【正文】 總體方案設(shè)計(jì)； （2） 研究 51 單片機(jī)的相關(guān)知識(shí)， 掌握 并且加以運(yùn)用； （3） 學(xué)習(xí) C 語(yǔ)言編程， 并且規(guī)定電梯的工作規(guī)則，用 C 語(yǔ)言編程加以實(shí)現(xiàn)，以完成電梯的各項(xiàng)功能 ； （4） 學(xué)習(xí) Proteus 電路仿真系統(tǒng)，學(xué)會(huì)軟件的使用并且畫(huà)出電梯仿真圖，以便編程時(shí)進(jìn)行代碼調(diào)試； （5） 在軟件編程和硬件電路焊接完成后， 對(duì)軟件和硬件進(jìn)行調(diào)試，讓其協(xié)調(diào)工作，完成指定任務(wù)。同樣如果電梯在下行，上面的樓層有呼叫電梯會(huì)繼續(xù)上行 ，直到下行完了才會(huì)上行；如需上行，請(qǐng)按下所要到達(dá)樓層的上行呼叫按鈕，電梯顯示開(kāi)始上行，所經(jīng)樓層號(hào)用數(shù)碼管進(jìn)行顯示，到達(dá)，樓層號(hào)持續(xù)顯示，并有蜂鳴器鳴叫以示到達(dá)；當(dāng)轎廂停留在中間樓層時(shí)，可實(shí)現(xiàn)上或下行呼叫，行進(jìn)方向按呼叫順序進(jìn)行，如同時(shí)呼叫，則堅(jiān)持先上行，后下行原則；由 LED箭頭指示電梯是 上行和下行的方向。是目前世界上唯一將 電路仿真 軟件、 PCB 設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺(tái) ， 其處理器模型支持 PIC10/12/16/18/24/30/3 805 AVR、 ARM、 8086 和 MSP430 等 ， 可以仿真 51 系列、 AVR、 PIC、 ARM、等常用主流 單片 機(jī) 。 Proteus 是單片機(jī)課堂教學(xué)的先進(jìn)助手。PROTEUS 不僅可將許多 單片機(jī)實(shí)例 功能形象化，也可將許多單片機(jī)實(shí)例運(yùn)行過(guò)程形象化。它的元器件、連接線路等卻和傳統(tǒng)的 單片機(jī) 實(shí)驗(yàn)硬件高度對(duì)應(yīng)。 對(duì)于我們來(lái)說(shuō) 課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)是 我們 走向就業(yè)的重要實(shí)踐環(huán)節(jié)。 實(shí)踐證明，在使用 Proteus 進(jìn)行 系統(tǒng)仿真 開(kāi)發(fā)成功之后再進(jìn)行實(shí)際制作，能極大提高 單片機(jī) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)效率。 C51 的程序開(kāi)發(fā)軟件 單片機(jī)開(kāi)發(fā)中除必要的硬件外，同樣離不開(kāi)軟件 。 機(jī)器匯編是通過(guò)匯編軟件將源程序變?yōu)闄C(jī)器碼，用于 MCS51 單片機(jī)的匯編軟件有早期的 A51，隨著單片機(jī)開(kāi)發(fā)技術(shù)的不斷發(fā)展，從普遍使用匯編語(yǔ)言到逐漸使用高級(jí)語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，單片機(jī)的開(kāi)發(fā)軟件也在不斷發(fā)展， Keil 軟件是目前最流行開(kāi)發(fā) MCS51系列單片機(jī)的軟件 。 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(kāi)發(fā)方案，通過(guò)一個(gè)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境將這些部分組合在一起。 在設(shè)計(jì)中，我使用的就是程序開(kāi)發(fā)軟件就是 Keil C51。 C51 工具包的整體結(jié)構(gòu)， μVision 與 Ishell 分別是 C51 for Windows 和 for Dos 的 集成開(kāi)發(fā)環(huán)境 (IDE），可以完成編輯、 編譯 、連接、調(diào)試、仿真等整個(gè)開(kāi)發(fā)流程。然后分別由 C51 及 C51編譯器 編譯生成目標(biāo)文件（ .obj）。 abs 文件由 OH51 轉(zhuǎn)換成標(biāo) 準(zhǔn)的 hex 文件，以供調(diào)試器 dScope51 或 tScope51 使用進(jìn)行 源代碼 級(jí)調(diào)試 [4]。 主控制器模塊的選用 方案 1： 采用可編程邏輯器件 CPLD 作為控制器。但本系統(tǒng)不需要復(fù)雜的邏輯功能，對(duì)數(shù)據(jù)的處理速度的要求也不是非常高，且從其編程語(yǔ)言也不熟悉的角度考慮我們放棄了此方案 [5]。這樣一來(lái)，單片機(jī)就可以充分發(fā)揮其資源豐富、有較為強(qiáng)大的控制功能及可位尋址操作功 能、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。 