畢業(yè)設(shè)計(jì)---基于單片機(jī)的對(duì)機(jī)車運(yùn)行的監(jiān)控設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　前言1</b></p><p><b>　　1緒論2</b></p><p>　　1.1 列車運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)在行業(yè)的應(yīng)用3</p><p>　　1.2 系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)4</p><

2、p>　　1.3 系統(tǒng)信息處理工作流程4</p><p>　　1.3.1 列車號(hào)輸入4</p><p>　　1.4 設(shè)計(jì)的要求和目的5</p><p>　　1.4.1 設(shè)計(jì)的基本要求5</p><p>　　1.4.2 設(shè)計(jì)的目的5</p><p>　　1.4.3 設(shè)計(jì)方案的確定5</p>

3、<p>　　1.5監(jiān)控主機(jī)實(shí)現(xiàn)的功能6</p><p>　　2 監(jiān)控主機(jī)系統(tǒng)中核心芯片的選擇7</p><p>　　2.1 8097BH芯片的主要特點(diǎn)7</p><p>　　2.1.1 8097BH是16位的單片機(jī)7</p><p>　　2.1.2 A/D轉(zhuǎn)換器7</p><p>　　2.1.3 脈

4、寬調(diào)制7</p><p>　　2.1.4 指令系統(tǒng)8</p><p>　　2.1.5 計(jì)時(shí)器8</p><p>　　2.1.6 高速輸入/輸出控制器8</p><p>　　2.1.7 輸入/輸出口8</p><p>　　2.1.8 中斷源9</p><p>　　2.1.9 監(jiān)視定時(shí)器

5、9</p><p>　　2.1.10 全雙工串行口9</p><p>　　2.2 引腳說(shuō)明：10</p><p>　　3 監(jiān)控主機(jī)電路中外圍芯片的選擇12</p><p>　　3.1 8097系統(tǒng)及其總線上的外圍芯片12</p><p>　　3.1.1 可編程邏輯芯片13</p><p&

6、gt;　　3.1.2 地址鎖存器14</p><p>　　3.1.3 總線驅(qū)動(dòng)器15</p><p>　　3.1.4 發(fā)光二極管的驅(qū)動(dòng)器16</p><p>　　3.1.5 程序存儲(chǔ)器17</p><p>　　3.1.6 靜態(tài)存儲(chǔ)器18</p><p>　　3.1.7 日歷時(shí)鐘19</p>&

7、lt;p>　　3.1.8 備用電池供電電路20</p><p>　　3.2 模擬及數(shù)字輸入/輸出接口電路設(shè)計(jì)21</p><p>　　3.3 電源電壓監(jiān)視電路23</p><p>　　3.4 晶振電路24</p><p>　　3.5 數(shù)字量輸入板電路設(shè)計(jì)26</p><p>　　3.5.1 光電隔離和電

8、平轉(zhuǎn)換電路26</p><p>　　3.5.2 并行輸入口電路27</p><p>　　4 抗干擾分析28</p><p>　　4.1 單片機(jī)的各部分對(duì)干擾信號(hào)的反應(yīng)29</p><p>　　4.1.1 中央處理器CPU29</p><p>　　4.1.2 特殊功能寄存器SFR29</p>&

9、lt;p>　　4.1.3 存儲(chǔ)器MEM29</p><p>　　4.2 軟件補(bǔ)償措施30</p><p>　　4.2.1 主動(dòng)初始化30</p><p>　　4.2.2 數(shù)據(jù)冗余化30</p><p>　　4.2.3 重復(fù)執(zhí)行30</p><p>　　4.2.4 重要數(shù)據(jù)的保護(hù)和恢復(fù)31</p&

10、gt;<p>　　4.3電路各組成部分的抗干擾分析31</p><p>　　4.3.1 輸入輸出通道31</p><p>　　4.3.2 鍵盤接口32</p><p>　　4.3.3 復(fù)位電路33</p><p>　　4.4 單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)抗干擾設(shè)計(jì)34</p><p>　　4.4.1 單片機(jī)測(cè)

11、控系統(tǒng)的抗干擾措施34</p><p>　　4.4.2軟件抗干擾措施35</p><p>　　4.5 單片機(jī)系統(tǒng)中的硬件抗干擾37</p><p>　　4.5.1 抑制干擾源常用措施37</p><p>　　4.5.2 切斷干擾傳播途徑措施37</p><p>　　4.5.3 提高敏感器件的抗干擾性能38&

12、lt;/p><p>　　5 經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析39</p><p><b>　　6 結(jié)論40</b></p><p><b>　　前言</b></p><p>　　近年來(lái)世界鐵路在高速技術(shù)、重載技術(shù)、管理技術(shù)、安全技術(shù)和信息技術(shù)等方面取得了重大進(jìn)展。而加快我國(guó)鐵路科技進(jìn)步，實(shí)現(xiàn)鐵路現(xiàn)代化，關(guān)鍵是科技，基礎(chǔ)

13、在教育。提高電力機(jī)車的質(zhì)量于性能，直接關(guān)系到我國(guó)鐵路現(xiàn)代化的進(jìn)程。改革開放以來(lái)，我國(guó)高速增長(zhǎng)的經(jīng)濟(jì)帶動(dòng)大量的鐵路客流，加之近年來(lái)中國(guó)旅游市場(chǎng)升溫，出行人數(shù)連年翻增。越來(lái)越多的人乘坐列車就對(duì)電力機(jī)車的安全性能要求也就越高，列車監(jiān)控記錄裝置的作用越來(lái)越明顯。它不僅能夠根據(jù)機(jī)車信號(hào)狀態(tài)控制列車運(yùn)行速度，而且在設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)蜂鳴器發(fā)出警報(bào)聲提醒工作人員等等，明顯的提高了列車的安全性能。電力機(jī)車運(yùn)行監(jiān)控記錄裝置，是一種適用于裝有移頻，交流計(jì)數(shù)，極

14、頻或雙頻機(jī)車信號(hào)和電動(dòng)緊急制動(dòng)放風(fēng)閥，適用于自動(dòng)閉塞區(qū)段或半自動(dòng)閉塞區(qū)段的各型電力機(jī)車和內(nèi)燃機(jī)車。</p><p>　　隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，人們的生產(chǎn)行為、生活方式都發(fā)生了重大的變化，作為生活生產(chǎn)中非常重要的一項(xiàng)技術(shù)電力機(jī)車監(jiān)控技術(shù)的重要性正在逐漸被人們所認(rèn)識(shí)和重視。早期的電力機(jī)車監(jiān)控系統(tǒng)，采用大型儀表集中對(duì)各個(gè)重要設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，并通過(guò)操作盤來(lái)進(jìn)行集中式操作。而計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是以監(jiān)測(cè)控制計(jì)算機(jī)為主體，加

15、上檢測(cè)裝置、執(zhí)行機(jī)構(gòu)與被監(jiān)測(cè)控制的對(duì)象(生產(chǎn)過(guò)程)共同構(gòu)成的整體。在該系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過(guò)程的檢測(cè)、監(jiān)督和控制功能。在現(xiàn)代企業(yè)的生產(chǎn)和管理中，大量的物理量、環(huán)境參數(shù)、工藝數(shù)據(jù)、特性參數(shù)需要進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)、監(jiān)督管理和自動(dòng)控制。</p><p>　　由于工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制要求的高環(huán)境適應(yīng)性、高實(shí)時(shí)性、和高可靠性等特點(diǎn)，自動(dòng)控制與檢測(cè)技術(shù)一直沿著自己的道路發(fā)展，測(cè)控領(lǐng)域所使用的通信技術(shù)都自成體系，許多通信協(xié) 議不開放

16、，而且大多數(shù)系統(tǒng)都是面向單臺(tái)，或單一類型的設(shè)備。 隨著生產(chǎn)力的進(jìn)步，設(shè)備的分布越來(lái)越離散單一的，各自獨(dú)立的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已不能適應(yīng)工業(yè)化的需求，于是便產(chǎn)生了專門為電力機(jī)車服務(wù)的運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)的目的是實(shí)現(xiàn)列車的控制，速度監(jiān)控控制，信號(hào)突變的處理等等。所以對(duì)于列車運(yùn)行監(jiān)控記錄裝置的設(shè)計(jì)研究是非常有實(shí)際意義的。</p><p>　　本設(shè)計(jì)主要將對(duì)于監(jiān)控主機(jī)各部分元件、信號(hào)調(diào)整板、數(shù)字量的輸入/輸出板進(jìn)行設(shè)計(jì)研究。<

