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铁道信号
机车检修专用运行信号发生器
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铁道信号 机车检修专用运行信号发生器,铁道信号,机车检修专用运行信号发生器,铁道,信号,机车,检修,检验,专用,运行,信号发生器
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毕业设计论文 设计课题： 机车检修专用运行信号发生器 专业（系） 铁道供电与电气学院 班 级 铁道信号112班 学生姓名 刘 佩 指导老师 陈新喜 完成日期 2013.12.11 14届毕业设计任务书一、课题名称：机车检修专用运行信号发生器二、指导教师：陈新喜三、设计内容与要求1、 课题概述1） 机车安全运行，一直是人们非常重视和关注的问题，每台机有大修、中修、和入出库检修等，机车上各种仪器、仪表种类繁多，有些可以在机车停止时检测，有些必须在运行中检测，而以前后者的检测方法就是机车在线运行检测，需要调度、司机、检测等多人员配合，本课题是设计制作一台能在机车停止状态下提供速度信号让机车模拟运行状态，方便机车检修。2） 系统方框图2、 设计内容与要求设计内容：1）确定机车信号发生器接口，要求机车检修专用运行信号发生器接口与原来速度信号接口一致；2）具有速度设定功能, 设定机车速度为5-160km/h，并根据速度产生相应频率信号；3）要求产生的信号波形与现有速度传感器一致；4）操作使用简便，方便携带5）电源可以采用机车DC110V电源供电，或者自配充电电池等，如采用电池需有电源电压检测报警功能；6）设计并制作一台样机设计要求：1）原理图规范2）PCB板图规范、布局合理3）电路板制作工整、美观4）软件流程图标准5）程序采用结构化设计、可读性强6）生产的速度误差小于3%四、设计参考书模拟电子技术 高等教育出版社数字电子技术 高等教育出版社单片机C语言程序设计北京航空航天大学出版社单片机原理及应用 中南大学出版社五、设计说明书要求(小四、宋体) (以下五号、宋体)1、 封面2、 目录3、 内容摘要(200400字左右，中英文)4、 引言5、 正文（设计方案比较与选择，设计方案原理、计算、分析、论证，设计结果的说明及特点）6、 结束语7、 附录(参考文献、图纸、材料清单等)六、毕业设计进程安排序号内容要求完成时间1师生见面,下发毕业设计任务书、布置毕业设计2013.6.282前期准备完成毕业设计相关资料的收集、设计方案的确定假期3元件选型参数、型号、数量20139154控制板原理图设计20139305控制板PCB板设计与制作2013.10.146软件程序编写调试2013.10.317整机调试完成批定功能201311108毕业设计任务书编写毕业设计说明书在规定时间前上交指导教师处2013.11.259毕业答辩及成绩评定2013年12月七、毕业设计答辩及论文要求(小四、宋体)(以下五号、宋体)1、 毕业设计答辩要求答辩前三天，每个学生应按时将毕业设计说明书或毕业论文、专题报告等必要资料交指导教师审阅，由指导教师写出审阅意见。学生答辩时对自述部分应写出书面提纲，内容包括课题的任务、目的和意义，所采用的原始资料或参考文献、设计的基本内容和主要方法、成果结论和评价。答辩小组质询课题的关键问题，质询与课题密切相关的基本理论、知识、设计与计算方法、实验方法、测试方法，鉴别学生独立工作能力、创新能力。2、 毕业设计论文要求文字要求:说明书要求打印(除图纸外)，不能手写。文字通顺，语言流畅，排版合理，无错别字，不允许抄袭。图纸要求:按工程制图标准制图，图面整洁，布局合理，线条粗细均匀，圆弧连接光滑，尺寸标注规范，文字注释必须使用工程字书写。曲线图表要求：所有曲线、图表、线路图、程序框图、示意图等不准用徒手画，必须按国家规定的标准或工程要求绘制。摘要 机车是铁路运输重要的牵引动力设备，为使机车以优质的性能完成牵引列车的任务，除了对机车进行正常的保养、修理以外，例行日常及修前的检测是保证机车达到正常运用状态的重要一环，若未对机车的运用转台实施定期检测，是必对的机车安全运行埋下隐患，运行中机车一旦出现“机破”、“机故”的故障，则不仅会影响本列车的安全正点，而且还会打乱整个机车运用区段的运行秩序，造成经济损失以及对社会产生较大的不良影响。机车检修专用信号发生器就是对机车质量多种检测方式中的一种，它能对机车在静止状态下，模拟机车光电传感器装置而发出模拟无线脉冲信号，将信号传送至监控装置，监控装置再发送信号至显示屏，从而实现对机车的运行状态进行模拟。本课题是设计制作一台能在机车停止状态下提供速度信号让机车模拟运行状态，方便机车检修。关键词：机车；信号发生器；模拟；检修AbstractThe locomotive is an important traction and power transportion equipment in railway transportation.In order to finished the traffic work in all wool and a yard wide.Except to the locomotive natural maintains and repairs,that is an important step in detect before the repair and daily.If we dont detect the state of the locomotive mobilization,then it can be hidden trouble.Wen the locomotive appear”malfunction”,Not noly locomotive must be effect the train traffics safe and run on time,but also