【文章內(nèi)容簡介】 片機(jī) I/O口都是開漏輸出，除了 P0口都內(nèi)置弱上拉電阻，所以選擇 1K也行，電流才 5mA。但不能太 小，防止灌電流過大。 數(shù)碼管顯示電路的設(shè)計 此次采用的是共陽數(shù)碼管，陽極接公共段 ，陰極接單片機(jī)，所以，單片機(jī)需用低電平來 控制。當(dāng)然，數(shù)碼管用了 103排阻，用作上拉電阻 ， （ 103=10*10^3=10000=10K 歐姆） 并且也加了 360Ω的電阻用來限流。 數(shù)碼管 靜態(tài)時，推薦使用 1015mA；動態(tài)時， 16/1動態(tài)掃描時， 平均電流 為 45mA，峰值電流為 5060mA。 一般工作電流為 5 mA 10 mA,所以（ ） /R=I,所以 R=(230Ω 460Ω )，所以限流電阻選擇了 360Ω的。 圖 23 數(shù)碼管顯示 模塊的電路 基于單片機(jī)的模擬電梯 系統(tǒng)設(shè)計 麗水學(xué)院 2020 屆學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 電梯模擬指示燈的設(shè)計 圖 24 模擬指示燈 的電路 本次設(shè)計的指示燈共有 6個，其中一個是電源模塊的指示燈（后面會有 提到），還有一個是單片機(jī)電源指示燈，再一個是電梯正常運(yùn)行的指示 燈。這三盞燈的功能就是為了提示，不做任何 模擬，還有三盞燈分別接在 ， ， 。接在 ，當(dāng)電梯上升時，該指示燈亮，當(dāng)電梯下降時，該指示燈呈熄滅 狀態(tài)。接在 。在電梯運(yùn)行后，兩盞燈同時熄滅代表電梯正在 關(guān)門，同時亮代表正 在開門，單獨(dú) 電梯處于關(guān)門狀態(tài)，單獨(dú) 。因?yàn)榘l(fā)光二 極管接的是 5V 電源，所以限流電阻分到 3V左右的壓降，發(fā)光二極管的工作電流通常是 2 mA5mA,所以選擇了 1k的電阻，根據(jù) 電阻公式是 R=（ U－ Uf）／ I，可以算出 R=(52)/（ ~） =(600~1500) Ω ,所以電阻就選擇了 1K的，這樣的電流是 3mA，發(fā)光二極管可以正常工作。 蜂鳴器電路的設(shè)計 基于單片機(jī)的模擬電梯 系統(tǒng)設(shè)計 麗水學(xué)院 2020 屆學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 圖 25 蜂鳴器 電路 本次設(shè)計用 9012三極管驅(qū)動蜂鳴器，當(dāng)電梯到達(dá)所需樓層時， 單片機(jī)給三極管基極輸入一個低電平，此時基極的電壓小于發(fā)射級的電壓，三極管導(dǎo)通，可以使蜂鳴器作響。三極管在蜂鳴器 上 的作用是放大聲音信號。三極管是一種控制元件，主要用來控制電流的大小，當(dāng)基極電壓 UB有一個微小的變化時，基極電流 IB也會隨之有一小的變化，受基極電流 IB的控制，集電極電流 IC會有一個很大的變化，基極電流 IB越大，集電極電流 IC也越大，反之，基極電流越小，集電極電流也越小，即基極電流控制集電極電流的變化。但是集電極電流的變化比基極電流的變化大得多，這就是三極管的放大作用， 該三極管的放大倍數(shù)在 150200之間。 在 I/O口和三極管 B級之間 串接個 1K左右的電阻的作用是限制 I/O口電流，防止 I/O口過流燒壞。 因?yàn)榉澍Q器正極接 VCC，串聯(lián)的電阻選擇 1k，根據(jù)公式可以算出 I/O的電流為 5mA，再加上蜂鳴器的內(nèi)阻，電流小于 5mA，可以保證 I/O口不被燒壞。 電源電路的設(shè)計 穩(wěn)壓電路的介紹 本次設(shè)計采用的電源電路是經(jīng)典的穩(wěn)壓電路。 用一個電源適配器直接將 220V 的交流電轉(zhuǎn)換成9V，然后接入板子上，一開始的設(shè)計是用兩個電 源，將單片機(jī)跟電機(jī)的電源分開，但考慮到了 經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性，用了這個模塊，只需一個電源輸 入 即可。 9V的電可以直接供給 H橋驅(qū)動，串聯(lián)一個二極管可以有效防止反接，然后電壓經(jīng)過 輸入端 濾波，由穩(wěn)壓芯片 7805 輸出 ，再由輸出端濾波輸出5V 直流電給單片機(jī)供電。 