【文章內(nèi)容簡介】 是否仍然持續(xù)著一個閉合的電平。若仍然持續(xù)著一個閉合的電平，則確認此按鍵這會正處在一個閉合著的情況下。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，這樣也可以去除抖動對開發(fā)的不利因素。鍵盤的一個完整的控制程序應(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間到底有多久，系統(tǒng)也僅會大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）6執(zhí)行僅有一次的按鍵功能的程序。(3) 準確的輸出按鍵值，以滿足跳轉(zhuǎn)指令要求。在單片機中如果只用為數(shù)不多的幾個按鍵，就可以采用獨立式的按鍵。獨立按鍵是一個直接連接 I/O 口組成為的單獨按鍵電路。其特點就是每一個按鍵會單獨占用了一根 I/O 口，每一個按鍵的按下并不會影響到別的 I/O 口的狀態(tài)。獨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，但是每一個按鍵都必須占有一根 I/O 口，因此，在按鍵如果較多的時候，I/O 口就會浪費很大，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，按鍵按下的時候，行線和列線會產(chǎn)生電路短路。矩陣式的鍵盤特點：(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：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地響應(yīng)按鍵輸入的缺點，既能夠及時處理按鍵的輸入，又可以提高 CPU 運行的效率，但要占用一個十分寶貴的中斷源。(3)定時控制的掃描方式利用定時器或計數(shù)器在每隔的一段時間產(chǎn)生一個定時中斷，CPU 響應(yīng)中斷以后對鍵盤進行掃描。特點：在掃描的間隔里，前一個用 CPU 工作程序來填補，后一個用定時/計數(shù)器定時來操控。但是如果定時的時間太長的話，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（論文）7第 3 章　系統(tǒng)需求分析 系統(tǒng)設(shè)計目標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，同時數(shù)碼管顯示當(dāng)前樓層，電機帶動電梯的上下行，LED 燈顯示選擇的樓層，到達對應(yīng)樓層是 LED燈熄滅，蜂鳴器發(fā)聲，電機停止工作，停留一段時間后，電梯繼續(xù)運行。 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 LED 燈亮起，當(dāng)?shù)竭_所選樓層時 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，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的運轉(zhuǎn)。電機模塊：當(dāng)鍵盤鍵入時，系統(tǒng)會擇優(yōu)選擇一個最佳的上下行線路，根據(jù)不同的樓層情況來決定電梯上行還是下行，對應(yīng)的電機是正傳還是反轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)好電機每次運轉(zhuǎn)的時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。單片機鍵盤模塊電機模塊 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（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 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，由于只是完成一些比較基本的操作，所以對單片機的選擇上并沒有很苛刻的要求，最終決定使用性價比都很高的STC89C52RC 單片機來進行開發(fā)試驗。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、鍵盤和電機三大組成部分。所以我們可以進行電路部分的組成，分別由數(shù)碼管、LED 作為顯示部分，4 個獨立鍵盤作為鍵盤部分，帶有放大功能的 ULN2022 芯片和步進電機作為電機部分。在進行開發(fā)的時候可以通過單片機的開發(fā)板來進行軟件方面的測試，把系統(tǒng)所用到的步進電機跟開發(fā)板相連。使用 KEIL 軟件來進行程序的編譯。開始可以分模塊進行試驗測試，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，最后在把步進電機帶上。 在進行系統(tǒng)測試的時候要通過使用 STCISP 軟件來下載至板子上進行功能的驗證與實現(xiàn)。此系統(tǒng)當(dāng)中最主要難點是在樓層的擇優(yōu)算法上面，如何選擇能夠最簡單方便的達到所在的樓層，從而達到節(jié)約時間以及成本是本次課題的關(guān)鍵。 經(jīng)濟可行性本系統(tǒng)在開發(fā)的過程中所使用的軟件是免費的，硬件是 TX1C 開發(fā)板，價錢適中，在學(xué)生的接受范圍之內(nèi)。所用的步進電機是 28BYJ48，價錢上不是很貴，所用的模型是在院外實習(xí)的過程中用數(shù)控和簡單的機械加工完成的。所以在此次研發(fā)的過程中，經(jīng)濟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（論文）9第 4 章　系統(tǒng)設(shè)計 系統(tǒng)設(shè)計指導(dǎo)原則 先進性隨著科學(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)計就是用到了嵌入式的產(chǎn)品，最小的應(yīng)用系統(tǒng)單片機，利用單片機的核心處理器來控制并實現(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，體積小的單片機機構(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)。由于單片機本身的特點抗干擾能力強，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)的實現(xiàn)過程中用到的單片機安全性極高。 體系結(jié)構(gòu)設(shè)計系統(tǒng)體系架構(gòu)如圖 所示。單片機按鍵控制 步進電機數(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 STC89C52RC 單片機單片機的種類繁多，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。ATMEL 公司的 89 系列單片機是以 8051 為內(nèi)核構(gòu)成的，其芯片引腳和 MSC51的單片機是一樣的。