【正文】 [8] 王國芬 陳南晃 王培家 李孝芳 《 TDB 型信號燈斷絲快速定位報警系統(tǒng)》 《鐵路通信信號》 20xx， 36（ 8）。 [6] 于勇 戴佳 常江 .51單片機 C語言常用模塊與綜合系統(tǒng)設(shè)計實例精講 .電子工業(yè)出版社 .20xx 年 。 [4] 沈紅衛(wèi) .基于單片機的智能系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn) .電子工業(yè)出版社 .20xx 年 。 [2] 李群芳 張士軍 黃建 .單片微型計算機與接口技術(shù) .電子工業(yè)出版社 . 20xx，第三版 。 陸 老師對 我們的認(rèn)真指導(dǎo)以及對學(xué)術(shù)的專業(yè)都 給我留下了十分深刻的印象，同時也給予了我莫大的幫助，僅在此獻(xiàn)上我最真摯的敬佩與感激。最后 我要向我的導(dǎo)師 陸成鷹老師 致以最衷心的感謝和深深的敬意 ，因為有她一次次的耐心指導(dǎo)，我最終才能圓滿完成這次畢設(shè)設(shè)計。所 以如果一開始就認(rèn)真能認(rèn)真對待任何一個部分任何一個細(xì)節(jié)，那么整個課題的研究可能會更加的順利了。 在設(shè)計過程中，我發(fā)現(xiàn)細(xì)心真的非常重要。雖然子程序沒有了問題，但當(dāng)整段開始調(diào)試后，卻還是達(dá)不到應(yīng)有的效果。這段程序在調(diào)試時也出現(xiàn)不少問題，比如在時間顯示上的 16位與 10位數(shù)的轉(zhuǎn)換等等。比如對時鐘芯片程序的設(shè)計，由于之前從來沒有接觸過沒有學(xué)過，現(xiàn)在卻要自己設(shè)計程序，頓時感覺無從下手。在自己苦思無果后只能向老師求教，最終才得到了解決方案，使用移位寄存器，串行輸入，并行輸出。 當(dāng)然在研究的過程當(dāng)中確實遇到過不少的問題。 3）對程序流程進(jìn)行設(shè)計，包括主程序和重要的子程序。 在研究的過程中，主要完成的工作有以下這些： 1）對課題進(jìn)行分析，查閱大量相關(guān)資料，確定了課題設(shè)計的方案。 本文主要是對鐵路信號燈報警監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了比較深入的研究。在這半年中我學(xué)習(xí)到了很多，也收獲了很多，經(jīng)歷過一些挫折，也經(jīng)歷過一些挑戰(zhàn)。8 DB 0F6H。6 DB 0E0H。4 DB 0B6H。2 DB 0F2H。0 DB 060H。8 DB 0F6H。6 DB 0E0H。4 DB 0B6H。2 DB 0F2H。0 DB 060H。主復(fù)位 (MR) 輸入端上的一個低電平將使其它所有輸入端都無效，非同步地清除寄存器，強制所有的輸出為低電平 。兩個輸入端或者連接在一起，或者把不用的輸入端接高電 平 。它 是高速硅門 CMOS 器件，與低功耗肖特基型 TTL (LSTTL) 器件的引腳兼容。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極 (COM)的數(shù)碼管，共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極 COM 接到地線 GND 上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽極 17 為高電平時，相應(yīng)字段就點亮，當(dāng)某一字段的陽極為低電平時，相應(yīng)字段就不亮。 按發(fā)光二極管單元連接方式可分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。如圖 37所示： 16 圖 37 顯示電路設(shè)計 數(shù)碼管也稱 LED 數(shù)碼管，晶美、光電、不同行業(yè)人士對數(shù)碼管的稱呼不一樣，其實都是同樣的產(chǎn)品。在如今單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，最常用的有兩種，一種是由發(fā)光二極管（ LED）組成的數(shù)碼管顯示器，一種是液晶顯示器。 I/O 為串行數(shù)據(jù)輸入輸出端 (雙向 )， SCLK 始終是輸入端 。上電運行時，在 Vcc≥ 之前， RST 必須保持低電平。當(dāng) RST 為高電平時，所有的 數(shù)據(jù)傳送 被初始化，允許對 DS1302進(jìn)行操作。 RST 是復(fù)位 /片選線 ，通過把 RST 輸入驅(qū)動置高電平來啟動所有的 數(shù)據(jù)傳送 。當(dāng) Vcc2小于 Vcc1時， DS1302由 Vcc1供電。 DS1302由 Vcc1或 Vcc2兩者中的較大者供電。 DS1302的引腳功能及結(jié)構(gòu) 在 DS1302的 引腳 排列 ,其中 Vcc1為后備電源， VCC2為主電源。同樣，在緊跟 8位的控制指令字后的下一個 SCLK 脈沖的下降沿讀出 DS1302的數(shù)據(jù)，讀出數(shù)據(jù)時從低位 0位到高位 7。