這里的電阻選擇 1K 跟上面講到的發(fā)光二極管的電阻選擇一樣，都 是限流的。 基于單片機(jī)的模擬電梯 系統(tǒng)設(shè)計 麗水學(xué)院 2020 屆學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 圖 26 電源 電路 穩(wěn)壓芯片的介紹 此次采用的是 7805 三端穩(wěn)壓集成電路，三端 IC是指這種穩(wěn)壓用的集成電路，只有三條引腳輸出，分別是輸入端、接地端和輸出端。用 78/79系列三端穩(wěn)壓 IC來組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，電路內(nèi)部還有過流、過熱及調(diào)整管的保護(hù)電路，使用起來可靠 、方便，而且價格便宜。該系列集成穩(wěn)壓 IC 型號中的 78 或 79后面的數(shù)字代表該三端集成穩(wěn)壓電路的輸出電壓，如 7805表示輸出電壓為正 5V， 7905表示輸出電壓為負(fù) 5V。在實(shí)物制作中，在 7805上安裝了散熱器，為了防止溫度過高時，穩(wěn)壓性能變差。 圖 27 穩(wěn)壓芯片 7805 H 橋驅(qū)動電路的設(shè)計 光耦的介紹 基于單片機(jī)的模擬電梯 系統(tǒng)設(shè)計 麗水學(xué)院 2020 屆學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 圖 28 光耦內(nèi)部圖 光耦。它是以光為媒介來傳輸電信號的器件，通常把發(fā)光器（紅外線發(fā)光二極管 LED）與受光器（光敏半導(dǎo)體管）封裝在同一管殼內(nèi)。當(dāng)輸入端加電信號時發(fā)光器發(fā)出光線，受光 器接受光線之后就產(chǎn)生光電流，從輸出端流出，從而實(shí)現(xiàn)了“電 — 光 — 電”轉(zhuǎn)換。以光為媒介把輸入端信號耦合到輸出端的光電耦合器。 這次設(shè)計時本來采用要用驅(qū)動芯片 L298N 來驅(qū)動電機(jī)的，但考慮到自己動手接觸過 H橋電路之后會有更深的了解，后又改用 H橋。但是剛好有同學(xué)也是用 H 橋驅(qū)動電機(jī)的，所以就加了光耦。跟原先的 H 橋相比，穩(wěn)定性又有所提升。光耦的主要作用 就是強(qiáng)弱電的隔離，因?yàn)閱纹瑱C(jī)是小功率的芯片，而電機(jī)是大功率的 ，所以光耦可以有效的起到 隔離 作用。 光耦合器的主要優(yōu)點(diǎn)是：信號單向傳輸，輸入端與輸出端完全實(shí)現(xiàn)了電氣隔離，輸出信 號對輸入端無影響，抗干擾能力強(qiáng)，工作穩(wěn)定，無觸點(diǎn)，使用壽命長，傳輸效率高。光耦合器是 70 年代發(fā)展起來產(chǎn)新型器件，現(xiàn)已廣泛用于電氣絕緣、電平轉(zhuǎn)換、級間耦 合、驅(qū)動電路 開關(guān)電路、斬波器、多諧振蕩器、信號隔離、級間隔離 、 脈沖放 大電路、數(shù)字儀表、遠(yuǎn)距離信號傳輸、脈沖放大 、固態(tài)繼電器 (SSR）、儀器儀表、通信設(shè)備及微機(jī)接口中。 在單片開關(guān)電源 中，利用線性光耦合器可構(gòu)成光耦 反饋電路 ，通過調(diào)節(jié)控制端電流來改變占空比，達(dá)到精密穩(wěn)壓目的 [2]。 如上圖， 二極管負(fù)極 接 VCC， 二極管正極 接單片機(jī) I/O口， 發(fā)射極 接地， 集電極 接入 H橋 電路。當(dāng)電梯需要上升或者下降時，給 二極管正極 輸入一個高電平或者低電平，控制二極管的通 斷。假如芯片給 二極管正極 的是低電平，此時二極管導(dǎo)通，然后三極管也 導(dǎo)通，因?yàn)?發(fā)射極 是接地的，所以集電極 端也是低電平。將此信號傳輸給 H 橋。光耦在電路中一左一右兩個，給左邊的 光耦 輸入低電平了，那右邊的就是要輸入高電平，這樣才能 維持電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，這個在下面的 H 橋電路設(shè)計中會解釋。 