機(jī)械專業(yè)單片機(jī)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

1、 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論文 ）題 目：信號(hào)燈報(bào)警監(jiān)控系統(tǒng)學(xué) 號(hào)：104812293 姓 名：祝正磊 班 級(jí)： 10機(jī)工A1 專 業(yè)：機(jī)械電子工程 學(xué) 院：機(jī)電工程學(xué)院 入學(xué)時(shí)間：2010級(jí) 指導(dǎo)教師：陸成鷹 日 期： 2014 年3 月12日畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）獨(dú)創(chuàng)性聲明本人所呈交的畢業(yè)論文是在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下進(jìn)行的工作及取得的成果。除文中已經(jīng)注明的內(nèi)容外，本論文不包含其他個(gè)人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中作了明確說明并表示謝意。作者簽名：祝正磊日期：2014年3月12日 信號(hào)燈報(bào)警監(jiān)控系統(tǒng)摘要如今，鐵路已經(jīng)遍及世界各地，貫穿了我們的生活。而信號(hào)燈是用來保障

2、鐵路正常運(yùn)營的必不可少的設(shè)備。因此如果在運(yùn)營中信號(hào)燈發(fā)生故障，將可能使鐵路無法正常運(yùn)行甚至發(fā)生事故。本課題的研究目的和意義就是設(shè)計(jì)一套信號(hào)燈報(bào)警監(jiān)控系統(tǒng)，用來自動(dòng)化的及時(shí)發(fā)現(xiàn)鐵路中發(fā)生故障的信號(hào)燈，使維修人員能第一時(shí)間對發(fā)生故障的信號(hào)燈進(jìn)行維修，以保障鐵路的正常運(yùn)營。本系統(tǒng)將使用單片機(jī)來對其進(jìn)行控制，使用仿真系統(tǒng)來模擬整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行情況。關(guān)鍵詞：信號(hào)燈；監(jiān)控；故障報(bào)警Light alarm monitoring systemABSTRACT Today,the railway has been around the world,throughout our lives. The light

3、s are the essential equipment which are used to guarantee the normal operation of the railway.So if the lights are broken down, the railway may not operate properly or even make the railway accident.The purpose of the research is to design a light alarm monitoring system which is used to find the br

4、oken light timely and automatically.By this way,the maintainer can repair the broken light in first time and guarantee the normal operation of the railway. The system will use microcontroller to control it,and use the simulation system to simulate the operation of the monitoring system. Key words:li

5、ght;monitoring;failure warning目錄1緒論11.1課題背景11.2課題完成的功能 21.3 課題設(shè)計(jì)的方案22單片機(jī)簡介52.1單片機(jī)的發(fā)展與應(yīng)用52.1.1單片機(jī)的發(fā)展52.1.2單片機(jī)的應(yīng)用52.2 AT89C51的特性63 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)93.1 總硬件電路設(shè)計(jì)93.2電流互感器103.3電壓比較器103.4時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)103.5復(fù)位電路的設(shè)計(jì)123.6時(shí)鐘芯片電路的設(shè)計(jì)133.6.1 DS1302時(shí)鐘芯片的簡介133.6.2 DS1302的工作原理133.6.3 DS1302的引腳功能及結(jié)構(gòu)143.7顯示電路的設(shè)計(jì)154 軟件程序設(shè)計(jì)184.1程序流程框圖1

6、84.2調(diào)試過程205總結(jié)38致謝40參考文獻(xiàn)41附錄42611 緒論1.1課題背景 鐵路信號(hào)燈對鐵路的正常運(yùn)行至關(guān)重要。在過去鐵路剛開始運(yùn)行的時(shí)候，是由人騎著馬在前面引導(dǎo)火車運(yùn)行。用手勢信號(hào)來指揮列車前進(jìn)或停止。后來人們開始研究固定的信號(hào)設(shè)備：用一塊長方形的板子，并在頂端加有一塊圓板。它的橫向線路表示停車信號(hào)，順向線路表示前進(jìn)信號(hào)。在晚上運(yùn)行的時(shí)候，紅色燈光表示停車信號(hào)，白色燈光表示進(jìn)行信號(hào)。后來隨著列車速度的不斷提高，信號(hào)燈也不斷改進(jìn)。1841年英國開始使用臂板式信號(hào)機(jī)。這種臂板式信號(hào)機(jī)有兩種顯示：水平位置表示停車信號(hào)，向下傾斜45度表示進(jìn)行信號(hào)。夜間仍用紅色燈光表示停車，但改用綠色燈光表

