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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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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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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。机车检修专用运行信号发生器（毕业设计论文） 毕业设计（论文）毕业设计（论文） 机车检修专用运行信号发生器机车检修专用运行信号发生器 专业（系）专业（系） 电气工程系 班班 级级 铁道信号 112 学生姓名学生姓名 杨丽莎 指导老师指导老师 陈新喜 完成日期完成日期 2013 年 12 月 机车检修专用运行信号发生器（毕业设计论文） 14 届毕业设计任务书届毕业设计任务书 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 机车检修专用运行信号发生器（毕业设计论文） 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 序序 号号 内容内容要求要求完成时间完成时间 1师生见面,下发毕业设 计任务书、布置毕业 设计 2013.6.28 2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2013915 4控制板原理图设计2013930 5控制板 PCB 板设计与 制作 2013.10.14 6软件程序编写调试2013.10.31 7整机调试完成批定功能20131110 8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 2013.11.25 9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 机车检修专用运行信号发生器（毕业设计论文） 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。 机车检修专用运行信号发生器（毕业设计论文） 目 录 摘 要1 Abstract2 第 1 章 任务与要求1 1.1 课题概述1 1.2 设计内容与要求.1 第 2 章 引 言3 2.1 研究背景.3 2.2 论文研究目标和意义.3 2.3 论文章节安排.4 第 3 章 方案论证与设计5 3.1 总体设计分析5 3.2 方案的选择与设计5 3.3 方案确定5 3.4 各功能模块分析.5 3.4.1 单片机控制单元选择.5 3.4.2 LCD 显示模块（12864）.6 第 4 章 硬件电路设计8 4.1 电路中各芯片功能8 4.1.1 AT89C51 芯片.8 4.1.2 LCD 显示（12864）.11 4.1.3 信号输出模块.12 4.1.4 按键输入模块.13 4.2 原理图.14 4.3 PCB14 第 5 章 软件设计15 5.1 流程图.15 5.2 主要源程序.16 第 6 章 电路调试19 6.1 调试的设备.19 6.2 调试步骤.19 6.2.1 检查19 6.2.2 调试20 6.2.3 调试方案.20 第 7 章 使用说明22 7.1 使用方法22 7.2 故障分析.22 7.3 运行结果.22 第 8 章 心得体会23 致谢24 参考文献25 附录26 附件一：总原理图:26 机车检修专用运行信号发生器（毕业设计论文） 附件二：元件清单27 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，出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，若未对机车的运用状态实施定 期检测，是必对的机车安全运行买下隐患，运行中机车一旦出现“机破” 、 “机故”的故障，则不仅回影响本列车的安全正点，而且还会打乱整个机车 的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。 机车运行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生的模拟无限脉冲信号，将 信号传送至监控装置和主机箱，监控装置主机箱在发送信号至监控装置显示 器，从而随着操作者控制遥控器发射增减速度指令，信号发生器对应接收指 令信号，监控装置显示器对应显示遥控器所发射的增减速度值，以检测机车 监控装置速度信号显示的作用是否良好，它能够快速方便的实施对机车监控 系统速度显示的判断。 关键词：机车；信号发生器；模拟；检测。 机车检修专用运行信号发生器（毕业设计论文） Abstract Locomotive is important traction of railway transportation equipment, with high quality and good performance for the locomotive traction train of task, the locomotive for the normal maintenance, repair, daily routine and before testing is to ensure that the locomotive reaches one of the most important aspects of the normal use, if not for the use of locomotive state testing on a regular basis, will be on the safe operation of the locomotive is bought, in the operation of the locomotive once appear, “machine“, “machine so failure, is not only