基于单片机电梯控制系统设计资料

根据层次化设计理论，该设计问题自顶向下可分为单片机最小系统模块、显示模块、开关控制模块、电机驱动模块、报警模块，其系统框图如图所示。

图3.1 电梯控制系统框图

本次设计是采用开关控制实现上下到指定楼层，通过电机转动带动电梯箱上下运动，到达指定楼层。显示模块是显示此时的楼层，报警模块具有错误操作报警以及楼层到达的提示功能。

图3.2.1单片机最小系统

单片机最小系统包括主芯片，复位电路和晶振脉冲产生电路。X1为12MHz晶振，与30Pf电容并联，产生1us的脉冲信号作为单片机的“心脏”部分。复位电路是开关与10uf电容并联组成的上电自动复位电路，在RST端为高电平时单片机清零，也即开关按下会产生清零信号。RP1为排阻，作为P0端的上拉电阻，接此原因是P0端口是由OC门组成。U1为数据输入端口，通过电脑编程能将程序通过此接口烧录入单片机中。

图3.2.2 开关控制模块

开关控制模块采用4*4矩阵形式电路可以减少单片机接口的使用。写键盘代码时运用的是逐行扫描判断键值按下与否。编程如下：

uchar key_scan(void)

{              uchar scode,recode;

              P1=0xf0;

              if((P1&0xf0)!=0xf0)

              {              delay1(2);

                            if((P1&0xf0)!=0xf0)//有键按下

                            {              scode=0xfe;//辅助变量，设定行

                                          while((scode&0x10)!=0)

                                          {              P1=scode;//将某一行设为0，从而判断是否为该行

                                                        if((P1&0xf0)!=0xf0)

                                                        {              recode=P1&0xf0;//列码

                                                                      scode=scode&0xf0;//行码

                                                                      return(scode+recode);//按键坐标}

                                                        else    scode=(scode<<1)|0x01;//下一行判断

}}}

              return 0;}

图3.2.3电机驱动模块

电机驱动采用L297环形计数分配器和L298大功率步进电机驱动器完成。本次设计采用步进电机，目的是方便智能控制，可实现调速功能。电机使用的是二相步进电机，由于仅用来实验，所以电机采用5V电源供电即可，实际中必须使用大电压来供电方能带动重物（人等）。

环形分配器L297引脚图如图3.2.3-1：

图3.2.3-1 L97引脚图

L297功能介绍：

SYNC为斩波器输出端，多个L297一起用时用此端口连接在一起共用一组时钟振荡；

HPME端为集电极开路输出端；

A~D为四相输入端；

INIH1,INIH2为控制A~D相驱动，此引脚为低电平时A~D相禁止输入；

ENABLE端为使能输入端，低电平阻止电机驱动；

RESET为复位端；

HALF/FULL为半角全角控制端，高电平时选择半步输入；

CLOCK为时钟输入端，控制电机速度；

CW/CCW为方向控制端；

OSC为斩波器频率输入端；

SEN1和SEN2为电流检测端。

大功率步进电机驱动器L298引脚图如图3.2.3-2：

图3.2.3-2 L298引脚图

L298功能介绍：   

SENA和SENB为电流检测端；

IN1~IN4为A~D相输入控制端；

ENA和ENB为使能输入端，低电平禁止输入；

OUT1~OUT4为输出端。

图3.2.4显示模块

由于点阵和双位数码管耗电流较大，不能直接连接单片机IO口驱动其正常工作，所以加上锁存器74HC573和显示译码器CD4511驱动。其中利用CD4511模块的另一作用是节省接口，因为本次设计外围电路较多，单片机接口不够，使用此驱动是必要的。

锁存器74HC573引脚图如图3.2.4-1：

图3.2.4-1 74HC573引脚图

74HC573功能介绍：

D0~D7为输入端；

Q0~Q7为输出端；

OEN为输出使能端，当其输入为高电平时输出关断，输入为低电平时输出正常；

DEN为输出输入使能端，当此端口为高电平时，输出跟随D0~D7，当此端口为低电平时，输出保持上一时刻的状态；

显示译码器CD4511引脚图如图3.2.4-2：

图3.2.4-2 CD4511引脚图

CD4511功能介绍：

A~D为输入端；

QA~QG为输出端；

LT为试灯输入端，当此端口为低电平时，无论其他的状态如何，始终输出数字8，作为判断数码管的好坏端口使用；

LE/STB为灭灯输入端，当此端口输入低电平时数码管灭，输入高电平时数码管正常显示；

BI为动态消零信号输入端，当此端口输入低电平时且LT为高电平时，当输入0000时，输出0熄；

点阵的使用介绍：

点阵是8*8位的，相当于由64个LED组成，8个阳极控制端口，8个阴极控制端口；

数码管的使用介绍：

数码管是采用两位共阴极数码管，通过对a~g的编码来显示数字。

图3.2.5报警模块

本设计采用8550三极管驱动蜂鸣器。当PO口送高电平时，三极管处于截止状态，三极管Vce电压约为VCC，蜂鸣器只有很少电流流过，没法驱动其发声。当PO口送低电平时，三极管处于饱和导通状态，三极管Vce约为0.3V，蜂鸣器有较大电流流过，能驱动其报警发声。

图3.2.6 电路总图

由于protel99se内部元件不齐全，本次设计全部采用手工绘制元件库以达到训练的最佳效果。

图4 程序流程图

注：详细程序见附录二

Protel99SE是应用于Windows9X/2000/NT操作系统下的EDA设计软件，采用设计库管理模式，可以进行联网设计，具有很强的数据交换能力和开放性及3D模拟功能，是一个32位的设计软件，可以完成电路原理图设计，印制电路板设计和可编程逻辑器件设计等工作，可以设计32个信号层，16个电源--地层和16个机加工层。

图5.2.1非镀铜版图

在生成PCB之前，要进行元件的封装。由于protel99se内部封装不齐全，本次设计全部采用手工绘制封装库以达到最佳训练效果。PCB布线规则是尽量使正面走线和反面走线成90度角，以达到最小干扰。

图5.2.2镀铜顶层图样

图5.2.3 镀铜底层图样

图5.3.4 3D版图正面

图5.3.5 3D版图背面

元件清单