7、示前進(jìn)。 隨著信號(hào)燈不斷的發(fā)展，為了保障信號(hào)燈能一直正常工作，使鐵路能正常運(yùn)行，信號(hào)燈監(jiān)控系統(tǒng)也在不斷的向自動(dòng)化、智能化發(fā)展和改進(jìn)。如今已經(jīng)有許多利用不同的技術(shù)設(shè)計(jì)開發(fā)成功的信號(hào)燈監(jiān)控系統(tǒng)。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(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，他利用計(jì)算機(jī)平臺(tái)動(dòng)態(tài)顯示各信號(hào)設(shè)備的狀態(tài)或采用報(bào)警繼電器，用計(jì)算機(jī)監(jiān)控各信號(hào)。比如張少華發(fā)表的新型站內(nèi)信號(hào)燈斷絲定位報(bào)警系統(tǒng)。，還有，又比如王國芬發(fā)表的TDB型信號(hào)燈快速定位報(bào)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。這些技術(shù)的缺點(diǎn)是，占用空間大但檢測的點(diǎn)數(shù)少，距離短而且造價(jià)貴，難以廣泛應(yīng)用。 本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)就是可以實(shí)時(shí)

8、檢測多路鐵路信號(hào)燈的工作情況，檢測信號(hào)燈是否有斷絲的故障，對于故障的信號(hào)燈進(jìn)行報(bào)警。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)不貴，適合批量生產(chǎn)。實(shí)物如圖所示：圖1-11.2課題完成的功能 1.對16路信號(hào)燈循環(huán)進(jìn)行檢測。 2.對燈絲發(fā)生故障的信號(hào)燈進(jìn)行報(bào)警，顯示發(fā)生故障的路數(shù)、小時(shí)和分鐘。 3.只顯示第一次檢測到故障時(shí)的時(shí)間。 4.沒有報(bào)警時(shí)顯示當(dāng)前的時(shí)間。 5.對于一段時(shí)間內(nèi)發(fā)生的故障可動(dòng)態(tài)顯示。1.3課題設(shè)計(jì)的方案 在信號(hào)燈上串接一個(gè)電流互感器，電流互感器的輸出端上并聯(lián)有一個(gè)電流轉(zhuǎn)電壓電阻，構(gòu)成一個(gè)信號(hào)采集部件，采集信號(hào)燈的正弦信號(hào)。正弦信號(hào)可能采集到的情況如下：1）燈絲正常工作時(shí)的波形，如圖1-2 圖1-22

9、）燈絲故障時(shí)的波形，如圖1-3 圖1-33） 信號(hào)燈未工作時(shí)的波形，如圖1-4 圖1-4 電壓信號(hào)進(jìn)入電壓比較器后，產(chǎn)生以下的比較，如圖1-5圖1-5 16路正弦信號(hào)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(gè)電壓比較器，一個(gè)可調(diào)電阻設(shè)置的電阻較高，一個(gè)較低。電壓比較器的輸出信號(hào)進(jìn)入單片AT89C51主芯片，觀察電壓比較器的輸出情況，若都是高電位1，則正常，此時(shí)如果原先有故障，則消除故障，如果原先沒有故障，則進(jìn)行下一路的監(jiān)測；若一個(gè)高電位1，一個(gè)低電位0，則故障并使用數(shù)碼管顯示發(fā)生故障的信號(hào)燈的路數(shù)和時(shí)間，此時(shí)如果原先有故障，則進(jìn)行下一路監(jiān)測，如果原先沒有故障，顯示報(bào)警后開始監(jiān)測下一路；若都為

