机车检修专用运行信号发生器(毕业论文).doc

摘要机车安全运行，一直是人们非常重视和关注的问题，每台车机都有大修、中修、和入出库检修等，机车上的仪器、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够让机车在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。机车速度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的主机箱，监控装置主机箱再发送信号至监控装置显示器，从而随着操作者控制遥控发射增减速度指令，速度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，以检验机车监控装置速度信号显示的作用是否良好，它能快速方便地实施对机车监控系统速度显示的诊断。本文通过介绍各个模块的组成部分和工作原理，旨在阐述如何通过51单片机最小系统及信号输出模块等，设计出一台能够模拟机车速度在5-160km/h之间的机车速度信号发生器，方便机车的检修和维护。并说明其工作原理、工作方式、应用范围。关键词: 机车检修 单片机 信号发生器AbstractThesafeoperationoftheLocomotiveisthatpeopleattachesgreatimportanceandconcern. everylocomotiveneedoverhaul,repair, intoandoutofrepair,etc. Therearemanydifferentkindsofinstruments,metersonamotorcycle,someduringthelocomotivetostoptesting,somemustbeintherunningtest.Andbeforethelatterdetectionmethodisthelocomotiverunningonlinedetection,needscheduling,driver,testingandotherpersonnel.The signal generator for locomotives is one of the many ways in detect. It can simulate locomotive light and electricity transducer to sent analog signal wireless pulse under the locomotive in the stage of stillness. It bring the signal to the main box of inspect device. Then the main box bring to display of inspect device. Thus by the operator control remote device to sent the dictate, the speed signal generator corresponding incept the speed value, so that to check up the stage of the signal appear good or bad of inspect device of locomotive, It can diagnose fast and convenience to inspect device of locomotive,Thistopicistodesignacanletthelocomotivespeedsignalinstopstateprovidesforlocomotiverunningstate,asimulatedlocomotivemaintenanceconvenience.Inthispaper,throughtheintroductionofthecomponentandworkingprincipleofeachmodule,mainlydiscussedhowtousesinglechipmicrocomputerminimumsystemandthesignaloutputmoduleandsoon,todesignaplatformtosimulatelocomotivebetween5-160km/hspeedsignalgenerator,andexplainsitsworkingprinciple,workingmode,scopeofapplication.Keywords: Locomotive maintenance Single-Chip Microcomputer Signal Generator任务计划书任务要求：1） 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）电源采用机车DC110V电源供电。