H 橋驅(qū)動電路的介紹 基于單片機(jī)的模擬電梯 系統(tǒng)設(shè)計 麗水學(xué)院 2020 屆學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 圖 29 H 橋驅(qū)動電路圖 如上為本次設(shè)計的 H 橋驅(qū)動電路。 電路得名于“ H 橋驅(qū)動電路”是因?yàn)樗男螤羁崴谱帜?H。 4個三極管組成 H的 4條垂直腿，而電機(jī)就是 H中的橫杠 。在橋路 左邊加了一個 NPN三極管 Q12和 PNP三極管 Q8，右邊也同樣加了 Q7 和 Q11,可以更有效的 控制和 保護(hù)電路。 要使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，必須是一條對角線上的三極管導(dǎo)通。 下面，我們用一個例子來解釋下 H橋電路的工作原理。假設(shè)左邊是低電平，那相對應(yīng)的右邊為高電平。所以左邊的光耦 C 腳輸入低電平，右邊的光耦內(nèi)的三極管不導(dǎo)通。因?yàn)镻NP是低電平導(dǎo)通，所以左邊第一個三極管 Q8導(dǎo)通，因?yàn)橄旅娲?lián)一個電阻，所以呈高電平狀態(tài)，所以左邊第二個三極管 Q12導(dǎo)通，所以， H橋中右下角的三極管 Q14也導(dǎo)通，左上角的三極管 Q9的基極 B 經(jīng)過了三個電阻，而他的發(fā)射極只經(jīng)過一個電阻，所以基極的電壓相對的低于發(fā)射極，所以左上角的三極管 Q9也導(dǎo)通。所以電機(jī)可以運(yùn)轉(zhuǎn)。接下來要驗(yàn)證右上角的三極管 Q10和左下角的三極管 Q13不導(dǎo)通，因?yàn)楣怦畈粚?dǎo)通，所以右邊第一個三極管 Q7沒有構(gòu)成回路，所以不導(dǎo)通，右邊第二個三極管 Q11和 H橋右上角的三極管 Q10 同理也不導(dǎo)通，左下角的三極管 Q13 B級沒電壓，所以也不導(dǎo)通，所以，當(dāng)左邊輸入低電平，右邊輸入高電平時，左上角和右下角的三極管 Q9， Q14 導(dǎo)通，電機(jī)正轉(zhuǎn)。反之，電機(jī)反轉(zhuǎn)。四個并 聯(lián) 在 H橋三極管兩端 的二極管起到 續(xù)流保護(hù) 的作用。 基于單片機(jī)的模擬電梯 系統(tǒng)設(shè)計 麗水學(xué)院 2020 屆學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 第三章 電梯系統(tǒng)的控制程序設(shè)計 程序流程圖 主程序流程圖 當(dāng)電梯上電了之后，程序開始執(zhí)行，數(shù)碼管顯示為 1樓，同時開始掃描鍵盤，判斷是否有按鍵按下， 當(dāng)有按鍵按下后，根據(jù)按鍵修改變量，然后電梯運(yùn)行，同時數(shù)碼管顯示相應(yīng)樓層，當(dāng)?shù)诌_(dá)所需樓層樓層后，開始開門，同時蜂鳴器發(fā)出聲音，提示已到 達(dá)。然后循環(huán)以上過程。 中斷程序流程圖 開始 初始化 掃描鍵盤查詢變量，調(diào)用子程序 電梯運(yùn)行 基于單片機(jī)的模擬電梯 系統(tǒng)設(shè)計 麗水學(xué)院 2020 屆學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 當(dāng)有鍵按下之后，中斷開始，修改變量，然后電機(jī)開始轉(zhuǎn)，電梯運(yùn)行，當(dāng)電梯到達(dá)所需樓層后，中斷結(jié)束，電梯開始開門，同時蜂鳴器發(fā)出聲音提示到達(dá)。然后循環(huán)上述過程。 電梯運(yùn)行流程圖 入口 鍵盤掃描 有鍵按下 ？ 修改請求變量 電梯運(yùn)行 返回 N Y 基于單片機(jī)的模擬電梯 系統(tǒng)設(shè)計 麗水學(xué)院 2020 屆學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 當(dāng)有鍵按下，電梯開始運(yùn)行時，先關(guān)門，然后電梯運(yùn)行， 數(shù)碼管顯示電梯所在位置，當(dāng)?shù)竭_(dá)所需樓層時，電梯門打開，并且蜂鳴器發(fā)出聲音，提示到達(dá)。 