智能电梯控制系统

智能电梯控制系统

Intelligent elevator control system

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摘 要

电梯控制系统是一个相当辅助的逻辑控制系统，系统要同时对几百个信号进行接收处理。随着科学技术的进步，基于FPGA、单片机、PLC等微机化控制已经被广泛应用于电梯电路的设计与控制的各方面。我设计构想是: 不采用微控制器编程实现（如

单片机，PLC等），而采用逻辑门芯片和分立模拟器件实现。利用八线-三线优先级编码

器74148,译码器CD4511及比较器CD4585、计数器CD4510等来实现其电梯控制功能。电路使用555的定时功能来控制上一层楼或下一层楼所用的时间，利用数码管来显示所到楼层数，并用四个发光二极管来表示四层楼。以此来设计了一个八层电梯控制系统。

关键词：译码器CD4511；优先编码器74148；数码管

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，ABSTRACT

As an auxiliary logic control system, elevator control system receives and deals with hundreds of signals at the same time. In the wake of developments in science and technology, microcomputer-based control such as FPGA, single-chip microcomputer and PLC all have been widely applied in elevator design, circuit control and other respects . My concept here in this text is: no to adopt micro controller for the programming (such as single-chip microcomputer and PLC, etc) but to use logic gate chip and discrete simulator to fulfill our task. To be specific, we use 74148 Eight Line - Third-Line priority encoder as a control button (namely triggering level), decoder CD4511, comparator CD4585 and counter CD4510 to achieve its control functions. And we use the control function of 555 to control the timing on going up and downstairs, digital tube to display the storey we get and four luminous diodes to represent the four floors respectively, thus fulfilling the task of designing a four- layer elevator control system.

Key Words：Decoder CD4511；Priority Encoder74148； Digital Tube

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目 录

第一章 绪 论 ................................................................................................................ 1

1.1课题的背景简介 ............................................................................................. 1 1.2 课题的开发环境简介 .................................................................................... 1 第二章 系统总体方案设计 .......................................................................................... 3

2.1课题的意义 ..................................................................................................... 3 2.2设计要求 ......................................................................................................... 3 2.3电路原理框图 .................................................................................................. 4 2.4实现功能 ......................................................................................................... 4 第三章 Proteus ISIS操作方法及应用 ......................................................................... 6

3.1 仿真软件的应用 ............................................................................................ 6 第四章 单元电路的设计方案 .................................................................................... 12

4.1 按键模块部分 .............................................................................................. 12

4.1.1目标楼层号按钮编码电路 ................................................................. 12 4.1.2比较制动电路 ..................................................................................... 14 4.1.3与逻辑起动控制 ................................................................................. 15 4.2启动控制电路的设计 ................................................................................... 16 4.3数码管显示模块 ........................................................................................... 16

4.3.1显示译码器组成电路 ......................................................................... 16 4.3.2 CD 4510（可逆计数器）组成电路 ................................................... 18 4.5脉冲发生器模块 ........................................................................................... 20

4.5.1 0.2S脉冲发生器 ................................................................................. 20 4.5.2 6S脉冲发生器 .................................................................................... 21 4.6 LED滚动显示模块 ....................................................................................... 22

4.6.1 LED显示电路译码器 ........................................................................ 22 4.6.2三位二进制可逆计数器 ..................................................................... 24 4.6.3 LED显示器 ........................................................................................ 25 4.7电梯开关门电路的实现 ............................................................................... 26 4.8原理图与PCB图 ........................................................................................... 26 第五章 单元电路的扩展方案 .................................................................................... 27

5．1电压检测模块的实现 ................................................................................. 27 5．2电梯运行故障语音报警电路的实现 ......................................................... 27 5．3上位机软件监控系统的实现 ..................................................................... 28

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第六章 安装与调试 .................................................................................................... 29

6.1安装步骤 ....................................................................................................... 29 6.2调试步骤 ....................................................................................................... 29 第七章 故障分析与电路改进 .................................................................................... 30

7.1故障分析 ....................................................................................................... 30 7.2电路改进 ....................................................................................................... 30 结 论 ........................................................................................................................ 1 参考文献 ........................................................................................................................ 1 致 谢 ........................................................................................................................ 2 附 录 ........................................................................................................................ 1

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第一章 绪 论

1.1课题的背景简介

电梯是高层宾馆、商店、住宅、多层厂房和仓库等高层建筑不可缺少的垂直方向的交通工具。随着社会的发展，建筑物规模越来越大，楼层越来越多，对电梯的可靠性、舒适感和美学等方面的要求也有了更高要求。