make abadly run order,and it lead to more economy becide disserve the society.The signal generator for locomotives is one of the many ways in deteet.It on the locomotivein the stationary state,simulation oflocomotivephotoelectric sensor devicefromanalog radiopulse signal,thesignal is transmitted to themonitoring device,monitoring devicethensends a signal tothe display,so as to realize therunning state oflocomotivesimulation.The subject is to designaspeedsignalforlocomotive simulationoperation statestatestopped in thelocomotive,is convenientfor locomotive maintenance.Keywords:locomotive ;signalgenerator ;simulates ;overhaul目 录第1章 绪论11.1选题与研究的背景11.2课题研究的目的和意义2第2章 任务与要求42.1任务简介42.2任务要求42.3设计要求：5第3章 总方案论证与设计63.1 整体设计与分析63.2 各功能模块分析6第4章 硬件电路设计84.1 以AT89C51为单片机控制单元84.2使用自制充电电池为电源供电104.3 使用12864作为显示电路12第5章 软件设计175.1程序流程图175.2主要源程序21第6章 安装与调试266.1调试前的准备266.2调试的主要步骤266.3调试注意事项286.4调试结果28第7章 使用说明30第8章 心得体会31参考文献32致谢33附录34总原理图34PCB图35程序36元件清单46湖南铁道职业技术学院单片机课程设计说明书第1章 绪论1.1选题与研究的背景当今铁路行业与国民经济其它行业一样快速发展，尤其在铁路部门实施跨越式发展、改革的今天，铁路牵引动力实施高速、载重、长交路、跨局、跨区段牵引的举措广泛开展，为适应当前铁路牵引动力改革的需要，机车检修开始实施视情维修，而视情维修是以提高机车运用效率，缩短检修机车时间来设计的。对于视情维修来说，必须满足三个条件：1) 能够发现产品状况恶化的征兆；2) 能够发现产品潜在的故障状态；3) 产品具有足够长的从潜在故障至功能故障的时间间隔。要达到1）2）项的条件，检测工作时非常重要的。所谓检测就是对产品进行检查、测试（测量和实验）。在产品整个寿命周期中都可能需要检测，如在产品研制和生产中，经常需要对性能、几何尺寸和各种物理化学参数进行检查和测量，以确定其是否符合规定要求；在使用过程中，需要对装备定期检查和测试，以便确定其状态，判断其是否可以完成规定的功能。如果出现工作不正常的迹象，就要进一步找出发生故障的部位，确定维修范围，这就叫做隔离故障，以便排除故障，恢复装备的良好状态。检测的目的是多种多样的，对于装备的使用、维修和可靠性、维修性范畴来说，重要的是通过检测掌握产品的状态。机车车辆的诊断技术自20世纪70年代初就得到发展和应用。大约在20世纪80年代，由于电子计算机和计算机技术的发展，技术诊断才取得丰硕的成果，如今已成为机车车辆维修的重要手段。机车车辆技术诊断分为外部诊断和内部诊断。外部诊断室应用现场的检测装置，在需要时与被测设备连接进行检测诊断。外部诊断诊断装置可以是地面固定装备，也可以是随车检测装置，现在越来越多地采用便携式电脑及有关装置。比较典型的外部诊断有：（1）轮对诊断：检测诊断车轮踏面上的横向裂纹、车轮型面误差和磨损状况以及车轮不圆度和擦伤。（2）轴温探测：通过红外线轴温探测系统，利用车轴发生热切以前轴温急剧上升的原理来预报车轴的事故。（3）润滑油分析：利用润滑油光谱和铁谱分析来判断各摩擦副零件的磨损状况和诊断润滑系统的有关故障。内部诊断是使用固定安装在机车车辆上的检测诊断装置，对于只要零部件的工作状况进行持续测量，做出实时报道。自20世纪80年代以来，随着微机控制技术的发展，已经形成了系统诊断，整台机车或列车装有一个内部诊断系统，主要功能有：（1）对所有电子控制的范围，包括制动机的故障进行检测；（2）通过显示屏给机车司机何列车员以排除故障的显示；（3）按照优先等级和故障意义及时间长短来划分故障等级；（4）输入人们发现的其他故障；（5）通过履历存储、试验曲线、过程参数值的查询和外部决策软件对维修提供帮助。我国的列车速度控制技术的发展和使用经历了不平凡的过程。由中国技术人员研制的用于保障行车安全的设备列车运行监控记录装置（简称监控装置）第三代设备已投入使用。我国列车速度控制技术开发是从上世纪90年代开始的，各铁路局和科研、生产单位进行了大量的试验。当时功能、性能不同的列车控制装置有7种之多，其中JK-2H型监控装置使用较多，得到了较好的评价，具有代表性，成为了第一代装置。根据监控装置需要完善、提高的情况，1993年铁道部制定了LKJ-93型监控装置技术条件并组织联合研制，LKJ-93型监控装置于1995年研制成功并开始进入批量使用，形成了第二代装置，陆续形成了在全路普及使用的规模。到2001年末，中国国家铁路监控装置安装机车达14500余台，达到适用机车的100%。从1993年开始，我国列控车载设备走进了技术高度统一、规范并且系统化发展的道路。LKJ2000型监控装置于2000年底完成研制工作，于2001年开始批量投入使用，到2002年底，三代监控装置安装机车保有总额超过了15000台，运行范围遍及所有国铁运营线路。