back to affect the safety of the train on time, but also disrupts the use of the locomotive section of the running order, cause economic losses and have larger effects on society. Locomotive running signal generator is one of the multiple detection methods for locomotive quality, it can be for locomotive in static state, of the locomotive photoelectric sensor device to simulate infinite pulse signal, the signal transmitted to the monitoring device and the main box, main box monitoring device sends a signal to monitor display, so as to increase or decrease as the operator control remote control launch speed instruction, corresponding receiving command signal generator, monitor the emission rate of increase or decrease in value corresponding to display the remote control, in order to check whether the role of the locomotive speed signal monitoring device display is good, it can quickly and easily implement speed of locomotive monitoring system according to judgment. KeyKey words:words: locomotive;locomotive; SignalSignal generator;generator; Simulation;Simulation; Detection;Detection; 湖南铁道职业技术学院毕业设计说明书 0 第第 1 1 章章 任务与要求与要求 1.1 课题概述 随着社会的的快速发展，外出工作，旅游，求学成为人类不可缺少的一项 任务，飞机、汽车、轮船和火车一致是人民出门的交通工具，但又方便又实惠 的还属火车出行。因此，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。 1.2 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 湖南铁道职业技术学院毕业设计说明书 1 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%。 湖南铁道职业技术学院毕业设计说明书 2 第 2 章 引 言 2.1 研究背景 在当今这个时代，科学技术日益向高速化、智能化、信息化、网络化发展， 不管是生活还是生产，都离不开自动化。 信号发生器是用于产生测试信号的仪器，它用于产生被测电路所需特定参 数的电测试信号。在测试、研究或调整电子电路及设备时，为测定电路的一些 电参量，如测量频率响应、噪声系数，为电压表定度等，都要求提供符合所定 技术条件的电信号，以模拟在实际工作中使用的待测设备的激励信号。当要求 进行系统的稳态特性测量时，需使用振幅、频率已知的正弦信号源。当测试系 统的瞬态特性时，又需使用前沿时间、脉冲宽度和重复周期已知的矩形脉冲源。 并且要求信号源输出信号的参数，如频率、波形、输出电压或功率等，能在一 定范围内进行精确调整，有很好的稳定性，有输出指示。 信号源可以根据输出波形的不同，划分为正弦波信号发生器、矩形脉冲信 号发生器、函数信号发生器和随机信号发生器等四大类。正弦信号是使用最广 泛的测试信号。这是因为产生正弦信号的方法比较简单，而且用正弦信号测量 比较方便。正弦信号源又可以根据工作频率范围的不同划分为若干种 目前，市场上的信号发生器多种多样，一般按频带分为以下几种：超高频 （1MHZ 以上） 、高频（几百 KHZ 到几 MHZ） 、低频（几时 HZ 到几百 HZ） 、 超低频（零点几 HZ 到几百 HZ） 。 超高频信号发生器，产生的波形一般用 LC 震荡电路。 高频、低频和超低频信号发生器，大多使用文氏桥振荡电路，即 RC 振荡 电路，通过改变电阻和电容值，改变频率。 用以上原理设计的信号发生器，其输出波形一般只有两种，即正弦波和脉 冲波，其零点不可调，而且价格也比较贵。在实际应用中，超低频波和高频波 一般是不用的，一般用中频，即几十 HZ 到几十 KHZ。用单片机 AT89C51，加 上一个 LCD12864，就可以做成一个简单的信号发生器，其频率受单片机运行 的程序的控制。 2.2 论文研究目标和意义 本文分析了课题的组成模块、设计原理，以及本课题的研究目的等具有现 实意义。本文是针对机车运行速度的测试而进行的一系列研究，首先是简单的 湖南铁道职业技术学院毕业设计说明书 3 阐述了课题的任务和要求，本课题是对大学所学到的知识的一个集锦，包括模、 数电知识和单片机技术原理，及 LCD 显示、自配电源的使用。在设计过程中对 每一个电路模块都进行了原理设计和参数设置，同时对一些不熟悉的元器件也 进行了查找资料，测试。完成本课题对所需要的知识都要做到很熟悉，每一个 环节都要进行探讨，因此在原理分析方面要利用到我们学习的绝大部分知识点， 特别是单片机技术这一模块，对单片机的基本知识，以及单片机资源的利用， 系统模块的设计，程序的编写都是对我们的考验，课题的设计和研究是富有意 义的，必须按照开始设定的计划来做。不可以盲目的进行。 