4目录第一章 绪论21.1研究的背景21.2研究的目的21.3研究的方法41.4研究意义:4第二章 总体方案52.1系统方案的选择52.2 控制芯片的选择52.3电源模块的方案选择52.4系统设计组成及原理6第三章 硬件部分73.1硬件总体设计73.2 信号发生器83.3 单片机模块93.4 按键操作显示模块133.5电源模块173.6 输出模块19第四章 软件部分204.1 软件总体设计204.2 软件设计说明21第五章 制作与调试225.1 制作225.2 调试245.3 元器件展示25第六章 总结27结束语28附录29第一章 绪论1.1研究的背景 机车过渡装置、监控装置、防空转系统、车载轴承检测装置所需的机车速度信号， 是由安装在机车轮对上的速度传感器提供的。当机车回段检修时，由于不能动车或动车 速度不高，没有速度信号或输出速度信号强度不够，因而不能判别这些装置的状态是否 良好，给检修机车工作带来不便，为此，需要研究机车检修专用运行信号发生器，为静止状态下的机车提供模拟信号，进行在线检测。1.2研究的目的 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、重载、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： （）能够发现产品状况劣化的征兆； （）能够发现产品潜在的故障状态； （）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（）（）项的条件，检测工作是非常重要的。所谓检测就是对产品进行检查、 测试（测量和试验）。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，重要的是要通过检测 掌握产品的状态。一般来说，在产品运用阶段的检测属于维修的范畴，包括预防性维修中的检测和修 复性维修中的故障检测和隔离（故障诊断）及检验。过去认为测试性属于维修性的范畴， 至今在多数技术领域内仍然将测试性作为维修性的一部分来对待。随着技术装备不断的 复杂化，电子和计算机技术的飞速发展，测试性的地位更加突出，其理论和技术的特殊 性，对产品生产和维修的重要性，最初在电子技术，随后在其它领域内开始将测试性作 为一种独立的系统来对待。 机车车辆的诊断技术自世纪年代初就得到发展和应用。大约在世纪年代，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。 外部诊断是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：（）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。（）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。（）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，对主要零部件的工作状况 进行连续测量，作出实时报道。自世纪年代以来，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：）对所有 电子控制的范围，包括制动机的故障进行检测；（）通过显示屏给机车司机和列车员以 排除故障的提示；）按照优先等级和故障意义及时间长短来划分故障等级；）输入 人们发现的其他故障；）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。机车速度信号是机车监控装置、过渡装置、车载轴承检测装置工作状态良好的重要 条件，保证监控装置、过渡装置、车载轴承检测装置速度通道的功能良好十分重要。该 项目的研制目的是通过键盘输入相应速度值时，模拟产生机车轮对的速度转动信号，用 以对机车过渡装置、监控装置、车载轴承检测装置等与速度信号有关的设备进行在线测 试，以确认这些设备是否需要下线检修。1.3研究的方法本课题主要研究开发一个基于51单片机的实验用函数信号发生器，不但成本较低而精度较高，最重要的是开发简单易于调试，具有一定社会价值和经济价值。包括以下五个模块：电源模块、单片机最小系统、按键模块、显示模块、输出模块。电源模块将AC110V转换成DC24V供给整个系统和DC5V供给单片机，以单片机为核心通过按键和显示程序使单片机模拟速度信号使输出电路产生信号波形，通过连接示波器观测波形与机车速度传感器波形一致，从而实现机车在停止状态下模拟速度信号方便检修人员工作。1.4研究意义:机车过渡装置、监控装置、防空装置、车载轴承检测装置所需要的机车速度信号，是由安装在机车轮对上的速度传感器提供的 。当司机回段检修时，由于不能启动机车或者机车速度不够，没有速度信号或输出速度信号不强，因而不能判断这些装置的运行状态是否完好，给检修机车工作带来不便，因此，研制机车专用运行信号发生器，能为静止状态下的机车提供模拟信号，进行检测。随着列车运行监控记录装置更新换代，监控装置的监控手段和功能都进一步完善。