其主要特點(diǎn)為采用 Flash 存貯器技術(shù)，降低了制造成本，其軟件、硬件與 MCS51完全兼容，且采用高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，將多功能 8位 CPU 和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè) 芯片 中， 另外 其程序的電可擦寫(xiě)特性，使得開(kāi)發(fā)與試驗(yàn)比較容易，為很多 嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案 [6]。 電梯樓層顯示模塊的選擇 方案1： 用 LED 點(diǎn)陣進(jìn)行顯示各個(gè)樓層及電梯上下行狀態(tài)。但單對(duì)于此系統(tǒng)我們不需要顯示豐富的內(nèi)容，而且 LED 點(diǎn)陣價(jià)格貴，且使用起來(lái)易損壞。數(shù)碼管由于 顯示速度快， 亮度強(qiáng)，高頻特性好， 使用簡(jiǎn)單，顯示效果簡(jiǎn)潔明了， 體積小，重量輕， 壽命長(zhǎng)，價(jià)格低廉而得到了廣泛應(yīng)用，且在此系統(tǒng)中可以用單個(gè)數(shù)碼管顯示樓層，使用不同顏色的發(fā)光二極管來(lái)區(qū)分電梯處于上下行。 電梯樓層按鍵模塊的設(shè)計(jì) 由于本系統(tǒng)的電梯是八層樓使用，電梯外部每一層一般要使用一個(gè)上行按鍵和一個(gè)下下行按鍵，電梯內(nèi)部每一樓層一個(gè)按鍵，所以加起來(lái)一共是 24個(gè)按鍵，由于芯片上的 I/O引腳有限，所以使用一個(gè) 4*4 的矩陣按鍵和 8 個(gè)按鍵組合起來(lái)完成按鍵模塊，且共使用 16個(gè) I/O 引腳，既有足夠的 按鍵控制電梯運(yùn)行，也留下了足夠的芯片引腳供其他模塊使用。 圖5 1 單片機(jī)最小系統(tǒng) 單片機(jī)最小系統(tǒng) ,或者稱(chēng)為最小應(yīng)用系統(tǒng) ,是指用最少的元件組 成的單片機(jī)可以工作的系統(tǒng)。 單片機(jī) STC89C52 概述 STC89C52 是美國(guó) ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓、高性能 CMOS8 位單片機(jī)，片內(nèi) 4bytes 的可反復(fù)擦寫(xiě)的只讀程序存儲(chǔ)器（ PEROM）和 128 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置用 8 位中央處理器（ CPU）和 Flash 存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大。 STC89C52 單片機(jī)提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 4K 字節(jié) Flash 閃速存儲(chǔ)器， 128 字節(jié)內(nèi)部 RAM，32 個(gè) I/O 口線，兩個(gè) 16 位定時(shí)、計(jì)數(shù)器，一個(gè) 5 向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。空閑方式停止 CPU 的工作，但允許 RAM，定時(shí)、計(jì)數(shù)器，串行通行口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。 STC89C52 的引腳圖如下圖 52 所示。 GND：接地。當(dāng) P1 口 的管腳第一次寫(xiě) 1 時(shí)，被定義為高阻輸入。在 FIASH 編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0 輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須被拉高。 P1 口管腳寫(xiě)入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2 口： P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O 口， P2口緩沖器可接收，輸出 4個(gè)TTL 門(mén)電流，當(dāng) P2 口被寫(xiě)“ 1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在合肥師范學(xué)院 2020屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 9 給出地址“ 1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)， P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P3 口： P3口管腳是 8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口 ，可接收輸出 4個(gè) TTL 門(mén)電流。