【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ，將 VCC通過(guò) 1K 電阻并聯(lián)到按鍵上，目的是為了防止干擾，增強(qiáng)穩(wěn)定性。將輸出口保持在高電平狀態(tài)。該上拉電阻的選擇是因?yàn)閱纹瑱C(jī)電源是 5V， P口輸入電流不超過(guò)額定輸入電流即可，單片機(jī) I/O口都是開(kāi)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(guò)大。 數(shù)碼管顯示電路的設(shè)計(jì) 此次采用的是共 陽(yáng)數(shù)碼管，陽(yáng)極接公共段，陰極接單片機(jī)，所 以，單片機(jī)需用低電平來(lái)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(lái)限流。數(shù)碼管 靜態(tài)時(shí)，推薦使用 1015mA；動(dòng)態(tài)時(shí)， 16/1動(dòng)態(tài)掃描時(shí)， 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。 基于單片機(jī)的模擬電梯系統(tǒng)設(shè)計(jì) 麗水學(xué)院 2020 屆學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 圖 23 數(shù)碼管顯示模塊的電路 電梯模擬指示燈的設(shè)計(jì) 圖 24 模擬指示燈的電路 本次設(shè)計(jì)的指示燈共有 6個(gè)，其中一個(gè)是電源模塊的指示燈（后面會(huì)有 提到），還有一個(gè)是單片機(jī)電源指示燈，再一個(gè)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(shí)，該指示燈亮，當(dāng)電梯下降時(shí)，該指示燈呈熄滅 狀態(tài)。接在 。在電梯運(yùn)行后，兩盞燈同時(shí)熄滅代表電梯正在 關(guān)門，同時(shí)亮代表正在開(kāi)門，單獨(dú) 電梯處于關(guān)門狀態(tài)，單獨(dú) 的燈亮代表電梯處于開(kāi)門狀態(tài)。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。 基于單片機(jī)的模擬電梯系統(tǒng)設(shè)計(jì) 麗水學(xué)院 2020 屆學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 蜂鳴器電路的設(shè)計(jì) 圖 25 蜂鳴器電路 本次設(shè)計(jì)用 9012三極管驅(qū)動(dòng)蜂鳴器，當(dāng)電梯到達(dá)所需樓層時(shí)，單片機(jī)給三極管基極輸入一個(gè)低電平，此時(shí)基極的電壓小于發(fā)射級(jí)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(hào)。三極管是一種控制元件，主要用來(lái)控制電流的大小，當(dāng)基極電壓 UB有一個(gè)微小的變化時(shí)，基極電流 IB也會(huì)隨之有一小的變化，受基極電流 IB的控制，集電極電流 IC會(huì)有一個(gè)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(jí)之間串接個(gè) 1K左右的電阻的作用是 限制 I/O口電流，防止 I/O口過(guò)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(jì) 穩(wěn)壓電路的介紹 本次設(shè)計(jì)采用的電源電路是經(jīng)典的穩(wěn)壓電路。 用一個(gè)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(kāi)始的設(shè)計(jì)是用兩個(gè)電 源，將單片機(jī)跟電機(jī)的電源分開(kāi)，但考慮到了 經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性，用了這個(gè)模塊，只需一個(gè)電源輸 入即可。 9V的電可以直接供給 H橋驅(qū)動(dòng)，串聯(lián)一個(gè)二極管可以有效防止反 接，然后電壓經(jīng)過(guò)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(jì) 麗水學(xué)院 2020 屆學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(lái)組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，電路內(nèi)部還有過(guò)流、過(guò)熱及調(diào)整管的保護(hù)電路，使用起來(lái)可靠、方便，而且價(jià)格便宜。該系列集成穩(wěn)壓 IC 型號(hào)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(guò)高時(shí)，穩(wěn)壓性能變差。 圖 27 穩(wěn)壓芯片 7805 基于單片機(jī)的模擬電梯系統(tǒng)設(shè)計(jì) 麗水學(xué)院 2020 屆學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 H 橋驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì) 光耦的介紹 圖 28 光耦內(nèi)部圖 光耦。它是以光為媒介來(lái)傳輸電信號(hào)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(hào)時(shí)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(hào)耦合到輸出端的光電耦合器。 這次設(shè)計(jì)時(shí)本來(lái)采用要用驅(qū)動(dòng)芯片 L298N 來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的，但考慮到自己動(dòng)手接觸過(guò) H橋電路之后會(huì)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(dòng)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(hào)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(hào)對(duì)輸入端無(wú)影響，抗干擾能力強(qiáng)，工作穩(wěn)定，無(wú)觸點(diǎn)，使用壽命長(zhǎng)，傳 輸效率高。光耦合器是 70 年代發(fā)展起來(lái)產(chǎn)新型器件，現(xiàn)已廣泛用于電氣絕緣、電平轉(zhuǎn)換、級(jí)間耦 合、驅(qū)動(dòng)電路 開(kāi)關(guān)電路、斬波器、多諧振蕩器、信號(hào)隔離、級(jí)間隔離 、 脈沖放 大電路、數(shù)字儀表、遠(yuǎn)距離信號(hào)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(kāi)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(guò)調(diào)節(jié)控制端電流來(lái)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(shí)，給二極管正極輸 入一個(gè)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(shí)二極管導(dǎo) 通，然后三極管也導(dǎo)通，因?yàn)榘l(fā)射極是接地的 ，所以集電極端也是低電平。將此信號(hào)傳輸給 H 橋。光耦在電路中一左一右兩個(gè)，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(gè)在下面的 H 橋電路設(shè)計(jì)中會(huì)解釋。 