电梯是集机电一体的复杂系统，不仅涉及机械传动、电气控制和土建等工程领域，还要考虑可靠性、舒适感和美学等问题。而对现代电梯而言，应具有高度的安全性。事实上， 电梯上已经采用了多项安全保护措施。在设计电梯的时候，对机械零部件和电器元件都采取了很大的安全系数和保险系数。然而，只有电梯的制造，安装调试、售后服务和维修保养都达到高质量，才能全面保证电梯的最终高质量。在国外，已“法规”实行电梯制造、安装和维修一体化，实行由各制造企业认可的、法规认证的专业安装队伍维修单位，承担安装调试、定期维修和检查试验，从而为电梯运行的可靠性和安全性提供了保证。因此，可以说乘坐电梯更安全。美国一家保险公司对电梯的安全性做过认真地调查和科学计算，其结论是：乘电梯比走楼梯安全5倍。掘资料统计，在美国乘其他交通工具的人数每年约为80亿人次，而乘电梯的人数每年却有540亿人次之多。

1.2 课题的开发环境简介

(一) Proteus ISIS仿真软件

Proteus ISIS是英国Labcenter公司开发的电路分析与实物仿真软件。它运行于Windows操作系统上，可以仿真、分析(SPICE)各种模拟器件和集成电路，该软件的特点是：①实现了单片机仿真和SPICE电路仿真相结合。具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、RS232动态仿真、I2C调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。②支持主流单片机系统的仿真。目前支持的单片机类型有：68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各种外围芯片。③提供软件调试功能。在硬件仿真系统中具有全速、单步、设置断点等调试功能，同时可以观察各个变量、寄存器等的当前状态，因此在该软件仿真系统中，也必须具有这些功能；同

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时支持第三方的软件编译和调试环境，如Keil C51 uVision2等软件。④具有强大的原理图绘制功能。总之，该软件是一款集单片机和SPICE分析于一身的仿真软件，功能极其强大。

(二) 电路图制作软件Protel DXP 2004

Protel DXP 2004是Altium公司于2004年推出的最新版本的电路设计软件，该软件能实现从概念设计，顶层设计知道输出生产数据以及之间的所有分析验证和设计数据的管理。当前比较流行的Protel98、Protel 99 SE，就是当前的前期版本。

Protel DXP 2004已经不是单纯的PCB（印制电路板）设计工具，而且由多个模块组成的系统工具，分别SCH（原理图）设计、SCH（原理图）仿真、PCB（印制电路板）设计、Auto Router（自动布线器）和FPGA设计等，覆盖了以PCB为核心的整个物理设计。该软件将项目管理方式、原理图和PCB图的双向同步技术、多管道设计、拓扑自动布线以及电路仿真等技术结合在一起，为电路设计提供了强大的支持。

与较早的版本——Protel99相比，Protel DXP 2004不仅在外观上显得更加豪华、人性化，而且极大地强化了电路设计的同步化，同时整合了VHDL和FPGA设计系统，其功能大大加强了。

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第二章 系统总体方案设计

2.1课题的意义

本电路并没有采用微控制器编程实现（如单片机，PLC等），而采用逻辑门芯片和分立模拟器件来实现。本设计主要采用COMS相关电路和芯片，COMS电路具有制造工艺简单，成本低，功耗小，输入阻抗高，集成度高，电源电压范围宽等优点。

2.2设计要求

1、基本要求（只能采用逻辑门芯片和分立模拟器件实现）

（1）电梯内部：开、关门键，楼层选择键，报警键，楼层显示，超重报警（重量可手动调节电位器模拟，大于设定值报警）。

（2）电梯外部：上、下楼键，楼层显示。外部呼梯信号可存储。 （3）楼层识别电路，开门关门到位信号，可利用人工模拟。

（4）当关门信号到位，楼层选择完毕，超载称重检测无误，可驱动电机动作（即功能控制板输出信号）。运行方向可用两个指示灯表示（上行可用红发光管，下行可用绿发光管）。开到选择楼层后，电机停止（即输出无信号）。 （5）超载称重检测，若发生超载，发警报（发光管指示），电机不得动作（即功能控制板输出无动作）。

