【文章內容簡介】 測物體 8 脈寬調制電路 、 振蕩電路 、 高輸入阻抗電路 。 紅外傳感器采用 E3FDS30C4 型光電開關，該傳感器為漫反射式光電開關，漫反射式光電開關發(fā)出的光線需要經檢測物表面 才能反射回漫反射開關的接受器 ， 所以檢測距離和被檢測物體的表面反射率將決定接受器接收到光線的強度 。 粗糙的表面反射回的光線強度必將小于光滑表面反射回的強度 ， 而且被檢測物體的表面必須垂直于光電開關的發(fā)射光線。當無檢測物體時 ， 常開型的光電開關所接通的負載由于光電開關內部的輸出晶體管的截止而不工作 ， 當檢測到物體時晶體管導通 ， 負載得電工作 。 該傳感器探測距離為 380cm，根據實際需要把車門兩個傳感器的探測距離調整為 40cm。 在 該 系統(tǒng)的設計中，傳感器單元的功能是檢測乘客經過車門的動作信號， 但是對乘客的具體上、下車的動作不能作出判斷，因而采用方向識別電路對傳感器的輸出信號進行區(qū)分、判斷就成為了一個必要的環(huán)節(jié)。 在本課題的設計中，反射式紅 外傳感器安裝在客車車門附近，其具體安置方法如圖所示 。 圖 檢測傳感器 安放 圖 本 系統(tǒng) 對方向識別電路的設計采用了雙 D觸發(fā)器，實現了對乘客方向的 識 別。方向識別電路如圖所示 。 上車 方向 車 門 傳感器 1 傳感器 2 下車 方向 車廂內 車廂外 9 圖 辨別方向電路圖 R1 /Q1 CLK1 Q1 D1 S1 D2 S2 Q2 CLK2 /Q2 R2 傳感器 1 傳感器 2 INT1 INT0 74F06 74F06 74F06 74F06 +5V 10 圖 辨別方向 DXP 電路圖 如圖 所示，將 雙 D 觸發(fā)器的復位端分別與 7406 相連。由于雙 D 觸發(fā)器的置位端為低電平有效，將置位端接 +5V 電壓，從而對置位信號進行屏蔽。將 D 觸發(fā)器的Q端與 Q 端連接起來，這樣 D觸發(fā)器的特征方程為 nQD? 。當時鐘信號 CLK=0 時， D觸發(fā)器的 Q 端和 Q 端保持邏輯狀態(tài)不變；當 CLK=1 時，即 D 觸 發(fā)器時鐘信號的上升沿到達時， Q 端和 Q 端的狀態(tài)要進行翻轉，轉變成相反的邏輯狀態(tài)。其特性表如表 所示 。 表 邊沿觸發(fā)器特性表 當沒有乘客經過車門時，傳感器 2 均輸出為高電平 ,經 74F06 反相處理后，輸出為低電平。觸發(fā)器的復位端和置位端為低電平有效， 在本設計中對觸發(fā)器的置位端接入 +5V 進行屏蔽 。在沒有乘客上車時，兩個 D 觸發(fā)器的時鐘信號 CLK CLK2均等于 0, 1Q =0, 2Q =0,D1=0,D2=0。如圖 ，當有乘客上車時，乘客先經過 1號傳感器，此時傳感器 1 輸出信號為低電平，經第一個 74F06 后變?yōu)楦唠娖?，CLK1=0,CLK2=1； D1=0， D2=1； 1Q =0， 2Q =1,即 2Q 的狀態(tài)發(fā)生翻轉。 當乘客離開 1號傳感器時，由于此時 CLK1=0, D1=0,R1=1， D1 觸發(fā)器的 1Q 和 1Q 端狀態(tài)將會保持不變， CLK2=0, R2=1, 2Q =1 也 保持為高電平狀態(tài)。當乘客進入 2 號傳感器的檢測范圍時，傳感器 2 輸出信號為低電平，這樣 CLK1=1， CLK2=0； D1=1， D2=1； R1=1，R2=0； 2Q 和 2Q 邏輯狀態(tài)要進行翻轉 2Q =0， 1Q 的狀態(tài)仍保持不變。 在上車這一過程中，只有 2Q 和 2Q 狀態(tài)發(fā)生了變化，從低電平變?yōu)楦唠娖皆僮優(yōu)榈碗娖健?這樣就產生了一個可由單片機 T0 端識別的脈沖信號。根據本電 路的設計， T0 端為乘客上車動作信號的輸入端，從而實現了辨別乘客運動方向的功能。同理，當乘客下車時也會產生一個相應的脈沖信號接入 T1端，在本設計中 T1端是乘客下車動作信號的輸入端。 雙 D 觸發(fā)器 在電子技術中， N/2(N 為奇數 )分頻電路有著重要的應用，對一個特定的輸入頻率，要經 N/2 分頻后才能得到所需要的輸出，這就要求電路具有 N/2 的非整數倍的分C R S D 1nQ? 0 1 0 1 0 1 ↓ 0 1 nQ ↑ 1 1 0 0 ↑ 1 1 1 1 11 頻功能。 