17、;/p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　列車運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)(AST)是列車運(yùn)行控制系統(tǒng)的重要組成部分，監(jiān)控系統(tǒng)是由系統(tǒng)通信、信息顯示、列車跟蹤、進(jìn)路控制、計(jì)劃管理、人機(jī)界面、實(shí)績(jī)記錄和統(tǒng)計(jì)報(bào)表等子系統(tǒng)組成，完成的主要功能：</p><p>　　(1)調(diào)度區(qū)段內(nèi)列車運(yùn)行情況集中監(jiān)視與控制；</p><p&g

18、t;　　(2)監(jiān)測(cè)進(jìn)路控制列車間隔控制設(shè)備工作；</p><p>　　(3)按行車計(jì)劃自動(dòng)控制道旁信號(hào)設(shè)備接發(fā)列車；</p><p>　　(4)自動(dòng)記錄列車運(yùn)行實(shí)跡；</p><p>　　(5)自動(dòng)生成時(shí)刻表、顯示、修改和優(yōu)化；</p><p>　　(6)運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及報(bào)表自動(dòng)生成。</p><p>　　在這6項(xiàng)功能中

19、，列車運(yùn)行實(shí)跡的自動(dòng)紀(jì)錄的車次追蹤模塊是一個(gè)承上啟下的關(guān)鍵模塊，是使整個(gè)系統(tǒng)就從一個(gè)只能監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)股道、信號(hào)等變化的開環(huán)系統(tǒng)，轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)顯示調(diào)度區(qū)段內(nèi)列車運(yùn)行情況，系統(tǒng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)列車運(yùn)行狀況自動(dòng)生成相應(yīng)計(jì)劃圓滿執(zhí)行計(jì)劃的閉環(huán)系統(tǒng)。由此可見(jiàn)，列車追蹤軟件作為本系統(tǒng)的一個(gè)后臺(tái)模塊，沒(méi)有圖像顯示，易被他人忘卻，但其重要性不容忽視，其結(jié)果的準(zhǔn)確性將會(huì)嚴(yán)重影響整個(gè)ATS的工作情況。</p><p>　　隨著我國(guó)旅客列車提速范圍

20、越來(lái)越大，運(yùn)行速度越來(lái)越高，途中?？空旧伲_保旅客列車運(yùn)行安全的任務(wù)十分艱巨。在運(yùn)行中及時(shí)發(fā)現(xiàn)和防止故障的發(fā)生和擴(kuò)大，并采用相應(yīng)信息化檢修作業(yè)，成為目前保證旅客列車運(yùn)行安全急需解決的問(wèn)題。車輛運(yùn)行中基礎(chǔ)制動(dòng)系統(tǒng)作用是否良好，車輛轉(zhuǎn)向架性能是否惡化，車輛供電系統(tǒng)是否處于安全狀態(tài)，防滑器工作狀態(tài)是否正常，有無(wú)擦傷超限的車輪，空氣彈簧工作狀態(tài)，軸承溫度是否超限報(bào)警，配電室等重點(diǎn)防火部位有無(wú)火災(zāi)險(xiǎn)情等等。這些涉及列車運(yùn)行中安全的問(wèn)題都必須在運(yùn)行

21、狀態(tài)下及時(shí)發(fā)現(xiàn)并采取相應(yīng)對(duì)策，才能使旅客列車運(yùn)行安全得到保證。對(duì)上述危及旅客列車運(yùn)行安全主要因素進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)診斷、記錄和存儲(chǔ)，集中顯示和報(bào)警，故障定位指導(dǎo)維修；運(yùn)行中車載“行車安全監(jiān)控系統(tǒng)”通過(guò)無(wú)線通信裝置與地面數(shù)據(jù)管理與專家系統(tǒng)雙向通信并和局域網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)客車運(yùn)行狀態(tài)的信息化監(jiān)控和運(yùn)用狀態(tài)的動(dòng)態(tài)檢修與管理。</p><p>　　70年代，研發(fā)鐵路行車指揮自動(dòng)化系統(tǒng)的重點(diǎn)單位-鐵科院通號(hào)所已發(fā)現(xiàn)此工作的重要性，曾

22、投入大量人力物力進(jìn)行研究。但由于條件所限，只能采用軟件的方法實(shí)行列車追蹤。其主要工作原理如下：在計(jì)算機(jī)內(nèi)以雙向鏈表、二叉樹等數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模擬現(xiàn)場(chǎng)情況，以軌道電路作為列車跟蹤單位，用列車車次作為列車在計(jì)算機(jī)內(nèi)的映像，以檢查現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)狀態(tài)變化情況作為判斷列車移動(dòng)的依據(jù)。列車在現(xiàn)場(chǎng)按跟蹤單位移動(dòng)一個(gè)位置，計(jì)算機(jī)內(nèi)的車次也相應(yīng)移動(dòng)一個(gè)存儲(chǔ)位置，即從一個(gè)車次存儲(chǔ)單元移到另一個(gè)車次存儲(chǔ)單元，從而在計(jì)算機(jī)內(nèi)實(shí)現(xiàn)了模擬列車在現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行情況。在理想情況下，從現(xiàn)

23、場(chǎng)收到的股道、道岔、信號(hào)燈信息齊全，時(shí)序也正確，調(diào)度工作相對(duì)簡(jiǎn)單，追蹤軟件可以正常工作。</p><p><b>　　但實(shí)際情況是：</b></p><p>　　(1)鐵路運(yùn)輸以提高運(yùn)能為主要目標(biāo)，鐵路為客貨混運(yùn)，中間站較多，車站結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，行車指揮非常困難；</p><p>　　(2)傳輸通道由于硬件投資所限，誤碼率較高。由此，造成了我國(guó)追

24、蹤工作的困難重重，出錯(cuò)率偏高。</p><p>　　為此，只好在軟件算法中采用容錯(cuò)思想，放棄逐點(diǎn)檢查法，進(jìn)路搜索時(shí)也只進(jìn)行概率搜索。這樣做，雖可提高追蹤的準(zhǔn)確性和速度，但也會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)判、誤判的現(xiàn)象，造成了整個(gè)系統(tǒng)工作的不穩(wěn)定性，使其使用只能停留在監(jiān)視階段?！　?0年代末，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，鐵路運(yùn)輸越來(lái)越成為限制發(fā)展的瓶頸，提高運(yùn)輸效率的呼聲越發(fā)高漲。為此，我國(guó)鐵道部逐步開始進(jìn)行了TMIS、DMIS等現(xiàn)代化鐵路

25、行車指揮自動(dòng)化的設(shè)計(jì)和開發(fā)，以現(xiàn)代化的自動(dòng)管理帶動(dòng)整個(gè)行業(yè)的發(fā)展，在調(diào)度信息管理系統(tǒng)（部級(jí)的列車自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)）中，列車追蹤將會(huì)再次成為一個(gè)必須攻克的核心問(wèn)題。為此，參考國(guó)際間大量已成熟系統(tǒng)（如日本東海道新干線的COMTRAC系統(tǒng)，美國(guó)Micro Traffic MasterⅡ系統(tǒng)，瑞典的斯德哥爾摩調(diào)度集中系統(tǒng)，德國(guó)的漢諾威控制島，慕尼黑高速鐵路行車控制系統(tǒng)，薩爾布呂肯行車控制系統(tǒng)，法國(guó)的圖盧茲控制中心，凡爾賽-桑吉控制中心等），根據(jù)現(xiàn)有

26、條件，決定加大硬件投資，以類似日本新干線的COMTRAC系統(tǒng)（在每個(gè)車站的接近閉塞分區(qū)都安裝了從列車上自動(dòng)讀取車次的設(shè)備，同時(shí)在列車追蹤系統(tǒng)之外還設(shè)置了相對(duì)獨(dú)立的車次表示處理裝置N-SPC，也進(jìn)行</p><p>　　1.1 列車運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)在行業(yè)的應(yīng)用</p><p>　　列車運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)是為鐵路系統(tǒng)開發(fā)的行業(yè)應(yīng)用軟硬件系統(tǒng)，其主要功能為監(jiān)視列車在鐵路沿線和車站行駛時(shí)的列車狀態(tài)和車站信號(hào)