最低有效位 (位 0)如為 0表示要進(jìn)行寫操作，為 1表示進(jìn)行讀操作，控制字節(jié)總是從最低位開始輸出 ?？刂?字節(jié) 的最高有效位 (位 7)必須是邏輯 1，如果它為 0，則不能把數(shù)據(jù)寫入 DS1302中，位 6如果為 0，則表示存取日歷時鐘數(shù)據(jù)，為1表示存取 RAM 數(shù)據(jù) 。 DS1302內(nèi)部有一個 31 8的用于臨時性存放數(shù)據(jù)的 RAM 寄存器 。如圖 35： 圖 35 復(fù)位電路 DS1302時鐘芯片的簡介 DS1302時鐘芯片 是 美國 DALLAS 公司推出的一種高性能、低功耗、帶 RAM 的實時時鐘電路，它可以對年、月、日、周日、時、分、秒進(jìn)行計時，具有閏年補償功能，工作電壓為 ～ 。 按鍵復(fù)位是指人為的按下按鍵使電路復(fù)位。 復(fù)位方式主要是上電復(fù)位和按鍵復(fù)位。5% ，即～ 。 為確保微機系統(tǒng)中 電路 穩(wěn)定可靠工作，復(fù)位電路是必不可少的一部分，復(fù)位電路的第一功能是上電 復(fù)位 。 復(fù)位是一種操作，使 CPU 和系統(tǒng)中的其他部件都置為一個確定的初始狀態(tài)，并從這個初始狀態(tài)開始工作。 機器周期是指 CPU 訪問存儲器或者 I/O 端口一次所需要的時間。當(dāng)晶振頻率是 12MHz 時，機器周期是 1us。 外部振蕩方式：把已有的時鐘引入單片機，外部振蕩脈沖信號由 XTAL1端輸入單片機， XTAL2端懸空，如圖 33所示： 圖 33 晶振的選擇：機器周期（ us)=12/f， f是晶振頻率（ MHz）。 51系列單片機的時鐘信號來源通常有兩種方式：內(nèi)部振蕩方式和外部振蕩方式。 它的功能是 比較兩個電壓的大小 (用輸出電壓的高或低電平，表示兩個輸入電壓的大小關(guān)系 )：當(dāng)” +”輸入端電壓高于”－”輸入端時，電壓比較器輸出為高電平；當(dāng)” +”輸入端電壓低于”－”輸入端時，電壓比較器輸出為低電平 ，如圖 32所示： 圖 32 11 時鐘電路是計算機的心臟，它控制著計算機的工作節(jié)奏。常用的電壓比較器有單限比較器、滯回比較器、窗口比較器、三態(tài)電壓比較器等。 電流 互感器（ Current transformer 簡稱 CT）的作用是可以把數(shù)值較大的一次電流通過一定的變比轉(zhuǎn)換為數(shù)值較小的二次電流，用來進(jìn)行保護(hù)、測量等用途。電流互感器是由閉合的鐵心和 繞組組成。 電路主要流程為：模擬電壓信號進(jìn)入多路電子模擬開關(guān)，模擬開關(guān) 的輸出信號流向電壓比較器，與由電壓調(diào)壓裝置 預(yù)先調(diào)好的電壓相比較，在電壓比較器的輸出端得到高電平或低電平 ； 單片機主芯片讀取輸入的信號，判別是否 故障 ， 如果故障就將故障信息顯示在數(shù)碼管上。如果一開始就能保留一些空余的端口，那么后期可能就會派上用場。在設(shè)計過程中，總會有一些小問題遺漏，需要再增加輸入或者輸出。如果在開始設(shè)計時沒有留有余地，那么后期在修改時很有可能因為一點小問題而導(dǎo)致大面積的返工。 P3口的第二功能 引腳 第二功能符號 第二功能描述 RXD 串行通信數(shù)據(jù)接收引腳 TXD 串行通信數(shù)據(jù)發(fā)送引腳 INT0 外部中斷 0請求信號輸入引腳，低電平有效 INT1 外部中斷 1請求信號輸入引腳，低電平有效 T0 定時 器 /計數(shù)器 0外部計數(shù)脈沖輸入引腳 T1 定時器 /計數(shù)器 1外部計數(shù)脈沖輸入引腳 WR 外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通信號，低電平有效 RD 外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通信號，低電平有效 9 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計 在設(shè)計硬件電路圖時，有幾點需要注意： 1）選用片內(nèi)程序空間足夠大的單片機，本設(shè)計選用 AT89C51單片機。 P1口的第二功能 引腳 第二功能符號 第二功能描述 T2 T2的外部計數(shù)脈沖輸入 T2EX T2的外部觸發(fā)脈沖輸入 MOSI 在系統(tǒng)編程串行數(shù)據(jù)輸入 MISO 在系統(tǒng)編程串行數(shù)據(jù)輸出 SCK 在系統(tǒng)編程串行時鐘輸入 3） P2口（ ）： P2口作為一般準(zhǔn)雙向 I/O 端口使用或者高 8位地址總線輸出引腳。 2） P1口（ ）： P1口的第一功能是作為準(zhǔn)雙向 I/O 端口使用，其功能完全由用戶程序進(jìn)行定義。所有端口都可以作為通用輸入 /輸出端口，部分端口還具有特定功 能。 6） PSEN：片外 ROM 讀選通信號輸出引腳。 