2、发挥部分（发挥部分可任选器件）

（1）在PC机建立电梯运行历史表格，该表格显示该部电梯5分钟内运行情况。（内容包括楼层数及运行时间）

（2）按报警键后，PC机可显示故障内容，包括：电梯门开不到位，关不到位。 （3）电源质量检测，单相电源应在180--240 V，为正常，否则报警。

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2.3电路原理框图

显示器 LED 显示译码器 复位数码管显示器 按钮起动控制 显示译码器 与逻辑起动控制 标志输出 A=B N进制可逆计 数器 脉冲发生器 CR CRA=B时置0

M进制可逆 计数器 方向模拟位移传感器信号 CR目标楼层按钮编码电路 比较制动电路 制动信号(A=B)

图2-1电路原理框图

2.4实现功能

用四个LED显示电梯行进过程，并用数码管显示电梯当前所在楼层的位置，每层电梯的入口处设有请求按钮，按下按钮，则相应楼层的LED亮。电梯达到请求的楼层，该层的指示灯灭，电梯门打开；电梯自动关门，继续运行。电梯运行中，运用比较器选择所到楼层的先后顺序。

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●●●●●●●○●●○○●○○○●●●○○●●○○○●○○○○○ 图2-2上行方向循环显示

●○○○●●○○●●●○●●●●○○○○●○○○●●○○●●●○图2-3行循环显示

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第三章 Proteus ISIS操作方法及应用

3.1 仿真软件的应用

经过一段时间的资料收集和方案论证后，我开始焊接电路，在焊接之前，为了保证电路无误，在电脑上我使用Proteus ISIS软件对电路仿真。

首先双击桌面上的ISIS 7 Professional图标或者单击屏幕左下方的“开始”→“程序”→“Proteus 7 Professional” →“ISIS 7 Professional”，出现如图1-1所示屏幕，表明进入Proteus ISIS集成环境。

进入ISIS 7 Professional工作界面，如下图所示：

图3-1ISIS 7 Professional工作界面

接下就可以开始绘制电路图了，在左边一小条边框，如下图所示，会看到绘图工具栏，相应的按钮对应相应的元件库。

1、首先将所需元器件加入到对象选择器窗口。Picking Components into the

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Schematic单击对象选择器按钮，如图所示

弹出“Pick Devices”页面，在“Keywords”输入四位数值比较器4585，系统在对象库中进行搜索查找，并将搜索结果显示在“Results”中，如图所示。

图3-2 pick Devices

在“Results”栏中的列表项中，双击“4585”，则可将“4585”添加至对象选择器窗口。

接着在“Keywords”栏中重新输入7SEG，如图所示。双击

“7SEG-COM-AN-GRN”，则可将“7SEG-COM-AN-GRN”(共阳7段LED显示器)添加至对象选择器窗口。

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图3-3 Keywords

同样，在“Keywords”栏中重新输入RES、CAP、74148、CD4585、CD4511等芯片，在“Results”栏中获得相应的搜索结果。并双击添加至对象选择器窗口。

图3-4

经过以上操作，在对象选择器窗口中，已有了优先编码器74148、四位数值比较器4585 、RES、CAP、计数器4510、双D触发器4013等元器件对象，若单击4073，在预览窗口中，见到4073的实物图，如图所示。此时，我们已注意到在绘图工具栏中的元器件按钮处于选中状态。

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图3-4

2、放置元器件至图形编辑窗口Placing Components onto the Schematic

图3-5

在对象选择器窗口中，选中74148，将鼠标置于图形编辑窗口该对象的欲放位置、单击鼠标左键，该对象被完成放置。同理，将各元件放置到图形编辑窗口中。如图所示。

若对象位置需要移动，将鼠标移到该对象上，单击鼠标右键，此时我们已经

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注意到，该对象的颜色已变至红色，表明该对象已被选中，按下鼠标左键，拖动鼠标，将对象移至新位置后，松开鼠标，完成移动操作。

3、放置电源、接地至图形编辑窗口

单击绘图工具栏中的按钮，分别选择POWER、GROUND。将鼠标置于图形编辑窗口，单击鼠标左键，放置电源和接地。

4、元器件之间的连线Wiring Up Components on the Schematic Proteus的智能化可以在你想要画线的时候进行自动检测。下面，我们来操作将单片机XTAL1引脚连接到电容C1右端。当鼠标的指针靠近XTAL1引脚的连接点时，跟着鼠标的指针就会出现一个“×”号，表明找到了XTAL1引脚的连接点，单击鼠标左键，移动鼠标(不用拖动鼠标)，将鼠标的指针靠近电容C1右端的连接点时，跟着鼠标的指针就会出现一个“×”号，表明找到了电容C1右端的连接点，同时屏幕上出现了连接，单击鼠标左键确认此连接。连接过程中线形自动变成了90o的折线，这是因为我们选中了线路自动路径功能。