基于这个背景，我们选择了这个“机车检修专用运行信号发生器”的课题，希望在此基础上，设计制作一台能在机车停止状态下提供速度信号让机车模拟运行状态，方便机车检修。1.2课题研究的目的和意义机车是铁路运输重要的牵引动力设备，为使机车以优质的性能完成牵引列车的任务，除了对机车进行正常的保养、修理以外，例行日常及修前的检测是保证机车达到正常运用状态的重要一环，若未对机车的运用转台实施定期检测，是必对的机车安全运行埋下隐患，运行中机车一旦出现“机破”、“机故”的故障，则不仅会影响本列车的安全正点，而且还会打乱整个机车运用区段的运行秩序，造成经济损失以及对社会产生较大的不良影响。机车检修专用信号发生器就是对机车质量多种检测方式中的一种，它能对机车在静止状态下，模拟机车光电传感器装置而发出模拟无线脉冲信号，将信号传送至监控装置，监控装置再发送信号至显示屏，从而实现对机车的运行状态进行模拟。机车安全运行，一直是人们非常重视和关注的问题，每台机有大修、中修、和入出库检修等，机车上各种仪器、仪表种类繁多，有些可以在机车停止时检测，有些必须在运行中检测，而以前后者的检测方法就是机车在线运行检测，需要调度、司机、检测等多人员配合。本课题是设计制作一台能在机车停止状态下提供速度信号让机车模拟运行状态，以方便机车检修。第2章 任务与要求2.1任务简介机车是铁路运输重要的牵引动力设备，为使机车以优质的性能完成牵引列车的任务，除了对机车进行正常的保养、修理以外，例行日常及修前的检测是保证机车达到正常运用状态的重要一环，若未对机车的运用转台实施定期检测，是必对的机车安全运行埋下隐患，运行中机车一旦出现“机破”、“机故”的故障，则不仅会影响本列车的安全正点，而且还会打乱整个机车运用区段的运行秩序，造成经济损失以及对社会产生较大的不良影响。当机车发生故障时，由于不动车或动车速度不高，没有输出速度信号或输出信号强度不够，因而不能够有效判别这些装置的状态是否良好，给机务段检修人员带来了很大的不便，严重制约了机务段日常检测工作效率的提高，也会影响机车运行的安全。自机务段实行“修、检”分离、专业化集中修后，机车入库时间减少，提高机务段修、检修日常检测效率已实在必行。机车检修专用信号发生器就是对机车质量多种检测方式中的一种，它能对机车在静止状态下，模拟机车光电传感器装置而发出模拟无线脉冲信号，将信号传送至监控装置，监控装置再发送信号至显示屏，从而实现对机车的运行状态进行模拟。机车安全运行，一直是人们非常重视和关注的问题，每台机有大修、中修、和入出库检修等，机车上各种仪器、仪表种类繁多，有些可以在机车停止时检测，有些必须在运行中检测，而以前后者的检测方法就是机车在线运行检测，需要调度、司机、检测等多人员配合。本课题是设计制作一台能在机车停止状态下提供速度信号让机车模拟运行状态，方便机车检修。2.2任务要求1）确定机车信号发生器接口，要求机车检修专用运行信号发生器接口与原来速度信号接口一致；2）具有速度设定功能, 设定机车速度为5-160km/h，并根据速度产生相应频率信号；3）要求产生的信号波形与现有速度传感器一致；4）操作使用简便，方便携带5）电源可以采用机车DC110V电源供电，或者自配充电电池等，如采用电池需有电源电压检测报警功能；6）设计并制作一台样机；2.3设计要求1）原理图规范2）PCB板图规范、布局合理3）电路板制作工整、美观4）软件流程图标准5）程序采用结构化设计、可读性强6）生产的速度误差小于3%第3章 总方案论证与设计3.1 整体设计与分析 本课题是设计制作一台能在机车停止状态下提供速度信号让机车模拟运行状态。根据设计的要求我们能知道总的电路模块，要模拟机车的运行状态，首先需要单片机最小系统模块。单片机工作就会需要电源，所以本电路还需要电源模块。由于有提供速度信号，所以需要信号的接口，则为电路的信号输出模块。模拟好运行状态后需要通过显示出来才能判断，所以需要显示模块。显示出来的速度有一定的范围，需要按键转换，所以需要按键输入模块。通过以上的分析，此电路的整体设计包括几个部分，单片机为控制单元，电源为整个电路板供电，显示模块显示速度，按键输入模块来调整速度，信号输出模块输出信号。该电路有设计简单，应用广泛，精度较高等特点。 3.2 各功能模块分析1.单片机最小系统模块 单片机是指集成自一个芯片上的微型计算机，也就是把组成微型计算机的各种功能部件，包括CPU、随机存取存储器RAM、制度存储器ROM、基本输入/输出接口电路、定时/计数器部件制作在一块集成芯片上，构成一个完整的微型计算机，从而实现微型计算机的功能。因此，单片机实质上是一个芯片。 单片机最小系统：单片机最小系统是能够让单片机工作的最小硬件电路，除了单片机外，最小系统还包括复位电路和时钟电路。复位电路用于将单片机内部各电路的状态恢复到初始值。时钟电路为单片机工作提供基本时钟，因为单片机内部由大量的时序电路构成，没有时钟脉冲即“脉搏”的跳动，各个部分将无法工作。 芯片有很多种，在此设计中采用AT89C51芯片。2电源模块 电源是提供电能的装置。如果没有电源模块，单片机将无法正常工作，所有的模块都不能工作，所有电源模块是不可缺少的。 本电路的电源模块采用自制的充电电源模块。3. LCD显示模块为了直观的设置参数和查询存储的数据，所以需要采用LCD显示模块。随着显示技术发展的日新月异，液晶显示因其功耗低、重量轻而成为设计产品主流显示技术。LCD显示模块有很多种，本电路使用LCD12864显示。 4. 按键输入模块 在本设计当中，需要调整机车的速度和车型，所以，按键输入模块必不可少，当按下按键时，单片机会进行工作，使得显示屏上对应的部分进行改变。 按键可分为矩阵式按键和独立式按键。但根据实际情况，采用独立式按键即可。3.3 方案确定选定方案描述：此设计采用AT89C51单片机为控制单元，以自制充电电池为电源供电，以LCD12864作为显示模块。总系统图：按键输入模块LCD12864显示模块单片机最小系统信号输出模块自制电源模块220V12V5V第4章 硬件电路设计4.1 使用AT89C51作为单片机控制单元1. 