入口 電機(jī)運(yùn)行 關(guān)門 是否到達(dá)所需樓層 ？ 開門 返回 數(shù)碼管顯示樓層 N Y 基于單片機(jī)的模擬電梯 系統(tǒng)設(shè)計 麗水學(xué)院 2020 屆學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 第四章 系統(tǒng)的調(diào)試 系統(tǒng)調(diào)試過程 軟件調(diào)試 程序在調(diào)試的時候會出現(xiàn)很多錯誤，書寫格式上的疏忽或者循環(huán)錯誤及參數(shù)表語法錯誤等等，此次的程序是在 keil中編譯完成的，在編寫好程序之后，出現(xiàn)的錯誤很多，比如“ Declaration missing ” “Do statement must have while”“ unction call missing”等等一大堆，然后自己根據(jù)這些提示去查找錯誤， 然后一點(diǎn)點(diǎn)的修改，最后成功編譯，當(dāng)編譯成功之后 仿真然后 在開發(fā)板上進(jìn)行調(diào)試，一開始的時候一些功能實(shí)現(xiàn)不了，比如開門關(guān)門的狀態(tài)跟自己預(yù)先想的完全反了，后面又去程序中修改，這樣反反復(fù)復(fù)直到功能全部實(shí)現(xiàn) [5]。 系統(tǒng)仿真 此次系統(tǒng)仿真用的是 protues進(jìn)行仿真的，首先用 keil編譯程序產(chǎn)生 hex文件并保存，然后在protues 上畫出仿真圖，導(dǎo)入程序并進(jìn)行仿真，一開始仿真的時候 是 使用 L298N 進(jìn)行仿真的，正在關(guān)門的狀態(tài)顯示不出來，去查了正在關(guān)門的程序，是直接把那個和關(guān)門的程序?qū)懸粯恿?，修改過來之后就好了， 后來因?yàn)樵O(shè)計的更改，采用了 H橋驅(qū)動電路的仿真仿真圖 如下 ： [7] 圖 41 仿真圖片 硬件調(diào)試 在調(diào)試過程中，一開始的時候蜂鳴器一直不響，一開始以為蜂鳴器是壞的，用萬用表的二極管檔測了之后發(fā)現(xiàn)蜂鳴器能響，然后又看三極管，接法也沒錯誤，最后去檢查了程序的 I/O 口才發(fā)現(xiàn)是 I/O 口定義錯了，本來是應(yīng)該定義 的，程序上寫成了 。將這個改過來之后蜂鳴器就能基于單片機(jī)的模擬電梯 系統(tǒng)設(shè)計 麗水學(xué)院 2020 屆學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文） 22 響了。 還有就是電機(jī)只會正轉(zhuǎn)，不會反轉(zhuǎn)，然后找到當(dāng)電機(jī)反轉(zhuǎn)時電流的流向，后來發(fā)現(xiàn)光耦接反了，按照那個接法，光耦內(nèi)的三極管會一直處于斷路狀態(tài)，所以無法驅(qū)動 H 橋內(nèi)的電機(jī)。當(dāng)全部修改 好之后，電梯就可以正常運(yùn)行了。 系統(tǒng) 調(diào)試 成果 當(dāng)插上電源的時候，電梯顯示的樓層在 1 樓，電梯運(yùn)行指示燈亮，電源指示燈亮，電源模塊的二極管也亮，圖片如下： 圖 42 調(diào)試圖片 假設(shè)我在 4 樓，現(xiàn)在我要到 1 樓去，我按下 4 樓下召喚按鈕，然后電機(jī)反轉(zhuǎn)，電梯到達(dá) 4樓，基于單片機(jī)的模擬電梯 系統(tǒng)設(shè)計 麗水學(xué)院 2020 屆學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 圖片如下： 圖 43 調(diào)試圖片 進(jìn)入門后，按下 1樓按鍵 ，電梯運(yùn)行，圖片如下： 圖 44 調(diào)試圖片 其他的各個功能也都能正常運(yùn)行，這樣調(diào)試就好了。 最后附上完成后的實(shí)物圖，如下： 基于單片機(jī)的模擬電梯 系統(tǒng)設(shè)計 麗水學(xué)院 2020 屆學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文） 24