【文章內(nèi)容簡介】 點(diǎn)出現(xiàn)抖動的時(shí)候，檢測按鍵的通和斷的情況，就可能會出現(xiàn)判斷錯(cuò)誤。即按鍵的每一次釋放或按下都有被錯(cuò)誤地認(rèn)定 是很多次操控的可能性，這樣的情況在開發(fā)的過程中不應(yīng)該發(fā)生的。所以為了避免按鍵的觸點(diǎn)發(fā)生的機(jī)械性抖動帶來的的檢測性錯(cuò)誤判斷，就必須用消除抖動的一些措施。這一點(diǎn)就可從硬件上和軟件上兩方面來考慮了。這樣在鍵數(shù)比較少的時(shí)候，可以采取硬件消抖的方式，但當(dāng)鍵數(shù)較多的時(shí)候，就得要采用軟件消抖的方式。 在硬件方面上可以采用在按鍵的輸出端加一個(gè) RS 觸發(fā)器 (即為雙穩(wěn)態(tài)的觸發(fā)器 )或者單穩(wěn)態(tài)的觸發(fā)器所構(gòu)成消除抖動的電路。 用軟件來采取的措施是：當(dāng)在測試下到有按鍵被按下的時(shí)候，會采用一個(gè) 10 ms 左右的延時(shí)程序（具體時(shí)間可以通過使 用的按鍵來調(diào)節(jié)）。再確認(rèn)這個(gè)按鍵的電平是否仍然持續(xù)著一個(gè)閉合的電平。若仍然持續(xù)著一個(gè)閉合的電平，則確認(rèn)此按鍵這會正處在一個(gè)閉合著的情況下。同理所示，當(dāng)按鍵被釋放以后，也要采用相同的措施來確認(rèn)，這樣也可以去除抖動對開發(fā)的不利因素。 鍵盤的一個(gè)完整的控制程序應(yīng)該所具備以下的功能： (1) 檢測有沒有按鍵被按下，應(yīng)該采取軟件或是硬件消抖的方式來避免不利的影響。 (2) 有著可靠的邏輯性處理，每次只是處理了一個(gè)按鍵，其間會對任何其它按鍵的使用對系統(tǒng)也不會發(fā)生影響，而且無論到底一次按鍵的時(shí)間到底有多久，系統(tǒng)也僅會執(zhí)行 僅有一次的按鍵功能的程序。 大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 (3) 準(zhǔn)確的輸出按鍵值，以滿足跳轉(zhuǎn)指令要求。 在單片機(jī)中如果只用為數(shù)不多的幾個(gè)按鍵，就可以采用獨(dú)立式的按鍵。 獨(dú)立按鍵是一個(gè)直接連接 I/O 口組成為的單獨(dú)按鍵電路。其特點(diǎn)就是每一個(gè)按鍵會單獨(dú)占用了一根 I/O 口，每一個(gè)按鍵的按下并不會影響到別的 I/O 口的狀態(tài)。 獨(dú)立式的按鍵所配置的電路十分靈活，軟件結(jié)構(gòu)也很簡單，但是每一個(gè)按鍵都必須占有一根 I/O 口，因此，在按鍵如果較多的時(shí)候， I/O 口就會浪費(fèi)很大，所以不宜被采用。 (2) 矩陣式的鍵盤 I/O 端線可以分之為行線和列線。按鍵的跨接是 在行線上和列線上，按鍵按下的時(shí)候，行線和列線會產(chǎn)生電路短路。 矩陣式的鍵盤特點(diǎn)： (1)占用 I/O 口比較少。 (2)軟件結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。 (3)適用在按鍵比較多的時(shí)候。 鍵盤掃描的控制方式： (1)程序控制的掃描方式 按鍵處理的程序是固定在主程序上的某一段程序。 其特點(diǎn)是：對 CPU 工作比較影響小，但是應(yīng)該考慮在鍵盤上處理程序的運(yùn)行所用的間隔周期不要太長了，否則就會影響到對按鍵輸入響應(yīng)的及時(shí)性。 (2)中斷控制方式 中斷控制的方式是利用了外部中斷源來響應(yīng)按鍵輸入的信號。 特點(diǎn)：克服了前兩種的控制方式可能產(chǎn)生的空 掃描以及不能夠及時(shí)地響應(yīng)按鍵輸入的缺點(diǎn)，既能夠及時(shí)處理按鍵的輸入，又可以提高 CPU 運(yùn)行的效率，但要占用一個(gè)十分寶貴的中斷源。 (3)定時(shí)控制的掃描方式 利用定時(shí)器或計(jì)數(shù)器在每隔的一段時(shí)間產(chǎn)生一個(gè)定時(shí)中斷， CPU 響應(yīng)中斷以后對鍵盤進(jìn)行掃描。 特點(diǎn)：在掃描的間隔里，前一個(gè)用 CPU 工作程序來填補(bǔ)，后一個(gè)用定時(shí) /計(jì)數(shù)器定時(shí)來操控。但是如果定時(shí)的時(shí)間太長的話，就會影響到按鍵的反應(yīng)和速度處理性。 大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 第 3 章 系統(tǒng)需求分析 系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo) 將電梯的樓層控制由用戶來選擇，用按鍵來控制選擇的樓層情況，同時(shí)數(shù)碼管顯示當(dāng)前樓 層，電機(jī)帶動電梯的上下行， LED 燈顯示選擇的樓層，到達(dá)對應(yīng)樓層是 LED 燈熄滅，蜂鳴器發(fā)聲，電機(jī)停止工作，停留一段時(shí)間后，電梯繼續(xù)運(yùn)行。 系統(tǒng)功能需求 根據(jù)需求調(diào)研結(jié)果確定本系統(tǒng)主要包括以下功能模塊。 顯示模塊： 根據(jù)用戶的選擇來顯示對應(yīng)的樓層，并隨著電梯的運(yùn)行，數(shù)碼管顯示的樓層數(shù)字會發(fā)生變化， LED 燈顯示所選擇的樓層，被用戶選擇時(shí) LED 燈亮起，當(dāng)?shù)竭_(dá)所選樓層時(shí)LED 熄滅，數(shù)碼管會停留在所在的層數(shù)。 鍵盤模塊： 設(shè)定鍵盤按鍵對應(yīng)不同的樓層，當(dāng)用戶鍵入所對應(yīng)的樓層時(shí)，系統(tǒng)將其轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的信號來操控顯示模 塊及電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。 電機(jī)模塊： 當(dāng)鍵盤鍵入時(shí)，系統(tǒng)會擇優(yōu)選擇一個(gè)最佳的上下行線路，根據(jù)不同的樓層情況來決定電梯上行還是下行，對應(yīng)的電機(jī)是正傳還是反轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)好電機(jī)每次運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)間跟所模擬的電梯樓層高度同步。 以下是本系統(tǒng)的 模塊連接圖 ，如圖 所示。 單 片 機(jī)鍵盤模塊電機(jī)模塊顯示模塊 圖 模塊連接圖 大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境 硬件環(huán)境： 450*2MHZ/40G/1024MB/40G/ 軟件環(huán)境： Windows XP， KEIL, STCISP 開發(fā)用板： TX1C 單片機(jī) 系 統(tǒng)可行性分析 技術(shù)可行性 本系統(tǒng)采用的是 89C51 體系結(jié)構(gòu)的單片機(jī)，由于只是完成一些比較基本的操作，所以對單片機(jī)的選擇上并沒有很苛刻的要求，最終決定使用性價(jià)比都很高的 STC89C52RC單片機(jī)來進(jìn)行開發(fā)試驗(yàn)。在電路的搭載上我們使用比較基本的模塊就可以了，根據(jù)之前所描述的系統(tǒng)模塊，我們發(fā)現(xiàn)要有顯示、鍵盤和電機(jī)三大組成部分。所以我們可以進(jìn)行電路部分的組成，分別由數(shù)碼管、 LED 作為顯示部分， 4 個(gè)獨(dú)立鍵盤作為鍵盤部分，帶有放大功能的 ULN2021 芯片和步進(jìn)電機(jī)作為電機(jī)部分。