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 RST：復(fù)位輸入。 ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在平時(shí)， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。然而要注意的是： 每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè) ALE 脈沖。此時(shí)， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起作用。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無(wú)效。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次 /PSEN 有效。 /EA/VPP：當(dāng) /EA 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程 序存儲(chǔ)器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（ VPP）。 合肥師范學(xué)院 2020屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 10 XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出 [9]。 圖5 3 單片機(jī)時(shí)鐘電路圖 如圖 53所示，晶振電路由 C1 與 C2 和晶振組成，晶振是給單片機(jī)提供工作信號(hào)脈沖的。并在晶振的兩引腳處接入兩個(gè) 10pF50pF的瓷片電容接地用來(lái)削減偕波對(duì)電路的穩(wěn)定性的影響。但反過(guò)來(lái)運(yùn)行速度越快對(duì)內(nèi)存的速度要求就越高，對(duì)印刷電路板的工藝要求也越高，即要求產(chǎn)生的寄生電容要小，晶振和電容應(yīng)盡可能安裝得與單片機(jī)芯片靠近，以減少寄生電容，更好的保證振蕩器穩(wěn)定、可靠的工作。 單片機(jī)復(fù)位電路 單片機(jī)復(fù)位電路如圖 54 所示。 STC89C52 的復(fù) 位是由外部的復(fù)位電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的。如圖 54所示，我們通過(guò) RST 端經(jīng)由電阻與電源 VCC 接通而實(shí)現(xiàn)，當(dāng)按鍵按下時(shí)， RST 端為高電平復(fù)位。如果 RST 持續(xù)為高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)。另外，還額外設(shè)計(jì)了濾波防干擾電路，由 C13 與 R12 組成，電源先經(jīng)過(guò)它們?cè)俳尤雴纹瑱C(jī)的 電源 Vcc 端 ，可以有效的減少雜波帶來(lái)的干擾 ，影響電路 [10]。 圖5 5 顯示模塊圖 合肥師范學(xué)院 2020屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 12 電梯在運(yùn)行過(guò)程中，通過(guò)數(shù)碼管顯示所經(jīng)過(guò)樓層， D12 和 D13 顯示電梯處于上行或下行狀態(tài)。 圖5 6 按鍵模塊圖 圖5 7 按鍵模塊圖 合肥師范學(xué)院 2020屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 13 圖 56 為電梯外部按鍵，每層樓有上下行請(qǐng)求按鍵，圖 57 為電梯內(nèi)部按鍵，分別為1 到 8 樓的按鍵。蜂鳴器鳴響模塊如圖 58所示。形象地說(shuō)，就是要應(yīng)對(duì)不同樓層顧客的不同需求，作出合理高效的判斷，使所有顧客在整體運(yùn)用時(shí)間最短的條件下將其運(yùn)往各自的目的地。一段時(shí)間內(nèi)可能有多個(gè)不同的按鍵有動(dòng)作，程序必須記錄每一個(gè)按鍵的動(dòng)作，并根據(jù)電梯本身所處的樓層情況與按鍵樓層之間的位置關(guān)系，合理判斷出電梯應(yīng)當(dāng)做出上升或下降的響應(yīng)動(dòng)作。本設(shè)計(jì)中兩個(gè)樓 層之間的運(yùn)行時(shí)間設(shè)為 1s， 當(dāng)電梯到達(dá)目的層時(shí)蜂鳴器要及時(shí)鳴響， 每層停留時(shí)間設(shè)為 3s。 這個(gè)設(shè)計(jì)的成品應(yīng)該可以作為真實(shí)電梯的控制系統(tǒng)一樣，遵守以下兩個(gè)原則：一是高效性，二是人性化。 系統(tǒng)主程序框圖 系統(tǒng)主程序框圖如 61所示。 圖 62 電梯程