10、0，則沒有開機(jī)，重新檢測。 本系統(tǒng)所有的設(shè)計(jì)和調(diào)試都用PROTEUS仿真系統(tǒng)完成，然后用單片機(jī)程序進(jìn)行控制。2 單片機(jī)簡介2.1單片機(jī)的發(fā)展與應(yīng)用2.1.1單片機(jī)的發(fā)展 單片機(jī)，全稱單片微型計(jì)算機(jī)，又稱微控制器。它由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入輸出設(shè)備構(gòu)成，相當(dāng)于一個(gè)微型的計(jì)算機(jī)。 單片機(jī)誕生于1971年，經(jīng)歷了SCM、MCU、SoC三大階段，早期的SCM單片機(jī)都是8位或4位的。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)?；谶@一系統(tǒng)的單片機(jī)系統(tǒng)直到現(xiàn)在還在廣泛使用。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(jī)，但因?yàn)樾詢r(jià)比不理想并未得到很廣泛的

11、應(yīng)用。90年代后隨著消費(fèi)電子產(chǎn)品大發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)得到了巨大提高。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(jī)迅速取代16位單片機(jī)的高端地位，并且進(jìn)入主流市場。2.2.2單片機(jī)的應(yīng)用 單片機(jī)滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個(gè)領(lǐng)域沒有單片機(jī)的蹤跡。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機(jī)上各種儀表的控制，計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動(dòng)化過程的實(shí)時(shí)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(jī)、攝像機(jī)、全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機(jī)。更不用說自動(dòng)控制領(lǐng)域的機(jī)器人、智能儀表、醫(yī)療器械以及各種智能機(jī)械了。因此，單

12、片機(jī)的學(xué)習(xí)、開發(fā)與應(yīng)用將造就一批計(jì)算機(jī)應(yīng)用與智能化控制的科學(xué)家、工程師。 單片機(jī)廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過程控制等領(lǐng)域，大致可分為這樣幾個(gè)范疇：智能儀器、工業(yè)控制、家用電器、網(wǎng)絡(luò)和通信、設(shè)備領(lǐng)域、模塊化系統(tǒng)、汽車電子等。2.2 AT89C51的特性 AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲(chǔ)器的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機(jī)。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸

13、出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃速存儲(chǔ)器組合在單個(gè)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。AT89C51單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。外形及引腳排列如圖2-1所示。 圖2-1 AT89C51引腳1、電源引腳（2根）1）VCC：電源端，接5V電源。2）GND：接地引腳，有時(shí)標(biāo)記為Vss。2、控制引腳（6根）1）RST/Vpd：復(fù)位信號(hào)輸入引腳/備用電源輸入引腳。2）XTAL1：晶體振蕩器接入的一個(gè)引腳。3）XTAL2：晶體振蕩器接入的另一個(gè)引腳。4）ALE/PROG:地址鎖存允許信號(hào)輸出引腳/編程脈沖輸入引腳

14、。5）EA/Vpp：片外ROM訪問允許/編程電壓輸入引腳。6）PSEN：片外ROM讀選通信號(hào)輸出引腳。3、 輸入/輸出端口（32根，由4個(gè)8位端口構(gòu)成） 51系列單片機(jī)有4個(gè)8位并行（8個(gè)具有相同功能的引腳）I/O端口P0P3。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。1）P0口（P0.0-P0.7）：P0口是漏極開路的8位并行端口，作雙向I/O端口使用或者作為地址總線低8位數(shù)據(jù)總線使用。2）P1口（P1.0-P1.7）：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。這里稱準(zhǔn)雙向口是由于接口內(nèi)部與拉高電路。P1口的第二功能引腳第二功能符號(hào)第二功能

15、描述P1.0T2T2的外部計(jì)數(shù)脈沖輸入P1.1T2EXT2的外部觸發(fā)脈沖輸入P1.5MOSI在系統(tǒng)編程串行數(shù)據(jù)輸入P1.6MISO在系統(tǒng)編程串行數(shù)據(jù)輸出P1.7SCK在系統(tǒng)編程串行時(shí)鐘輸入3） P2口（P2.0-P2.7）：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。4） P3口（P3.0-P3.7）：P3口一般作為準(zhǔn)雙向I/O端口使用或者第二功能引腳。P3口的第二功能引腳第二功能符號(hào)第二功能描述P3.0RXD串行通信數(shù)據(jù)接收引腳P3.1TXD串行通信數(shù)據(jù)發(fā)送引腳P3.2INT0外部中斷0請求信號(hào)輸入引腳，低電平有效P3.3INT1外部中斷1請求信號(hào)輸入引腳，低電平有效P3.