其中，为有效防止列车溜逸事故的发生，对机车速度实时监测的部分增加了对机车速度相位的检测功能。在列车运行监控记录装置工作过程中，各类传感器一旦出现异常，监控装置就无法正确检测机车速度及各部件实时状况，对机车冒进、冒出、溜逸事故及超速等问题失去了监控作用，从而严重威胁了行车安全。因此，监控装置检测人员必须对每台入库机车监控装置的附属设备进行全面检测，尤其是机车速度传感器和压力传感器，确保监控装置正常工作。而目前检测人员只能根据日常工作经验来判断可能出现的故障点，并通过“双人替换法”将可能的故障设备进行替换，即一人在车上观察，另一人在车下手动操作。两人配合才能完成相关功能的检测。这样不仅增加了检测人员的劳动强度，而且作业效率低，严重时还会降低机车周转率，影响运输秩序。能否模拟机车运行参数进行测试、进而准确判断、排查故障点，就显得尤为重要了。第二章 总体方案2.1系统方案的选择方案一：直接利用单片机编程产生方波。采用这种方案可以大大简化产生波形的软硬件电路，设计电路简单，然而该方案的缺点是编程过于复杂，产生的频率低，调节范围窄，满足不了机车检修的需求。方案二：采用分立元件等纯硬件电路搭接，然后通过积分电路产生方波，该方案不需要软件电路，但产生的波形质量差，不易调节且稳定性也不好。方案三：利用单片机与电源转换模块及TLP521等外围设备，能产生占空比和频率可调的方波，具有输出信号精度高、信号稳定可靠、性价比高以及操作方便特点。综上所诉，鉴于方案一、二有诸多缺点，所以决定采用方案三的设计方法。它不仅能够实现软硬件相结合，而且变成不复杂，硬件设计电路较为容易，产生的波形稳定性好、频率高、所需元件都比较容易买到、成本低等特点，符合设计要求。2.2 控制芯片的选择方案一：AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单片上拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活超有效的解决方法。方案二：AVR单片机具有高性能、保密性好I/O口功能强，具有A./D转换等电路，但是由于功能寄存器多，功能过于复杂，需要花费相当长的时间熟悉该芯片不适合课题设计，操作指令多，编程复杂。鉴于方案一的优点，且比方案二的单片机便宜，故采用方案一。2.3电源模块的方案选择方案（一） 通过逆变器将110V转化成交流电压，然后再通过变压器降压，然后再整流出直流24V和5V电压。成本过高，过程冗余，并且工作过程复杂，电路焊接难度相对较高，性价比最小，不利于实际使用。方案（二） 采用两个电源模块；首先电源模块输入110VDC输出DC24V，然后再用一个输入24VDC输出5VDC电源模块直接给单片机供电。材料简单，布局清晰，但从经济角度出发三个方案中价格费用最高，不利于节省资金，同时也不利于在实际中使用。方案（三） 采用一个输入110VDC输出24VDC电源模块，然后采用一个LM2596开关管输出直流5V给单片机供电。一方面从经济方面费用适中，且布局简单，另一方面，LM2596开关电压调节器是降压型电源管理单片集成电路，能够输出3A的驱动电流，同时具有很好的线性和负载调节特性，可以输出小于37V的各种电压。该器件内部集成频率补偿和固定频率发生器，开关频率为150KHz，与低频开关调节器相比较，可以使用更小规格的滤波元件。由于该器件只需4个外接元件，可以使用通用的标准电感，这更优化了LM2596的使用，极大地简化了开关电源电路的设计 综上所诉，采用第三种方案的性价比最高，更符合设计要求。2.4系统设计组成及原理该系统由五个部分组成。即电源模块、单片机最小系统、按键模块、显示模块、输出模块。其设计原理是：电源模块外接DC110V，先经过MDL30-S24D将DC110V转换成DC24V为整个系统供电，下面的转换电路将一部分DC24V转换成DC5V为单片机学习开发板供电。单片机内已预先写入按键程序以及显示程序，通过人员操作按键输入一个在5-160km/h的速度信号，经过显示程序在LCD上显示已输入的速度值。而频率信号的产生是本设计的核心之一，运用延时的方法实现，只用一个计时程序即可，因为产生一个方波只需要高低两个数。只要给一个频率，再计算所需的延时即可。由于机车速度传感器是当车轮转一圈时输出200个脉冲信号，然后根据轮径大小（以1050mm计算）,可以推出速度信号从0-200km/h变化，脉冲频率计算见公式：采用单片机定时器延时的方法实现脉冲信号的模拟，将输入的速度值模拟成脉冲信号，然后输出给输出模块。在输出电路中，驱动光耦TLP521接受到来自单片机的脉冲信号进而处理后输出给示波器，从示波器中就能显示在输入的该速度下产生的波形，进而进行查询和排除故障。第三章 硬件部分3.1硬件总体设计单片机应用系统的硬件电路设计包含两部分内容：一是系统扩展，即单片机内部的功能单元（如ROM、I/O、定时/计数器等）容量不能满足应用系统的要求时，必须在单片机外进行扩展，选择适当的芯片，设计适当的电路。二是系统配置，即按照功能要求配置外围设备如LCD显示、D/D转换等，要设计合适的电路。