27、狀態(tài)。如：車頭號(hào)、車次、車站標(biāo)識(shí)、線路號(hào)、公里數(shù)、速度、上下行、時(shí)間、日期、經(jīng)度、緯度、運(yùn)行狀態(tài)、停靠標(biāo)識(shí)、緊急情況客貨、重量、計(jì)長(zhǎng)、輛數(shù)、風(fēng)壓、轉(zhuǎn)速、信號(hào)燈狀態(tài)等。并且可以擴(kuò)展應(yīng)用到鐵路系統(tǒng)各個(gè)部門的日常管理中，如：調(diào)度、電務(wù)、機(jī)務(wù)、監(jiān)察等。從而提高鐵路系統(tǒng)的現(xiàn)代化，科技化管理水平，促進(jìn)國(guó)家、民族的發(fā)展。</p><p>　　1.2 系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)</p><p>　　查詢應(yīng)答器是一種原

28、理上采用無(wú)線感應(yīng)原理構(gòu)成的高速點(diǎn)式數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備，實(shí)現(xiàn)在特定地點(diǎn)實(shí)現(xiàn)機(jī)車與地面間的相互通信，可用于列車安全防護(hù)，防止兩冒一超、道口控制、定位停車、列車報(bào)車次號(hào)、列車抄號(hào)、車種識(shí)別、進(jìn)路預(yù)排、特殊路段臨時(shí)限速，過(guò)叉、彎道及下坡道的限速，報(bào)公里標(biāo)位或車次號(hào)，電力機(jī)車電分相自動(dòng)轉(zhuǎn)換及受電弓自動(dòng)控制，車輛自動(dòng)收費(fèi)等各種控制系統(tǒng)或管理信息系統(tǒng)。查詢應(yīng)答器主要由車載查詢器和地面應(yīng)答器兩部分組成的。安裝于兩根鋼軌中心枕木上的地面的應(yīng)答器一般不要求外加電

29、源，平時(shí)處于休眠狀態(tài)，僅在列車通過(guò)并接收到車載查詢器發(fā)送的功率載波時(shí)被激活，并能在接收車載查詢功率的同時(shí)向車載查詢器發(fā)送大量的調(diào)制編碼信息。安裝于機(jī)車底部的車載查詢器不斷向地面發(fā)送瞬態(tài)功率并在機(jī)車通過(guò)地面應(yīng)答器時(shí)接收來(lái)自應(yīng)答器的編碼信息。車載主機(jī)除了向車載查詢器發(fā)送瞬態(tài)功率信號(hào)外，其主要任務(wù)是處理車載查詢器接受到的來(lái)地面自應(yīng)答器的調(diào)制編碼信息，并將處理無(wú)誤的信息與車載電臺(tái)傳送至調(diào)度部門，進(jìn)行相應(yīng)處理[1]?！?CTC分機(jī)列車自動(dòng)監(jiān)控

30、系統(tǒng)中重要的信息采集和控制模塊，負(fù)責(zé)采集及控制有關(guān)列車運(yùn)行位置信息、信號(hào)設(shè)備狀態(tài)，向臨站和分局以有線方</p><p>　　1.3 系統(tǒng)信息處理工作流程</p><p>　　1.3.1 列車號(hào)輸入</p><p>　　可采用地面或車載兩種輸入方法，一是地面輸入:一般在調(diào)度所或重點(diǎn)車站(如編組站的出發(fā)場(chǎng))加設(shè)人工輸入臺(tái)，由分局調(diào)度員或站調(diào)輸入，此方法投入成本較低，對(duì)原

31、有系統(tǒng)改動(dòng)較少，但車次號(hào)輸入點(diǎn)較少，輸入不及時(shí)等缺點(diǎn)難以得到改善。二是車上輸入：可由本車司機(jī)或維護(hù)人員在列車出庫(kù)或運(yùn)行過(guò)程中隨時(shí)修改車次號(hào)，準(zhǔn)確度高，修改方便。1.3.2 車次號(hào)傳送</p><p>　　當(dāng)列車上的查詢器通過(guò)設(shè)置于地面的應(yīng)答器時(shí)，應(yīng)答器被發(fā)自車上的查詢器瞬態(tài)功率激活并進(jìn)入工作模式，它將向運(yùn)行中的列車連續(xù)發(fā)送存于應(yīng)答器中的可供列車自動(dòng)控制或地面透明指揮用的各類數(shù)據(jù)，在查詢器-應(yīng)答器的有效作用范圍之

32、外應(yīng)答器將不再工作，直至被發(fā)自下次列車上的查詢器功率再次激活。本系統(tǒng)主要利用此模塊的位置消息，通過(guò)查詢器把應(yīng)答器中保存的地點(diǎn)信息傳送到機(jī)車上，利用機(jī)車上的無(wú)線列調(diào)電臺(tái)，把接收到的地點(diǎn)和本機(jī)存儲(chǔ)的列車號(hào)信息一同發(fā)送到車站電臺(tái)，車站電臺(tái)將所收到的全部信息傳發(fā)給調(diào)度集中分機(jī)，再由分機(jī)按一定協(xié)議傳送到列車調(diào)度，完成了車站自動(dòng)輸入列車車次號(hào)過(guò)程[2]。1.3.3 上層軟件處理</p><p>　　調(diào)度中心的服務(wù)器得到各車

33、站傳送的車次信息后，經(jīng)過(guò)一定的排序處理，即也可得到一套本區(qū)段運(yùn)營(yíng)列車位置數(shù)據(jù)，成為車次追蹤軟件十分準(zhǔn)確的輔助工具，提高了追蹤的可靠性和可用性，同時(shí)也提高了列車運(yùn)行時(shí)刻紀(jì)錄和三小時(shí)計(jì)劃的可靠性，三小時(shí)計(jì)劃的可靠性的提高使之有條件參與對(duì)列車號(hào)的校對(duì)，又可以進(jìn)一步提高追蹤的可靠性。也就是說(shuō)在由計(jì)算機(jī)輔助調(diào)度系統(tǒng)的調(diào)度區(qū)段，將三小時(shí)計(jì)劃、車次號(hào)輸入和列車追蹤三者結(jié)合在一起，互相校對(duì)提高追蹤的可靠性，完全有可能使我國(guó)的追蹤系統(tǒng)成為高可靠、高可用的

34、系統(tǒng)，解決ATS的瓶頸問(wèn)題，對(duì)保證實(shí)現(xiàn)列車運(yùn)行自動(dòng)控制有重要意義。</p><p>　　1.4 設(shè)計(jì)的要求和目的</p><p>　　1.4.1 設(shè)計(jì)的基本要求</p><p>　　本設(shè)計(jì)的要求是在電機(jī)車運(yùn)行到某一段線路的時(shí)候，通過(guò)監(jiān)控主機(jī)部分使其能夠通過(guò)實(shí)時(shí)檢測(cè)列車速度，計(jì)算列車的走行距離加速度，從而不斷確定和校正列車的位置和行走質(zhì)量，使得列車員能夠用簡(jiǎn)單的操作，

35、實(shí)現(xiàn)列車安全運(yùn)行。</p><p>　　1.4.2 設(shè)計(jì)的目的</p><p>　　解決列車在長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行中確定列車車距、檢測(cè)列車速度是否超速、提供系統(tǒng)的內(nèi)部時(shí)鐘、向過(guò)絕緣節(jié)板傳遞當(dāng)前地面軌道電路信號(hào)制式及閉塞方法，并以中斷方式接收過(guò)絕緣板的過(guò)節(jié)信號(hào)等等這些都由主機(jī)監(jiān)控部分來(lái)實(shí)現(xiàn)，大大的減輕了列車操作人員的工作負(fù)擔(dān)和列車運(yùn)行的安全系數(shù)，為實(shí)現(xiàn)鐵路運(yùn)輸?shù)奶崴僮龀隽艘欢ǖ呢暙I(xiàn)。</p&g

36、t;<p>　　1.4.3 設(shè)計(jì)方案的確定</p><p>　　電力機(jī)車監(jiān)控主機(jī)主要組成部分：監(jiān)控主機(jī)電路的核心元件是16位單片機(jī)8097BH，外圍芯片包括：HC373地址鎖存器、HC245數(shù)據(jù)總線驅(qū)動(dòng)器、27256為EPROM（32KB）程序存儲(chǔ)器、27C010為EPROM（128KB）程序存儲(chǔ)器、2817A為EPROM（16KB）、HC273發(fā)光二極管、兩塊可編程邏輯芯片GAL20V8、日歷時(shí)鐘

37、MC146818等，通過(guò)這些元件來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的目的。</p><p>　　由于本設(shè)計(jì)的核心控制部分采用了先進(jìn)的16位8097BH單片機(jī)和外圍芯片，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功能強(qiáng)，可靠性好等優(yōu)點(diǎn)。用作主機(jī)，并配有功能強(qiáng)大的監(jiān)控軟件，從而使整個(gè)系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、集成度高、速度快、抗干擾能力強(qiáng)、故障率低、操作方便等優(yōu)點(diǎn)，在技術(shù)上具有先進(jìn)性。使接收電路的選頻特性，抗干擾特性及工作的穩(wěn)定性與可靠性大大提高，使電路能很好的在惡劣