2.3 论文章节安排 本论文大致可分为四大部分：第一部分包含第 1 章和第 2 章，主要对课题 进行了一个详细的概述，参数的介绍；第二部分为第三章，主要是讨论了课题 的方案设计和选择，并且确定了最佳方案；第三部分包含第四章至第六章，主 要是对整个设计的硬件、软件原理分析介绍，也包括调试内容，第四部分包括 第七章和第八章，是产品的使用说明和论文心得体会以及总结和对未来相关展 望。 本文的内容组织安排如下： 第 1 章主要讲述论文的组成部分，以及完成课题的注意事项，是课题中不 可缺少的介绍环节。 第 2 章系统地介绍课题产生的背景，以及完成本课题的目标及意义。 第 3 章主要确定本课题的方案，包括方案的选择和分析。 第 4 章主要是针对课题的硬件电路进行设计和分析。 第 5 章软件分析和设计，本章节详细介绍软件设计的流程图与主要源程序 的编写； 第 6 章项目的调试方案和出现的问题的解决方法。 第 7 章论述使用方法以及使用前的注意事项； 第 8 章即心得体会（致谢） ，写下了从接触课题到完成课题这段时间中所学 到的知识，以及完成课题的感悟，和对老师的诚挚的谢意。 湖南铁道职业技术学院毕业设计说明书 4 第 3 章 方案论证与设计 3.1 总体设计分析 本课题设计的是一台能在机车停止状态下让机车模拟速度信号运行状态， 要求采用单片机为控制单元，电源模块，按键操作，输出单元，LCD 显示。 3.2 方案的选择与设计 方案一：采用 AT89S52 作为单片机，LCD1602 为液晶显示屏，直流 110V 作 为电源模块为电路提供电源。 方案二：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。 方案一中的输入电压为 24V，方案二中的输入电压为 12V，相比方案一，硬 件电路更为简单，成本更低， 因此选择方案二。 3.3 方案确定 本设计采用 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。使用光耦作为信号输出模块，来实现信号放大器的有 效作用，能够正确的检测机车。 3.4 各功能模块分析 3.4.1 单片机控制单元选择 方案一：MCS 51 系列单片机 方案二： AT89C51 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。 AT89C51 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 湖南铁道职业技术学院毕业设计说明书 5 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。AT89C51（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。 3.4.2 LCD 显示模块（12864） 方案一：采用 LCD1602 作为显示模块； 方案二：四位共阳数码管作为显示模块； 方案三：采用 LCD12864 作为显示模块。 方案一中 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） 。 1602LCD 是指显示的内容为 16X2,即可以显示两行，每行 16 个字符液晶模 块（显示字符和数字） 。 1602 采用标准的 16 脚接口，其中： 第 1 脚：VSS 为电源地； 第 2 脚：VCC 接 5V 电源正极； 第 3 脚：V0 为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电 源时对比度最高（对比度过高时会 产生“鬼影” ，使用时可以通过一个 10K 的 电位器调整对比度） 。 第 4 脚：RS 为寄存器选择，高电平 1 时选择数据寄存器、低电平 0 时选择 指令寄存器。 第 5 脚：RW 为读写信号线，高电平(1)时进行读操作，低电平(0)时进行写 操作。 第 6 脚：E(或 EN)端为使能(enable)端,高电平（1）时读取信息，负跳变 时执行指令。 第 714 脚：D0D7 为 8 位双向数据端。 第 1516 脚：空脚或背灯电源 湖南铁道职业技术学院毕业设计说明书 6 15 脚背光正极， 16 脚背光负极。LCD1602 的热性：3.3V 或 5V 工作电压，对比度可调。 内含复位电路，提供各种控制命令,如：清屏、字符闪烁、光标闪烁、显示 移位等多种功能。有 80 字节显示数据存储器 DDRAM，内建有 192 个 5X7 点阵的 字型的字符发生器 CGROM，8 个可由用户自定义的 5X7 的字符发生器 CGRAM。 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。 方案二中数码管由多个发光二级管封装在一起组成“8”字型的器件，引 线已在内部连接完成，只需引出它们的各个笔划，公共电极。数码管实际上是 由七个发光管组成8字形构成的，加上小数点就是8个。这些段分别由字母 a,b,c,d,e,f,g,dp 来表示。 显示效果：由于发光二极管基本上属于电流敏感器件，其正向压降的分散 性很大， 并且还与温度有关，为了保证数码管具有良好的亮度均匀度，就需要 使其具有恒定的工作电流，且不能受温度及其它因素的影响。 安全性：即使是短时间的电流过载也可能对发光管造成永久性的损坏，采 用恒流驱动电路后可防止 由于电流故障所引起的数码管的大面积损坏。 方案三中的 LCD12864 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 128x64, 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。 综上所述，在我们这个三个方案中选择方案三 LCD 显示。 湖南铁道职业技术学院毕业设计说明书 7 第 4 章 硬件电路设计 4.1 电路中各芯片功能 系统组成框图 4.1.1 AT89C51 芯片 AT89C51 是一种带 4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能 CMOS8 位 微处理器，俗称单片机。AT89C2051 是一种带 2K 字节闪烁可编程可擦除只读存 储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除 100 次。