系统的扩展和模块设计应遵循下列原则：（1） 尽可能选择标准化、模块化的典型电路，提高设计的成功率，结构的灵活性。（2） 系统的扩展与外围设备配置的水平应充分满足应用系统的要求。（3） 硬件结构应结合应用软件方案一并考虑。硬件结果与软件方案会产生相互影响，考虑的原则是：软件能实现的功能尽可能的由硬件来实现，以简化硬件结构。但必须注意，由软件实现的硬件功能，其响应时间要比直接用硬件响应来的长，而且占用CPU时间。所以选择方案时，要考虑这些因素。（4） 整个系统中相关的器件要尽可能做到性能匹配，例如选用晶振频率较高时，存储器的存取时间有限，就应该选择允许存取速度较高的芯片。（5） 可靠性及抗干扰性设计是硬件系统设计不可缺少的部分，它包括芯片、器件选择等。（6） 单片机外接电路较多时，必须考虑其驱动能力，改善电路设计等。（7） 系统的扩展及各功能模块的设计在满足系统功能要求的基础上，应适当留有余地，以备将来修改、扩展之需。（8） 在考虑硬件总体结构的同时要注意通用性问题。3.2 信号发生器3.2.1信号发生器的简介： 信号发生器也称信号源，是用来产生振荡信号的一种仪器，为使用者提供需要的稳定、可信的参考信号，并且信号的特征参数完全可控。所谓可控信号特征，主要是指输出信号的频率、幅度、波形、占空比、调制形式等参数都可以人为地控制设定。随着科技的发展，实际应用到的信号形式越来越多，越来越复杂，频率也越来越高，所以信号发生器的种类也越来越多，同时信号发生器的电路结构形式也不断向着智能化、软件化、可编程化发展。3.2.2信号发生器的工作原理：信号发生器用来产生频率为20Hz200kHz的正弦信号（低频）。除具有电压输出外，有的还有功率输出。所以用途十分广泛，可用于测试或检修各种电子仪器设备中的低频放大器的频率特性、增益、通频带，也可用作高频信号发生器的外调制信号源。另外，在校准电子电压表时，它可提供交流信号电压。低频信号发生器的原理：系统包括主振级、主振输出调节电位器、电压放大器、输出衰减器、功率放大器、阻抗变换器（输出变压器）和指示电压表。主振级产生低频正弦振荡信号，经电压放大器放大，达到电压输出幅度的要求，经输出衰减器可直接输出电压，用主振输出调节电位器调节输出电压的大小。3.2.3信号发生器应用：信号发生器又称信号源或振荡器，在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。各种波形曲线均可以用三角函数方程式来表示。能够产生多种波形，如三角波、锯齿波、矩形波（含方波）、正弦波的电路被称为函数信号发生器。函数信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。例如在通信、广播、电视系统中，都需要射频（高频）发射，这里的射频波就是载波，把音频（低频）、视频信号或脉冲信号运载出去，就需要能够产生高频的振荡器。在工业、农业、生物医学等领域内，如高频感应加热、熔炼、淬火、超声诊断、核磁共振成像等，都需要功率或大或小、频率或高或低的振荡器。3.3 单片机模块3.3.1单片机简介：单片机，全称单片微型计算机（英语：Single-Chip Microcomputer），又称微控制器（Microcontroller），是把中央处理器、存储器、定时/计数器（Timer/Counter）、各种输入输出接口等都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。与应用在个人电脑中的通用型微处理器相比，它更强调自供应（不用外接硬件）和节约成本。它的最大优点是体积小，可放在仪表内部，但存储量小，输入输出接口简单，功能较低。现代人类生活中所用的几乎每件有电子器件的产品中都会集成有单片机。手机、电话、计算器、家用电器、电子玩具、掌上电脑以及鼠标等电子产品中都含有单片机。 汽车上一般配备40多片单片机，复杂的工业控制系统上甚至可能有数百片单片机在同时工作。单片机的数量远远超过PC机和其他计算机的总和。3.3.2 单片机的开发单片机的软件开发中，以往多使用汇编语言，如今越来越多的使用C语言，又或者使用BASIC语言等更适合初学者的语言，部分集成开发环境支持C+。单片机的软件测试需要使用单片机开发器或模拟器。随着技术的发展，2000年后已经有很多单片机自带了ISP（在线编程设计）或支持IAP，彻底地改变了传统的开发模式，使得开发单片机系统时不会损坏芯片的引脚，加速了产品的上市并降低了研发成本，缩短了从设计、制造到现场调试的时间，简化了生产流程，大大提高了工作效率。这类单片机包括AT89S系列单片机、AVR系列单片机等。Proteus软件是初学者入门的首选软件，它是Labcenter Electronics公司的一款商业版电路设计与仿真软件。内包括ISIS、ARES等软件模块。ARES模块主要用来完成PCB的设计，ISIS模块用来完成电路原理图的布图与仿真。Proteus的软件仿真基于VSM技术，它与其他软件最大的不同也是最大的优势就在于能仿真大量的单片机芯片，比如MCS-51系列、PIC系列等等，甚至ARM处理器，以及单片机外围电路，比如键盘、LED、LCD等等。