38、的工作環(huán)境中進(jìn)行正常的工作。所以本設(shè)計(jì)選用8097BH作為核心芯片。</p><p>　　1.5監(jiān)控主機(jī)實(shí)現(xiàn)的功能</p><p>　　（1）以預(yù)先存儲(chǔ)在EPROM內(nèi)的線路運(yùn)行參數(shù)為依據(jù)，通過(guò)實(shí)時(shí)檢測(cè)列車速度，計(jì)算列車的走行距離加減速度，從而不斷確定和校正列車的位置和走行質(zhì)量；</p><p>　?。?）確定列車距信號(hào)機(jī)的距離；</p><p&g

39、t;　　（3）檢驗(yàn)列車速度是否超過(guò)區(qū)間限速；</p><p>　?。?）提供系統(tǒng)內(nèi)部的日歷時(shí)鐘；</p><p>　?。?）通過(guò)雙口RAM向記錄插件傳輸數(shù)據(jù)，以記錄列車運(yùn)行信息；</p><p>　?。?）實(shí)時(shí)采樣列車制動(dòng)管壓力和內(nèi)燃機(jī)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速或電力機(jī)車原邊電流；</p><p>　?。?）控制數(shù)字量輸入，繼電器輸出；</p>

40、<p>　?。?）通過(guò)串的RS485接口與顯示器數(shù)據(jù)信號(hào)交換。</p><p>　　2 監(jiān)控主機(jī)系統(tǒng)中核心芯片的選擇</p><p>　　監(jiān)控主機(jī)插件部分是本次設(shè)計(jì)的核心，它以16位單片機(jī)8097BH為核心器件。主要分為8097微機(jī)芯片及其外圍芯片，模擬及數(shù)字輸入/輸出接口，串行通訊接口，日歷時(shí)鐘，電源電壓監(jiān)視電路等五大部分，并通過(guò)一個(gè)48芯插頭與外圍插件及顯示器交換信息。本插

41、件供電電源有+12V，+5V，B5V三種，其中+12V，+5V為48芯插頭上引來(lái)，B5V在供電正常時(shí)是+5V電源，掉電情況下為備用電池供電電路提供的6284RAM芯片和MC146818時(shí)鐘芯片的供電電源，以保護(hù)重要數(shù)據(jù)及時(shí)鐘日歷的準(zhǔn)確性。</p><p>　　2.1 8097BH芯片的主要特點(diǎn)</p><p>　　2.1.1 8097BH是16位的單片機(jī)</p><p&

42、gt;　　操作直接面向256字節(jié)的寄存器陣列，消除了CPU結(jié)構(gòu)中存在的累加器瓶頸效應(yīng)，提高了操作速度和數(shù)據(jù)吞吐能力。256字節(jié)寄存器中，24字節(jié)是專用寄存器，其余232字節(jié)均為通用寄存器。其通用寄存器的數(shù)量遠(yuǎn)比一般CPU的寄存器數(shù)量多。這樣可以為各中斷服務(wù)程序中的局部變量指定專門的寄存器，免除了中斷服務(wù)過(guò)程中保護(hù)和恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)所支付的軟件開銷，并大大方便了程序設(shè)計(jì)。它兼有一般微處理機(jī)中通用寄存器和高速RAM的功能。</p>&

43、lt;p>　　總線可動(dòng)態(tài)配置成8位的或16位的，在監(jiān)控板上用的是8位數(shù)據(jù)總線。</p><p>　　2.1.2 A/D轉(zhuǎn)換器</p><p>　　內(nèi)帶8路10位的A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換速度達(dá)100kHz，A／D最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為6．6μs，而且可由多種采樣啟動(dòng)方式：①程序啟動(dòng)方式；②時(shí)間管理器啟動(dòng)方式；③外部引腳觸發(fā)啟動(dòng)方式。測(cè)量范圍：0V~3.3V，各個(gè)轉(zhuǎn)換器每秒能處理 400,000 個(gè)

44、以上的 10 位采樣值，單輸入或多輸入的突發(fā)轉(zhuǎn)換模式，可選擇在輸入腳跳變或定時(shí)器匹配信號(hào)出現(xiàn)時(shí)執(zhí)行轉(zhuǎn)換，每個(gè)模擬輸入都有一個(gè)專用的結(jié)果寄存器，這樣可以減少中斷開銷。原邊電流管壓等信號(hào)處理[3]。</p><p>　　2.1.3 脈寬調(diào)制</p><p>　　提供脈寬調(diào)制輸出PWM，可用來(lái)輸出固定頻率、占空比可調(diào)的脈沖信號(hào)。脈寬調(diào)制(PWM)是利用微處理器的數(shù)字輸出來(lái)對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種

45、非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用于測(cè)量、通信到功率控制與變換的許多領(lǐng)域中。簡(jiǎn)而言之，PWM是一種對(duì)模擬信號(hào)電平進(jìn)行數(shù)字編碼的方法。對(duì)噪聲抵抗能力的增強(qiáng)是PWM相對(duì)于模擬控制的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，而且這也是在某些時(shí)候?qū)WM用于通信的主要原因。從模擬信號(hào)轉(zhuǎn)向PWM可以極大地延長(zhǎng)通信距離。</p><p>　　2.1.4 指令系統(tǒng)</p><p>　　一臺(tái)計(jì)算機(jī)中所能執(zhí)行的各種不同類型的指令的集合，稱為這臺(tái)

46、計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)。不同計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)包含的指令種類和數(shù)目也不同。一般均包含算術(shù)運(yùn)算型、邏輯運(yùn)算型、數(shù)據(jù)傳送型、判定和控制型、輸入和輸出型等指令。指令系統(tǒng)是表征一臺(tái)計(jì)算機(jī)性能的重要因素，它的格式與功能不僅直接影響到機(jī)器的硬件結(jié)構(gòu)，而且也直接影響到系統(tǒng)軟件，影響到機(jī)器的適用范圍。一個(gè)完善的指令系統(tǒng)應(yīng)滿足如下四方面的要求： </p><p>　?。?）完備性是指用匯編語(yǔ)言編寫各種程序時(shí)，指令系統(tǒng)直接提供的指令足夠使用

47、，而不必用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。完備性要求指令系統(tǒng)豐富、功能齊全、使用方便。</p><p>　?。?）有效性是指利用該指令系統(tǒng)所編寫的程序能夠高效率地運(yùn)行。高效率主要表現(xiàn)在程序占據(jù)存儲(chǔ)空間小、執(zhí)行速度快。</p><p>　?。?）規(guī)整性包括指令系統(tǒng)的對(duì)稱性、勻齊性、指令格式和數(shù)據(jù)格式的一致性。對(duì)稱性是指：在指令系統(tǒng)中所有的寄存器和存儲(chǔ)器單元都可同等對(duì)待，所有的指令都可使用各種尋址方式；勻齊性是指

48、：一種操作性質(zhì)的指令可以支持各種數(shù)據(jù)類型；指令格式和數(shù)據(jù)格式的一致性是指：指令長(zhǎng)度和數(shù)據(jù)長(zhǎng)度有一定的關(guān)系，以方便處理和存取。</p><p>　?。?）兼容性：至少要能做到“向上兼容”，即低檔機(jī)上運(yùn)行的軟件可以在高檔機(jī)上運(yùn)行。該芯片具有高效的指令系統(tǒng)。</p><p><b>　　2.1.5 計(jì)時(shí)器</b></p><p>　　該芯片是由2個(gè)1

49、6位計(jì)時(shí)器：T0在系統(tǒng)中作實(shí)時(shí)時(shí)鐘用，用戶不能用；T1是外部事件計(jì)數(shù)器。</p><p>　　2.1.6 高速輸入/輸出控制器</p><p>　　高速輸入/輸出控制器：高速輸入器可以相對(duì)于內(nèi)部定時(shí)器產(chǎn)生的實(shí)時(shí)時(shí)鐘，記下某個(gè)外部事件發(fā)生的時(shí)間，并可記下8個(gè)事件；而高速輸出器可以按規(guī)定的時(shí)刻觸發(fā)某一事件，任何時(shí)候，都可以懸掛起8個(gè)事件。“高速”意味著這些功能是“自動(dòng)地”（相對(duì)于定時(shí)器）實(shí)現(xiàn)的