该器件采用 ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的 MCS-51 指令集和输出 管脚相兼容。由于将多功能 8 位 CPU 和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL 的 AT89C51 是一种高效微控制器，AT89C2051 是它的一种精简版本。AT89C 单片 机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。 湖南铁道职业技术学院毕业设计说明书 8 主要特性： 与 MCS-51 兼容 4K 字节可编程闪烁存储器 寿命：1000 写/擦循环 数据保留时间：10 年 全静态工作：0Hz-24Hz 三级程序存储器锁定 128*8 位内部 RAM 32 可编程 I/O 线 两个 16 位定时器/计数器 5 个中断源 可编程串行通道 低功耗的闲置和掉电模式 片内振荡器和时钟电路 管脚说明 VCC：供电电压。 GND：接地。 P0 口：P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口，每脚可吸收 8TTL 门电流。 当 P1 口的管脚第一次写 1 时，被定义为高阻输入。P0 能够用于外部程序数据 存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在 FIASH 编程时，P0 口作为原 码输入口，当 FIASH 进行校验时，P0 输出原码，此时 P0 外部必须被拉高。 P1 口：P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P1 口缓冲器能 接收输出 4TTL 门电流。P1 口管脚写入 1 后，被内部上拉为高，可用作输入， P1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在 FLASH 编程和校验时，P1 口作为第八位地址接收。 P2 口：P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 口缓冲器可接收， 输出 4 个 TTL 门电流，当 P2 口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且 湖南铁道职业技术学院毕业设计说明书 9 作为输入。并因此作为输入时，P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由 于内部上拉的缘故。 P2 口当用于外部程序存储器或 16 位地址外部数据存储器进行存取时，P2 口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八 位地址数据存储器进行读写时，P2 口输出其特殊功能寄存器的内容。P2 口在 FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3 口：P3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 I/O 口，可接收输出 4 个 TTL 门电流。当 P3 口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为 输入，由于外部下拉为低电平，P3 口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。 P3 口也可作为 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表所示： 口管脚 备选功能 P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD（串行输出口） P3.2 /INT0（外部中断 0） P3.3 /INT1（外部中断 1） P3.4 T0（记时器 0 外部输入） P3.5 T1（记时器 1 外部输入） P3.6 /WR（外部数据存储器写选通） P3.7 /RD（外部数据存储器读选通） P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持 RST 脚两个机器周期的高电平时 间。 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地 位字节。在 FLASH 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE 端以不 变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的 1/6。因此它可用作对 外部输出的脉冲或用于定时目的 然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个 ALE 脉冲。如 想禁止 ALE 的输出可在 SFR8EH 地址上置 0。此时， ALE 只有在执行 MOVX，MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在 外部执行状态 ALE 禁止，置位无效。 /PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机 器周期两次/PSEN 有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN 信号 将不出现。 /EA/VPP：当/EA 保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H- FFFFH） ，不管是否有内部程序存储器。注意加密方式 1 时，/EA 将内部锁定为 RESET；当/EA 端保持高电平时，此间内部程序存储器。在 FLASH 编程期间，此 引脚也用于施加 12V 编程电源（VPP）. XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。 