Proteus具有线路自动路径功能(简称WAR)，当选中两个连接点后，WAR将选择一个合适的路径连线。WAR可通过使用标准工具栏里的“WAR”命令按钮来关闭或打开，也可以在菜单栏的“Tools”下找到这个图标。同理，我们可以完成其它连线。在此过程的任何时刻，都可以按ESC键或者单击鼠标的右键来放弃画线。

图3-6

至此，我便完成了整个电路图的绘制。 单击仿真运行开始按钮

，我们能清楚地观察到每一个引脚的电频变化，

红色代表高电频，蓝色代表低电频。在数码管显示器上，显示1。

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图3-7 仿真图

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第四章 单元电路的设计方案

4.1 按键模块部分

4.1.1目标楼层号按钮编码电路

器件组成：74148（8—3编码器），八个限流电阻，八个开关。 74148是一个八线-三线优先级编码器。

如图所示的是八线-三线编码器74148的惯用符号及管脚图引脚图。

功能说明：74148优先编码器为16脚的集成芯片，除电源脚VCC(16)和GND(8)外，其余输入、输出脚的作用和脚号如图中所标。其中I0—I7为输入信号，A2,A1,A0为三位二进制编码输出信号，IE是使能输入端，OE是使能输出端，GS为片优先编码输出端。

1.由74148真值表可列输出逻辑方程为： A2 = (I4+I5+I6+I7)IE

A1 = (I2I4I5+I3I4I5+I6+7)·IE A0 = (I1I2I4I6+I3I4I6+I5I6+I7)·IE 2.使能输出端OE的逻辑方程为： OE =I0·I1·I2·I3·I4·I5·67·IE

当使能输入IE=1时，禁止编码、输出(反码)： A2,A1,A0为全1(如表第一行所示)。

当使能输入IE=0时，允许编码，在I0～I7输入中，输入I7优先级最高，其余依次为：I6,I5,I4,I3,I2,I0，I0等级排列。

OE为使能输出端，它只在允许编码(IE=0)， 而本片又没有编码输入时为0（如表中第二行所示)。

3.扩展片优先编码输出端GS的逻辑方程为： GS = (I0+I1+I2+I3+I4+I5+I6+I7)·IE

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GS为片优先编码输出端，作为与逻辑起动控制的一个输入控制信号，它在允许编码(IE=0)，且有编码输入信号时为0(如表中第三至第十行)；若允许编码而无编码输入信号时为1(如表第二行)；在不允许编码(IE=1)时，它也为1(如表第一行)。

GS = 0表示“电路工作，而且有编码输入” 4.功能表如下（74148优先编码器真值表）：

表1 输入 IE I0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0

输出 I4 X 1 X X X 0 1 1 1 1 I5 X 1 X X 0 1 1 1 1 1 I6 X 1 X 0 1 1 1 1 1 1 I7 X 1 0 1 1 1 1 1 1 1 A2 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 A1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 A0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 GS 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 OE 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 I1 X 1 X X X X X X 0 1 I2 X 1 X X X X X 0 1 1 I3 X 1 X X X X 0 1 1 1 X 1 X X X X X X X 0 电路图如下：

图4-1目标楼层号按钮编码电路

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4.1.2比较制动电路

器件组成:CD4585

功能说明：CD4585为四位数值比较器，输入端十号接A0，七号接A1，二号接A2，十五号接A3。A0、A1、A2、A3分别接八进制可逆计数器的输出端。输入端十一号接B0，九号接B1，一号接B2，十四号接B3。B0、B1、B2分别接编码器的输出端，B3接地。A与B进行比较，输出端F（A>B）作为与三位二进制可逆计数器中的异或门控制输入端，F（A=B）通过与非门与上述起动控制中的与门相连作为制动信号。当A=B时使八进制可逆计数器停止计数并保持。脉冲发生器的清零端有效，停止产生脉冲并保持。三位可逆计数器复位。输出端（A>B）（AB，A=B接高电平。

