【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 不斷發(fā)展，從普遍使用匯編語(yǔ)言到逐漸使用高級(jí)語(yǔ)言開發(fā)，單片機(jī)的開發(fā)軟件也在不斷發(fā)展， Keil 軟件是目前最流行開發(fā) MCS51 系列單片機(jī)的軟件，這從近年來各仿真機(jī)廠商紛紛宣布全面支持 Keil 即可看出。 Keil 提供了包括 C 編譯器、宏匯編、連接器、庫(kù)管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境將這些部份組合在一起 。 Keil 也有一定的硬件配置要求， 運(yùn)行 Keil 軟件需要 Pentium 或以上的 CPU，16MB 或更多 RAM、 20M 以上空閑的硬盤空間、 WIN9 NT、 WIN20 WINXP 等操作系統(tǒng)。 Keil 軟件是眾多單片機(jī)應(yīng)用開發(fā)的優(yōu)秀軟件之一，它集編輯，編譯，仿真于一體，支持匯編 ， PLM 語(yǔ)言和 C 語(yǔ)言的程序設(shè)計(jì)，界面 美觀 ，易學(xué)易用 ，是編寫軟件與系統(tǒng)調(diào)試的好軟件。 所以在編寫程序的時(shí)候采用 Keil 軟件進(jìn)行編寫程序的工具。 功能要求 本課題是設(shè)計(jì)一 個(gè)八層的自動(dòng)升降電梯控制系統(tǒng)，使得電梯能夠合理高效地運(yùn)行，完成每 個(gè) 樓層的接送任務(wù)。具體的說是 滿足 不同樓層乘客的不同需求，作出合理高效的判斷，讓所有乘客在整體運(yùn)用時(shí)間最短的條件下達(dá)到所要到達(dá)的樓層。 本設(shè)計(jì)采用的是 Proteus 軟件仿真，用 Keil 軟件編寫程序，嚴(yán)格按照兩個(gè)原則：一是高效性，二是人性化。然而 實(shí)際中， 電梯還 存在很 有很多比較復(fù)雜的 情況， 在仿真中沒有辦法完成，這是本設(shè)計(jì)存在的瓶頸?？傮w來說本系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，效果不錯(cuò)。 2 課題總體設(shè)計(jì) 系統(tǒng)總設(shè)計(jì)框圖 本設(shè)計(jì)是利用 80C51 為最小系統(tǒng)，采用 外部 中斷 0， 80C51 的 P0口接 8255A 擴(kuò)展芯片 ，P1口兩個(gè)八段數(shù)碼管， 用于顯示 響應(yīng) 樓層的 情況 ， 和 接 8255A 的 A0和 A1， 和 分別 8255A 的讀與寫端口， 通過非門與 8255A 的 CS 相連，用于片選 8255A，、 、 、 用于 74LS373 的控制選擇端口， 、 、 、 用于兩個(gè)電機(jī)的控制。系統(tǒng)剛開始運(yùn)行的時(shí)候，電梯處在第一層。其總設(shè)計(jì)框圖如圖 21 所示。 圖 21系統(tǒng)總設(shè)計(jì)框圖 系統(tǒng)元器件清單 自動(dòng)升降電梯控制系統(tǒng) 在硬件的設(shè)計(jì)的時(shí)候，要很據(jù)實(shí)際情況選擇相應(yīng)的元器件，在現(xiàn)實(shí)中可能要考慮到很多問題，如成本問 題，功率問題，環(huán)境問題等等，這些都是在開發(fā)中存在的一些細(xì)節(jié)問題，但是在仿真中就沒有那么的要求，所以在選擇元器件的時(shí)候有多種方案，現(xiàn)在的一些模擬型器件在仿真中也是沒有辦法實(shí)現(xiàn)的，所以在選擇元器件的時(shí)候還是要根據(jù)實(shí)際情況，選擇相應(yīng)的元器件。表 21為本設(shè)計(jì)的元器件清單。 