4） ALE/PROG:地址鎖存允許信號輸出引腳 /編程脈沖輸入引腳。 2） XTAL1：晶體振蕩器接入的一個引腳。 2） GND：接地引腳，有時標(biāo)記為 Vss。外形及 引腳 排列如圖 21所示。由于將多功能 8位 CPU 和閃速 存儲器 組合在單個芯片中， ATMEL 的 AT89C51是一種高效微控制器， AT89C2051是它的一種精簡版本。單片機 的可擦除 只讀存儲器 可以反復(fù)擦除 1000次。 AT89C51的特性 AT89C51是一種帶 4K 字節(jié) FLASH 存儲器 的低電壓、高性能 CMOS 8位 微處理器 ，俗稱 單片機 。因此， 單片機 的學(xué)習(xí)、開發(fā)與應(yīng)用將造就一批計算機應(yīng)用與智能化控制的科學(xué)家、工程師。 導(dǎo)彈 的導(dǎo)航裝置，飛機上各種儀表的控制，計算機的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動化過程的實時控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能 IC 卡 ，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)， 錄像機 、 攝像機 、全自動洗衣機的控制，以及程控玩具、 6 電子寵物等等，這些都離不開 單片機 。隨著 INTEL i960系列特別是后來的 ARM 系列的廣泛應(yīng)用， 32位 單片機 迅速取代 16位單片機的高端地位，并且進(jìn)入主流市場。隨著工業(yè)控制領(lǐng)域要求的提高，開始出現(xiàn)了 16位 單片機 ，但因為性價比不理想并未得到很廣泛的應(yīng)用。其中最成功的是 INTEL 的 8051，此后在 8051上發(fā)展出了 MCS51系列 MCU 系統(tǒng)。它 由 運算器 、 控制器 、 存儲器 、 輸入輸出設(shè)備 構(gòu)成，相當(dāng)于一個微型的計算機 。 本系統(tǒng)所有的設(shè)計和調(diào)試都用 PROTEUS 仿真系統(tǒng)完成，然后用單片機程序進(jìn)行控制。正弦信號可能采集到的情況如下： 3 1）燈絲正常工作時的波形，如圖 12 圖 12 2）燈絲故障時的波形，如圖 13 圖 13 3） 信號燈未工作時的波形，如 圖 14 圖 14 4 電壓信號進(jìn)入電壓比較器后，產(chǎn)生以下的比較，如圖 15 圖 15 5 16 路正弦信號通過多路模擬開關(guān)分別進(jìn)入已連接可調(diào)電阻的 2 個電壓比較器，一個可調(diào)電阻設(shè)置的電阻較高，一個較低。 。 次檢測到故障時的時間。 實物如圖所示： 2 圖 11 課題完成的功能 16路信號燈循環(huán)進(jìn)行檢測。 本設(shè)計的特點就是 可以實時檢測多路鐵路信號 燈的工作情況 ， 檢測信號燈是否有斷絲的故障，對于故障的信號燈進(jìn)行報警。 ，還有， 又比 如王國芬 發(fā)表 的《 TDB型信號燈快速定位報警系統(tǒng)》， 他 利用指示燈與繼電器相結(jié)合的方法，由指示燈顯示燈的位置 。比如 楊景玉在《甘肅科技 縱橫》中 發(fā)表 的《鐵路設(shè)備檢修自動化系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)》 ，他 利用計算機平臺動態(tài)顯示各信號設(shè)備的狀態(tài) 或采用報警繼電器，用計算機監(jiān)控各信號。 隨著信號燈不斷的發(fā)展，為了保障信號燈能一直正常工作，使鐵路能正常運行，信號燈監(jiān)控系統(tǒng)也在不斷的向自動化、智能化發(fā)展和改進(jìn)。 這種臂板式信號機有兩種顯示：水平位置 表示停車信號，向下傾斜 45 度表示進(jìn)行信號。 后來 隨著列車速度的不斷提高， 信號燈也不斷改進(jìn)。它的橫向線路 表示 停車信號，順向線路 表示前進(jìn) 信號。用 手勢 信號 來 指揮列車前進(jìn)或停止。failure warning 5 目錄 1 緒論?????????????????????????? 1 課題背景 ?????????????????????????? 1 課題完成的功能 ?????????????????????? 2 課題設(shè)計的方案???????????????????????? 2 2 單片機簡介 ??????????? ???????????? 5 單片機的發(fā)展與應(yīng)用 ??????????????????????? 5 單片機的發(fā)展………………………………………………………………… 5 單片機的應(yīng)用………………………………………………………………… 5 AT89C51 的特性 ????????????????????????? 6 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計 ?????????????????????? 9 總硬件電路設(shè)計 ???????????