CD4013 是雙 D觸發(fā)器，在以 CD4013 為主組成的若干個二分頻電路的基礎上，加上異或門等反饋控制，即可很方便地組成 N/2 分頻電路。 工作原理 : SD 和 RD 接至基本 RS 觸發(fā)器的輸入端，它們分別是預置和清零端，低電平有效。當 SD=0 且 RD=1 時 ,不論輸入端 D 為何種狀態(tài)，都會使 Q=1， Q=0，即觸發(fā)器置 1；當SD=1 且 RD=0 時，觸發(fā)器的狀態(tài)為 0,SD 和 RD 通常又稱為直接置 1和置 0端。我們設它們均已加入了高電平，不影響電路的工作。工作過程如下： (1)CP=0 時，與非門 G3和 G4 封鎖，其輸出 Q3=Q4=1，觸發(fā)器的狀態(tài)不變。同時，由于 Q3至 Q5 和 Q4至 Q6 的反饋信號將這兩個門打開，因此可接收輸入信號 D， Q5=D，Q6=Q5=D。 (2)當 CP 由 0 變 1時觸發(fā)器翻轉。這時 G3和 G4 打開，它們的輸入 Q3和 Q4 的狀態(tài)由 G5和 G6 的輸出狀態(tài)決定。 Q3=Q5=D， Q4=Q6=D。由基本 RS 觸發(fā)器的邏輯功能可知， Q=D。 (3)觸發(fā)器翻轉后，在 CP=1 時輸入信號被封鎖。這是因為 G3 和 G4 打開后，它們的輸出 Q3 和 Q4的狀態(tài)是互補的 ,即必定有一個是 0，若 Q3 為 0，則經 G3輸出至 G5輸入的反饋線將 G5封鎖，即封鎖了 D通往基本 RS 觸發(fā)器的路徑；該反饋線起到了使觸發(fā)器維持在 0狀態(tài)和阻止觸發(fā)器變?yōu)?1狀態(tài)的作用 ,故該反饋線稱為置 0維持線 ,置 1阻塞線。 Q4為 0 時， 將 G3和 G6 封鎖， D端通往基本 RS 觸發(fā)器的路徑也被封鎖。Q4 輸出端至 G6反饋線起到使觸發(fā)器維持在 1狀態(tài)的作用，稱作置 1 維持線； Q4 輸出至 G3 輸入的反饋線起到阻止觸發(fā)器置 0 的作用 ,稱為置 0阻塞線。因此，該觸發(fā)器常稱為維持 阻塞觸發(fā)器?？傊?，該觸發(fā)器是在 CP 正跳沿前接受輸入信號，正跳沿時觸發(fā)翻轉，正跳沿后輸入即被封鎖 ,三步都是在正跳沿后完成，所以有邊沿觸發(fā)器之稱。與主從觸發(fā)器相比 ,同工藝的邊沿觸發(fā)器有更強的抗干擾能力和更高的工作速度。 脈沖特性 : (1)建立時間 :由于 CP信號是加到門 G3和 G4上的 ,因而在 CP上升沿到達之前門 G5 和 G6 輸出端的狀態(tài)必須穩(wěn)定地建立起來。輸入信號到達 D 端以后，要經過一級門電路的傳輸延遲時間 G5 的輸出狀態(tài)才能建立起來 ,而 G6 的輸出狀態(tài)需要經過兩級門電路的傳輸延遲時間才能建立 ,因此 D端的輸入信號必須先于 CP 的上升沿到達，而且建立時間應滿足： tset≥ 2tpd。 (2)保持時間：為實現邊沿觸發(fā) ,應保證 CP=1 期間門 G6 的輸出狀態(tài)不變 ,不受 D端狀態(tài)變化的影響。為此，在 D=0 的情況下，當 CP上升沿到達以后還要等門 G4 輸出的低電平返回到門 G6 的輸入端以后 ,D端的低電平才允許改變。因此輸入 低電平信號的保持時間為 tHL≥ tpd。在 D=1 的情況下，由于 CP 上升沿到達后 G3的輸出將 G4封鎖，所以不要求輸入信號繼續(xù)保持不變 ,故輸入高電平信號的保持時間 tHH=0。 (3)傳輸延遲時間：從 CP 上升沿到達時開始計算 ,輸出由高電平變?yōu)榈碗娖降膫?12 輸延遲時間 tPHL 和由低電平變?yōu)楦唠娖降膫鬏斞舆t時間 tPLH 分別是 :tPHL=3tpd tPLH=2tpd (4)最高時鐘頻率：為保證由門 G1～ G4組成的同步 RS觸發(fā)器能可靠地翻轉， CP高電平的持續(xù)時間應大于 tPHL,所以時鐘信號高電平的寬度 tWH 應大于 tPHL。