表 21系統(tǒng)元器件清單 元器件 型號(hào) 數(shù)量 /個(gè) 用途 單片機(jī) 80C51 1 控制核心 晶振 CRYSTAL(12MHZ) 1 晶振電路 電容 CAP 2 晶振 電路 電容 CAPELEC 1 復(fù)位電路 集成電阻 RESPACK8 2 上拉電阻 按鍵 BUTTON 23 按鍵電路、復(fù)位電路 非門 NOT 1 用于選中 8255A 鎖存器 74LS373 4 數(shù)碼管、 LED 燈顯示電路 8255A 8255A 1 按鍵電路 與門 AND_3 1 用于中斷 與門 AND_8 3 用于中斷 數(shù)碼管 7SEGCOMCATHODE 2 數(shù)碼管顯示 LED 燈 LEDRED 22 LED 燈顯示電路 電機(jī) MOTOR 2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 電阻 RES 1 復(fù)位電路 電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片 L298 1 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 必備知識(shí)點(diǎn) 單片機(jī)復(fù)位電路工作原理及設(shè)計(jì) 單片機(jī)晶振電路工作原理及設(shè)計(jì) 按鍵電路設(shè)計(jì) LED 燈和數(shù)碼管的使用方法 80C51 的使用方法 單片機(jī) C語(yǔ)言及程序設(shè)計(jì)相關(guān)知識(shí) 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的原理 （ L298 專用芯片） 8255A 的使用方法 74LS373 的使用方法 與門的使用方法 相關(guān)芯片說明 最小系統(tǒng) 80C51 80C51單片機(jī)屬于 MCS51系列單片機(jī)，由 Intel 公司開發(fā)，其結(jié)構(gòu)是 8048 的延伸，改進(jìn)了 8048 的缺點(diǎn)，增加了如乘（ MUL）、除（ DIV）、減（ SUBB）、比較（ PUSH）、16 位數(shù)據(jù)指針、布爾代數(shù)運(yùn)算等指令，以及串行通信能力和 5個(gè)中斷源。采用 40引腳雙列直插式 DIP（ Dual In Line Package），內(nèi)有 128 個(gè) RAM 單元及 4K 的 ROM。 80C51有兩個(gè) 16位定時(shí)計(jì)數(shù)器，兩個(gè)外中斷，兩個(gè)定時(shí)計(jì)數(shù)中斷，及一個(gè)串行中斷，并有4 個(gè) 8 位并行輸入口。 80C51 內(nèi)部有時(shí)鐘電路，但需要石英晶體和微調(diào)電容外接，本系統(tǒng)中采用 12MHz 的晶振頻率。由于 80C51 的系統(tǒng)性能滿足系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集及時(shí)間精度的要求，而且產(chǎn)品產(chǎn)量豐富來源廣，應(yīng)用也很成熟，故采用來作為控制核心 ，基本構(gòu)自動(dòng)升降電梯控制系統(tǒng) 架如圖 22 最小系 統(tǒng) 80C51 引腳圖 。 當(dāng)輸入口不夠的話可以采用 8255A 進(jìn)行擴(kuò)展。 圖 22 最小系統(tǒng) 80C51 引腳圖 擴(kuò)展 芯片 8255A 8255A是 Intel 公司生產(chǎn)的可編程并行 I/O接口芯片，有 3 個(gè) 8位并行 I/O 口。具有 3 個(gè)通道 3 種工作方式的可編程并行接口芯片（ 40 引腳）。其各口功能可由 軟件 選擇，使用靈活，通用性強(qiáng)。 8255A 可作為單片機(jī)與多種外設(shè)連接時(shí)的中間接口電路 ，也可以與其他系 列的微處理器配套使用 。 由于 8255A 的通用性強(qiáng)，與微型計(jì)算機(jī)借口方便，且可通過程序制定完成各種不同輸入和輸出操作，因此獲得非常廣泛的應(yīng)用。 8255A 是可編程的并行輸入輸出接口芯片，它具有三個(gè) 8 位并行端口，分別為 A口、 B口和 C 口，且具有 40個(gè)引腳，雙列直插式封裝， 采用 +5V 供電，其引腳與功能示意圖如圖 238255A 引腳分布圖所示。 自動(dòng)升降電梯控制系統(tǒng) 圖 23為 8255A 引腳分布圖 D0～ D7： 三態(tài)雙向數(shù)據(jù)總線， 8255A 與 CPU數(shù)據(jù)傳送的通道，當(dāng) CPU 執(zhí)行輸入輸出指令時(shí)，通過它實(shí)現(xiàn) 8 位數(shù)據(jù)的讀 /寫操作，控制字和狀態(tài)信 息也通過數(shù)據(jù)總線傳送 。 