50、，無(wú)需CPU的干預(yù)。</p><p>　　2.1.7 輸入/輸出口</p><p>　　該芯片5個(gè)8位標(biāo)準(zhǔn)輸入/輸出口，這些口有相當(dāng)?shù)囊徊糠质嵌喙δ艿摹Ｋ鼈兛梢员辉O(shè)置成計(jì)數(shù)器,定時(shí)器, PWM 輸出口及其它。</p><p><b>　　2.1.8 中斷源</b></p><p>　　中斷是處理器一種工作狀態(tài)的描述，因?yàn)?/p>

51、處理器與很多外部電路相連并負(fù)責(zé)處理外部電路送來(lái)的各種信息（處在協(xié)同工作狀態(tài)），如果遇有（外部電路送來(lái)）“急件”需要優(yōu)先處理，處理器則須先停下“自己手頭的工作”先去處理“急件”，這種先停下“自己手頭的工作” 去處理“急件”的過(guò)程，即為——中斷。該芯片有8個(gè)中斷源：8個(gè)中斷源對(duì)應(yīng)有8個(gè)中斷矢量又對(duì)應(yīng)著多個(gè)中斷事件，共對(duì)應(yīng)20種中斷事件。</p><p>　　2.1.9 監(jiān)視定時(shí)器</p><p&g

52、t;　　監(jiān)視定時(shí)器（Watchdog）技術(shù)現(xiàn)在使用的非常廣泛，技術(shù)已較為成熟，這一技術(shù)的手段也很多。目前，各處理器的生產(chǎn)廠家?guī)缀醵荚谏a(chǎn)內(nèi)置有看門狗定時(shí)器的單片機(jī)，市場(chǎng)上還有很多獨(dú)立的看門狗定時(shí)器的芯片可以選擇。采用監(jiān)視定時(shí)器技術(shù)后，一旦程序跑飛，系統(tǒng)立即會(huì)被監(jiān)視定時(shí)器復(fù)位掉，從頭重新啟動(dòng)系統(tǒng)，從而退出不正常的運(yùn)行狀態(tài)，但是這樣使用時(shí)必須注意系統(tǒng)的可重入性。所謂系統(tǒng)的可重入性可以這樣來(lái)定義：當(dāng)一個(gè)微處理系統(tǒng)在重新復(fù)位啟動(dòng)以后，系統(tǒng)對(duì)外的

53、執(zhí)行操作不因重新啟動(dòng)而改變，或者說(shuō)這種改變是能夠容忍的，從而保證整個(gè)系統(tǒng)對(duì)外操作的連續(xù)性和順序性，也就是系統(tǒng)的最終的安全性和可靠性。</p><p>　　對(duì)于一個(gè)系統(tǒng)，如果它對(duì)外的控制操作只與系統(tǒng)當(dāng)前的輸入狀態(tài)有關(guān)，那么這個(gè)系統(tǒng)就幾乎具有完全的重入性能；相反，如一個(gè)系統(tǒng)對(duì)外的輸出操作不僅與系統(tǒng)當(dāng)前的輸入相關(guān)，而且與系統(tǒng)的歷史狀態(tài)有關(guān)，那么如果系統(tǒng)重入時(shí)系統(tǒng)的歷史狀態(tài)沒(méi)有保留或者歷史狀態(tài)被破壞，那么此時(shí)系統(tǒng)對(duì)外的操

54、作就可能完全是錯(cuò)誤的，這樣的系統(tǒng)雖然在看門狗定時(shí)器的作用下退出了不正常的運(yùn)行狀態(tài)，但重入的狀態(tài)也不會(huì)正常，那么這樣的系統(tǒng)也只能是病態(tài)的系統(tǒng)，不能使用。因此，對(duì)于采用了監(jiān)視定時(shí)器來(lái)提高可靠性的系統(tǒng)，必須嚴(yán)格保證系統(tǒng)的可重入性。該芯片是16位監(jiān)視定時(shí)器：產(chǎn)生軟硬件故障時(shí)，監(jiān)視定時(shí)器將使系統(tǒng)復(fù)位，提供了一種軟硬件故障的恢復(fù)能力。</p><p><b>　　監(jiān)視程序如下：</b></p>

55、;<p>　　#include "8097BH.h"</p><p>　　sbit cs=P1^2; /*片選信號(hào)由P1.2產(chǎn)生*/</p><p>　　sbit sck=P1^3; /*時(shí)鐘信號(hào)由P1.3 產(chǎn)生*/</p><p>　　s

56、bit si=P1^0; /*SI由P1.0產(chǎn)生*/</p><p>　　sbit so=P1^1; /*SO由P1.1產(chǎn)生*/</p><p>　　sbit c=ACC^7; /*定義位變量*/</p><p>　　bda

57、ta unsigned char com;</p><p>　　void tran() /*發(fā)送一字節(jié)數(shù)據(jù)子函數(shù)*/</p><p>　　{ unsigned char i; </p><p>　　for(i=0; i<8; i++)</p><p>　　{ ACC=com;

58、 /*將數(shù)據(jù)放入a中*/</p><p><b>　　si=c;</b></p><p>　　sck=0; /*sck產(chǎn)生一個(gè)上跳變*/</p><p><b>　　sck=1;</b></p><p>　　com=com

59、<<1; /*左移一位*/</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　return;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　main()</b>&

60、lt;/p><p>　　{ com=0x06; /*發(fā)寫讀使能命令*/</p><p><b>　　cs=0;</b></p><p><b>　　tran();</b></p><p><b>　　cs=1;</b></p&g

61、t;<p>　　com=0x01; /*發(fā)寫狀態(tài)字命令*/</p><p><b>　　cs=0;</b></p><p><b>　　tran();</b></p><p>　　com=0x00; /*定時(shí)1.4s*

62、/</p><p><b>　　tran();</b></p><p><b>　　cs=1;</b></p><p>　　...; /*系統(tǒng)正常運(yùn)行的程序部分*/</p><p><b>　　}</b></p&

63、gt;<p>　　2.1.10 全雙工串行口</p><p>　　如果在通信過(guò)程的任意時(shí)刻，信息只能由一方A傳到另一方B，則稱為單工。如果在任意時(shí)刻，信息既可由A傳到B，又能由B傳A，但只能由一個(gè)方向上的傳輸存在，稱為半雙工傳輸。如果在任意時(shí)刻，線路上存在A到B和B到A的雙向信號(hào)傳輸，則稱為全雙工。在串行通信中，數(shù)據(jù)通常是在兩個(gè)站（如終端和微機(jī)）之間進(jìn)行傳送，按照數(shù)據(jù)流的方向可分成三種基本的傳送方式

64、：全雙工、半雙工、和單工。當(dāng)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收分流，分別由兩根不同的傳輸線傳送時(shí)，通信雙方都能在同一時(shí)刻進(jìn)行發(fā)送和接收操作，這樣的傳送方式就是全雙工制，如圖2-1所示。在全雙工方式下，通信系統(tǒng)的每一端都設(shè)置了發(fā)送器和接收器，因此，能控制數(shù)據(jù)同時(shí)在兩個(gè)方向上傳送。全雙工方式無(wú)需進(jìn)行方向的切換，因此，沒(méi)有切換操作所產(chǎn)生的時(shí)間延遲，這對(duì)那些不能有時(shí)間延誤的交互式應(yīng)用（例如遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)）十分有利。這種方式要求通訊雙方均有發(fā)送器和接收器，同時(shí)

65、，需要2根數(shù)據(jù)線傳送數(shù)據(jù)信號(hào)。（可能還需要控制線和狀態(tài)線，以及地線）。全雙工串行口：具有4種操作模式，可方便地用于I/O擴(kuò)展、與CRT終端等設(shè)備進(jìn)行通信以及多機(jī)通信。</p><p>　　2.2 引腳說(shuō)明：（如圖2-1）</p><p>　　圖2-1 8097BH引腳圖</p><p>　　Figure 2 -1 8097BH pin map</p>

66、<p>　?。?）CLO：時(shí)鐘輸出，為晶振的1/3。</p><p>　?。?）NMI：非屏蔽中斷信號(hào)申請(qǐng)輸入，外部存貯器000H送入PC，且正跳變使監(jiān)視定時(shí)器復(fù)位。</p><p>　?。?）INST：讀外部存貯器時(shí)，輸出為“1”，表示取指周期。</p><p>　?。?）ALE：訪問(wèn)外部存貯器時(shí)有效。</p><p>　　（5）