基于單片機(jī)的模擬電梯系統(tǒng)設(shè)計(jì) 麗水學(xué)院 2020 屆學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 H 橋驅(qū)動(dòng)電路的介紹 圖 29 H 橋驅(qū)動(dòng)電路圖 如上為本次設(shè)計(jì)的 H 橋驅(qū)動(dòng)電路。電路得名于“ H 橋驅(qū)動(dòng)電路”是因?yàn)樗男螤羁崴谱帜?H。 4個(gè)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(gè) 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(duì)角線上的三極管導(dǎo)通。下面，我們用一個(gè)例子來(lái)解釋下 H橋電路的工作原理。假設(shè)左邊是低電平，那相對(duì)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(gè)三極管 Q8導(dǎo)通，因?yàn)橄旅娲?lián)一個(gè)電阻，所以呈高電平狀態(tài)，所以左邊第二個(gè)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(guò)了三個(gè)電阻，而他的發(fā)射極 只經(jīng)過(guò)一個(gè)電阻，所以基極的電壓相對(duì)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(lái)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(gè)三極管 Q7沒(méi)有構(gòu)成回路，所以不導(dǎo)通，右邊第二個(gè)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(jí)沒(méi)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(shí)，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(gè)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(jì) 麗水學(xué)院 2020 屆學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 第三章 電梯系統(tǒng)的控制程序設(shè)計(jì) 程序流程圖 主程序流程圖 當(dāng)電梯上電了之后，程序開(kāi)始執(zhí)行，數(shù)碼管顯示為 1樓，同時(shí)開(kāi)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(shí)數(shù)碼管顯示相應(yīng)樓層，當(dāng)?shù)诌_(dá)所需樓層樓層后，開(kāi)始開(kāi)門，同時(shí)蜂鳴器發(fā)出聲音，提示已到達(dá)。然后循環(huán)以上過(guò)程。 開(kāi)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(jì) 麗水學(xué)院 2020 屆學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 中斷程 序流程圖 當(dāng)有鍵按下之后，中斷開(kāi)始，修改變量，然后電機(jī)開(kāi)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(kāi)始開(kāi)門，同時(shí)蜂鳴器發(fā)出聲音提示到達(dá)。然后循環(huán)上述過(guò)程。 入口 鍵盤掃描 有鍵按下？ 修改請(qǐng)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(jì) 麗水學(xué)院 2020 屆學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 電梯運(yùn)行流程圖 當(dāng)有鍵按下，電梯開(kāi)始運(yùn)行時(shí)，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(shí)，電梯門打開(kāi)，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(kāi)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(jì) 麗水學(xué)院 2020 屆學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 第四章 系統(tǒng)的調(diào)試 系統(tǒng)調(diào)試過(guò)程 軟件調(diào)試 程序在調(diào)試的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)很多錯(cuò)誤，書寫格式上的疏忽或者循環(huán)錯(cuò)誤及參數(shù)表語(yǔ)法錯(cuò)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(cuò)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(cuò)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(kāi)發(fā)板上進(jìn)行調(diào) 試，一開(kāi)始的時(shí)候一些功能實(shí)現(xiàn)不了，比如開(kāi)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(kāi)始仿真的時(shí)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(lái)，去查了正在關(guān)門的程序，是直接把那個(gè)和關(guān)門的程序?qū)懸粯恿?，修改過(guò)來(lái)之后就好了，后來(lái)因?yàn)樵O(shè)計(jì)的更改，采用了 H橋驅(qū)動(dòng)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(guò)程中，一開(kāi)始的時(shí)候蜂鳴器一直不響，一開(kāi)始以為蜂鳴器是壞的，用萬(wàn)用表的二極管檔測(cè)了之后發(fā)現(xiàn)蜂鳴器能響，然后又看三極管，接法也沒(méi)錯(cuò)誤，最后去檢查了程序的 I/O 口才發(fā)現(xiàn)基于單片機(jī)的模擬電梯系統(tǒng)設(shè)計(jì) 麗水學(xué)院 2020 屆學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 是 I/O 口定義錯(cuò)了，本來(lái)是應(yīng)該定義 的，程序上寫成了 。將這個(gè)改過(guò)來(lái)之后蜂鳴器就能響了。還有就是電機(jī)只會(huì)正轉(zhuǎn)，不會(huì)反轉(zhuǎn)，然后找到當(dāng)電機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)電流的流向，后來(lái)發(fā)現(xiàn)光耦接反了，按照那個(gè)接法，光耦內(nèi)的三極管會(huì)一直處于斷路狀態(tài)，所以無(wú)法驅(qū)動(dòng) 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(shí)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 基于單片機(jī)的模擬電梯系統(tǒng)設(shè)計(jì) 麗水學(xué)院 2020 屆學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 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，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(gè)功能也都能正常運(yùn)行，這樣調(diào)試就好了。 基于單片機(jī)的模擬電梯系統(tǒng)設(shè)計(jì) 麗水學(xué)院 2020 屆學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（