任务五 设计与制作电梯模拟控制系统（课件）-《单片机应用技术一体化教程》同步教学（中国科学技术大学出版社

任务五 设计与制作电梯模拟控制系统 任务描述 电梯是随高层建筑的兴建而开始发展起来的一种垂直运输工具。人们对电梯安全性，高效性，舒适性的不断追求推动了电梯技术的进步。目前，电梯控制主要有三种方式：继电器控制、可编程控制器控制、单片机控制。采用基于单片机系统的电梯控制器具有运行可靠、故障率低、耗能少、维修方便等等特点。本章我们就来制作一个电梯模拟控制系统。 2 学习内容 2 3 1 多位独立按键电路的设计 8*8 LED点阵内部结构及显示原理 点阵的驱动方式 4 点阵取模软件的使用 学习内容 6 7 5 有源蜂鸣器的使用 定时器的应用 逻辑或指令、条件转移指令和位条件 转移指令等指令的应用 活动一 接受任务、制订方案 学习目标 学习地点 学习过程 活动评价 知识天地 学习目标 结合单片机的结构和外围接口电路，分配 单片机的I/O口。 通过现场勘察，选择显示器、按键和楼层提示铃。 通过查找资料，在老师的指导和团队协作下，能够按照客户的要求制订方案。 电子创新实训室 学习地点 学习过程 一、接受任务单 表5-1-1 设计与制作电梯模拟控制系统任务单 任务编号： 开单部门： 开单人： 开单时间： 年 月 日 时 分 接单部门： 部 组 任务等级 □一般 □紧急 □非常紧急 任务阐述 客户要求，批量生产电梯模拟控制系统，该系统主要应用于中高职学校开展单片机技术应用一体化教学，现需进行分析、设计和制作电梯模拟控制系统样品。 任务完成时间   接单人 （签名）： 年 月 日 学习过程 二、引导问题 设计的电梯模拟控制系统如图5-1-1所示。 图5-1-1 电梯模拟控制系统 学习过程 三、实施活动 电梯模拟系统由A～F几部分组成： A．楼层选择按键及楼层指示灯电路B．8*8LED驱动电路 C．ISP下载线接口电路 D．时钟振荡电路 E．复位电路 F．运行状态指示灯电路（上下行指示灯） 知识天地 电梯系统中常用以下两种指示部件 1．按钮组 操纵箱面板上装有单排组，按钮的数量由楼层的多少确定。操作时，用户可以根据需要按下一个或几个按钮。在每个按钮装有发光二极管，当按下按键时，点亮发二极管，当到达目的楼层时，二极管熄灭。 2．指层灯箱（层灯） 指层灯箱是轿厢内人员提供电梯运行方向和所在位置指示灯信号的装置，有的为提醒乘客和厅外候梯人员，电梯已到本层，在指示灯箱内，装有喇叭（俗称到站钟），以声响来传达信息。 活动评价 表5-1-2 学习活动评价表 完成 时间   学习 活动 评分标准 所占分数 考核情况 接受任务、制订方案 1．是否做好课前准备（充分10分，一般4分，没有准备0分） 2．活动完成情况（好10分，一般5分，不好3分） 3．完成任务是否积极主动（积极10分，不积极但有收获2分） 30 自我评价：     学生签名：   1．准时参加各项任务（5分） 2．积极参与本次任务的讨论（8分） 3．为本次任务的完成提出独到的见解（7分） 4．团队意识强（5分） 5．能准确说出设计流程与方法（10分） 40 小组评价：     组长签名：   1．能制电梯模拟控制系统方案（10分） 2．能完善电梯模拟控制系统电路方案图（10分） 3．能较流利地讲解方案（5分） 4．工作台及场地整洁干净（5分） 30 教师评价：     教师签名：   活动二 设计电梯模拟控制系统电路 学习目标 学习过程 知识天地 活动评价 学习目标 能够按照原理图，写出各元件的型号和作用。 根据原理图，能够讲述电路的工作原理。 按照要求，能够正确选择LED显示器。 了解8*8LED点阵的内部结构，能够设计点阵电路。 掌握带LED灯轻触按键的结构，能够设计多位独立按键电路。 