单片机控制单元选择方案一：MCS 51系列单片机方案二：ATMEL公司的AT89S51单片机方案一中，MCS 51系列单片机以其优越的性能、成熟的技术和高可靠性和高性价比，迅速占领了工业测控和自动化工程应用的主要市场，成为国内单片机应用领域中的主流。目前，可用于其开发的硬件越来越多，与其配套的各类开发系统、各种软件业日趋完善，因此，可以极方便地利用现有资源，开发出用于不同目的的各类应用系统。AT89S51是一种低功耗、高性能的片内含有4KB快闪可编程擦除只读存储器(FPEROM-Flash Programmable and Erasable Read Only Memory) 8位CMOS微控制器，使用高密度、非易失存储技术制造，并且与80C51引脚和指令系统完全兼容。芯片上的FPEROM允许在线编程或采用通用的非易失存储编程器对程序存储器重复编程。AT89S51（以下简称 89C51）将具有多种功能的8位 CPU与FPEROM结合在一个芯片上，为很多嵌入式控制应用提供了非常灵活而又价格适宜的方案，其性能价格比较高。经过对比采用AT89C51单片机。2. 89C51性能及特点 89C51的主要性能包括：（1） 与MCS-51 兼容 （2） 4K字节可编程FLASH存储器（3） 寿命：1000写/擦循环（4） 数据保留时间：10年（5） 全静态工作：0Hz-24MHz（6） 三级程序存储器锁定（7） 1288位内部RAM（8） 32可编程I/O线（9） 两个16位定时器/计数器（10） 5个中断源（11） 可编程串行通道（12） 低功耗的闲置和掉电模式（13） 片内振荡器和时钟电路图3-1 AT89C51引脚图3. AT89C51控制电路图3-2 AT89C51控制电路图 此电路包含按键部分、显示部分、比较放大部分、电源部分、信号输出部分。有五个选择按钮，可变换车型、调节速度。显示部分显示的是机车速度范围和车型。数据下载到单片机P0口，由其输入到信号输出端。4.2使用自制充电电池为电源供电1.电源模块的选择方案一：可采用机车DC110V电源进行供电方案二：可采用自配充电电池进行供电方案一中电源装置也称蓄电池充电器（简称充电器），它为机车提供控制电源。型机车用电源装置由两组完全相同的电源单元（简称）组成，均采用元件，通常情况只有一组处于工作状态，当其故障时，另外一组会启动，继续供电。由机车控制系统对装置进行控制与监视。方案二常用的充电电池除了锂电池之外，铅酸电池也是非常重要的一个电池统。铅蓄电池的优点是放电时电动势较稳定，缺点是比能量（单位重量所蓄电能）小，对环境腐蚀性强。铅蓄电池的工作电压平稳、使用温度及使用电流范围宽、能充放电数百个循环、贮存性能好（尤其适于干式荷电贮存）、造价较低，因而应用广泛。由于是自制，更能够理解其中充电的道理。相比之下采用方案二。2LM339简介LM339芯片内部装有四个独立的电压比较器，是很常见的集成电路。利用lm339可以方便的组成各种电压比较器电路和振荡器电路。LM339电压比较器的特点和一些参数： 1）电压失调小，一般是2mV； 2）共模范围非常大，为0v到电源电压减1.5v； 3）他对比较信号源的内阻限制很宽； 4）LM339 vcc电压范围宽，单电源为2-36V，双电源电压为1V-18V； 5）输出端电位可灵活方便地选用。 6）差动输入电压范围很大，甚至能等于vcc；LM339的引脚排列见图3-3. 图3-3 LM339引脚图由于LM339四运放电路具有失调电压小；电源电压范围宽；对比较信号源的内阻限制较宽；共模范围很大；差动输入电压范围较大；输出端电位可灵活方便地选用。因此被广泛应用在各种电路中。3. LM339电压转换电路图3-4 LM339电压转换电路图4.3 使用12864作为显示电路1. LCD显示模块的选择方案一：采用数码管显示方案二：采用LCD1602作为显示模块方案三：采用LCD12864作为显示模块方案一种数码管显示的方法很麻烦，而且它主要用来显示数字、符号，对于其它的显示内容只能进行模拟显示，显示的效果可想而知，所以不才用第一种方案。 方案二中1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。它由若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此所以它不能很好地显示图形（用自定义CGRAM，显示效果也不好）。微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧，常用在袖珍式仪表和低功耗应用系统中。方案三中的12864是128*64点阵液晶模块的点阵数简称，业界约定俗成的简称。带中文字库的128X64是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为12864, 内置8192个16*16点汉字，和128个16*8点ASCII字符集。利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。可以显示84行1616点阵的汉字. 也可完成图形显示。低电压低功耗是其又一显著特点。由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶显示模块相比，不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多，且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块。该点阵的屏显成本相对较低，适用于各类仪器，小型设备的显示领域。相比之下选用方案三的LCD12864作为显示模块。212864简介12864是128*64点阵液晶模块的点阵数简称，业界约定俗成的简称。带中文字库的128X64是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为12864, 内置8192个16*16点汉字，和128个16*8点ASCII字符集。