电路图如下：

图4-1 CD4585

补充说明：CD4585是四位数字比较器，可比较他的两个输入，比较后在A>B，A=B，A

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功能表如下：

表2 INPUTS COMPARING A3，B3 A2，B2 A1，B1 A0，B0 AB3 × × × × × × × A3=B3 A2>B2 × CASCADING A=B × × × × 0 1 0 × × × × A>B 1 1 1 1 1 × × × × × × AB 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 OUTPUTS A3=B3 A2=B2 A1>B1 × A3=B3 A2=B2 A1=B1 A0>B0 × A3=B3 A2=B2 A1=B1 A0=B0 0 A3=B3 A2=B2 A1=B1 A0=B0 0 A3=B3 A2=B2 A1=B1 A0=B0 1 A3=B3 A2=B2 A1=B1 A0

× × × × × × ×=Don＇t Care logic 1=high level logic 0=Low level

4.1.3与逻辑起动控制

器件组成：CD4073（三三与门）、CD4069（六反相器）、开关、限流电阻。 功能说明：按钮起动控制、编码电路输出表示GS有效与比较制动电路A=B不成立，三者均满足时，与逻辑起动控制输出为高电平，控制D触发器构成的三位二进制可逆计数器的清零端，和555定时器组成的0.2S和6S周期脉冲发生器的清零端。

当此与逻辑起动控制的输出为高电平时，脉冲发生器产生正常脉冲，三位二进制可逆计数器正常计数。

当此与逻辑起动控制的输出为低电平时，脉冲发生器停止产生脉冲，并保持，三位二进制可逆计数器停止计数，并保持。

开关闭合为高电平有效。 电路图如下：

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图4-3与逻辑起动控制电路

4.2启动控制电路的设计

本部分我采用与门逻辑设计，与门的两端分别连接系统工作指示电路和过载报警指示电路，当有当电路工作指示开关闭合，同时确保不过载的前提下才允许电路工作，当楼梯过载时致使与门的一个输入端为0，楼梯不能正常运转，同时驱动后面的电压比较器做出报警指示。

4.3数码管显示模块 4.3.1显示译码器组成电路

组成器件：CD4511显示译码器、 LED（数码管）显示器

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图4-4CD4511

CD4511是一个用于驱动共阴极LED（数码管）显示器的BCD码——七段码译码器，特点是：具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流。可直接驱动LED显示器。

CD4511芯片图及引脚如下：

一、CD4511引脚功能：

BI：4脚是消隐输入控制端，当BI=0 时，不管其它输入端状态是怎么样的，七段数码管都会处于消隐也就是不显示的状态。

LE：锁定控制端，当LE=0时，允许译码输出。 LE=1时译码器是锁定保持状态，译码器输出被保持在LE=0时的数值。

LT：3脚是测试信号的输入端，当BI=1，LT=0 时，译码输出全为1，不管输入 DCBA 状态如何，七段均发亮全部显示。它主要用来检测数7段码管是否有物理损坏。

A1、A2、A3、A4、为8421BCD码输入端。

a、b、c、d、e、f、g：为译码输出端，输出为高电平1有效。CD4511的里面有上拉电阻，可直接或者接一个电阻与七段数码管接口。

CD4511具有锁存、译码、消隐功能，通常以反向器作输出级，通常用以驱动LED。

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各引脚名称：其中7、1、2、6分别表示A、B、C、D。5、4、3分别表示LE、BI、LT。13、12、11、10、9、15、14分别表示a、b、c、d、e、f、g。左边引脚表示输入，右边引脚表示输出，还有两个引脚8、16分别表示的是接地和VDD.

二、CD4511的工作原理

1.译码

CD4511译码器用两级或非门担任，为了简化电路先用二输入端与非门对输入数据B、C进行组合，得出00、01、10、11（用二进制对B、C编码）四项，然后将输入的数据A、D一起用或非门译码。

2.锁存功能

译码器的锁存电路由传输门和反向器组成，传输门的导通或截止由控制端LE的电平状态。

当LE为低电平导通时，TG2截止；当LE为高电平时，TG1截止，TG2导通，此时有锁存作用。

3.消隐

BI为消隐功能端，该端施加低电平后，迫使七段数码管均处于熄灭状态，不显示数字，即字形消隐。

消隐输出J=(B+C)D+BI。如不考虑消隐BI项，便得J=(B+C)D。根据上式，当输入BCD代码从1010——1111时，J端都为高电平，从而使显示器中的字形消隐。