16、4T0定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0外部計(jì)數(shù)脈沖輸入引腳P3.5T1定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1外部計(jì)數(shù)脈沖輸入引腳P3.6WR外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通信號(hào)，低電平有效P3.7RD外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)，低電平有效3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1總硬件電路設(shè)計(jì) 在設(shè)計(jì)硬件電路圖時(shí)，有幾點(diǎn)需要注意：1）選用片內(nèi)程序空間足夠大的單片機(jī)，本設(shè)計(jì)選用AT89C51單片機(jī)。2）在設(shè)計(jì)電路圖時(shí)留有余地，以便將來擴(kuò)展或者修改時(shí)方便。如果在開始設(shè)計(jì)時(shí)沒有留有余地，那么后期在修改時(shí)很有可能因?yàn)橐稽c(diǎn)小問題而導(dǎo)致大面積的返工。3）節(jié)省使用I/O口，以便將來修改和調(diào)試時(shí)方便。在設(shè)計(jì)過程中，總會(huì)有一些小問題遺漏，需要再增加輸入或者輸出。偶爾在調(diào)試時(shí)候可能要

17、臨時(shí)使用一些I/O口。如果一開始就能保留一些空余的端口，那么后期可能就會(huì)派上用場。 本系統(tǒng)主要用到的硬件有：多路電子模擬開關(guān)CD4067、電壓比較器LM324、時(shí)鐘芯片DS1302、串行接口74LS164、數(shù)碼管、單片機(jī)主芯片AT89C51、以及若干按鈕開關(guān)、電阻、電容、晶體。 電路主要流程為：模擬電壓信號(hào)進(jìn)入多路電子模擬開關(guān)，模擬開關(guān)的輸出信號(hào)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(jī)主芯片讀取輸入的信號(hào)，判別是否故障，如果故障就將故障信息顯示在數(shù)碼管上。如圖3-1所示：時(shí)鐘芯片單片機(jī)主芯片電壓比較器多路模擬轉(zhuǎn)換開關(guān)信號(hào)采集部件數(shù)碼管

18、移位寄存器電壓比較器圖3-13.2電流互感器 電流互感器原理是依據(jù)電磁感應(yīng)原理的。電流互感器是由閉合的鐵心和繞組組成。它的一次繞組匝數(shù)很少，串在需要測量的電流的線路中，因此它經(jīng)常有線路的全部電流流過，二次繞組匝數(shù)比較多，串接在測量儀表和保護(hù)回路中，電流互感器在工作時(shí)，它的2次回路始終是閉合的，因此測量儀表和保護(hù)回路串聯(lián)線圈的阻抗很小，電流互感器的工作狀態(tài)接近短路。 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。3.3電壓比較器 電壓比較器是對輸入信號(hào)進(jìn)行鑒別與比較的電路，是組成非正

19、弦波發(fā)生電路的基本單元電路。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。 電壓比較器可以看作是放大倍數(shù)接近“無窮大”的運(yùn)算放大器。它的功能是比較兩個(gè)電壓的大小(用輸出電壓的高或低電平，表示兩個(gè)輸入電壓的大小關(guān)系)：當(dāng)”+”輸入端電壓高于”輸入端時(shí)，電壓比較器輸出為高電平；當(dāng)”+”輸入端電壓低于”輸入端時(shí)，電壓比較器輸出為低電平，如圖3-2所示： 圖3-23.4時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì) 時(shí)鐘電路是計(jì)算機(jī)的心臟，它控制著計(jì)算機(jī)的工作節(jié)奏。51單片機(jī)允許的時(shí)鐘頻率因型號(hào)而異。 51系列單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)來源通常有兩種方式：內(nèi)部振蕩方式和外部振蕩方式。 內(nèi)部振蕩方式：單片機(jī)的內(nèi)部有一個(gè)