基本特性:（1）、低电源电压（VDD:+3.0-+5.5V）（2）、显示分辨率:12864点（3）、内置汉字字库，提供8192个1616点阵汉字(简繁体可选) （4）、内置 128个168点阵字符。 （5）、2MHZ时钟频率（6）、显示方式：STN、半透、正显（7）、驱动方式：1/32DUTY，1/5BIAS （8）、视角方向：6点（9）、背光方式：侧部高亮白色LED，功耗仅为普通LED的1/51/10 （10）、通讯方式：串行、并口可选（11）、内置DC-DC转换电路，无需外加负压（12）、无需片选信号，简化软件设计（13）、工作温度: 0 - +55 ,存储温度: -20 - +60 3.模块接口说明串行接口管脚信号*注释1：如在实际应用中仅使用串口通讯模式，可将PSB接固定低电平，也可以将模块上的J8和“GND”用焊锡短接。*注释2：模块内部接有上电复位电路，因此在不需要经常复位的场合可将 该端悬空。*注释3：如背光和模块共用一个电源，可以将模块上的JA、JK用焊锡短接。 并行接口管脚信号管脚号管脚名称电平管脚功能描述1VSS0V电源地2VCC3.0+5V电源正3V0-对比度（亮度）调整4RS(CS）H/LRS=“H”,表示DB7DB0为显示数据RS=“L”,表示DB7DB0为显示指令数据5R/W(SID)H/LR/W=“H”,E=“H”,数据被读到DB7DB0R/W=“L”,E=“HL”, DB7DB0的数据被写到IR或DR6E(SCLK)H/L使能信号7DB0H/L三态数据线8DB1H/L三态数据线9DB2H/L三态数据线10DB3H/L三态数据线11DB4H/L三态数据线12DB5H/L三态数据线13DB6H/L三态数据线14DB7H/L三态数据线15PSBH/LH：8位或4位并口方式，L：串口方式（见注释1）16NC-空脚17/RESETH/L复位端，低电平有效（见注释2）18VOUT-LCD驱动电压输出端19AVDD背光源正端（+5V）（见注释3）20KVSS背光源负端（见注释3）*注释1：如在实际应用中仅使用并口通讯模式，可将PSB接固定高电平，也可以将模块上的J8和“VCC”用焊锡短接。*注释2：模块内部接有上电复位电路，因此在不需要经常复位的场合可将该端悬空。 *注释3：如背光和模块共用一个电源，可以将模块上的JA、JK用焊锡短接。4.模块主要硬件构成说明控制器接口信号说明： 1、RS，R/W的配合选择决定控制界面的4种模式：RSR/W功能说明LLMPU写指令到指令暂存器（IR）LH读出忙标志（BF）及地址记数器（AC）的状态HLMPU写入数据到数据暂存器（DR）HHMPU从数据暂存器（DR）中读出数据2、E信号E状态执行动作结果高低I/O缓冲DR配合/W进行写数据或指令高DRI/O缓冲配合R进行读数据或指令低/低高无动作 5.显示内容：车型，机车速度，欠压显示报警车型：韶山4型 韶山8型 韶山9型机车速度调试范围：5-160km/h第5章 软件设计5.1程序流程图主程序流程图 开始延时液晶显示初始化 定时初始化按键检测开始定时时间到赋初值重新赋定时的初值TH0，TL0PWM输出取反（P2.0）退出中断，等待下次中断进入定时中断子程序开始设初值设初值，计算定时的初值赋定时的初值，启动定时 结束定时的初始化按键检查子程序开始判断车型按钮是否按下并为0Y延时10ms再次判断Y车型加1判断车型是否大于2Y设置车型为0显示更新，clam_flag=0NN判断加十按钮是否按下Y延时10ms再次判断Y速度加10判断速度是否大于160Y速度等于160NN判断加一按钮是否按下Y延时10ms再次判断Y速度加1判断速度是否大于160Y速度等于160NN结束NNN判断减十按钮是否按下Y延时10ms再次判断Y速度减10判断速度是否大于14Y速度等于10NNNN判断减一按钮是否按下延时10msYN再次判断速度减1Y判断速度是否大于5Y速度等于1显示更新，clam_flag=0结束开始N5.2主要源程序#include /加载头文件#include #define uchar unsigned char/数据定义#define uint unsigned intsbit LCD_RS = P25;/液晶控制引脚定义sbit LCD_RW = P26;sbit LCD_EN = P27;sbit addg = P10; /加十sbit add = P11; /加一sbit decg = P13; /减十sbit dec = P14; /减一sbit carm = P12; /车类型切换sbit LV = P17; /欠压检测sbit PWM = P34; /PWM输出uchar code dis1 = 设定车速：;uchar code dis2 = Km/h;uchar code dis3 = 车型:;uchar code dis4 = 机车信号发生器;uchar set_speed=5; /km/huchar set_car=0; /车类型uint CB = 200; /定义车子一轮发出200个转速脉冲。