根據層次化設計理論，該設計問題自頂向下可分為單片機最小系統模塊、顯示模塊、開關控制模塊、電機驅動模塊、報警模塊，其系統框圖如圖所示。

圖3.1 電梯控制系統框圖

本次設計是采用開關控制實現上下到指定樓層，通過電機轉動帶動電梯箱上下運動，到達指定樓層。顯示模塊是顯示此時的樓層，報警模塊具有錯誤操作報警以及樓層到達的提示功能。

圖3.2.1單片機最小系統

單片機最小系統包括主芯片，復位電路和晶振脈沖產生電路。X1為12MHz晶振，與30Pf電容并聯，產生1us的脈沖信號作為單片機的“心臟”部分。復位電路是開關與10uf電容并聯組成的上電自動復位電路，在RST端為高電平時單片機清零，也即開關按下會產生清零信號。RP1為排阻，作為P0端的上拉電阻，接此原因是P0端口是由OC門組成。U1為數據輸入端口，通過電腦編程能將程序通過此接口燒錄入單片機中。

圖3.2.2 開關控制模塊

開關控制模塊采用4*4矩陣形式電路可以減少單片機接口的使用。寫鍵盤代碼時運用的是逐行掃描判斷鍵值按下與否。編程如下：

uchar key_scan(void)

{              uchar scode,recode;

              P1=0xf0;

              if((P1&0xf0)!=0xf0)

              {              delay1(2);

                            if((P1&0xf0)!=0xf0)//有鍵按下

                            {              scode=0xfe;//輔助變量，設定行

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

                                          {              P1=scode;//將某一行設為0，從而判斷是否為該行

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

                                                        {              recode=P1&0xf0;//列碼

                                                                      scode=scode&0xf0;//行碼

                                                                      return(scode+recode);//按鍵坐標}

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

}}}

              return 0;}

圖3.2.3電機驅動模塊

電機驅動采用L297環形計數分配器和L298大功率步進電機驅動器完成。本次設計采用步進電機，目的是方便智能控制，可實現調速功能。電機使用的是二相步進電機，由于僅用來實驗，所以電機采用5V電源供電即可，實際中必須使用大電壓來供電方能帶動重物（人等）。

環形分配器L297引腳圖如圖3.2.3-1：

圖3.2.3-1 L97引腳圖

L297功能介紹：

SYNC為斬波器輸出端，多個L297一起用時用此端口連接在一起共用一組時鐘振蕩；

HPME端為集電極開路輸出端；

A~D為四相輸入端；

INIH1,INIH2為控制A~D相驅動，此引腳為低電平時A~D相禁止輸入；

ENABLE端為使能輸入端，低電平阻止電機驅動；

RESET為復位端；

HALF/FULL為半角全角控制端，高電平時選擇半步輸入；

CLOCK為時鐘輸入端，控制電機速度；

CW/CCW為方向控制端；

OSC為斬波器頻率輸入端；

SEN1和SEN2為電流檢測端。

大功率步進電機驅動器L298引腳圖如圖3.2.3-2：

圖3.2.3-2 L298引腳圖

L298功能介紹：   

SENA和SENB為電流檢測端；

IN1~IN4為A~D相輸入控制端；

ENA和ENB為使能輸入端，低電平禁止輸入；

OUT1~OUT4為輸出端。

圖3.2.4顯示模塊

由于點陣和雙位數碼管耗電流較大，不能直接連接單片機IO口驅動其正常工作，所以加上鎖存器74HC573和顯示譯碼器CD4511驅動。其中利用CD4511模塊的另一作用是節省接口，因為本次設計外圍電路較多，單片機接口不夠，使用此驅動是必要的。

鎖存器74HC573引腳圖如圖3.2.4-1：

圖3.2.4-1 74HC573引腳圖

74HC573功能介紹：

D0~D7為輸入端；

Q0~Q7為輸出端；

OEN為輸出使能端，當其輸入為高電平時輸出關斷，輸入為低電平時輸出正常；

DEN為輸出輸入使能端，當此端口為高電平時，輸出跟隨D0~D7，當此端口為低電平時，輸出保持上一時刻的狀態；

顯示譯碼器CD4511引腳圖如圖3.2.4-2：

圖3.2.4-2 CD4511引腳圖

CD4511功能介紹：

A~D為輸入端；

QA~QG為輸出端；

LT為試燈輸入端，當此端口為低電平時，無論其他的狀態如何，始終輸出數字8，作為判斷數碼管的好壞端口使用；

LE/STB為滅燈輸入端，當此端口輸入低電平時數碼管滅，輸入高電平時數碼管正常顯示；

BI為動態消零信號輸入端，當此端口輸入低電平時且LT為高電平時，當輸入0000時，輸出0熄；

點陣的使用介紹：

點陣是8*8位的，相當于由64個LED組成，8個陽極控制端口，8個陰極控制端口；

數碼管的使用介紹：

數碼管是采用兩位共陰極數碼管，通過對a~g的編碼來顯示數字。

圖3.2.5報警模塊

本設計采用8550三極管驅動蜂鳴器。當PO口送高電平時，三極管處于截止狀態，三極管Vce電壓約為VCC，蜂鳴器只有很少電流流過，沒法驅動其發聲。當PO口送低電平時，三極管處于飽和導通狀態，三極管Vce約為0.3V，蜂鳴器有較大電流流過，能驅動其報警發聲。

圖3.2.6 電路總圖

由于protel99se內部元件不齊全，本次設計全部采用手工繪制元件庫以達到訓練的最佳效果。

圖4 程序流程圖

注：詳細程序見附錄二

Protel99SE是應用于Windows9X/2000/NT操作系統下的EDA設計軟件，采用設計庫管理模式，可以進行聯網設計，具有很強的數據交換能力和開放性及3D模擬功能，是一個32位的設計軟件，可以完成電路原理圖設計，印制電路板設計和可編程邏輯器件設計等工作，可以設計32個信號層，16個電源--地層和16個機加工層。

圖5.2.1非鍍銅版圖

在生成PCB之前，要進行元件的封裝。由于protel99se內部封裝不齊全，本次設計全部采用手工繪制封裝庫以達到最佳訓練效果。PCB布線規則是盡量使正面走線和反面走線成90度角，以達到最小干擾。

圖5.2.2鍍銅頂層圖樣

圖5.2.3 鍍銅底層圖樣

圖5.3.4 3D版圖正面

圖5.3.5 3D版圖背面

元件清單