------10

结束语------------------------------------------------12

致谢--------------------------------------------------13

参考文献----------------------------------------------14

附录--------------------------------------------------15

1. 绪论

1.1 电梯的概述

电梯进入人们的生活已经150年了。一个半世纪的风风雨雨，翻天覆地的是历史的变迁，永恒不变的是电梯提升人类生活质量的承诺。

1854年，在纽约水晶宫举行的世界博览会上，美国人伊莱沙·格雷夫斯·奥的斯第一次向世人展示了他的发明。他站在装满货物的升降梯平台上，命令助手将平台拉升到观众都能看得到的高度，然后发出信号，令助手用利斧砍断了升降梯的提拉缆绳。令人惊讶的是，升降梯并没有坠毁，而是牢牢地固定在半空中——奥的斯先生发明的升降梯安全装置发挥了作用。“一切安全，先生们。”站在升降梯平台上的奥的斯先生向周围观看的人们挥手致意。谁也不会想到，这就是人

类历史上第一部安全升降梯。

生活在继续，科技在发展，电梯也在进步。150年来，电梯的材质由黑白到彩色，样式由直式到斜式，在操纵控制方面更是步步出新——手柄开关操纵、按钮控制、信号控制、集选控制、人机对话等等，多台电梯还出现了并联控制，智能群控；双层轿厢电梯展示出节省井道空间，提升运输能力的优势；变速式自动人行道扶梯的出现大大节省了行人的时间；不同外形——扇形、三角形、半菱形、半圆形、整圆形的观光电梯则使身处其中的乘客的视线不再封闭。如今，以美国奥的斯公司为代表的世界各大著名电梯公司各展风姿，仍在继续进行电梯新品的研发，并不断完善维修和保养服务系统。调频门控、智能远程监控、主机节能、控制柜低噪音耐用、复合钢带环保——一款款集纳了人类在机械、电子、光学等领域最新科研成果的新型电梯竞相问世，冷冰冰的建筑因此散射出人性的光辉，人们的生活因此变得更加美好。

中国最早的一部电梯出现在上海，是由美国奥的斯公司于1901年安装的。1932年由美国奥的斯公司安装在天津利顺德酒店的电梯至今还在安全运转着。1951年，党中央提出要在天安门安装一台由我国自行制造的电梯，天津从庆生电机厂荣接此任，四个月后不辱使命，顺利地完成了任务。十一届三中全会后，沐浴着改革开放的春风，我国电梯业进入了高速发展的时期。如今，在我国任何一个城市，电梯都在被广泛应用着。电梯给人们的生活带来了便利，也为我国现代化建设的加速发展提供了强大的保障。

电梯是高层建筑中安全、可靠、垂直上下的运载工具，对改善劳动条件、减轻劳动强度起到很大的作用。电梯的应用范围很广，可用于宾馆、饭店、办公大楼、商场、娱乐场所、仓库以及居民住宅大楼等。在现代社会中，电梯已成为人类必不可少的垂直运输交通工具。

1889年，美国奥梯斯升降机公司推出了世界第一部以电动机为动力的升降机，同年在纽约市的马累特大厦安装成功，标志着电梯的诞生。

1915年已设计成功电梯自动平层控制系统。

1933年美国制造出6m/s的高速电梯。

1949年研制出4-6台电梯群控系统。

1955年出现真空电子管小型计算机控制电梯。

1962年在美国已出现8.5m/s的超高速电梯。

1967年将固体晶闸管用于电梯拖动系统。电梯使用的驱动由最初的直流电机到单速交流感应电机，后来的交流双速电机的发明，才基本满足了电梯的运行要求。

1976年将微处理器应用于电梯。

1977年日本三菱电机开发出10m/s的超高速电梯。至此，电梯的控制技术已有了很大的发展。

1.2 本文主要研究内容

本文主要是用51单片机来实现电梯控制器的设计。

课题要求和内容:

※研究内容：单片机控制技术+显示输出方法研究+电梯操作方法

※功能要求：

1）楼层的显示（可采用数码管或LCD屏或8*8点阵）与电梯运动方向显示（8*8点阵）；

2）按键模拟楼层呼叫按钮，控制电梯的上下；

3）充分考虑电梯单向行驶过程中楼层呼叫的设置规则（例如上升期间，低层按向下需等待）。

4）研究四层电梯控制器设计（四层电梯至少要分配14个按键）。

5）完成相关电路的原理图绘制。

2. 理论部分

2.1电梯原理

2.1.1 电梯工作原理

曳引绳两端分别连着轿厢和对重，缠绕在曳引轮和导向轮上，曳引电动机通过减速器变速后带动曳引轮转动，靠曳引绳与曳引轮摩擦产生的牵引力，实现轿厢和对重的升降运动，达到运输目的。固定在轿厢上的导靴可以沿着安装在建筑物井道墙体上的固定导轨往复升降运动，防止轿厢在运行中偏斜或摆动。常闭块式制动器在电动机工作时松闸，使电梯运转，在失电情况下制动，使轿厢停止升降，并在指定层站上维持其静止状态，供人员和货物出入。轿厢是运载乘客或其他载荷的箱体部件，对重用来平衡轿厢载荷、减少电动机功率。补偿装置用来补偿曳引绳运动中的张力和重量变化，使曳引电动机负载稳定，轿厢得以准确停靠。电气系统实现对电梯运动的控制，同时完成选层、平层、测速、照明工作。指示呼叫系统随时显示轿厢的运动方向和所在楼层位置。安全装置保证电梯运行安全。

2.1.2 电梯控制器工作原理

电梯控制的工作原理是通过截取电梯的控制面板, 把电梯按键或电梯预留IC控制接口直接串联在电梯控制器的输出端子上，在正常通电工作状态下,输出端子处于带电开路状态，此时电梯按键不能正常工作；当读卡器读到有效卡后,相应的输出端子恢复为接通状态, 此时按下要到达的电梯楼层按键, 电梯逻辑控制器接受到相应的楼层请求信号开始运行。

3．系统单元电路的设计

3.1 所选器件

根据设计要求及各器件所实现的功能，设计过程中所选器件主要有80C51芯片、74HC573、74HC245、74HC138、8*8LED点阵、及2*8键盘。下面将详细介绍各器件功能。

3.2 80C51芯片介绍

首先我们来介绍一下单片机的引脚图及引脚功能(如下图所示)，引脚的具体功能将在下面详细介绍。

单片机的40个引脚大致可分为4类：电源、时钟、控制和I/O引脚。

3.2.1 电源:

⑴ VCC - 芯片电源，接+5V；

⑵ VSS - 接地端；

3.2.2 时钟:

XTAL1、XTAL2 - 晶体振荡电路反相输入端和输出端。

3.2.2控制线:控制线共有4根

⑴ ALE/PROG:地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲

① ALE功能：用来锁存P0口送出的低8位地址

② PROG功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，此引脚输

入编程脉冲。

⑵ PSEN:外ROM读选通信号。

⑶ RST/VPD:复位/备用电源。

① RST（Reset）功能：复位信号输入端。

② VPD功能：在Vcc掉电情况下，接备用电源。

⑷ EA/Vpp:内外ROM选择/片内EPROM编程电源。

① EA功能：内外ROM选择端。

② Vpp功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，施加编程电源Vpp。

3.2.3 I/O线

80C51共有4个8位并行I/O端口：P0、P1、P2、P3口，共32个引脚。

P3口还具有第二功能，用于特殊信号输入输出和控制信号（属控制总线）。

3.3 74HC573芯片介绍

74HC573 逻辑图 74HC573引脚图

74HC573包含八路D 型透明锁存器，每个锁存器具有独立的D 型输入，以及适用于面向总线的应用的三态输出。所有锁存器共用一个锁存使能（LE）端和一个输出使能（OE）端。

当LE为高时，数据从Dn输入到锁存器，在此条件下，锁存器进入透明模式，也就是说，锁存器的输出状态将会随着对应的D输入每次的变化而改变。当LE

为低时，锁存器将存储D输入上的信息一段就绪时间，直到LE的下降沿来临。

当OE为低时，8个锁存器的内容可被正常输出；当OE为高时，输出进入高阻态。OE端的操作不会影响锁存器的状态。

74HC573特性：输入输出分布在芯片封装的两侧，为微处理器提供简便的接口，用于微控制器和微型计算机的输入输出口，三态正相输出，用于面向总线的应用，共用三态输出使能端。