由于 89 系列單片機內(nèi)含 Flash 存儲器，在開發(fā)的過程中可以很容大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）10易的進行修改調(diào)試，所以大大的簡化了系統(tǒng)的開發(fā)時間，對于我們來說 89c51 就是一個不錯的選擇，不過在價格方面 AT89C51 比較的貴，相對而言，國內(nèi)的 STC 公司的的 89c51 系列的單片機就便宜的多，在此我選擇了性價比都很高的 STC89C52RC 單片機進行開發(fā)。以下就是 STC89C51RC 的管腳圖，如圖 所示。圖 STC89C52RC 管腳圖單片機 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)成單片機的最小應(yīng)用系統(tǒng)時候，也不在需要在單片機的外部擴展片外存儲器。 單片機 STC89C52RC 中有四個 8 位雙向 I/O 接口。P0P3 這四個接口可以作為輸入，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)單片機振蕩時，輸入連續(xù)的兩個機器周期以上高電平，單片機就可實現(xiàn)復(fù)位初始化操作。 XTAL1：振蕩器反相放大器和內(nèi)部時鐘電路輸入端。大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）11XTAL2：振蕩器反相放大器輸入端。 /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。 電機模塊設(shè)計此設(shè)計在最初選用電機時有兩個方案，分別如下。方案一：電機選用直流電機。直流電機雖然轉(zhuǎn)速方面比步進電機強很多，而且在編程上也十分的容易控制，但是其缺點也是很明確的，其一是在電機負載的承重上明顯不足，其二是在電機的控制上效果上沒有那么好，很難使其立即停止，達不到電梯定點停止的效果。方案二：使用步進電機由于上述所描述的情況，直流電機不容易操控速度，實現(xiàn)不能立即停轉(zhuǎn)。這樣用步進電機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)計重在模擬電梯的運行，對電機的載重的要求不是很嚴格。只用步進電機正反轉(zhuǎn)就行，所以選擇了 28BYJ48 作為本設(shè)計的電機。以下是 28BYJ48 的實物圖，如圖 所示。大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）12圖 28BYJ48 實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，藍色線接 口。因為單片機輸出的信號不夠大，不能滿足步進電機的工作。所有要有一個ULN2022 來放大后再連接至對應(yīng)的電機接口上。以下是電機驅(qū)動部分，如圖 所示。圖 電機驅(qū)動電路大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）13 顯示模塊設(shè)計此設(shè)計的顯示模塊用到了 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 LED 的發(fā)光二極管，1 個用于顯示小數(shù)點，另外 7 個用于顯示字符。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發(fā)光二極管被點亮。共陽極陽極接+5V，每個發(fā)光二極管的陰極通過電阻和輸入端相連接。當(dāng)陰極端是低電平時發(fā)光二極管被點亮。此設(shè)計只用到了一個數(shù)碼管來顯示樓層，所有只用到一個鎖存器 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，輸出值跟 D0D7 一樣，當(dāng)端口為低電大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）14平時，輸出保持之前的狀態(tài)。 按鍵模塊設(shè)計在本設(shè)計中由于需要用到的按鍵只有 4 個，所有在此不需要用到矩陣鍵盤，只需要 4 個獨立按鍵就可以了，分別來代表 4 個樓層。以下是獨立按鍵的原理圖，如圖 所示。圖 獨立按鍵原理圖四個按鍵分別對應(yīng)著 。此處為低電平有效。此處還有一個很重要的問題，在使用的過程中會遇到按鍵抖動，可能會出現(xiàn)按鍵不明顯或達不到預(yù)期想法的情況，此時要做的就是防抖，正如之前第二章所述的一樣，在按鍵按下或釋放的時候，由于機械彈性作用的影響，會有一定時間的觸點機械抖動，抖動的時間在 510ms，所以為了使其不會導(dǎo)致判斷出錯，我們在程序里要加上一個 510 秒的延遲，這樣才會進行正確的程序處理。 LED 燈電路設(shè)計本設(shè)計需要使用 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所選的位置。LED 燈其實就是發(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（論文）15圖 LED 發(fā)光二極管 蜂鳴器電路設(shè)計本設(shè)計要在電梯達到所需層數(shù)時發(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 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，PN 結(jié)就導(dǎo)通了。即控制端為低電平時，三極管導(dǎo)通，故蜂鳴器發(fā)出聲。以下是蜂鳴器的原理圖，如圖 所示。圖 蜂鳴器原理圖 軟件設(shè)計 主流程設(shè)計軟件設(shè)計的思路為采用模塊分層的設(shè)計理念，將軟件系統(tǒng)的所有工程依次分割為單一的工程子程序，然后通過調(diào)用不同功能的子程序，來實現(xiàn)完成復(fù)雜的軟件系統(tǒng)控制與操作，這樣也更加方便高效的進行調(diào)試與修改。以下主的流程圖，如圖 所示。大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）16初始化按鍵查詢調(diào)用按鍵子程序Y返回N開始圖 主流程圖 按鍵查詢設(shè)計在本設(shè)計中，鍵盤是采用的 4 個獨立按鍵，分別對應(yīng)這 4 個所選的樓層，當(dāng)有鍵被按下的時候，會轉(zhuǎn)入相應(yīng)的功能程序當(dāng)中，這也是本設(shè)計中最為關(guān)鍵的部分，因為按鍵的鍵入會牽扯到 LED 燈的亮暗，數(shù)碼管的顯示，蜂鳴器的發(fā)生，電機的正反轉(zhuǎn)和停止。以下就是按鍵查詢的流程圖，如 所示。大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）17準備讀取按鍵按鍵是否被按下調(diào)用按鍵子程序Y控制數(shù)碼管顯示 ， L E D 點亮 ， 電機的正反轉(zhuǎn)樓層的檢測 ， 數(shù)碼管的變化到達后顯示目標樓層 ， L E D 燈熄滅 ， 電機停止返回N開始圖 按鍵查詢流程圖大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）18第 5 章　系統(tǒng)實現(xiàn) 環(huán)境配置本設(shè)計在 xp 系統(tǒng)上進行軟件開發(fā)和測試，用到了 Keil uVision2 軟件進行程序的編譯，在配置里勾選生成 Hex 可執(zhí)行文件后，再通過 STC_ISP 軟件，連接串口下載至單片機上，進行燒寫