该软件还附带了一些案例和丰富的帮助文件。3.3.3 AT89S52芯片介绍AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单片上拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活超有效的解决方法。性能介绍：l 与MCS-51单片机产品兼容l 8K字节在线系统可编程Flash存储器l 1000次擦写周期l 4.0V-5.5V工作电压l 全静态操作：0Hz33Hzl 三级加密程序存储器l 256*8字节的内部数据存储器l 32个可编程I/O口线l 三个16位定时器/计数器l 八个中断源 l 全双工UART串行通道 l 低功耗空闲和掉电模式l 掉电后中断可唤醒l 看门狗定时器 图 3-1 l 双数据指针l 掉电标识符l 快速编程周期l 灵活ISP编程（字节和 模式）l 绿色（-免费）工作包操作性能描述：AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在线系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89S52具有以下标准功能： 8k字节Flash，256字节RAM，32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。引脚结构：引脚功能VCC :电源GND接地P0 口P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，P0具有内部上拉电阻。在flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。P1 口P1 口：P1 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口。P1 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P1 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX）。在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。引脚号第二功能P1.0T2（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出P1.1T2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制）P1.2MOSI（在系统编程用）P1.6MISO（在系统编程用）P1.7SCK（在系统编程用）P2 口P2 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P2 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P2 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX DPTR）时，P2 口送出高八位地址。在这种应用中，P2 口使用很强的内部上拉发送1。在使用8位地址（如MOVX RI）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。P3 口P3 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，p2 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P3 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）端口引脚 第二功能：P3.0 RXD (串行输入口) P3.1 TXD (串行输出口) P3.2 INTO (外中断0)P3.3 INT1 (外中断1) P3.4 TO (定时/计数器0)P3.5 T1 (定时/计数器1)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) RST复位输入ALE/PROG地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8 位地址的输出脉冲。PSEN外部程序存储器选通信号（PSEN）是外部程序存储器选通信号EA/VPP访问外部程序存储器控制信号。为使能从0000H 到FFFFH的外部程序存储器读取指令，EA必须接GND。为了执行内部程序指令，EA应该接VCC。XTAL1振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。XTAL2振荡器反相放大器的输出端 引脚图3-2： 图 3-23.4 按键操作显示模块3.4.1 按键电路按键种类；一般分为两种，独立式按键、矩阵式键盘。 