振荡器特性： 湖南铁道职业技术学院毕业设计说明书 10 XTAL1 和 XTAL2 分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为 片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件， XTAL2 应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟 信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。 芯片擦除： 整个 PEROM 阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保 持 ALE 管脚处于低电平 10ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1” 且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。 此外，AT89C51 设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两 种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU 停止工作。但 RAM，定时器，计数 器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存 RAM 的内容并且冻结振荡 器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。 4.1.2 LCD 显示（12864） 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。 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）、背光方式：侧部高亮白色 LED，功耗仅为普通 LED 的 1/51/10 。 （7）、通讯方式：串行、并口可选。（8）、工作温度: 0 - +55 ,存储温 度: -20 - +60。 1、使用前的准备: 先给模块加上工作电压，再按照下图的连接方法调节 LCD 的对比度，使其 显示出黑色的底影。此过程亦可以初步检测 LCD 有无缺段现象。 2、应用说明 用带中文字库的 128X64 显示模块时应注意以下几点： 欲在某一个位置显示中文字符时，应先设定显示字符位置，即先设定显 示地址，再写入中文字符编码。 显示 ASCII 字符过程与显示中文字符过程相同。不过在显示连续字符时， 只须设定一次显示地址，由模块自动对地址加 1 指向下一个字符位置，否则， 显示的字符中将会有一个空 ASCII 字符位置。 当字符编码为 2 字节时，应先写入高位字节，再写入低位字节。 模块在接收指令前，向处理器必须先确认模块内部处于非忙状态，即读 取 BF 标志时 BF 需为“0”，方可接受新的指令。如果在送出一个指令前不检查 BF 标志，则在前一个指令和这个指令中间必须延迟一段较长的时间，即等待前 一个指令确定执行完成。指令执行的时间请参考指令表中的指令执行时间说明。 “RE”为基本指令集与扩充指令集的选择控制位。当变更“RE”后，以后的 湖南铁道职业技术学院毕业设计说明书 11 指令集将维持在最后的状态，除非再次变更“RE”位，否则使用相同指令集时， 无需每次均重设“RE”位. 4.1.3 信号输出模块 使用光耦作为信号输出（TLP521-1） TLP521-1 芯片简介 1 脚：正极 2 脚：负极 3 脚：发射极 4 脚：集电极 通道数 :1 隔离电压 :2500V 输出类型 :晶体管 输入电流 :70mA 输出电压 :55V 封装类型 :DIP 针脚数 :4 光电耦合器类型 :晶体管输出 封装类型 :DIP-4 工作温度范围 :-55C to +100C 批准机构 :UL 电压, Vceo :55V 电流, If 平均 :5mA 输出电压 最大:55V 电流传递率(CTR) 最小值 :50% 电流传递率(CTR), 典型值 :50% TLP521-1 芯片图 工作原理: 当在输入端输入一个高电平时，输入的电信号驱动发光二极管，使之发出光，输出端 光敏三极管接受光照，而产生光电流，此时发射结导通，再经过进一步放大后输出。完成 了电光电的转换，从而起到输入、输出、隔离的作用。 湖南铁道职业技术学院毕业设计说明书 12 4.1.4 按键输入模块 按键按其接线方法有：直插式键盘，行列式（又称矩阵键盘）串转并键 盘等。 这里我们使用直插式按键。 湖南铁道职业技术学院毕业设计说明书 13 4.2 原理图 4.3 PCB 湖南铁道职业技术学院毕业设计说明书 14 第 5 章 软件设计 5.1 流程图 开始 各端口初始化 并建立波形表 设置定时模式 并打开相应中断 判断s1 是否按下 波形标志 dsp自加 s2是否按下 频率freq步进 判断dsp？=1 dsp？=2 dsp？=3 输出正弦波 输出三角波 输出方波 num？=64（一个 周期） num清零 码地址num+ 湖南铁道职业技术学院毕业设计说明书 15 5.2 主要源程序 #include #include #define uintunsigned int/宏定义 #define uchar unsigned char sbitCLK =P12; /定义 TLC549 串行总线操作端口 sbitDAT =P10; sbitCS =P11; unsigned char code lab=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f, 0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71; ucharbdataADCdata; sbit ADbit =ADCdata0; uchardisp_buffer4; /* */ /延时程序(参数为延时 ms 数) /* */ void delay(uint x) uint i,j; for(i=0;i0;i-) if(i=4) P0=labdisp_bufferi-1|0x80; /添加小数点 else P0=labdisp_bufferi-1; P3=temp; delay(2); P3=0xff; temp=(temp1)|0x01; /* * / / 