A1， A0； 地址選擇線 ， 用來選擇 8255A 的 PA 口 ， PB 口 ， PC 口和控制寄存器 。 A1， A0； 地址選擇線 ， 用來選擇 8255A 的 PA 口 ， PB 口 ， PC 口和控制寄存器 ； 當(dāng) A1=0， A0=1 時(shí) ， PB 口被選擇 ； 當(dāng) A1=1， A0=0 時(shí) ， PC 口被選擇 ； 當(dāng) A1=1， A0=1 時(shí) ， 控制寄存器被選擇 。 /CS： 芯片選擇信號(hào)線 ， 當(dāng)這個(gè)輸入引腳為低電平時(shí) ， 即 /CS=0 時(shí) ， 表示芯片被選中，允許 8255A 與 CPU 進(jìn)行通訊 ； /CS=1 時(shí) ， 8255A 無法與 CPU 做數(shù)據(jù)傳輸 。 /RD： 讀信號(hào)線，當(dāng)這個(gè)輸入引腳為低 電平時(shí) ， 即 /RD=0 且 /CS=0 時(shí) ， 允許 8255A通過數(shù)據(jù)總線向 CPU 發(fā)送數(shù)據(jù)或狀態(tài)信息，即 CPU 從 8255A 讀取信息或數(shù)據(jù) 。 /WR： 寫入信號(hào)，當(dāng)這個(gè)輸入引腳為低電平時(shí) ， 即 /WR=0 且 /CS=0 時(shí) ， 允許 CPU將數(shù)據(jù)或控制字寫入 8255A。 RESET： 復(fù)位輸入線，當(dāng)該輸入端處于高電平時(shí)，所有內(nèi)部寄存器（包括控制寄存器）均被清除，所有 I/O 口均被置成輸入方式 。 根據(jù)以上說明列出擴(kuò)展 8255A 個(gè)端口的讀 /寫操作的信息關(guān)系如表 22 所示。 表 22擴(kuò)展 8255A 個(gè)端口的讀 /寫操作的信息關(guān)系 /CS /RD /WR A1 A0 操作 0 1 0 0 0 寫端口 A 0 1 0 0 1 寫端口 B 0 1 0 1 0 寫端口 C 0 1 0 1 1 寫控制存儲(chǔ)器 0 0 1 0 0 讀端口 A 0 0 1 0 1 讀端口 B 0 0 1 1 0 讀端口 C 0 0 1 1 1 無操作 自動(dòng)升降電梯控制系統(tǒng) 8255A 在使用前要先寫入一個(gè)工作方式控制字，用于指定 A 口、 B 口、 C 口三個(gè)端口各自的工作方式，三個(gè)端口是相互獨(dú)立的輸入輸出通道端口。 8255A 共有三種工作方式： 方式 0— 基本輸入輸出方式 ，即無須聯(lián)絡(luò)就可以直接對(duì) 8255A 與外設(shè)之間 的數(shù)據(jù)輸入輸出操作。 A 口、 B 口、 C 口和高 4 位和低 4 位均可設(shè)置為方式 0。 方式 1— 選通輸入 /出方式 ，此時(shí) 8255A 的 A 口和 B 口與外設(shè)之間進(jìn)行輸入或者輸出操作時(shí)，需要 C 口的部分 I/O 線提供聯(lián)絡(luò)信號(hào)。只有 A 口和 B 口可工作于方式 1。 方式 2— 雙向選通輸入 /輸出方式 ，即同一端口的 I/O 線即可以輸入也可以輸出，只有 A 口可以工作于方式 C 口的部分 I/O 線來提供聯(lián)絡(luò)信號(hào)。 PA0～ PA7： 端口 A輸入輸出線，一個(gè) 8 位的數(shù)據(jù)輸出鎖存器 /緩沖器，一個(gè) 8 位的數(shù)據(jù)輸入鎖存器。 工作于三種方式中的任何一種 ； PB0～ PB7:端口 B 輸入輸出線，一個(gè) 8 位的 I/O鎖存器，一個(gè) 8 位的輸入輸出緩沖器。不能工作于方式二 ； PC0～ PC7： 端口 C輸入輸出線，一個(gè) 8 位的數(shù)據(jù)輸出鎖存器 /緩沖器，一個(gè) 8 位的數(shù)據(jù)輸入緩沖器。端口 C 可以通過工作方式設(shè)定而分成 2 個(gè) 4 位的端口，每個(gè) 4位的端口包含一個(gè) 4 位的鎖存器，分別與端口 A 和端口 B 配合使用，可作為控制信號(hào)輸出或狀態(tài)信號(hào)輸入端口。不能工作于方式一或二 。 8255A作為主機(jī)與外設(shè)的連接芯片，必須提供與主機(jī)相連的 3 個(gè)總線接口，即數(shù)據(jù)線、地址線、控制線接口。