3.4 74HC245芯片介绍

74HC245是一种三态输出、八路信号收发器,主要应用于大屏显示,以及其它的消费类电子产品中增加驱动。

第1脚DIR，为输入输出端口转换用，DIR=“1”高

电平时信号由“A”端输入“B”端输出，DIR=“0”低电

平时信号由“B”端输入“A”端输出。

第2~9脚“A”信号输入输出端，A0=B0，A7=B7，A0

与B0是一组，如果DIR=“1”OE=“0”则A1输入B1输

出，其它类同。如果DIR=“0”OE=“0”则B1输入A1

输出，其它类同。

第11~18脚“B”信号输入输出端，功能与“A”端

一样，不再描述。

第19脚OE，使能端，若该脚为“1”A/B端的信号将不导通，只有为“0”时A/B端才被启用，该脚也就是起到开关的作用。

第10脚GND，电源地。

第20脚VCC，电源正极。

3.5 74HC138芯片介绍

74HC138译码器可接受3位二进制加权地址输入（A0, A1

和A2），并当使能时，提供8个互斥的低有效输出（Y0至Y7）。

74HC138特有3个使能输入端：两个低有效（E1和E2）和一

个高有效（E3）。除非E1和E2置低且E3置高，否则74HC138

将保持所有输出为高。

3.6 8*8LED点阵介绍

只要其对应的X、Y轴顺向偏压，即可使LED发亮。例如如果想使左上LED 点亮，则Y0=1，X0=0即可。应用时限流电阻可以放在X轴或Y轴。

8*8LED点阵外观）

如图所示8×8 点阵共需要 64 个发光二极管组成，且每个发光二极管是放置在行线和列线的交叉点上，当对应的某一列置 1 电平，某一行置 0 电平，则相应的二极管就亮，通过编程控制各显示点对应 LED 阳极和阴极端的电平，就可以有效的控制各显示点的亮灭。

3.7 单片机最小系统

单片机采用80C51，最小系统包括复位电路和时钟电路两部分，其中复位电路采用按键手动复位和上电自动复位，其中9脚为单片机的复位端，电容C1按键RESET构成上电复位和手动复位电路。时钟电路中，晶振采用的是24MHZ的，C2、C3为20p瓷片电容，X1和X2分别为单片机的19和18脚。

4. 软件介绍4.1 编辑思路

编辑流程图4.2 模拟电路图

4.3 程序设计

首先，必须得合理考虑按键的响应问题。一段时间内可能有多个不同的按键有动作，程序必须记录每个按键的动作，并根据电梯本身所处的楼层情况和按键之间的位置关系，合理判断出电梯应当做出上升或下降的响应动作。

另外，当电梯上升或下降时，8*8LED点阵显示相应的电梯状态。

程序见附录。

5. 系统测试

由于所设计的基于单片机的电梯控制系统包括软件和硬件两部分，仿真时先对软件进行编译，然后再将已编译无误的软件结合硬件在一起进行仿真，完成整个系统的仿真工作。

5.1 软件编译调试

在软件调试中，采用keil仿真软件进行程序调试。

首先在keil软件中选择AT89C51作为CPU，将晶振频率设置为24MHZ,然后新建一个.c文件，将程序录入，先检查程序有无明显错误，保存后编译程序，

当有错误时就根据提示加以修改，直到程序无误，调试结束后软件调试界面如下：

5.2 硬件仿真

硬件仿真使用的是Proteus7.5.SP3,Proteus是目前最好的模拟单片机外围器件的工具，它可以仿真51系列、AVR、PIC等常用的MCU及其外围电路（如LCD,RAM,ROM,键盘，马达，LED,AD/DA,部分SPI器件）。

首先利用Proteus中的器件库完成电路的链接，如下图所示：

电梯上行

电梯下行

然后右键80C51再左键，出现“Edit Componet”，在Proteus File中单击出现文件浏览对话框，找到wo.hex文件，单击确定，完成添加文件，单击OK退出。单击仿真按钮，开始仿真，按下Start,系统开始工作，通过按按键，实现

电梯运行模拟。