67、RD：讀外部存貯器。</p><p>　?。?）WR：寫外部RAM，若D.B=16bit，寫偶數(shù)地址時(shí)為“0”。</p><p>　?。?） BHE功能：A0=0，BHE=0，同時(shí)選通2個(gè)存貯器塊。</p><p>　　A0=0，BHE=1，同時(shí)訪問(wèn)2個(gè)字節(jié)。</p><p>　　A0=1，BHE=0，選低位字節(jié)存貯器塊。</p>

68、<p>　　A0=1，BHE=1，選高位字節(jié)存貯器塊。</p><p>　　（8）READY：準(zhǔn)備就緒信號(hào)，用來(lái)延長(zhǎng)外部存貯器訪問(wèn)周期。引腳為高電平，則CPU繼續(xù)正常工作；若CLO下跳前此腳未升高則等待，可達(dá)1µs，直到出現(xiàn)“1”電平。</p><p>　　（9）HS1.0～HS1.3：高速輸入。</p><p>　?。?0）HS0.0～HS

69、0.5：高速輸出。其中HS1.2與HS0.4共用；HS1.3與HS0.5共用。</p><p>　　（11）P0.0～P0.7：高阻抗輸入口，8位數(shù)字量或8位A/D入。當(dāng)對(duì)片內(nèi)EPROM編程時(shí)另有定義。</p><p>　　（12）P1.0～P1.7：準(zhǔn)雙向I/O口。</p><p>　?。?3）P2.0～P2.7：多功能口，當(dāng)內(nèi)EPROM編程時(shí)另有定義。</

70、p><p>　?。?4）P3.0～P3.7、P4.0～P4.7：漏極開路的地址/數(shù)據(jù)分時(shí)使用線。當(dāng)內(nèi)EPROM編程時(shí)另有定義。</p><p>　　（15）EA：EA=1，訪問(wèn)內(nèi)2000H～3FFFH單元；</p><p>　　EA=0，訪問(wèn)外2000H～3FFFH單元；</p><p>　　EA=12.5V，進(jìn)入編程工作方式。</p>

71、;<p>　　EA有內(nèi)部下拉，平時(shí)為低電平。</p><p>　?。?6）X1：內(nèi)部震蕩入。</p><p>　?。?7）X2:內(nèi)部震蕩出。</p><p>　　（18）RESET：復(fù)位。</p><p>　　（19）Vcc：+5V電源。</p><p>　　（20）Vss：接地。</p>

72、<p>　?。?1）VPD：RAM備用電源（+5V）。</p><p>　　（22）Vref：ADC參考電源（+5V）。</p><p>　?。?3）Vpp：EPROM編程電源（+12.5V）。</p><p>　?。?4）ANGND：通常與Vss相聯(lián)。</p><p>　　3 監(jiān)控主機(jī)電路中外圍芯片的選擇</p>&

73、lt;p>　　3.1 8097系統(tǒng)及其總線上的外圍芯片</p><p>　　芯片介紹如下（見(jiàn)圖3-1）：</p><p>　　1.D3，8097BH為16為單片機(jī)。</p><p>　　2.D4，HC373為地址鎖存器。</p><p>　　3.D5，HC245為數(shù)據(jù)總線驅(qū)動(dòng)器。</p><p>　　4.D6，H

74、C273為發(fā)光二極管。</p><p>　　5.D7，27256為EPROM（32KB）程序存儲(chǔ)器。</p><p>　　6.D8，27C010為EPROM（128KB）程序存儲(chǔ)器。</p><p>　　7.D9，2817A為EPROM（16KB）。</p><p>　　8.D10為RAM6264（64KB）。</p><

75、p>　　9.D1、D2，為可編程邏輯芯片GAL20V8。 </p><p>　　10.日歷時(shí)鐘MC146818。</p><p><b>　　11.備用電源。</b></p><p>　　圖3-1 掛在8097BH上的外圍芯片</p><p>　　Figure 3 -1 pegged on 8097BH exter

76、nal chip</p><p>　　3.1.1 可編程邏輯芯片</p><p>　　D1，D2，可編程邏輯芯片GAL20V8（如圖3-2）</p><p>　　GAL（Generic Array logic）器件是一種采用E2CMOS工藝制造的可編程邏輯器件（PLD, Programmable Logic Dewice）。它采用電擦除工藝，使整個(gè)器件的邏輯功能可重

77、新配置，具有實(shí)現(xiàn)組合邏輯電路的時(shí)序邏輯電路的多種功能，即通過(guò)編程可實(shí)現(xiàn)多種門電路，如觸發(fā)器、寄存器、計(jì)數(shù)器、比較器、譯碼器、多路開關(guān)等功能，在電路中可取代74LS系列或CD4000系列的CMOS芯片。GAL具有集成度高、速度快、功耗低等優(yōu)點(diǎn)。在電路設(shè)計(jì)使用GAL芯片可以簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)、減低功耗和成本、提高電路的可靠性和靈活性，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)硬件加密、防止抄襲硬件設(shè)計(jì)[4]。</p><p>　　GAL的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由輸

78、入緩沖器、可編程的“與門”陣列（Programmable AND Array）、輸出反饋輸入緩沖器、輸出邏輯宏單元OLMC（Output Logic Macrocell）以及輸出緩沖器五個(gè)部分組成。通過(guò)對(duì)“與門”陣列和OLMC編程實(shí)現(xiàn)各種不同的功能。GAL20V8最多可以有20個(gè)輸入，但最多有8個(gè)輸出。做為時(shí)序電路的時(shí)候，第一引腳為輸入時(shí)鐘引腳。</p><p>　　圖3-2 芯片GAL20V8引腳圖</p

79、><p>　　Figure 3 -2 ChipGAL20V8 pin map</p><p>　　所有存儲(chǔ)器及I/O口的地址譯碼統(tǒng)一由兩塊可編程邏輯芯片GAL20V8（D1，D2）來(lái)完成，具體的空間分配如表1所示：</p><p>　　表1 地址空間分配</p><p>　　Table 1 address space allocation&l

80、t;/p><p>　　3.1.2 地址鎖存器</p><p>　　D4，HC373地址鎖存器（如圖3-3）</p><p>　　鎖存器其實(shí)就是一種寄存器。單片機(jī)中有時(shí)需要將數(shù)據(jù)和地址總線復(fù)用，即8根線即用于傳輸數(shù)據(jù)，又用于傳輸?shù)刂?。根?jù)外設(shè)電路(例如：RAM, ROM等)的特性，地址和數(shù)據(jù)可以按照先后次序建立。這樣，就可以用一鎖存器先將地址鎖存。然后，數(shù)據(jù)就可以傳輸了。

81、比如說(shuō)P0口在外部擴(kuò)展的時(shí)候，既要做地址總線，又要做數(shù)據(jù)總線，就先傳地址，在傳數(shù)據(jù)可是在傳數(shù)據(jù)的時(shí)候，地址也不能丟失就把地址保存在寄存器中了[5]。</p><p>　　三態(tài)原碼輸出，低輸入電流1µA，高負(fù)載能力15個(gè)LS-TTL，高工作速度，寬電源電壓2V～6V，低電源電流80µA。在本設(shè)計(jì)中的作用是低8位地址在ALE高電平期間鎖存到D4，HC373地址鎖存器中。</p>&l

82、t;p>　　圖3-3 芯片HC373引腳圖</p><p>　　Figure 3-3 Chip HC373 pin map</p><p>　　3.1.3 總線驅(qū)動(dòng)器</p><p>　　D5，HC245數(shù)據(jù)總線驅(qū)動(dòng)器（如圖3-4）</p><p>　　通常說(shuō)計(jì)算機(jī)有地址、數(shù)據(jù)、控制三總線，由于總線上需要驅(qū)動(dòng)的負(fù)載多，CPU是大規(guī)模集成

83、電路，不具備功率驅(qū)動(dòng)能力，總線驅(qū)動(dòng)器的作用就是提供功率驅(qū)動(dòng)，第二個(gè)原因是，CPU總線常常是分時(shí)復(fù)用總線，就是說(shuō)在不同的時(shí)段，管腳上出現(xiàn)的信號(hào)功能不同，需要鎖存器存儲(chǔ)并分離信號(hào)，總線驅(qū)動(dòng)器起鎖存器的作用。</p><p>　　八雙向總線收發(fā)器，原碼三態(tài)輸出，方向控制，低輸入電流 1μA，高負(fù)載能力 15 個(gè) LS-TTL，高工作速度 tpd＝13nS（VCC＝5V，CL＝45pF，Typ），寬電源電壓 2V～6V，