uint set_time; /设定时间uchar TH_TEMP,TL_TEMP;/定时器暂存#define girth4 3.77 /轮径120cm周长=*d=3.1415926*1.20=3.77米#define girth8 3.927 /轮径125cm周长=*d=3.1415926*1.25=3.927米#define girth9 3.77 /轮径120cm周长=*d=3.1415926*1.20=3.77米float circle=girth4,set_time_float;/*/*/* LCD初始化设定/*/*/void lcd_init() delay(15); /等待LCD电源稳定 lcd_wcmd(0x38); /16*2显示，5*7点阵，8位数据 delay(5); lcd_wcmd(0x38); delay(5); lcd_wcmd(0x38); delay(5); lcd_wcmd(0x0c); /显示开，关光标 delay(5); lcd_wcmd(0x06); /移动光标 delay(5); lcd_wcmd(0x01); /清除LCD的显示内容 delay(5);/*/*/* 清屏子程序/*/*/void disp_init()/显示初始化lcd_clr(); /清屏lcd_pos(0x0); /设定显示位置lcd_string(dis4);/显示字符串4lcd_pos(0x10);lcd_string(dis1);disp_fresh(); /显示更新子函数void key_check() /按键检查uchar calm_flag=0;if(carm=0) /车型delay(10); /延时去抖动if(carm=0) /再次判断set_car+; /车型加1if(set_car2)set_car=0;disp_fresh(); /显示更新calm_flag=1;while(!carm);/等待按键松开if(addg=0) /加delay(10);if(addg=0)set_speed+=10;if(set_speed160) /大于160则为160set_speed=160;disp_fresh();calm_flag=1;while(!addg);if(add=0)delay(10);if(add=0)set_speed+=1;if(set_speed160)set_speed=160;disp_fresh();calm_flag=1;while(!add);if(decg=0)delay(10);if(decg=0)if(set_speed14)set_speed-=10;disp_fresh();calm_flag=1;while(!decg);if(dec=0)delay(10);if(dec=0)if(set_speed5)set_speed-=1;disp_fresh();calm_flag=1;while(!dec);if(LV=1)/如果欠压delay(10);if(LV=1) /如果欠压lcd_pos(0x18+6); /则显示LVlcd_string(LV);TR0=0;/关闭PWM输出else /不欠压if(TR0=0) /且PWM关闭状态则打开lcd_pos(0x18+6);lcd_string( );TR0=1;if(calm_flag=1) /需要计算标志位calm_flag=0;set_time_float=set_speed/3.6/circle;set_time_float=set_time_float*CB; /结果等于1秒需要发出多少个脉冲；set_time_float=1000000/set_time_float;/周期，单位微妙set_time=(uint)(set_time_float+0.5);/周期，单位微妙,四舍五入set_time/=2;/周期除以2，得到半周期，以发生方波信号set_time=set_time-9;TH_TEMP=(65536-set_time)/256;TL_TEMP=(65536-set_time)%256;TH0=TH_TEMP;TL0=TL_TEMP;/定时器0void timer0(void) interrupt 1 using 1TH0=TH_TEMP; /赋初值TL0=TL_TEMP;PWM=PWM; /PWM输出取反void time0_init() /定时器0初始化EA=1; /开中断ET0=1;TMOD=0x11;set_time_float=set_speed/3.6/circle; set_time_float=set_time_float*CB; /结果等于1秒需要发出多少个脉冲；set_time_float=1000000/set_time_float;/周期，单位微妙set_time=(uint)(set_time_float+0.5);/周期，单位微妙,四舍五入set_time/=2;/周期除以2，得到半周期，以发生方波信号set_time=set_time-9;/PWM周期修正，指令周期等需算在内TH_TEMP=(65536-set_time)/256; /计算定时值TL_TEMP=(65536-set_time)%256;TH0=TH_TEMP;/赋值TL0=TL_TEMP;TR0=1;/启动定时器/*/*/* 主程序/*/*/void main() delay(10); /上电延时让系统稳定 lcd_init(); /初始化LCDdisp_init(); /显示初始化time0_init(); /定时器0初始化 while(1) key_check(); /按键检查 第6章 安装与调试6.1调试前的准备正确的调试系统才能使各模块正常工作，实现高精度的模拟机车的运行状态。使用的设备：插座 一个数字万用表 一台电烙铁及焊接工具 一套示波器 一台连接线 若干镊子 一把1）技术文件准备：电路(原理)图、方框图、印制电路板图、调试工艺（参数表和程序）、器件手册或说明书等文件的准备。要求掌握上述各技术文件的内容，了解电路的基本工作原理、主要技术性能指标、各参数的调试方法和步骤等。明确电路调试的目的和要求达到的技术性能指标。 2）仪器设备准备：要准备好测量仪器和测试设备，检查是否处于良好的工作状态，检查测量仪器和测试设备的功能选择开关、量程档位是否处于正确的位置，尤其要注意测量仪器和测试设备的精度是否符合技术文件规定的要求，能否满足测试精度的需要。调试常用的仪器有：万用表、稳压电源、示波器、信号发生器等，需要掌握仪器设备的正确使用方法和测试方法，熟练使用测量仪器和测试设备。6.2调试的主要步骤调试方法通常采用先分调后联调（总调）。我们知道，任何复杂电路都是由一些基本单元电路组成的，因此，调试时可以循着信号的流程，逐级调整各单元电路，使其参数基本符合设计指标。