在進(jìn)行開發(fā)的時(shí)候可以通過單片機(jī) 的開發(fā)板來進(jìn)行軟件方面的測試，把系統(tǒng)所用到的步進(jìn)電機(jī)跟開發(fā)板相連。使用KEIL 軟件來進(jìn)行程序的編譯。開始可以分模塊進(jìn)行試驗(yàn)測試，從比較簡單的地方開始弄。比如驅(qū)動對應(yīng)的數(shù)碼管， LED 燈及蜂鳴器，并記錄對應(yīng)所占用的端口。然后可以把鍵盤加上，通過鍵盤的按鍵來控制數(shù)碼管和 LED 的顯示，及蜂鳴器的響應(yīng)。通過調(diào)試進(jìn)行算法的對比，測試是否符合系統(tǒng)的流程需要，最后在把步進(jìn)電機(jī)帶上。 在進(jìn)行系統(tǒng)測試的時(shí)候要通過使用 STCISP 軟件來下載至板子上進(jìn)行功能的驗(yàn)證與實(shí)現(xiàn)。此系統(tǒng)當(dāng)中最主要難點(diǎn)是在樓層的擇優(yōu)算法上面，如何選擇能夠 最簡單方便的達(dá)到所在的樓層，從而達(dá)到節(jié)約時(shí)間以及成本是本次課題的關(guān)鍵。 經(jīng)濟(jì)可行性 本系統(tǒng)在開發(fā)的過程中所使用的軟件是免費(fèi)的，硬件是 TX1C 開發(fā)板，價(jià)錢適中，在學(xué)生的接受范圍之內(nèi)。所用的步進(jìn)電機(jī)是 28BYJ48，價(jià)錢上不是很貴，所用的模型是在院外實(shí)習(xí)的過程中用數(shù)控和簡單的機(jī)械加工完成的。所以在此次研發(fā)的過程中，經(jīng)濟(jì)方面并沒有太大的問題，作為學(xué)生的我們都是可以承受的了的，無任何憂慮。 大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 第 4 章 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)指導(dǎo)原則 先進(jìn)性 隨著科學(xué)技術(shù)和人文水平的日益發(fā)展，嵌入式產(chǎn)品已 被廣大的人們所使用。無論是各個(gè)層次年齡的人群都會看到嵌入式的影子，所以在今天這種科技水平發(fā)展迅猛的年代，新鮮的事物應(yīng)被更多的人都了解并使用在生活當(dāng)中。本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)就是用到了嵌入式的產(chǎn)品，最小的應(yīng)用系統(tǒng)單片機(jī)，利用單片機(jī)的核心處理器來控制并實(shí)現(xiàn)所需的功能。 可靠性及安全性 許多的應(yīng)用系統(tǒng)就是著用這種成本低，體積小的單片機(jī)機(jī)構(gòu)來完成高性能的控制，在很多尖端的領(lǐng)域更是用到了專用單片機(jī)來完成其他電路系統(tǒng)完成不了的工作任務(wù)。由于單片機(jī)本身的特點(diǎn)抗干擾能力強(qiáng)，適用溫度范圍寬，在各種惡劣的環(huán)境下都能夠可靠高效的 工作，所以在本系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)過程中用到的單片機(jī)安全性極高。 體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 系統(tǒng)體系架構(gòu)如圖 所示。 單 片 機(jī)按 鍵 控 制 步 進(jìn) 電 機(jī)數(shù) 碼 管 顯 示L E D蜂 鳴 器 圖 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu) 硬件設(shè)計(jì) STC89C52RC 單片機(jī) 單片機(jī)的種類繁多，功能上也有著很大的不同，我們學(xué)習(xí)使用的都是 51 內(nèi)核的單片機(jī)。 