本课题采用独立式按键，独立式按键是直接用I/O口线构成的单个按键电路，其特点是每个按键单独占用一根I/O口线，每个按键的工作不会影响其它I/O口线的状态。按键接口电路： 图 3-3 3.4.2 显示电路：数码管显示：设计主要使用数码管的现实功能来实现的，显示部分硬件用4只数码管为显示管。这些数码管的阳极是互相连接在一起的，所以称为共阳极数码管。通过在这4只数码管的阳极加+5V或0V的电压是数码管形成不同的数字。如2-4图： 图 3-4 液晶显示：1602字符型液晶显示模块（如图3-5）是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式LCD，本设计采用16列*2行的字符型LCD1602带背光的液晶显示屏。由于它具有体积小、功耗低内容丰富等特点，在很多低功耗的领域得到广泛应用，市面上绝大多数是基于HD44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此基于HD44780写的控制程序可以很方便地应用于市面上大部分的字符型液晶。字符型LCD1602通常有14条引脚线或16条引脚线的LCD，多出来的2条线是背光电源线VCC（15脚）和地线GND（16脚）。本设计采用的背光的LCD1602其主要技术参数：1.显示容量:162个字符2.芯片工作电压:4.55.5V 3.工作电流:2.0mA(5.0V) 4.模块最佳工作电压:5.0V 5.字符尺寸:2.954.35(WH)mm 1602引脚功能说明: 引脚符号功能说明1VSS电源地2VDD电源正极（+5V）3VL液晶显示偏压信号4RS数据/命令选择端（H/L）5R/W读/写选择端（H/L）6E使能信号7DB0低4位三态、 双向数据总线 0位（最低位）8DB1低4位三态、 双向数据总线 1位9DB2低4位三态、 双向数据总线 2位10DB3低4位三态、 双向数据总线 3位11DB4高4位三态、 双向数据总线 4位12DB5高4位三态、 双向数据总线 5位13DB6高4位三态、 双向数据总线 6位14DB7高4位三态、 双向数据总线 7位（最高位）（也是busy flag）15BLA背光电源正极16BLK背光 电源负极寄存器选择控制表RSR/W操作说明00写入指令寄存器（清除屏等）01读busy flag（DB7），以及读取位址计数器（DB0DB6）值10写入数据寄存器（显示各字型等）11从数据寄存器读取数据如图3-5所示: 图 3-53.5电源模块3.5.1 电源模块（DC 110V-DC 24V）部分：运用MDL30-S24D直流电源模块，将输入DC110V电压转换成DC24V型号：L型: 70-140Vdc 或 85-132Vac (47-440HZ)； 输出特性：初始电压精度: 1.0%电压调节: 0纹波、噪声：1% p-p效率：79%（典型）源效应(标称负载，全电压输入范围): 0.2%负载效应(标称输入，10%-100%标称负载): 0.5%瞬态响应(25%的标称负载阶跃): 5%/500US一般特性开关频率(典型值): 100KHz绝缘强度: 输入与输出 2500VAC输入与FG 2000VAC输出与FG 500VAC工作温度: -20+75存储温度: -40+105MTBF(MIL-HDBK-217): 200,000h温度系数: 0.03%/安全规程: UL1950/IEC950/CCEE电磁兼容(EMC)标准: IEC1000/EN61000冷却方式: 自然冷却3.5.2 电源模块(DC 24V-DC 5V)部分：LM2596简介：LM2596系列是美国国家半导体公司生产的3A电流输出降压开关型集成稳压芯片，它内含固定频率振荡器（150KHZ）和基准稳压器（1.23v），并具有完善的保护电路、电流限制、热关断电路等。 LM2596开关器件引脚图3-6： 图 3-6LM2596参数1、+VIN；输入，电压为40V2、out put；输出，电压在1.2V至37v3、Gnd；接地4、feed back；稳压取样电压输入端，（与输出电压相连）；与输出电压同增同减，与内部基准稳压值1.23V相比较，自动调节振荡器的输出占空比，使输出电压稳定在额定值上；5、on/of使能控制端，控制着输出端电压的有无，高于1.23V时，内部开关管被关断，输出电压为OV，当低于1.23V时，输出为额定电压。电源模块（DC 24V-DC 5V）电路图3-7：图 3-73.6 输出模块3.6.1 TLP521介绍：TLP521是可控制的光电藕合器件，电路之间的信号传输，使之前端与负载完全隔离，目的在于增加安全性，减小电路干扰，减化电路设计。TLP5211组成的砷化镓红外发光二极管耦合到光三极管，该TLP5211提供了1个孤立的光耦4引脚塑料封装。引脚图3-8：1脚正极2脚负极图 3-83脚发射极 4脚集电极。 