学习过程 一、设计电梯模拟控制系统电路 图5-2-1 电梯模拟控制系统电路原理图 学习过程 二、绘制电梯模拟控制系统电路图 打开Proteus软件，参照图5-1-1和图5-2-1所示绘制电梯模拟控制系统电路并记录绘制电路过程中所遇到的问题。 知识天地 一、LED点阵的内部结构 点阵屏有两种类型，一类为共阴极，如图5-2-2所示；另一类则为共阳极，如图5-2-3所示。 图5-2-2 共阴LED点阵内部结构 图5-2-3 共阳LED点阵内部结构 知识天地 二、按键电路接口的种类 键盘是单片机系统中常用的输入设备，是实现人机对话的纽带。根据代码转换方式的不同，键盘可以分为编码式和非编码式两种。编码式键盘在简单的单片机控制系统中很少使用，非编码式键盘由独立按键或按键的矩阵组成，由于这种键盘结构简单，因而成为目前最常采用的键盘类型。 非编码式键盘可以分为独立式键盘和矩阵式键盘。 学习过程 1．独立式键盘 独立式按键是直接用I/O口线构成的单个按键电路，其特点是每个按键单独占用一根I/O口线，每个按键的工作不会影响其他I/O口线的状态，适用于按键数量较少的系统中。 图5-2-4 独立式按键结构 当没有键被按下时，所有的数据输入线均为高电平；当任意一个按键被按下时，与之相连的数据输入线将变为低电平；通过相应指令，可以判断是否有键被按下。 学习过程 2．矩阵式键盘 矩阵式键盘按键结构如图5-2-5所示。矩阵式键盘中，行、列线分别连接到按键的两端，行线通过上拉电阻接到＋5V。当无键按下时，行线处于高电平状态；当有键按下时，行、列线将导通，此时，行线电平将由与此行线相连的列线电平决定。 图5-2-5 矩阵式键盘按键结构 活动评价 表5-2-1 学习活动评价表 完成 时间   学习 活动 评分标准 所占分数 考核情况 设计电梯模拟控制系统电路 1．为完成本次活动是否做好课前准备（充分10分，一般5分，没有准备0分） 2．此次活动完成情况（好10分，一般6分，不好3分） 3．完成任务是否积极主动（积极10分，不积极但有收获2分） 30 自我评价：     学生签名：   1．准时参加各项任务（5分） 2．积极参与本次任务的讨论（10分） 3．为本次任务的完成提出有帮助性的建议（10分） 4．团队意识强（5分） 5．能准确说出设计流程（10分） 40 小组评价：       组长签名：   1．电路设计正确（5分） 2．设计软件使用熟练（5分） 3．遵守操作规程（10分） 4．工作台及场地整洁干净（10分） 30 教师评价：     教师签名：   活动三 制作电梯模拟控制系统 学习目标 学习过程 活动评价 学习目标 能够检查和排除电路中存在的故障。 能够根据电路原理图正确列出元件清单，并能够筛选和检测元器件。 能够按照电子产品规程完成制作。 学习过程 一、列出材料清单 二、主要元器件识别与检测 三、制作电梯模拟控制系统 活动评价 表5-3-2 学习活动评价表 完成 时间   学习 活动 评分标准 所占分数 考核情况 制作电压监测报警器 1．为完成本次活动是否做好课前准备（充分10分，一般5分，没有准备0分） 2．本次活动完成情况（好10分，一般6分，不好3分） 3．完成任务是否积极主动（有10分，不积极2分） 30 自我评价：   学生签名：   1．准时参加各项任务（5分） 2．积极参与本次任务的讨论（10分） 3．为本次任务的完成提出好的方法（10分） 4．团队意识强（5分） 5．能准确说出设计流程（10分） 40 小组评价：     组长签名：   1．制作电路正确（10分） 2．在规定时间内完成（5分） 3．遵守操作规程（5分） 4．焊接工艺符合标准（5分） 5．工作台及场地整洁干净（5分） 30 教师评价：     教师签名：   活动四 编写与调试电梯模拟控制系统程序 学习目标 学习过程 知识天地 活动评价 学习目标 根据设计要求写出流程图和程序。 按照独立按键的电路结构，编写识别按键值程序。 