84、低電源電流 80 μA。HC245內(nèi)含八個(gè)具有三態(tài)輸出的雙向總線收發(fā)器。方向控制確定數(shù)據(jù)傳送方向。輸出允許控制為低電平有效，當(dāng)為高電平時(shí)數(shù)據(jù)端口（A和B）之間呈高阻。0A、7A---數(shù)據(jù)端口 0B、7B---數(shù)據(jù)端口。在本設(shè)計(jì)中的作用是由RD/讀信號(hào)來(lái)控制數(shù)據(jù)流的方向。</p><p>　　當(dāng)RD/為高電平，8097BH輸出數(shù)據(jù)到外圍芯片。</p><p>　　當(dāng)RD/為低電平，8097B

85、H從外部讀數(shù)據(jù)。</p><p>　　圖3-4 芯片HC245引腳圖</p><p>　　Figure 3 -4 Chip HC245 pin map</p><p>　　3.1.4 發(fā)光二極管的驅(qū)動(dòng)器</p><p>　　D6，HC273為發(fā)光二極管的驅(qū)動(dòng)器（如圖3-5）</p><p>　　發(fā)光二極管(LED)驅(qū)動(dòng)

86、器設(shè)備驅(qū)動(dòng)LED，并且包括帶有其固有地址的LED驅(qū)動(dòng)器，分別用于驅(qū)動(dòng)所述LED；串行總線，連接到所述LED驅(qū)動(dòng)器；以及順序控制器，用于通過(guò)串行總線以數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的形式串行發(fā)送用于驅(qū)動(dòng)所述LED的控制信號(hào)和固有地址，以允許所述LED 驅(qū)動(dòng)器被順序驅(qū)動(dòng)。因此，LED驅(qū)動(dòng)器設(shè)備實(shí)現(xiàn)了與人眼的感知限制相對(duì)應(yīng)的合適的響應(yīng)速度。</p><p>　　在本設(shè)計(jì)中HC273為發(fā)光二極管（HL5A、B～HL8A、B）的驅(qū)動(dòng)器，發(fā)光二極

87、管裝在面板上，可以由軟件控制，用于調(diào)試或運(yùn)行時(shí)的工作狀態(tài)及故障指示。D6輸出高電平，燈被點(diǎn)亮。它的插入脈沖可由CS7/及WR/信號(hào)形成，CS7/片選信號(hào)為HC273提供了時(shí)鐘輸入，當(dāng)WR/信號(hào)來(lái)時(shí)，數(shù)據(jù)總線上的燈的數(shù)據(jù)即送到HC273輸出端以控制相應(yīng)的燈亮。</p><p>　　圖3-5 芯片HC273引腳圖</p><p>　　Figure 3 -5 Chip HC273 pin map

88、</p><p>　　3.1.5 程序存儲(chǔ)器</p><p>　　D7，27256程序存儲(chǔ)器（如圖3-6）</p><p>　　隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在可用作程序存儲(chǔ)器的類型相當(dāng)多，各大半導(dǎo)體公司都推出了一系列程序存儲(chǔ)器，像EPROM、EEPROM、FLASH存儲(chǔ)器以及OTP存儲(chǔ)器等等。這些存儲(chǔ)器各有特點(diǎn)，互有所長(zhǎng)。EEPROM和FLASH適合于多次擦寫的場(chǎng)合，最

89、適于開發(fā)調(diào)試階段，當(dāng)然它們的價(jià)格也稍比其它的高些。對(duì)于批量生產(chǎn)已成熟的應(yīng)用系統(tǒng)最好選用EPROM和OTP的存儲(chǔ)器，最主要的原因是它們的價(jià)格稍低，對(duì)降低產(chǎn)品的成本是相對(duì)有利的。值得一提的是，現(xiàn)在的單片機(jī)普遍都帶有程序存儲(chǔ)器，容量也分有不同的等級(jí)，從幾百字節(jié)到幾百kB都有，這為它們的應(yīng)用提供了更為廣闊的前景。而且這些單片機(jī)價(jià)格也貴不了多少，同時(shí)，這些內(nèi)置ROM的單片機(jī)基本上均可實(shí)現(xiàn)軟硬件的程序加密，為保護(hù)自己的知識(shí)產(chǎn)權(quán)提供了強(qiáng)有力的措施，所

90、以這些單片機(jī)深得用戶喜愛(ài)，可以說(shuō)這類單片機(jī)逐漸成為市場(chǎng)的主流產(chǎn)品。</p><p>　　在本設(shè)計(jì)中27256為EPROM（32KB）程序存儲(chǔ)器，用于存放監(jiān)控程序，其尋址空間是32KB（A0～A14）。</p><p>　　圖3-6 芯片27256引腳圖</p><p>　　Figure 3 -6 Chip 27256 pin map</p><p

91、>　　D8，27C010程序存儲(chǔ)器（如圖3-7）</p><p>　　在本設(shè)計(jì)中27C010為EPROM（128KB）用于存放線路數(shù)據(jù)（如：信號(hào)機(jī)間距離、坡度、限速、站號(hào)、區(qū)段號(hào)等），其高二位地址線A15、A16由8097BH的P1口的P1.0、P1.1控制。P1.0、P1.1的四種組合把D8的存儲(chǔ)單元分成四個(gè)段，每段容量由A0～A14控制為32K，尋址范圍為8000H～FFFFH。</p>

92、<p>　　圖3-7 芯片27C010引腳圖</p><p>　　Figure 3 -7 Chip 27C010 pin map</p><p>　　D9，2817A程序存儲(chǔ)器（如圖3-8）</p><p>　　在本設(shè)計(jì)中2817A為EPROM（16KB），用于存放機(jī)車型號(hào)、機(jī)車號(hào)、制動(dòng)機(jī)種類及區(qū)間最大牽引重量、輛數(shù)、計(jì)長(zhǎng)等區(qū)段數(shù)據(jù)。其尋址空間為2KB（A

93、0～A10）。</p><p>　　圖3-8 芯片28C17引腳圖</p><p>　　Figure 3 -8 Chip 28C17 pin map</p><p>　　3.1.6 靜態(tài)存儲(chǔ)器</p><p>　　D10，RAM6264（如圖3-9）</p><p>　　存儲(chǔ)器按生產(chǎn)工藝分：靜態(tài)存儲(chǔ)器與動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器 。靜

94、態(tài)存儲(chǔ)器（SRAM）：讀寫速度快，生產(chǎn)成本高，多用于容量較小的高速緩沖存儲(chǔ)器。動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器（DRAM）：讀寫速度較慢，集成度高，生產(chǎn)成本低，多用于容量較大的主存儲(chǔ)器。靜態(tài)存儲(chǔ)器用觸發(fā)器存儲(chǔ)信息，讀出時(shí)不破壞原有信息，不需要刷新，同時(shí)送行列地址，運(yùn)行速度快，集成度低，發(fā)熱量大，存儲(chǔ)成本相對(duì)動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器較高。</p><p>　　在本設(shè)計(jì)中D10為RAM6264（64KB），它帶有備用電池，主要用于系統(tǒng)掉電時(shí)保存一些不允

95、許改變的重要數(shù)據(jù)（如：機(jī)車實(shí)際運(yùn)行速度、車次、客/貨選擇，站號(hào)、司機(jī)號(hào)、區(qū)段號(hào)等）。其尋址空間為8KB（A0～A12）。</p><p>　　圖3-9 芯片6264引腳圖</p><p>　　Figure 3 -9 Chip 6264 pin map</p><p>　　3.1.7 日歷時(shí)鐘</p><p>　　D11，MC146818日歷時(shí)

96、鐘（如圖3-10）</p><p>　　日歷時(shí)鐘芯片MC146818來(lái)實(shí)現(xiàn)。該芯片可實(shí)現(xiàn)年、月、日、時(shí)、分、秒的計(jì)數(shù)。同時(shí)，還可以提供53個(gè)字節(jié)的SRAM存儲(chǔ)單元。在設(shè)計(jì)中利用交流電源和3.6V可充電電池為它供電，保證在偶然停電時(shí)日歷時(shí)鐘不會(huì)受到影響。而且，芯片內(nèi)部的SRAM單元還可以存放一些重要數(shù)據(jù)，免遭偶然停電而破壞。</p><p>　　在本設(shè)計(jì)中日歷時(shí)鐘采用MC146818，它外接