20、用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的反相放大器，XTAL1和XTAL2分別是放大器的輸入和輸出端，在這兩個(gè)引腳之間外接一個(gè)石英晶體或者陶瓷振蕩器，就可以構(gòu)成一個(gè)自激振蕩器。 外部振蕩方式：把已有的時(shí)鐘引入單片機(jī)，外部振蕩脈沖信號(hào)由XTAL1端輸入單片機(jī)，XTAL2端懸空，如圖3-3所示：圖3-3 晶振的選擇：機(jī)器周期（us)=12/f，f是晶振頻率（MHz）。當(dāng)晶振頻率為24MHz時(shí)，機(jī)器周期是0.5us。當(dāng)晶振頻率是12MHz時(shí)，機(jī)器周期是1us。當(dāng)晶振頻率是6MHz時(shí)，機(jī)器周期是2us。 機(jī)器周期是指CPU訪問存儲(chǔ)器或者I/O端口一次所需要的時(shí)間。本設(shè)計(jì)選擇了12MHz的晶振頻率，機(jī)器周期為1us，如圖3

21、-4所示： 圖3-4 時(shí)鐘電路如圖，電容C1、C2起穩(wěn)定振蕩頻率，快速起疹的作用，電容值我選擇了30pf。3.5復(fù)位電路的設(shè)計(jì) 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(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)初始狀態(tài)開始工作。復(fù)位可以使死機(jī)狀態(tài)下的單片機(jī)重新啟動(dòng)。 為確保微機(jī)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。一般微機(jī)電路正常工作需要供電電源為5V±5%，即4.755.25V。由于微機(jī)電路是時(shí)序數(shù)字電路，它需要穩(wěn)定的時(shí)鐘信號(hào)，因此在電源上電時(shí)，只有當(dāng)VCC超過4.75V低于5.25V以及晶體振蕩器穩(wěn)定工作時(shí)，復(fù)位信號(hào)才會(huì)撤除，微機(jī)電路開始正常

22、工作。 復(fù)位方式主要是上電復(fù)位和按鍵復(fù)位。上電復(fù)位電路只要在RST復(fù)位輸入引腳上接一電容至Vcc端，下接一個(gè)電阻到地即可。按鍵復(fù)位是指人為的按下按鍵使電路復(fù)位。 本設(shè)計(jì)使用的是上電復(fù)位和按鍵復(fù)位合二為一的電路，這樣既可以起到必須上電復(fù)位的作用，也可以起到單片機(jī)死機(jī)使人為復(fù)位的作用。如圖3-5： 圖3-5 復(fù)位電路3.6時(shí)鐘芯片電路的設(shè)計(jì)3.6.1 DS1302時(shí)鐘芯片的簡介 DS1302時(shí)鐘芯片是美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路，它可以對年、月、日、周日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，具有閏年補(bǔ)償功能，工作電壓為2.5V5.5V。采用三線接口與CPU進(jìn)行同步通信，并可

23、采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)或RAM數(shù)據(jù)。DS1302內(nèi)部有一個(gè)31×8的用于臨時(shí)性存放數(shù)據(jù)的RAM寄存器。3.6.2 DS1302的工作原理1）控制字節(jié) DS1302 的控制字符表示?？刂谱止?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(shí)鐘數(shù)據(jù)，為1表示存取RAM數(shù)據(jù);位5至位1指示操作單元的地址;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。2）輸入輸出 在控制指令字輸入后的下一個(gè)SCLK時(shí)鐘的上升沿時(shí)，數(shù)據(jù)被寫入DS1302，數(shù)據(jù)輸入從低位即位0開始。同樣，在緊