ATMEL 公司的 89 系列單片機(jī)是以 8051 為內(nèi)核構(gòu)成的，其芯片引腳和 MSC51的單片機(jī)是一樣的。由于 89 系列單片機(jī)內(nèi)含 Flash 存儲器，在開發(fā)的過程中可以很容易的進(jìn)行修改調(diào)試，所以 大大的簡化了系統(tǒng)的開發(fā)時(shí)間，對于我們來說 89c51 就是一個(gè)不大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 錯(cuò)的選擇，不過在價(jià)格方面 AT89C51 比較的貴，相對而言，國內(nèi)的 STC 公司的的 89c51系列的單片機(jī)就便宜的多，在此我選擇了性價(jià)比都很高的 STC89C52RC 單片機(jī)進(jìn)行開發(fā)。 以下就是 STC89C51RC 的管腳圖，如圖 所示。 圖 STC89C52RC 管腳圖 單片機(jī) STC89C52RC 有 256KB 的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器， 8KB 的片內(nèi)程序存儲器。因此在構(gòu)成單片機(jī)的最小應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)候，也不在需要在單片機(jī)的外部擴(kuò)展片外存儲器。 單片機(jī) STC89C52RC 中有四個(gè) 8 位雙向 I/O 接口。 P0P3 這四個(gè)接口可以作為輸入，也可以作為輸出?？梢园?8 位地址處理，也可以按位處理。 P0 口也可以作數(shù)據(jù) /地址線使用， P2 口也可以作地址線使用。 RST：上電復(fù)位端。當(dāng)單片機(jī)振蕩時(shí)，輸入連續(xù)的兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平，單片機(jī)就可實(shí)現(xiàn)復(fù)位初始化操作。 XTAL1：振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘電路輸入端。 XTAL2：振蕩器反相放大器輸入端。 大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 /EA：訪問外部程序存儲器控制信號，低電平有效。 /PSEN：外部程序存儲器選通信號，低電平有效。 ALE：地址鎖存控制信 號輸出端。 VCC：電源電壓。 GND：接地。 電機(jī)模塊設(shè)計(jì) 此設(shè)計(jì)在最初選用電機(jī)時(shí)有兩個(gè)方案，分別如下。 方案一：電機(jī)選用直流電機(jī)。 直流電機(jī)雖然轉(zhuǎn)速方面比步進(jìn)電機(jī)強(qiáng)很多，而且在編程上也十分的容易控制，但是其缺點(diǎn)也是很明確的，其一是在電機(jī)負(fù)載的承重上明顯不足，其二是在電機(jī)的控制上效果上沒有那么好，很難使其立即停止，達(dá)不到電梯定點(diǎn)停止的效果。 方案二：使用步進(jìn)電機(jī) 由于上述所描述的情況，直流電機(jī)不容易操控速度，實(shí)現(xiàn)不能立即停轉(zhuǎn)。這樣用步進(jìn)電機(jī)利用程序的控制下就能很輕松的客服上述的難題了。 再者， 本設(shè)計(jì)重在模擬電梯的運(yùn)行，對電機(jī)的載重的要求不是很嚴(yán)格。只用步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)就行，所以選擇了 28BYJ48 作為本設(shè)計(jì)的電機(jī)。 以下是 28BYJ48 的實(shí)物圖，如圖 所示。 大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 圖 28BYJ48 實(shí)物圖 在此紅線接電源 5V，橙色線接 口，黃色線接 口，粉色線接 口，藍(lán)色線接 口。 