8421BCD码对应的显示图如下：

afegdbc0123456789

图4-5

4.3.2 CD 4510（可逆计数器）组成电路

器件组成：CD4510（可逆计数器）

功能说明：CD4510器件的1号接地，15号接CP端，9号接地。10号UP/DOWN接F(A

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进行加计数，UP/DOWN为低，进行减计数。2号DOUT，14号COUT，11号BOUT，6号AOUT，分别接CD4510的D，C，B，A作为地址端以驱动显示译码器。在使用时先将9号接高电平，使CD4510复位，然后再使9号接地。

CD4510为可预置BCD可逆计数器，该器件主要尤四位具有同步时钟的D型触发器（具有选通结构，提供T型触发器功能）构成。具有可预置数、加减计数器和多片级联使用等功能。CD4510具有复位CR，置数控制LD、并行数据D0—D3、加减控制U/D、时钟CP和进位CI等输入。CR为高电平时，计数器清零。当LD为高电平时，D0—D3上的数据置入计数器中，CI控制计数器的计数操作，CI＝0时，允许计数。此时，若U/D为高电平，在CP时钟上升沿计数器加1计数；反之，在CP时钟上升沿减1计数。除了四个Q输出外，还有一个进位/错位输出CO/BO。

电路图如下：

图4-6 CD4510可逆计数器

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功能表如下表：

表4

CR 1 0 0 0 0

LD X 1 0 0 0 CI X X 0 0 1 U/D X X 1 0 X CP X X ↑ ↑ X Q 清零 预置 加计数 减计数 保持 4.5脉冲发生器模块 4.5.1 0.2S脉冲发生器

器件组成：NE555定时器，电阻，电容。

功能说明：根据NE555定时器构成多谐振荡器，使其周期为0.2S，周期公式为：T=（R1+2R2）*C/1.43，R1=10K，R2=10K，C=10UF。

１与５之间的0.015UF电容为抗干扰电容。清零端和与逻辑起动控制输出端即CD4073的输出相连，可实现清零。只有当按钮起动控制、编码电路输出标识GS有效与比较控制电路A=B不成立三者均满足时，与逻辑起动控制的输出为高电平，清零端无效，脉冲发生器产生正常脉冲；

当上述三者只要有一个不成立时，与逻辑起动控制的输出为低电平，清零端有效，脉冲发生器停止产生脉冲，并保持。

电路图如下：

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图4-6 0.2S脉冲发生器

555定时器功能表：

表5 输入 高电平触发端 低电平触发端 × 2VCC 32

× 1VCC 31>VCC 3复位 0 1 1 输出 0 1 0 输出 放电管VT状态 导通 截止 导通 1 不变 不变 4.5.2 6S脉冲发生器

器件组成：NE555定时器，电阻电容。

功能说明：作为电梯楼层间的时间间隔。根据NE555定时器构成多谐振荡器，使其周期为6S，周期公式为：T=（R1+2R2）*C/1.43，R1=82K，R2=390K，C=10UF。１与５之间的0.015UF电容为抗干扰电容。清零端和与逻辑起动控制输出端即CD4073的输出相连，可实现清零。只有当按钮起动控制、编码电路输出标识GS有效与比较控制电路A=B不成立三者均满足时，与逻辑起动控制的输出为高电平，脉冲发生器产生正常脉冲；当上述三者只要有一个不成立时，与逻辑起动控

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制的输出为低电平，清零端有效，脉冲发生器停止产生脉冲，并保持。

电路图如下：

图4-7 6S脉冲发生器

4.6 LED滚动显示模块 4.6.1 LED显示电路译码器

此译码器由五个两输入与门（4081），一个三输入与门，三个三输入或门组成。地址端为三位二进制可逆计数器的输出，通过此门电路组成的译码器驱动LED显示器，通过可逆计数实现上行方向和下行方向的循环显示。

卡诺图如下： 表6 1 0 1 0 1 0 1 0

1 0

经卡诺图得方程如下：

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1 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 天津职业技术师范大学2011届本科生毕业设计

Y3=

Qn2

nn2nn2nn?Q.Q?Q.QQQQY2=

2101n0

Y1= Y0=

其真值表为： 表7 Q2 0 0 0 0 1 1 1 1

电路图如下所示：

Q1 0 0 1 1 0 0 1 1 Q0 0 1 0 1 0 1 0 1 Y3 1 1 1 1 0 0 0 0 Y2 1 1 1 0 0 0 0 1 Y1 1 1 0 0 0 0 1 1 Y0 1 0 0 0 0 1 1 1 QQ2nn1?Qn2Q