24、跟8位的控制指令字后的下一個(gè)SCLK脈沖的下降沿讀出DS1302的數(shù)據(jù)，讀出數(shù)據(jù)時(shí)從低位0位到高位7。3）寄存器 DS1302有12個(gè)寄存器，其中有7個(gè)寄存器與日歷、時(shí)鐘相關(guān)，存放的數(shù)據(jù)位為BCD碼形式。3.6.3 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。在主電源關(guān)閉的情況下，也能保持時(shí)鐘的連續(xù)運(yùn)行。DS1302由Vcc1或Vcc2兩者中的較大者供電。當(dāng)Vcc2大于Vcc1+0.2V時(shí)，Vcc2給DS1302供電。當(dāng)Vcc2小于Vcc1時(shí)，DS1302由Vcc1供電。X1和X2是振蕩源，外接32.768kHz晶振。RST是復(fù)位/片選線，

25、通過把RST輸入驅(qū)動(dòng)置高電平來啟動(dòng)所有的數(shù)據(jù)傳送。RST輸入有兩種功能：首先，RST接通控制邏輯，允許地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST提供終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送手段。當(dāng)RST為高電平時(shí)，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對DS1302進(jìn)行操作。如果在傳送過程中RST置為低電平，則會(huì)終止此次數(shù)據(jù)傳送，I/O引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運(yùn)行時(shí)，在Vcc2.5V之前，RST必須保持低電平。只有在SCLK為低電平時(shí)，才能將RST置為高電平。I/O為串行數(shù)據(jù)輸入輸出端(雙向)，SCLK始終是輸入端。如圖3-6所示：圖3-6 時(shí)鐘芯片電路設(shè)計(jì)3.7顯示電路的設(shè)計(jì) 為了能夠觀察單片機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行情況，所以需

26、要一些顯示設(shè)備來顯示單片機(jī)的狀態(tài)。在如今單片機(jī)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。本設(shè)計(jì)選用共陰數(shù)碼管顯示器來顯示單片機(jī)運(yùn)行的情況。如圖3-7所示：圖3-7 顯示電路設(shè)計(jì)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(shí)都是同樣的產(chǎn)品。 數(shù)碼管按段數(shù)可分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個(gè)發(fā)光二極管單元（多一個(gè)小數(shù)點(diǎn)顯示）；按能顯示多少個(gè)（8）可分為1位、2位、3位、4位、5位、6位、7位等數(shù)碼管。 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。共陽數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接

27、到一起形成公共陽極(COM)的數(shù)碼管，共陽數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極COM接到+5V，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮，當(dāng)某一字段的陰極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。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(shí)應(yīng)將公共極COM接到地線GND上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮，當(dāng)某一字段的陽極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。74LS164是8位移位寄存器（串行輸入，并行輸出）。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。數(shù)據(jù)通過兩個(gè)輸入端（DSA 或 DSB）之一串行輸

28、入；任一輸入端可以用作高電平使能端，控制另一輸入端的數(shù)據(jù)輸入。兩個(gè)輸入端或者連接在一起，或者把不用的輸入端接高電平。時(shí)鐘 (CP) 每次由低變高時(shí)，數(shù)據(jù)右移一位，輸入到 Q0， Q0 是兩個(gè)數(shù)據(jù)輸入端（DSA和 DSB）的邏輯與，它將上升時(shí)鐘沿之前保持一個(gè)建立時(shí)間的長度。主復(fù)位 (MR) 輸入端上的一個(gè)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(qiáng)制所有的輸出為低電平。4 軟件程序設(shè)計(jì)4.1程序流程框圖1)主程序2）有故障時(shí)對之前故障的判別3）無故障時(shí)對之前故障的判別4.2調(diào)試過程1）數(shù)碼管顯示 SECOND EQU 10H MINUTE EQU 11H HOUR EQU 12H DA

29、Y EQU 13H MONTH EQU 14H WEEK EQU 15H YEARL EQU 16H ORG 0000H Ajmp START ORG 0003H ORG 0010H ORG 0030H START: MOV SECOND,#00H MOV YEARL,#14H MOV MONTH,#5H MOV DAY,#21H MOV HOUR,#17H MOV MINUTE,#58H MOV 30H,#00H MAIN: LCALL display LJMP $ DISPLAY: MOV SCON,#0 MOV A,11H ANL A,#07FH MOV B,#16 DIV AB MOV