因?yàn)閱纹瑱C(jī)輸出的信號不夠大，不能滿足步進(jìn)電機(jī)的工作。所有要有一個(gè) ULN2021來放大后再連接至對應(yīng)的電機(jī)接口上。 以下是電機(jī)驅(qū)動部分，如圖 所示。 圖 電機(jī)驅(qū)動電路 大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 顯示模 塊設(shè)計(jì) 此設(shè)計(jì)的顯示模塊用到了 LED 數(shù)碼管，這是由 LED 發(fā)光二極管組合而成顯示字符的器件，它使用了 8 個(gè) LED 的發(fā)光二極管， 1 個(gè)用于顯示小數(shù)點(diǎn)，另外 7 個(gè)用于顯示字符。 LED 數(shù)碼管的連接方式有共陰極和共陽極兩種。當(dāng)發(fā)光二極管的陽極是高電平時(shí)發(fā)光二極管被點(diǎn)亮。共陽極陽極接 +5V，每個(gè)發(fā)光二極管的陰極通過電阻和輸入端相連接。當(dāng)陰極端是低電平時(shí)發(fā)光二極管被點(diǎn)亮。 此設(shè)計(jì)只用到了一個(gè)數(shù)碼管來顯示樓層，所有只用到一個(gè)鎖存器 74HC573 就可以了。 以下是顯示模塊和鎖存器，如 ， 所示。 圖 顯示模塊 圖 鎖存器 D0D7 為輸入端。 Q0Q7 為輸出端。 E 為輸出使能端，輸入高電平輸出關(guān)閉，輸入低電平有效。 L 為輸出輸入使能端，當(dāng)端口為高電平時(shí)，輸出值跟 D0D7 一樣，當(dāng)端口為低電平大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 時(shí)，輸出保持之前的狀態(tài)。 按鍵模塊設(shè)計(jì) 在本設(shè)計(jì)中由于需要用到的按鍵只有 4 個(gè)，所有在此不需要用到矩陣鍵盤，只需要4 個(gè)獨(dú)立按鍵就可以了，分別來代表 4 個(gè)樓層。 以下是獨(dú)立按鍵的原理圖，如圖 所示。 圖 獨(dú)立按鍵原理圖 四個(gè)按鍵分別對應(yīng)著 。 此處為低電平有效 。此處還有一個(gè)很重要的問題，在使用的過程中會遇到按鍵抖動，可能會出現(xiàn)按鍵不明顯或達(dá)不到預(yù)期想法的情況，此時(shí)要做的就是防抖，正如之前第二章所述的一樣，在按鍵按下或釋放的時(shí)候，由于機(jī)械彈性作用的影響，會有一定時(shí)間的觸點(diǎn)機(jī)械抖動，抖動的時(shí)間在 510ms，所以為了使其不會導(dǎo)致判斷出錯(cuò)，我們在程序里要加上一個(gè) 510 秒的延遲，這樣才會進(jìn)行正確的程序處理。 LED 燈電路設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)需要使用 LED 燈來顯示所選樓層的情況，亮代表所選，滅代表沒有選擇或者已到達(dá)所選的位置。 LED 燈其實(shí)就是發(fā)光二極管，只要讓其對應(yīng) 的端口至成低電平就可以發(fā)光了。 以下是 LED 發(fā)光二極管的原理圖，如圖 所示。 大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 圖 LED 發(fā)光二極管 蜂鳴器電路設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)要在電梯達(dá)到所需層數(shù)時(shí)發(fā)出聲響來表明電梯已到，所以要用到蜂鳴器。蜂鳴器是用一個(gè) PNP 三極管來驅(qū)動的。集電極（ C 級）通過蜂鳴器的線圈接上 5V 的電源?；鶚O（ B 級）是控制端。發(fā)射級（ E 級）用來接地。當(dāng)三極管的 C、 B 級 PN 結(jié)處在正偏時(shí)， PN 結(jié)就導(dǎo)通了。即控制端為低電平時(shí)，三極管導(dǎo)通，故蜂鳴器發(fā)出聲