这种调试方法的核心是，把组成电路的各功能块（或基本单元电路）先调试好，并在此基础上逐步扩大调试范围，最后完成整机调试。采用先分调后联调的优点是能及时发现问题和解决问题。新设计的电路一般采用此方法。对于包括模拟电路、数字电路和微机系统的电子装置，更应采用这种方法进行调试。因为只有把三部分分开调试后，分别达到设计指标，并经过信号及电平转换电路后才能实现整机联调。否则，由于各电路要求的输入、输出电压和波形不符合要求，盲目进行联调，就可能造成大量的器件损坏。除了上述方法外，对于已定型的产品和需要相互配合才能运行的产品也可采用一次性调试。 按照上述调试电路原则，具体调试步骤如下： （1）通电前检查。调试前要检查被调试电路是否按电路设计要求正确安装连接，有无虚：焊、脱焊、漏焊等现象，检查元器件的好坏及其性能指标，检查被调试设备的功能选择开关、量程档位和其他面板元器件是否安装在正确的位置。经检查无误后方可按调试操作程序进行通电调试。 对被调试电路的准备具体分为以下几点：1.连线是否正确2.元、器件安装情况 3.电源、信号源检查 4.电源端对地（）是否存在短路 若电路经过上述检查，并确认无误后，就可通电调试。 （2）通电观察。断开信号源，把经过准确测量的电源接入电路，观察有无异常现象，包括有无冒烟，是否有异常气味，手摸元器件是否发烫，电源是否有短路现象等。如果出现异常，应立即切断电源，待排除故障后才能再通电。然后测量各路总电源电压和各器件的引脚的电源电压，以保证元器件正常工作。通过通电观察，认为电路初步工作正常，就可转入正常调试。另外，应注意一般电源在开与关的瞬间往往会出现瞬态电压上冲的现象，集成电路最怕过电压的冲击，所以一定要养成先开启电源，后接电路的习惯，在实验中途也不要随意将电源关掉。 （3）静态检测与调试。交流、直流并存是电子电路工作的一个重要特点。一般情况下，直流为交流服务，直流是电路工作的基础。因此，电子电路的调试有静态调试和动态调试之分。静态调试一般是指在没有外加信号的条件下所进行的直流测试和调整过程。对于运算放大器，静态检查除测量正、负电源是否接上外，主要检查在输入为零时，输出端是否接近零电位，调零电路起不起作用。当运放输出直流电位始终接近正电源电压值或负电源电压值时，说明运放处于阻塞状态，可能是外电路没有接好，也可能是运放已经损坏。如果通过调零电位器不能使输出为零，除了运放内部对称性差外，也可能运放处于振荡状态，所以实验板直流工作状态的调试，最好用示波器观察是否有自激发生。（4）动态检测与调试 动态调试是在静态调试的基础上进行的。调试的方法是在电路的输入端接入适当频率和幅值的信号，并循着信号的流向逐级检测各有关点的波形、参数和性能指标。调试的关键是善于对实测的数据、波形和现象进行分析和判断。这需要具备一定的理论知识和调试经验。发现电路中存在的问题和异常现象，应采取不同的方法缩小故障范围，最后设法排除故障。因为电子电路的各项指标互相影响，在调试某一项指标时往往会影响另一项指标。实际情况错综复杂，出现的问题多种多样，处理的方法也是灵活多变的。动态调试时，必须全面考虑各项指标的相互影响，要用示波器监视输出波形，确保在不失真的情况下进行调试。6.3调试注意事项（1）正确使用测量仪器的接地端，仪器的接地端与电路的接地端要可靠连接；（2）在信号较弱的输入端，尽可能使用屏蔽线连线，屏蔽线的外屏蔽层要接到公共地线上，在频率较高时要设法隔离连接线分布电容的影响，例如用示波器测量时应该使用示波器探头连接，以减少分布电容的影响。（3）测量电压所用仪器的输入阻抗必须远大于被测处的等效阻抗。 （4）测量仪器的带宽必须大于被测量电路的带宽。 1. 用直观法检查电路焊接是否正确，元器件极性是否正确。插上芯片，接上电源，用电压法检查各芯片、各引脚电压是否正常。2. 接上示波器，观察输出波形是否正确。3. 变换机车速度，看频率是否改变，观察波形是否改变。4. 观察显示部分是否和调试部分对应。6.4调试结果以下为数据表格：频率计算公式：设定速度/3.6/1S/轮径的周长*200第7章 使用说明1. 硬件安装 把LM324芯片、LM339芯片、AT89C51、LCD12864芯片等按要求装入电路中。2.连接电源将插头插入插座上，电路板用导线连接好，若电路良好，则显示屏显示当前的机车速度和车型。按下加十按键，则显示屏上对应的机车速度显示的十位加十；按下加一按键，则显示屏上对应的机车速度显示的个位加一；按下减十按键，则显示屏上对应的机车速度显示的十位减十；按下减一按键，则显示屏上对应的机车速度显示的个位减一；3.故障检修a) 电源模块的调节，刚开始通电时，电源模块没有输出电压，后来用万用表检测时发现是焊接出了点问题，有地方虚焊了，连起来就好了。 b) 显示部分的调节，刚开始的时候，显示屏不工作，可能的原因是没有插好。c) 显示部分的显示屏工作了，但是不显示字符，可能是电压的阈值调得太搞，扭动电位器即可。d) 输出部分的调节，经过多次调试，发现没有发现信号，可能是板子焊错了，或者是电压阈值没有调好，要经过休整，才可以正常工作。第8章 心得体会毕业设计是我们作为学生在学习阶段的最后一个环节，是对所学基础知识和专业知识的一种综合应用，是一种综合的再学习、再提高的过程。通过这次的毕业设计能够巩固自己的专业知识，锻炼自己的动手能力、协作能力、独立思考能力、随机应变能力，让自己再遇到挫折和困难时不放弃，迎难而上，积极解决问题，不辜负自己这两年来的努力。过几个月的课程设计使我对电子系统有了更加深刻的认识，懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中我了解到了许多有用知识，学会了如何去分步完成单元电路，然后用单元电路组成系统电路。虽然我在设计过程中遇到了很多问题，可以说得是困难重重，但是在我的不懈努力及查找资料后，都被迎刃而解。同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。