1nQQ2nn0?Qn2Qn1?Qn2QQ1nn0

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图4-8 门电路组成的LED显示电路译码器

4.6.2三位二进制可逆计数器

器件组成：CD4013（双D触发器），CD4070（四2与或门）

功能说明：此D触发器为上升沿触发器，通过脉冲发生器产生0.2S脉冲作为CP端输入。将每个D触发器的D端与Q’端相连构成T’触发器。

将三个T’触发器的清零端相连可实现复位，接控制电路三与门的输出。三个S端连在一起接地。Q2，Q1，Q0作为输出驱动显示译码器的地址端。

将Q与EI通过异或门实现加计数和减计数：EI=0时减计数，下行；EI=1时加计数，上行。

EI与CD4585的F（A>B）=0端即与13号相连，因为B>A时，即编码器的输入比此时电梯显示的楼层号大，应该上行，而此时F（A

当B=A计数器被锁定，故保持不变；B

下面对此构成可逆计数器的器件进行介绍：

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CD4013是有两个具有置位和复位功能的触发器构成的。它以时钟的低电平读入，以高电平输出。

功能表如下： 表7 CLK ↑ ↑ ↓ X X X

电路图如下所示：

D 0 1 X X X X R 0 0 0 1 0 1 S 0 0 0 0 1 1 Q 0 1 Q 0 1 1 Q’ 1 0 Q’ 1 0 1 图4-9三位二进制可逆计数器

4.6.3 LED显示器

器件组成：四个发光二极管，四个限流电阻。

功能说明：发光二极管（LED）是用半导体材料制作的正向偏置的PN结二极管。其发光原理是当在PN结两端注入正向电流时，注入的非平衡载流子（电子——空穴对）在扩散过程中复合发光。译码器输出为高电平，所以LED显示器为共阴输出，通过他的亮与不亮，可以显示上行和下行信号。电阻为限流作用，根据LED的额定电流确定电阻大小。

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电路图如下所示：

图4-10

4.7电梯开关门电路的实现

开关门电路的实现主控芯片我采用74LS193移位寄存器实现，当电梯停止时移位寄存器控制的LED会依次循环点亮，当需要关门时LED会依次逆向循环点亮，当开关门到位后会自动清除显示移位寄存器，整个过程模拟了开关门的实现，达到了理想的效果。

图4-11

4.8原理图与PCB图

原理图参考：附录1。 PCB图参考：附录2。

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第五章 单元电路的扩展方案

5．1电压检测模块的实现

电源电压的稳定是系统正常工作的保证，电梯控制的安全性非常重要，更应该保证电系统电源电压的高稳定性，为了保证能及时准确的检测到电源电压的性能，我设计一个电压比较器，可以任意设定电源报警电压的大小值，进而保证系统电源故障能被及时得到监控。如图所示：

图5-1电压检测

5．2电梯运行故障语音报警电路的实现

电梯在运行过程中如果出现故障，必须保证电梯内人员的求助得到及时的响应，对此我们采用语音电路来实现电梯故障的报警和楼梯内人员的呼叫，整个电路可以任意更换呼叫内容，具有音质好，清晰度高等特点完全可以满足电梯报警的需要。

语音电路如下：

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图5-2 语音电路

5．3上位机软件监控系统的实现

为了保证电梯的正常运行得到实时的监控，我们采用上位机监控软件 MCGS设计了电梯运行监控系统，该系统能准确的监控到电梯的运行状态，并发出简单的控制指令，保证了系统安全稳定的运行。

图5-3上位机监控系统

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第六章 安装与调试

6.1安装步骤

⑴按照系统总的电路图，合理规划电路总布局，尽量使电路连接简单明了。 ⑵首先一个模块一个模块连接，连接好一个模块，就检测一个，包括芯片，电路板，及导线是否接正确且接稳等，以防整体检测时不必要的麻烦。 ⑶整体连接完毕，进行调试，看是否和仿真结果相同。如有出入，仔细检测电路，查出问题所在。这样不断调试，直到达到预期结果。 ⑷改进布线，力求精简。