30、 17H,B MOV B,#10 MUL AB ADD A,17H MOV B,#10 DIV AB MOV 17H,A MOV A,B MOV DPTR,#TAB MOVC A,A+DPTR MOV SBUF,A JNB TI,$ CLR TI MOV A,17H MOV DPTR,#TAB MOVC A,A+DPTR MOV SBUF,A JNB TI,$ CLR TI MOV A,12H ANL A,#07FH MOV B,#16 DIV AB MOV 17H,B MOV B,#10 MUL AB ADD A,17H MOV B,#10 DIV AB MOV 17H,A MOV A,B

31、MOV DPTR,#TAB MOVC A,A+DPTR MOV SBUF,A JNB TI,$ CLR TI MOV A,17H MOV DPTR,#TAB MOVC A,A+DPTR MOV SBUF,A JNB TI,$ CLR TI MOV A,30H MOV B,#10 DIV AB MOV 17H,A MOV A,B MOV DPTR,#TAB MOVC A,A+DPTR MOV SBUF,A JNB TI,$ CLR TI MOV A,17H MOV DPTR,#TAB MOVC A,A+DPTR MOV SBUF,A JNB TI,$ CLR TI LCALL DIS_DELAY

32、 RET DIS_DELAY: PUSH PSW MOV R3,#10 D1: MOV R6,#248 D2: MOV R5,#200 DJNZ R5,$ DJNZ R6,d2 DJNZ R3,D1 POP PSW RETTAB: DB 0FCH;0 DB 060H;1 DB 0DAH;2 DB 0F2H;3 DB 066H;4 DB 0B6H;5 DB 0BEH;6 DB 0E0H;7 DB 0FEH;8 DB 0F6H;9 END 仿真結(jié)果如圖41圖4-12)讀取時(shí)鐘芯片后的顯示T_RST Bit P2.2 T_CLK Bit P2.1 T_IO Bit P2.0 SECOND EQU 1

33、0H MINUTE EQU 11H HOUR EQU 12H DAY EQU 13H MONTH EQU 14H WEEK EQU 15H YEARL EQU 16HORG 0000HAjmp STARTORG 0003H ORG 0013HORG 0030HSTART: CLR T_RST CLR T_CLK MOV YEARL,#14HMOV MONTH,#5HMOV DAY,#21HMOV HOUR,#17HMOV MINUTE,#58H MAIN: LCALL GET1302LCALL DISPLAYLJMP MAINDISPLAY: MOV SCON,#0MOV A,11HANL A

34、,#07FHMOV B,#16DIV ABMOV 17H,BMOV B,#10MUL ABADD A,17HMOV B,#10DIV AB MOV 17H,AMOV A,BMOV DPTR,#TABMOVC A,A+DPTRMOV SBUF,AJNB TI,$CLR TI MOV A,17HMOV DPTR,#TABMOVC A,A+DPTRMOV SBUF,AJNB TI,$CLR TI MOV A,12HANL A,#07FHMOV B,#16DIV ABMOV 17H,BMOV B,#10MUL ABADD A,17HMOV B,#10DIV AB MOV 17H,AMOV A,BMOV

35、 DPTR,#TABMOVC A,A+DPTRMOV SBUF,AJNB TI,$CLR TIMOV A,17HMOV DPTR,#TABMOVC A,A+DPTRMOV SBUF,AJNB TI,$CLR TI MOV A,30HANL A,#07FHMOV B,#16DIV ABMOV 17H,BMOV B,#10MUL ABADD A,17HMOV B,#10DIV AB MOV 17H,AMOV A,BMOV DPTR,#TABMOVC A,A+DPTRMOV SBUF,AJNB TI,$CLR TI MOV A,17HMOV DPTR,#TABMOVC A,A+DPTRMOV SBU

36、F,AJNB TI,$CLR TILCALL DIS_DELAYRETDIS_DELAY: PUSH PSW MOV R3,#10 D1: MOV R6,#248 D2: MOV R5,#200DJNZ R5,$DJNZ R6,D2 DJNZ R3,D1 POP PSW RETSETDS1302: CLR T_RSTNOP CLR T_CLK NOP SETB T_RST NOP MOV B,#8EH LCALL INPUTBYTE MOV B,#00H LCALL INPUTBYTE SETB T_CLK NOP CLR T_RST MOV R0,#SECOND MOV R1,#80H MO