3.6.2 输出模块工作原理:驱动光耦TLP521接收来自单片机(OUT1)的脉冲信号，因为脉冲信号一个连续的方波（高低电平），高电平时，驱动光耦TLP521中的发光二极管得到信号从而发光，从而触发光敏三极管的导通，将得到的信号放大给予示波器（OUT2），一个脉冲信号，低电平时，因为电压太小或根本没有电压，不能使发光二极管发光，因为光敏三极管接收不到光源信号，所以光敏三极管并不导通。从而达到输出波形给示波器显示，因为它对输入、输出信号的良好隔离作用，信号传输具有单向性，因而有良好的绝缘能力和抗干扰能力，所以在输出电路中采用驱动光耦设计完成。3.6.3 输出模块电路图 图 3-9第四章 软件部分4.1 软件总体设计应用系统中的应用软件是根性系统功能要求设计的，应该可靠地实现系统的各种功能。一个优秀的应用系统软件应具有下列特点：（1） 根据软件功能的要求，将系统软件分成若干个相对独立的部分，设计出软件的总体结构，使其结构清晰、简洁、流程合理。（2） 要树立结构化程序设计风格，各功能程序实现模块化、子程序化。即便于调试、链接，又便于移植、修正。（3） 为提高软件设计的总体效率，以简明、直观的方法对任务进行描述，在编写应用软件之前，应绘制出程序流程图。（4） 建立正确的数学模型。即根据功能要求，描绘出各个输入和输出变量之间的数学关系，它是关系到系统性能好坏的重要因素。（5） 要合体分配系统资源，包括ROM、RAM、定时器/计数器、中断资源等。（6） 注意在程序的有关位置处写上功能注释，提高程序的可读性。（7） 加强软件的抗干扰设计，它是提高计算机应用系统可靠性的有利措施。4.2 软件设计说明本课题采用的是AT89S52单片机作为控制系统的中央处理器。通过按钮输入一个“速度值”，单片机自动处理并输出相对应的脉冲信号，脉冲信号再经过光耦元件的电平转换，将得到的脉冲信号输出到示波器上显示波形，从而实现对机车速度频率的模拟。其软件流程图如下：主程序流程图： 频率产生流程图： 图 4-2 图 4-1 系统整体运作图：图4-3第五章 制作与调试5.1 制作本设计采用Keil uVision4软件编写程序，用万用板焊接电路。5.1.1 电源模块实物图：图5-15.1.2 单片机模块实物图：图5-25.1.3 输出模块实物图：图5-35.2 调试问题分析1：单片机开发板按键抖动。抖动产生因为机械固有的物理特性，在瞬间接触的时候会有力学的回弹，造成2-8毫秒内信号不稳定。解决办法1：采用软件延时去抖。问题分析2：频率校正。由于中断内执行程序造成的频率误差解决方法2：更改定时器初始化值。本课题在硬件调试的时候，需要准备好所需的DC110V电源，按照原理图将硬件电路连接好，之后接通电源后进行硬件调试，并通过示波器观察产生的波形。其实际产生的波形图。如下图所示：图5-45.3 元器件展示5.3.1 电源模块MDL30-S24D:图5-55.3.2 电源模块LM2596图5-65.3.3 液晶显示1602：图5-75.3.4 驱动光耦TLP521：图5-8第六章 总结机车速度信号在机车检修工作中至关重要，原来的工作需要到正线试运行才能够完成，既影响铁路运输效率，又浪费人力物力，且运行中又不利于故障点的查询，因此，研制出机车检修专用的信号发生器具有重要的实际意义和使用价值。信号发生器设计中只采用一片AT89C51芯片，具有4Kbyte内存，内部CMOS结构，工作频率位24MHz，整体电路简单明了，调试简易，功耗小，且整个系统有很高的可靠性和精度。适用性强，操作简单，只需按键输入就能完成信号模拟。本文介绍了机车检修专用的信号发生器的总体组成以及各个部分的详细数据。此装置的运用可以为监控装置的故障检测和快速维修提供了很大的方便，弥补了过去机车因速度或信号发生部件故障而回段以及机车在停止状态下时无法判断故障点的现象。这次课题的设计虽然做出了实物，并且符合任务设计的要求，但是还是有很多欠缺与不足之处，首先电源模块AC-DC所用的MDL30-S24D模块成本较高，体积和重量占据了整个系统的百分之三十，并且没有对整个装置进行系统的封装，只能用于学习交流，实用性很小，希望从实用性和性价比方面继续努力。结束语在论文即将付梓之际，思绪万千，心情久久不能平静。三年的学院生活在这个季节即将划上一个句号，而于我的人生却只是一个逗号，未来我将面对又一次征程。三年的求学生涯在师长、亲友的支持下，走得虽然辛苦却也感到十分充实。经过六个多月的努力，本论文也终于完成，在整个设计过程中，出现过许许多多的难题难点，但都在老师和同学的帮助下顺利解决了，在不断的学习过程受益匪浅，发现写论文就是一个不断加深学习的过程，自6月份刚接到毕业设计题目之后的很长一段时间内，我都一直对毕业设计的题目感到迷茫和模糊，查阅资料时，大量的专业术语和复杂的电路图纸都让我感到深深的压力。在不断的研究毕业设计的过程中，通过实践考察让我对毕业设计的题目逐渐的熟悉，发现以前学习时只是明白理论，没有经过实践活动，对知识的理解不够明确，通过这次的课题研究，真正做到实践与理论相结合。在这个知识慢慢积累的过程中，并不是一帆风顺，途中的挫折不断，但在老师和同学的互相帮助下，披荆斩棘，克服了一个个难关。总之，通过毕业设计，我深刻