6.2调试步骤

⑴打开电源开关，接通电源，观察信号灯和数码显示管的变化。 ⑵如有问题，首先检查是否有电线松动，然后再调试其它部分。 ⑶检查信号灯和数码显示管是否有损坏。

⑷如果以上都们问题的话，此时应该分成一个一个单元电路来调试，包括芯片，电路板，及导线是否接正确且接稳等。

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第七章 故障分析与电路改进

7.1故障分析

⑴秒脉冲信号发生电路是否产生脉冲：

把万用表调到20V电压档，万用表负极接地，正极接555定时器“3”针脚，芯片通电后，看电压变化是否变化明显，高电平大于3V，低电平小于0.4V。如果不能产生脉冲，检测555定时器的引脚是否接对，电阻和电容是否接正确，如果不是这些问题，就通过换芯片，看是否是芯片的问题，如果芯片也没问题，就检测是不是电路板有问题。

⑵数码显示管不能正常显示：

看数码管是怎样显示的，如果显示乱码，检查七段码译码器CD4511否接线正常，然后检查各针脚对应输出是否正确，最后检查数码管接线是否正确。如果数码管中某些段不亮，检查接线是否正确，对应针脚电压是否变化。如果是某些段不灭也不完全亮，换一个数码管试试。

⑶信号灯不显示或不按仿真的状态显示：

检查信号灯是否能发光，然后检查信号灯接线处是否良好，最后检查接线是否按照状态方程连接正确。

⑷数码显示管与信号灯配合有问题：

按下某楼层的开关时，信号灯亮，当数码显示管显示到相应的楼层时，信号灯熄灭。如果不是以上的结果，首先检查JK触发器的管脚是否连接好以及是否正确。然后再检查同步可逆计数器（CD4510）的管脚是否连接好以及是否正确。接着就是四位数值比较器（CD4585）以及八线-三线优先级编码器（74148）的管脚连接正确与否。一步步检查后，此问题便可解决。

7.2电路改进

总体来说，我觉得我设计的这个简易电梯控制系统电路已经相当完美了。简洁明了，功能模块清楚。唯一不妥的是开关模块这部分操作比较复杂，我觉得应该与实际电梯上的开关模块靠近，那样可是电路更简洁，操作更方便，而且不容易出错。此外，各方面的一些问题有待探讨和改进。

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结 论

结 论

本次设计旨在更加熟悉掌握逻辑门的原理及实际应用，掌握PCB板图、仿真图等绘制软件的使用。

这次做论文的经历也会使我终身受益，我感受到要真真正正用心去做的一件事情，是不容易的！而自己能够在完成这次设计，真正是自己一个学习、研究和成长的过程，没有学习就不可能有研究的能力，没有自己的研究，就不会有所突破，那也就不会成长了。希望这次的经历能让我在以后学习中激励我继续进步。

在本次设计中还有很多不足，但在老师同学的帮助下，我对其又相关知识作了进一步系统的学习和了解。如电梯上升与下降的时间在实际过程中还是会有延时存在，还需不断的进行改进，才能做的更好。再如实际与理论还存在着一些差别，若是将理论板块直接使用，可能会达不到预期的效果，在实际制作中还需不停的实验，争取做到理论与实际同步。

虽然设计有不足，但总体来说，我这次收获了更多。在与老师的交流中，我再次系统的学习了专业知识，对专业知识掌握和运用更加熟练。此次毕业设计，我收获的不止是将其完成，更多的是再次把知识学习巩固了一遍，也为即将毕业的我画了一个句号。在这次设计的学习中，我得到了不少启示，相信在以后的学习生活上也会给予我很多的帮助。

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参考文献

参考文献

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致 谢

致 谢

本课题的整个研究设计，在整个过程中，我得到了许多老师和同学的热心帮助，借此机会我代表个人向他们表达我诚挚的谢意。

首先必须感谢的是我的指导老师宋延民教授。在整个的设计过程中，宋老师都给予了我热心指导和严格要求，并且在选题方案和整体的原理图绘制，仿真图绘制等方面上，给予了我很多的宝贵建议，提供了大量与设计相关的资料，帮助我确立了正确的设计方向，以保证了我课题的研究和理论原理的理解和顺利完成。总体来说，本次课题设计，我从宋老师那学到的不但是学术方面的知识，更多的是严谨的学习态度。

然后要感谢的是电子工程学院的各位老师，正是因为他们那一丝不苟，任劳任怨的教学态度，才使我们能具备扎实的基本功来进行并顺利完成最后的毕业论文的设计任务。感谢老师们为我们提供了良好的设计环境和相关的仪器设备。也正因为有了这些，我们才能够在那基础上更好的完成此次毕业设计。

最后，要感谢我的父母，没有他们，我在学习的路也不会走的那么远！他们给予我的是无私的爱！

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附 录

附 录

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译 文

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