函 数 名:main() / 功 能:主程序 /* */ void main() uchar i,ADC_DATA; /定义 A/D 转换数据变量 float b; uint a; while(1) TLC549_READ(); /启动一次 A/D 转换 delay(1); ADC_DATA=TLC549_READ(); /读取当前电压值的 A/D 转换数据 b=ADC_DATA*0.0196; a=b*1000+0.5; disp_buffer3=a/1000; disp_buffer2=(a%1000)/100; 湖南铁道职业技术学院毕业设计说明书 17 disp_buffer1=a%100/10; disp_buffer0=a%10; for(i=0;i10;i+) display(); 湖南铁道职业技术学院毕业设计说明书 18 第 6 章 电路调试 6.1 调试的设备 正确的调试系统才能使各模块电路正常工作，实现高稳定性的显示。 直流稳压电源一个 数字万用表一台 电烙铁及焊接工具一套 示波器一个 连接线一块 6.2 调试步骤 电路的调试需要循序渐进的进行，遵循一定的步骤，具体步骤如下： 6.2.1 检查 1）通电前检查 检查连线电路安装完毕后，不要急于通电，先认真检查接线是否正确，包 括错线、少线、多线。多线一般是因接线时看错引脚，或者改接线时忘记去掉 原来的旧线造成的，在实验中经常发生，而查线时又不易发现，调试时往往会 给人造成错觉，以为问题是由元器件造成的。直观检查电源、地线、元件引脚 之间有无短路；连线处有无接触不良；二极管、三极管、电解电容等引脚有无 错接；集成电路是否插对等。 为了避免做出错误判断，通常采用两种查线方法：一种方法是按照设计的 电路图检查安装的线路，把电路图上的连线按一定顺序在安装好的线路中逐一 对应检查，这种方法比较容易找出错线和少线；另一种方法是按实际线路来对 照电路原理图，按照元器件引脚连线的去向查清，查找每个去处在电路图上是 否存在，这种方法不但能查出错线和少线，还能检查出是否多线。不论用什么 方法查线，一定要在电路图上对查过的线做出标记，并且还要检查每个元件的 引脚的使用端数是否与图纸相符。查找时最好用指针式万用表的“R1” ，或用 数字万用表的“X 档” ，用万用表复核认为可疑的连线或接点，查看它们的通断 状态是否与设计规定相符，再检查各种电源线与地线之间是否有短路现象。 2）通电检查 电源接通之后不要急于测量数据和观察结果，首先要观察有无异常现象， 湖南铁道职业技术学院毕业设计说明书 19 包括有无冒烟，是否闻到异常气味，手摸元件是否发烫，电源是否有短路现象 等。如果出现异常现象，应立即关断电源，待排除故障后方可重新通电。然后 再测量各元件引脚的电源电压，而不是只测量各路总电源电压，以保证元器件 正常工作。 6.2.2 调试 1）分块调试。调试包括测试和调整两个方面。测试是在安装后对电路的参 数及工作状态进行测量，调整是指在测试的基础上对电路的参数进行修正，使 之满足设计要求。为了使测试顺利进行，设计的电路图上应标出各点的电位值、 相应的波形以及其它数据。测试方法有 2 种：第一种是采用边安装边调试的方 法，也就是把复杂的电路按原理图上的功能分成块进行安装调试，在分块调试 的基础上逐步扩大安装调试的范围，最后完成整机调试。采用这种方法能及时 发现问题，因此是常用的方法，对于新设计的电路更是如此。另一种方法是整 个电路安装完毕，实行一次性调试。这种方法适用于简单电路或定型产品。分 块调试是把电路按功能分成不同的部分，把每个部分看成一个模块。比较理想 的调试程序是按信号的流向进行，这样可以把前面调试过的输出信号作为后一 级的输入信号，为最后的联调创造条件。 2）整机联调在分块调试的过程中，由于是逐步扩大调试范围，故实际上已 完成了某些局部联调工作。下面只要作好各功能块之间接口电路的调试工作， 再把全部电路接通，就可以实现整机联调。整机联调只需要观察动态结果，即 把各种测量仪器及系统本身显示部分提供的信息与设计指标逐一比较，找出问 题，然后进一步修改电路参数，直到完全符合设计要求为止。 6.2.3 调试方案 1、PWM（方波）的调试 （1）首先用示波器调试单片机 P3.1 口产生的 PWM 波形。 （2）确定的 PWM 的周期。 （3）确定 PWM 的程序 2、三种车型的波形确定 （1）分别计算三种车轮的周长 （2）确定出转一圈产生 200 个脉冲的程序 （3）分别标定三种车型，当车速为 1km/h 产生的脉冲数 3、LCD12864 的显示 （1）确定 12864 的好坏 湖南铁道职业技术学院毕业设计说明书 20 （2）让其显示机车类型、速度、欠压显示 4、综合调试 （1）确定输出脉冲与速度的关系对应； （2）确定显示内容与实际输出波形相对应； （3）最终调整程序代码； （4）下载程序最终联调完结项目。 湖南铁道职业技术学院毕业设计说明书 21 第 7 章 使用说明 7.1 使用方法 1、硬件安装 把 LM324 芯片、AT89C51 芯片等按要求装入电路中。 2、连接电源 将 LM324 芯片、按要求接入+/-12V 和+/-5V 电源，若电路良好，则数码管显示当前的机 车速度和车型。 7.2 故障分析 1、 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。 2、 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。 3、 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。 7.3 运行结果 根据题目要求，本课题所设计制作的模拟机车运行状态的速度信号发生器，能够按照课 题所要求的 5km/h160km/h 的标准与产生的信号波形和现有速度传感器一致；所设计的产 品与课题的要求一致。 湖南铁道职业技术学院毕业设计说明书 22 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。毕业论文 的制作给了我难忘的回忆。在我徜徉书海查找资料的日子里，面对无数书本的 罗列，最难忘的是每次找到资料时的激动和兴奋
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