同時(shí)必須具有與外設(shè)連接的接口 A、 B、 C 口。由于 8255A可編程 ,所以必須具有邏輯控制部分，因而 8255A 內(nèi)部結(jié)構(gòu)分為 3 個(gè)部分：與控制部分、 CPU 連接部分、與外設(shè)連接部分 。 1）控制器 8255A 將 3 個(gè)通道分為兩組，即 PA0～ PA7 與 PC4～ PC7 組成 A 組， PB0～ PB7 與PC0～ PC3組成 B 組。 A組控制器：控制 A口與上 C口的輸入與輸出 。 B 組控制器：控制 B 口與下 C 口的輸入與輸出 。 2）與 CPU 連接部 分 根據(jù)定義 ， 8255A 能并行傳送 8位數(shù)據(jù)，所以其數(shù)據(jù)線為 8 根 D0～ D7。由于 8255A具有 3個(gè)通道 A、 B、 C，所以只要兩根地址線就能尋址 A、 B、 C口及控制寄存器，故地址線為兩根 A0～ A1。此外 CPU 要對(duì) 8255A 進(jìn)行讀、寫與片選操作，所以控制線為片選、復(fù)位、讀、寫信號(hào)。各信號(hào)的引腳編號(hào)如下 ： （ 1）數(shù)據(jù)總線 DB：編號(hào)為 D0～ D7，用于 8255A 與 CPU 傳送 8 位數(shù)據(jù) 。 （ 2）地址總線 AB：編號(hào)為 A0～ A1，用于選擇 A、 B、 C 口與控制寄存器 。 （ 3） 控制總線 CB：片選信號(hào)、復(fù)位信號(hào) RST、寫信號(hào)、讀信號(hào)。當(dāng) CPU 要對(duì) 8255A進(jìn)行讀、寫操作時(shí)，必須先向 8255A 發(fā)片選信號(hào)選中 8255A 芯片，然后發(fā)讀信號(hào)或?qū)懶盘?hào)對(duì) 8255A 進(jìn)行讀或?qū)憯?shù)據(jù)的操作 。 3）與外設(shè)接口部 分 根據(jù)定義， 8255A 有 3個(gè)通道 A、 B、 C 與外設(shè)連接，每個(gè)通道又有 8根線與外設(shè)連接，所以 8255A 可以用 24根線與外設(shè)連接，若進(jìn)行開關(guān)量控制，則 8255A 可同時(shí)控制 24 路開關(guān)。各通道的引腳編號(hào)如下 ： （ 1） A 口：編號(hào)為 PA0～ PA7，用于 8255A 向外設(shè)輸入輸出 8 位并行數(shù)據(jù) 。 （ 2） B 口：編號(hào)為 PB0～ PB7，用于 8255A 向外設(shè)輸入輸出 8 位并行數(shù)據(jù) 。 （ 3） C 口 ： 編號(hào)為 PC0～ PC7，用于 8255A 向外設(shè)輸入輸出 8位并行數(shù)據(jù)，當(dāng) 8255A工作于應(yīng)答 I/O 方式時(shí)， C 口用于 聯(lián)絡(luò) 信號(hào)的通信 。 以上闡述的是 8255A 的相關(guān)資料，根據(jù)系統(tǒng)的需求，采用了 8255A 的方式 0— 基本輸入輸出方式，根據(jù) 表 22的信息才 選擇對(duì)應(yīng) 8255A 的控制 字 ，通過總線控制的方式來實(shí)現(xiàn)8255A 的讀寫，當(dāng)然系統(tǒng)在對(duì) 8255A 的使用時(shí)，只是對(duì) PA、 PB、 PC 的輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取值自動(dòng)升降電梯控制系統(tǒng) 而已。 電機(jī)驅(qū)動(dòng)專用芯片 L298 L298是意大利 SGS 半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的步進(jìn)電機(jī)專用控制器，它能產(chǎn)生 4相控制信號(hào)，可 用于計(jì)算機(jī)控制的兩相雙極和四相單相步進(jìn)電機(jī)，能夠用單四拍、雙四拍、四相八拍方式控制步進(jìn)電機(jī)。芯片內(nèi)的 PWM 斬波器電路可開關(guān)模式下調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)繞組中的電機(jī)繞組中的電流。該集成電路采用了 SGS 公司的模擬 /數(shù)字兼容的 I2L 技