而為了在下一個 CP 上升沿到達之前確保門 G5 和 G6新的輸出 電平得以穩(wěn)定地建立， CP低電平的持續(xù)時間不應小于門 G4 的傳輸延遲時間和 tset 之和，即時鐘信號低電平的寬度 tWL≥ tset+tpd. 7406 芯片 六高壓輸出反相緩沖器 /驅動器（ OC， 30V） 簡要說明 ： 54/7406 為集電極開路輸出的六組反相驅動器，其主要電特性的典型值如下 表 7406 電特性 1A— 6A 輸入端 1Y— 6Y 輸出端 圖 雙列直插封裝 工作原理： 集成運放有同相輸入端和反相輸入端，同向和反向是指運放輸入電壓和輸出電低電平到高延時 高到底延時 Pd 10ns 15ns 155mW 13 壓的相位關系。由于電路要求，應采用集成運放的反相輸入端，輸入電壓 Ui 通過 R作用到集成運放的反相輸入端，所以會得到 Uo 與 Ui 反相，同相輸入端通過 R’接地， R’為補償電阻，可以來保證集成運放輸入級差分放大電路的對稱性。電路通過電阻 Rf 引入負反饋。因為數模轉換器輸出的是負電壓，所以設置反相電路可以將其轉換為正電壓。 單片機最小系統(tǒng)的設計 單片機的選擇 單片機 模塊主要用來 實現對上、下車人數的加、減計數。單片機模塊在設計中，考慮到系統(tǒng)中的程序量和數據量較少，需要 I/O 口資源也相對較少， AT2MEL 公司的AT89C51 芯片的資源就能很好的滿足系統(tǒng)的需求，所以在系統(tǒng)設計中采用了 MCS51系列單片機 AT89C51 芯片的最小系統(tǒng)來實現。我們選用 ATMEL 公司 89 系類的標準型單片機 AT89C51,AT89C51 是一種低功耗、高性能的 8位單片機，片內帶有一個 4K 字節(jié)的 FLASH 可編程可擦除只讀存儲器 (EPROM),它采用了 CMOS 工藝和 ATMEL 公司的高密度非易失性存儲器 (NURAM)技術，而且其輸出引腳和指令系統(tǒng)都與 MCS51 兼容。另外， AT89C51 還具有 MCS51系類單片機的所有優(yōu)點。 128*8 位內部 RAM， 32 位雙向輸入輸出線，兩個十六位定時 /計時器， 5 個中斷源，兩級中斷優(yōu)先級，一個全雙工異步串行口及時鐘發(fā)生器等。片內的 FLASH 存儲器允許在系統(tǒng)內改編程序或用常規(guī)的非易失性存儲器來編程。因此 AT89C51 是一種功能強、靈活性高且價格合理的單片機，它可方便地應用在各個領域。 89C51 引 腳圖如圖所示 。 VCC/EAALE/PSENRST(RXD)(TXD)(/INT0)(/INT1)(T0)(T1)(/WR)(/RD)XTAL1XTAL2GND89C5189C51 圖 AT89C51 芯片引腳圖 14 下面介紹 89C51 的主要 引 腳功能如下 ： (1)VCC（ 40）：電源 +5V； (2)VSS（ 20）：接地； (3)P0 口（ 3239）：雙向 I/O 口，既可作低 8 位地址和 8 位數據總線使用，也可作普通 I/O 口； (4)P3 口（ 1017）：多用途端口，既可作普通 I/O 口，也可按每位定義的第二功能操作； (5)P2 口（ 2128）：既可作高 8位地址總線，也可作普通 I/O 口； (6)P1 口（ 18）： 準雙向通用 I/O 口； (7)PSEN：內外程序存儲器選擇線； (8)XTAL1（ 19）和 XTAL2（ 18）：外接石英晶體振蕩器； (9)RST（ 9）：復 位信號輸入端，高電平有效； (10)ALE/PROG（ 30）：地址鎖存允許信號； (11)EA （ 31）：內、外程序存儲器控制端； 由于本 系統(tǒng) 需要用到單片機內部的計數器，所以在這里有必要介紹定時 /計數器的工作原理，定時 /計數器的結構圖如圖所示 。 圖 定時 /計數器的結構原理圖 15 從定時 /計數器的結構圖中我們可以看出， 16 位的定時 /計數器分別由兩個 8 位專用寄存器組成，即： T0 由 TH0 和 TL0 構成； T1 由 TH1 和 TL1 構成。其訪問地址依次為 8AH8DH。每個寄存器均可單獨訪問。這些寄存器是用于存放定時或計數初值的。此外，其內部還有一個 8位的定時器方式寄存器 TMOD 和一個 8 位的定時控制寄存器 TCON。這些寄存器之間是通過內部總線和控制邏輯電路連接起來的。 TMOD 主要是用于選定定時器的工作方式； TCON 主要是用于控制定時器的啟動停止，此外 TCON還可以保存 T0、 T1的溢出和中斷標志。 當定時 /計數器用作計數器時，計數脈沖來自相應的外部輸入引腳 T0 或 T1。當