基于Proteus仿真的电梯升降显示系统设计

□李 玮 陈 红

随着城市化的发展，高层建筑无论是从高度还是数量上都有着惊人的增长速度。纵观我国的电梯发展历程，电梯行业形成了一个从无到有，从有到多，从多到精的发展历程。而作为电梯的显示控制则是电梯内部组成不可或缺的一部分。现在的直行电梯种类很多，而其显示屏类型大致有两种，数码管显示和LED点阵屏；其显示控制系统大多为单片机，只不过单片机种类不同。本文将仿真以AT89C51单片机为基础驱动4个8*8的LED显示屏组成的16*16大小的屏来完成16层电梯在升降运行中的基本显示。

一、系统总体设计

在实际应用过程中，电梯因当满足的使用要求为：当按键按下，判断当前楼层与被按下按键的楼层数(目标楼层)的具体位置，然后滚动显示上(下)行楼层数、方向箭头，并在到达目标楼层后停止。因此，实际电路应该由按键模块、显示模块、控制模块(即89C51单片机)三个模块组成。其中按键模块要实现16层的按键需求；显示模块要满足两位16层按键及方向箭头的显示；控制模块则是要提供数据的输入以及对按键、显示屏的扫描。如图1所示。

图1 系统组成

二、仿真电路设计

本设计采用Proteus仿真软件进行硬件电路设计，硬件电路部分主要由楼层选择按键模块、单片机核心控制模块、数据传输及扫描模块、LED点阵显示屏等组成。电梯升降系统可以通过16个楼层选择按键确定电梯楼层编号，单片机接收到楼层编号与当前所在楼层编号进行比对，确定电梯上升或下降，然后将上升或下降的楼层图案通过数据传输及扫描模块传输至LED点阵显示屏上显示。

系统的电梯显示屏由4个8*8的LED点阵屏组成，具有行列各8个共16个管脚，通过动态扫描行列管脚从而实现单个LED芯片点亮，进而实现字符的显示。而在对实际电路的应用分析时发现，使用4个8*8的LED点阵屏组合成16*16的显示屏所需要的管脚过多，实际显示过程中，16*16的显示屏共有64个管脚，要完成全部的扫描，对于只有32个I/O口的51单片机并不现实，所以对于行列的扫描需要添加具有特定功能的扩展芯片。在该程序设计中选取了两个74HC595(8位移位寄存器)与一个74HC154(4～16位译码器)来完成I/O口的扩展。电梯升降电路如图2所示。第一，矩阵按键的设置取P1口作为矩阵按键的端口，其中P1.0～P1.4为列端口，P1.5～P1.7为行端口，并在其端口边空白处进行矩阵按键的排布。第二，行数据输出端，选取P0口作为其端口，行数据输出端口只需要3个I/O口并选取P0.5、P0.6、P0.7；向点阵屏输入需要16位的端口，采用两个74HC595级联的方式，将16位的信号输入点阵屏。第三，选取P2端口作为列输入与74HC154连接，其中P2.0～P2.3为数据输入，P2.5为使能控制端；由于74HC154输出为低电平，而向点阵屏输入必须为高电平，因此在与点阵屏连接之前，必须要加反向器与上拉电阻。第四，点阵屏的排放以及管脚的选择，根据程序要求，上半屏选取上半屏为同列(1～8列)，下半屏同列(9～16列)，左半屏同行(1～8行)，右半屏同行(9～16行)。

图2 电梯升降电路图

三、系统软件设计

(一)程序设计方案。当电梯通电时，电梯显示屏点亮默认显示为1层；有人下某层按键时电梯向该楼层方向移动(向上或向下，1层只能向上，16层只能向下)，此时电梯显示屏开始滚动显示当前楼层数已经电梯运行方向；到达目标楼层时电梯停止运行，显示当前楼层并等待响应下次按键，如此循环。

图3 主程序流程图

(二)程序流程图。如图3所示，16层高层建筑在显示屏控制上需要16个按键控制，即1～16层的楼层按键。在软件编写中以矩阵式键盘的方式来编写，将16个按键看成是4*4的矩阵按键，通过对该矩阵进行行列扫描的方式来确定被按下的按键具体是哪一个。这种方法的优点在于只需要占用8个I/O口就可以控制16个按键，减少了对I/O口的使用提高了硬件使用效率，并且4*4的矩阵按键恰好占用51单片机上一组I/O口。

在电梯升降过程中，LED显示的画面是通过滚动的形式进行楼层显示的切换，整个滚动显示函数块的运行过程是：每次扫描一列，左右半屏同时输入一行数据，共扫描15次，保持往复循环直到激励信号，根据楼层位置向上(下)运行，此时开始每扫描一列，输入的行数据就读取原有数据的后(前)一行，显示时就会表现出图像整体上移(下移)一行；偏移8次后即显示出上(下)一楼的楼层数此时加(减)1；如此循环至达到目标楼层后继续保持当前数值的扫描直到下次激励信号的到来。程序仿真的效果图如图4所示。

图4 电梯升降显示仿真图

四、结语

本文设计的程序是通过Proteus软件进行仿真，经过软硬件仿真实现预期的目标，实现了采用LED点阵显示电梯升降的画面，该程序在实际应用方面仍存在缺陷：在电梯运行过程中无法响应临时出现的激励信号，即在到达目标楼层之前无法改变目标。若想实现对突发信号的响应，需要在原有中断的基础上继续添加二级中断。