37、V R7,#7 SETLOOP: CLR T_RST NOP CLR T_CLK NOP SETB T_RST NOP MOV B,R1 LCALL INPUTBYTE MOV A,R0 MOV B,A LCALL INPUTBYTE INC R0 INC R1 INC R1 SETB T_CLK NOP CLR T_RST NOP DJNZ R7,SETLOOP CLR T_RST NOP CLR T_CLKNOP SETB T_RST NOP MOV B,#8EH LCALL INPUTBYTE MOV B,#80H LCALL INPUTBYTE SETB T_CLK nop CLR T

38、_RST nop RETGET1302: MOV R0,#SECOND MOV R1,#81H MOV R7,#7 GETLOOP: CLR T_RST NOP CLR T_CLK NOP SETB T_RST NOP MOV B,R1 LCALL INPUTBYTE LCALL OUTPUTBYTE MOV R0,A INC R0 INC R1 INC R1 SETB T_CLK NOP CLR T_RST NOP DJNZ R7,GETLOOP RETINPUTBYTE: MOV R4,#8 INPUTLOOP: MOV A,B RRC A MOV B,A MOV T_IO,C SETB

39、T_CLK NOP NOP NOP CLR T_CLK DJNZ R4,INPUTLOOP RETOUTPUTBYTE: CLR A CLR C MOV R4,#8 OUTPUTLOOP: NOP NOP MOV C,T_IO RRC A SETB T_CLK NOP NOP NOP CLR T_CLK DJNZ R4,OUTPUTLOOP RET IN0: SETB 20H.0 RETIIN1: SETB 20H.1 RETITAB: DB 0FCH;0 DB 060H;1 DB 0DAH;2 DB 0F2H;3 DB 066H;4 DB 0B6H;5 DB 0BEH;6 DB 0E0H;7

40、 DB 0FEH;8 DB 0F6H;9 END仿真結(jié)果如圖4-2圖4-2 5總結(jié) 從2013年11月起開始設(shè)計(jì)課題至今已經(jīng)有半年的時(shí)間了。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)。最終我成功了完成了對本課題的研究，達(dá)到了預(yù)期的效果。 本文主要是對鐵路信號(hào)燈報(bào)警監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了比較深入的研究。在理論的基礎(chǔ)上，通過運(yùn)用一些電子元件，利用單片機(jī)的特點(diǎn)，在Proteus仿真系統(tǒng)上對本監(jiān)控系統(tǒng)開始設(shè)計(jì)和研究，并且達(dá)到了預(yù)期的功能和效果。 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(jì)的方案。 2）對需要用到的硬件進(jìn)行選擇，

41、并設(shè)計(jì)了電氣原理圖。 3）對程序流程進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括主程序和重要的子程序。 4）對程序進(jìn)行編程并且調(diào)試，使它最終達(dá)到預(yù)期的功能。 當(dāng)然在研究的過程當(dāng)中確實(shí)遇到過不少的問題。比如在設(shè)計(jì)電氣原理圖時(shí)發(fā)現(xiàn)需要6個(gè)數(shù)碼管，可是引腳根本不夠。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。接著在設(shè)計(jì)程序的時(shí)候遇到的問題就更多更棘手了。比如對時(shí)鐘芯片程序的設(shè)計(jì)，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(jì)程序，頓時(shí)感覺無從下手。后來在經(jīng)過了大量的查閱相關(guān)書籍和網(wǎng)上的一些資料后，才大概的寫出了程序。這段程序在調(diào)試時(shí)也出現(xiàn)不少問題，比如在時(shí)間顯示上的16位與10位數(shù)的轉(zhuǎn)換等等。 在調(diào)試完了時(shí)鐘芯片和顯示子程序后再開始主程序和整段程序的調(diào)試。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。那么長一段程序想一下子找出原因確實(shí)十分困難，所以還是采取一段段一步步分開