根据LED点阵的显示原理，编写点阵屏动态扫描程序。 根据电梯运行要求，编写运行处理程序。 掌握逻辑或指令、条件转移指令和位条件转移等指令，并能 够在任务中应用。 学习过程 一、编写电梯模拟控制系统程序 在电梯模拟控制系统中，根据电路结构的特点，程序模块分为独立按键接口程序（按键识别、按键处理和电梯启动）、8*8LED点阵显示屏驱动程序和电梯运行处理程序。 学习过程 （一）编写独立按键程序 机械式按键按下或释放时，因机械弹性作用的影响，常伴随着触点机械抖动。其抖动过程如图5-4-1所示，抖动时间的长短与开关的机械特性有关，一般5ms～20ms左右。 图5-4-1 按键的抖动 学习过程 对于时钟是微秒级的单片机而言，键盘的抖动有可能造成单片机对一次按键的多次处理。为了提高系统的稳定性，我们必须采用有效的方式消除抖动。 去除抖动可以采用硬件方式和软件方式。硬件方式一般是在按键与单片机的输入通道上安装硬件去抖电路（如RS触发器）。软件方式的实现方法是：当查询到电路中有按键按下时，先不进行处理，而是先执行10～20ms的延时程序，延时程序结束后，再次查询按键状态，若此时按键仍为按下状态，则视为按键被按下。 此程序中主要利用软件延时去除抖动，下面我们分别来学习按键识别和按键处理过程。 学习过程 （1）按键识别 图5-4-2 按键识别程序流程图 学习过程 （2）按键处理 图5-4-3 按键处理程序流程图 学习过程 （二）编写LED点阵屏程序 图5-4-4 LD-1088BS内部结构图 图5-4-5 显示一行实物图 LED点阵屏的内部结构和实物图如图所示。 学习过程 从图中可以看出，8*8点阵共需要64个发光二极管组成，且每个发光二极管是放置在行线与列线的交叉点上。当对应的某一行置1电平，某一列置0电平，则相应的二极管就亮。要实现显示图形或字体，通过编程控制各显示点对应LED阳极和阴极端的电平，就可以实现。 图5-4-6 点阵屏接口电路 学习过程 （三）编写电梯运行处理程序 图5-4-7 电梯运行处理程序流程图 学习过程 （四）编写启动电梯运行中断程序 电梯运行程序有按键的情况下才能启动运行，启动电梯运行中断程序如下： 学习过程 （五）编写电梯模拟系统主程序 图5-4-8 主程序流程图 电梯模拟系统主程序流程图如图5-4-8所示。 知识天地 逻辑或指令ORL 指令 操作数1 操作数2 注 释 ORL A #data A与data按位“或” ORL A direct A与直接地址中的数据按位“或” ORL A Rn A与Rn按位“或” ORL A @Ri A与RAM中的数据按位“或” ORL direct #data 直接地址中的数据与data按位“或” ORL direct A 直接地址中的数据与A按位“或” 表5-4-1 逻辑或指令ORL格式 活动评价 表5-4-2 学习活动评价表 完成 时间   学习 活动 评分标准 所占分数 考核情况 编写与调试电梯模拟控制系统程序 1．为完成本次活动是否做好课前准备（充分10分，一般5分，没有准备0分） 2．本次活动完成情况（好10分，一般6分，不好3分） 3．完成任务是否积极主动（积极10分，不积极但有收获2分） 30 自我评价：     学生签名：   1．准时参加各项任务（5分） 2．积极参与本次任务的讨论（10分） 3．为本次任务的完成提出好的解决办法（10分） 4．团结、协作性强（5分） 5．能准确说出设计流程（10分） 40 小组评价：     组长签名：   1．能编写各接口程序并在硬件中调试程序（10分） 2．软件操作熟练（5分） 3．熟悉指令（10分） 4．工作台整洁，符合要求（5分） 30 教师评价：     教师签名：   活动五 活动总结与评价 学习目标 学习过程 工作总结评价 学习任务综合评价 Thank You! $$