97、晶振頻率為32.768KHZ，CPU通過(guò)CS5/、讀、寫及數(shù)據(jù)總線與其交換信息，其復(fù)位端直接由監(jiān)控電路提供。在相應(yīng)的秒中斷服務(wù)程序中，讀當(dāng)前的時(shí)間/日期信息，并存貯到MC146818 指定的RAM 單元，該單元的信息即為電源掉電時(shí)的停電時(shí)間(停電時(shí)由鋰電池供電)。電源電壓與鋰電池經(jīng)比較器產(chǎn)生的掉電信號(hào)，控制 MC146818 的片選信號(hào)。保證在掉電時(shí)不能訪問(wèn)時(shí)鐘芯片。</p><p>　　圖3-10 芯片MC14

98、818引腳圖</p><p>　　Figure 3 -10 Chip MC146818 pin map</p><p>　　3.1.8 備用電池供電電路</p><p>　　備用電池供電電路（如圖3-11）</p><p>　　在本設(shè)計(jì)中RAM6264和MC16818芯片在系統(tǒng)供電終止時(shí)，可自動(dòng)切換到由備用電池供電，以保護(hù)一些重要數(shù)據(jù)和保證日

99、歷時(shí)鐘的準(zhǔn)確性。為減少維護(hù)，備用電池采用的是可充電式的鎘鎳電池。備用電池供電電路圖，R16、V3為充電電路，R33為兩針式跨接套。</p><p>　　圖3-11 備用電源供電電路圖</p><p>　　Figure 3 -11 Standby power supply circuit</p><p>　　3.2 模擬及數(shù)字輸入/輸出接口電路設(shè)計(jì)</p>

100、<p>　　8097內(nèi)部I/O與外部模擬及數(shù)字輸入/出電路的連接。（如圖3-12）：</p><p>　　圖3-12 8097內(nèi)部I/O與外部模擬及數(shù)字輸入/出電路的連接</p><p>　　Figure 3 -12 8097 internal I / O and external analog and digital input / circuit connections&

101、lt;/p><p><b>　　按功能逐一說(shuō)明：</b></p><p>　?。?）三路速度信號(hào)（V1、V2、V3）來(lái)自測(cè)速傳感器，經(jīng)信號(hào)調(diào)態(tài)板整形，隔離后送入監(jiān)控插件，經(jīng)D14（HC14）反向驅(qū)動(dòng)器整形后成HCMOS電平方波，送入到8097BH的高速輸入口HS1.0、HS1.1、HS1.2，以便實(shí)時(shí)檢測(cè)列車速度。</p><p>　?。?）柴油機(jī)

102、轉(zhuǎn)速信號(hào)（ESO）由柴油機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器引入，也經(jīng)信號(hào)調(diào)整插件整形，光電隔離后送入監(jiān)控插件，再經(jīng)D14（HC14）整形后送到8097BH的高速輸入口HS1.3，檢測(cè)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速。</p><p>　?。?）過(guò)絕緣節(jié)信號(hào)（SINT），經(jīng)非門D12（HC04）芯片電平整形后，送到8097BH的P2.2口，該口也是8097BH的外部中斷口，每當(dāng)過(guò)絕緣節(jié)信息傳輸?shù)街鳈C(jī)箱后，過(guò)絕緣節(jié)檢測(cè)插件將送來(lái)一個(gè)寬度約為30ms的負(fù)脈沖，使

103、監(jiān)控CPU產(chǎn)生外部中斷，執(zhí)行過(guò)絕緣節(jié)校正功能。</p><p>　?。?）電力機(jī)車原邊電流（FCO）經(jīng)電流傳感器變換信號(hào)后，再經(jīng)信號(hào)調(diào)整插件隔離、整形，從48芯插頭的D28腳引入監(jiān)控插件并經(jīng)濾波電路后送入到CPU的P0.1口，即A/D轉(zhuǎn)換器的通道1進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。</p><p>　?。?）列車管壓的壓力傳感器信號(hào)（TPP0）經(jīng)信號(hào)調(diào)整插件中有關(guān)電平轉(zhuǎn)換后，使其5V電壓相應(yīng)為1000KPa

104、，從48芯插頭的D26腳引入監(jiān)控插件并經(jīng)濾波電路送入到CPU的P0.0口，即A/D轉(zhuǎn)換器的通道0進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。</p><p>　　（6）模數(shù)轉(zhuǎn)換的基準(zhǔn)電源由N3（MC1403）及N4（µA741）組成的電路提供（如圖3-13），并輸入到8097芯片的Vref腳。它的輸入值要求比較穩(wěn)定，否則會(huì)影響模數(shù)轉(zhuǎn)換的精確度。MC1403為高精度、低溫漂的基準(zhǔn)電壓電路芯片。µA741為高精度超低失調(diào)運(yùn)算

105、放大器。MC1403輸入為+12VDC，輸出為+2.5V的極為穩(wěn)定的直流電壓，經(jīng)µA741穩(wěn)壓放大后，輸出穩(wěn)定的+5V直流電壓，為CPU A/D轉(zhuǎn)換電路提供基準(zhǔn)電壓。</p><p>　　圖3-13µA741組成的基準(zhǔn)電源電路</p><p>　　Figure 3-13µA741 The benchmark power circuit</p>&

106、lt;p>　?。?）3路高速輸出通道（HS0.0，HS0.2，HS0.3）：其中HS0.0用以產(chǎn)生400Hz左右的方波，經(jīng)HC04整形，反向后，通過(guò)插頭的PWM1、PWM2端子輸出兩路相應(yīng)差180度的方波信號(hào)，去驅(qū)動(dòng)數(shù)字量輸出插件的推挽震蕩電路。另外，HS0.2和HS0.3由ASI和TSI通路控制實(shí)際速度和列車目標(biāo)速度（即限制速度）的脈寬調(diào)制波的輸出，此信號(hào)經(jīng)信號(hào)調(diào)整插件上的有關(guān)電路濾波放大后，驅(qū)動(dòng)雙針式速度指針儀表。</p

107、><p>　?。?）串性行口由N1（75176）將CPU的TXD（P2.0）、RXD（P2.1）變成差分信號(hào)COMA、COMB。757176差分總線收發(fā)器是一種用于平衡式傳輸線上進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)通訊的單片集成電路。本設(shè)計(jì)電路用P1.2控制數(shù)據(jù)的接收與發(fā)送。（如圖3-14）</p><p>　　圖3-14 P1.2控制數(shù)據(jù)的接收與發(fā)送</p><p>　　Figure 3-1

108、4 P1.2 Control data receiving and sending</p><p>　　3.3 電源電壓監(jiān)視電路</p><p>　　監(jiān)控設(shè)計(jì)電路上8097芯片的復(fù)位及電源電壓監(jiān)視由芯片TL7705來(lái)完成，以確保系統(tǒng)正常工作及RAM與時(shí)鐘芯片寫入準(zhǔn)確無(wú)誤。</p><p>　　電路工作原理為：TL7705是一種電源監(jiān)測(cè)芯片，TL7705的作用是檢測(cè)電

109、平狀況，當(dāng)電平低于某個(gè)值一定時(shí)間后，RS腳拉低一定周期（>>2個(gè)機(jī)器周期），通過(guò)非門轉(zhuǎn)成高電平，讓單片機(jī)復(fù)位，目的就是即使在工作過(guò)程中出現(xiàn)供電異常，也可以保證單片機(jī)可靠復(fù)位。能夠監(jiān)測(cè)出電源電壓瞬間短路或瞬間降壓，進(jìn)而產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)；當(dāng)電源電壓恢復(fù)正常時(shí)，自動(dòng)解除復(fù)位信號(hào)。</p><p>　　當(dāng)系統(tǒng)斷電或供電電源出現(xiàn)瞬間跌落時(shí)，TL7705發(fā)出一個(gè)約為286ms的低電平使8097復(fù)位；并封鎖RAM（D1

110、0）、實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片（D11）以及EPROM（D9）的選片信號(hào)（因?yàn)镽ESET/信號(hào)引入GAL參與譯碼邏輯控制），以防止出現(xiàn)瞬間的誤寫操作，同時(shí)，復(fù)位信號(hào)低電平產(chǎn)生時(shí)，發(fā)光二極管HL4B亮，指示復(fù)位動(dòng)作。（如圖3-15）</p><p>　　圖3-15 TL7705監(jiān)視8097芯片的復(fù)位及電源電壓</p><p>　　Figure 3-15 TL7705 Surveillance of th

111、e 8097 Chip supply voltage reduction and</p><p><b>　　3.4 晶振電路</b></p><p>　　一般沒(méi)有特殊要求的話，選用11.0592MHZ的晶振。這樣有利于得到?jīng)]有誤差的波特率。特別是當(dāng)與PC機(jī)進(jìn)行通信的話，選用這種晶振比較好。</p><p>　　1. （8097BH）CPU的時(shí)