另外，学习中老师对我们进行了细心、耐心的指导，鼓励我们对程序进行合理改进，培养了我们的创新意识和创新能力。之前我很害怕做毕业设计，觉得自己不能毕业了，但是在老师们和同学们的帮助下完成了，特别有成就感。 虽说捧着自己的成果很高兴，但成果背后总是付出很大的努力。 在制作成品的过程中，我们遇到了很多问题，遇到了很多挫折，可是在我们相互帮助，相互商讨的下还是完成了。几个月的时间我们经历了很多，也收获了很多。与其说它是体力与脑力的作业，不如说它是合作精神和毅力的考验。经过这次课程设计，我不仅学到了很多知识和技能,更重要的是我们学会了如何运用所学知识去解决实际问题.总之，这次的课程设计让我受益匪浅，学到了很多，做事情要有规划，有计划，这样才能在节省大量时间上顺利地完成项目，同时也发现了自己的很多不足之处，希望自己在以后的生活和工作中能扬长避短，遇到挫折和困难时不放弃，迎难而上，积极解决问题，不辜负自己这两年来的努力。参考文献1李移伦等.单片机原理及应用.中南大学出版社，20062戴仙金等 .51单片机及其C语言程序开发实例.北京：清华大学出版社， 20083万福军等. 单片微机原理系统设计与应用. 合肥：中国科学技术大学出版社，20054刘光玉等. 模拟电路基础. 成都： 电子科技大学出版社，20045陆坤等. 电子设计技术. 成都： 电子科技大学出版社，19986方勤等. 模拟电子技术基础. 高等教育出版社，20037参考网站资料： 8模拟电子技术 高等教育出版社9数字电子技术 高等教育出版社10单片机C语言程序设计北京航空航天大学出版社10单片机原理及应用 中南大学出版社致谢经过几个月的查资料、整理材料、制作成品、编写论文。今天终于可以顺利的完成论文最后的致谢了，时光匆匆飞逝，三年的努力与付出，随着论文的完成，终于让我在大学的生活得以划下一个完美的句号。论文得以完成，要感谢的人实在太多了，首先要感谢指导我的陈老师，因为整个毕业设计都是在陈老师的悉心指导和耐心帮之下完成的。陈老师渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严以律已、宽以待人的崇高风范，平易近人的人格魅力对我们影响深远。在制作成品的过程中，陈老师指引我们前进的道路使我有了思考的方向，老师的循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪，他的严格细致、一丝不苟的作风将是我以后工作和学习中的榜样。其次要感谢帮助我的老师和同学们，没有你们的热新帮之 ，我的论文也不会这么顺利的进行。另外还要感谢在大学期间所有传授我知识的老师，是你们的悉心教导使我有了良好的专业知识，这也是论文得以完成得基础。最后再次感谢你们。附录总原理图PCB图程序#include /加载头文件#include #define uchar unsigned char/数据定义#define uint unsigned intsbit LCD_RS = P25;/液晶控制引脚定义sbit LCD_RW = P26;sbit LCD_EN = P27;sbit addg = P10; /加十sbit add = P11; /加一sbit decg = P13; /减十sbit dec = P14; /减一sbit carm = P12; /车类型切换sbit LV = P17; /欠压检测sbit PWM = P34; /PWM输出uchar code dis1 = 设定车速：;uchar code dis2 = Km/h;uchar code dis3 = 车型:;uchar code dis4 = 机车信号发生器;uchar set_speed=5; /km/huchar set_car=0; /车类型uint CB = 200; /定义车子一轮发出200个转速脉冲。uint set_time; /设定时间uchar TH_TEMP,TL_TEMP;/定时器暂存#define girth4 3.77 /轮径120cm周长=*d=3.1415926*1.20=3.77米#define girth8 3.927 /轮径125cm周长=*d=3.1415926*1.25=3.927米#define girth9 3.77 /轮径120cm周长=*d=3.1415926*1.20=3.77米float circle=girth4,set_time_float;/*/*/* 延时子程序/*/*/void delay(int ms) int i; while(ms-) for(i = 0; i99) /速度大于99时如下显示lcd_wdat(0x30+set_speed/100); /显示百位lcd_wdat(0x30+set_speed/10%10);/显示十位lcd_wdat(0x30+set_speed%10);/显示个位else if(set_speed9) /速度大于9时如下显示lcd_wdat( );/显示空格lcd_wdat(0x30+set_speed/10%10);/显示十位lcd_wdat(0x30+set_speed%10);/显示个位else /速度0-9lcd_wdat( );lcd_wdat( ); /显示空格lcd_wdat(0x30+set_speed%10);/显示个位lcd_string(dis2); /显示km/hlcd_pos(0x18); /设定显示位置lcd_string(dis3);if(set_car=0) /4号车circle=girth4; /赋值周长lcd_string(4号);else if(set_car=1) /八号车circle=girth8;lcd_string(8号);else if(set_car=2) /九号车circle=girth9;lcd_string(9号);elseset_car=0;circle=girth4;v
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