第頁，共43頁地鐵平移平板門結(jié)構(gòu)的硬件電路設(shè)計案例目錄TOC\o"1-3"\h\u29236地鐵平移平板門結(jié)構(gòu)的硬件電路設(shè)計案例 1324231.1微控制器 1177171.2硬件電路 4205541.2.1 控制芯片電路 4275201.2.2 電源電路 567661.2.3 接口電路和下載電路 5107821.2.4 傳感器電路 628311.2.5 三相全橋驅(qū)動電路 7184121.2.6 整流電路 88221.2.7隔離電路 822751.2.8中斷電路和指示燈 9本項(xiàng)目以平移屏蔽門為主要研究對象，其硬件電路主要包括:控制器電路、傳感器電路、驅(qū)動電路、隔離電路等。本章首先說明微控制器的類型，接著分別介紹各模塊電路的結(jié)構(gòu)和功能。1.1微控制器嵌入式系統(tǒng)是軟硬件的結(jié)合體，它是一個嵌入于目標(biāo)系統(tǒng)當(dāng)中的計算機(jī)系統(tǒng)。其特征是可剪裁性、實(shí)時性、界面一致、操作簡單、穩(wěn)定性強(qiáng)、代碼固定不變。一般的處理器包含了微處理器、微控制器、數(shù)字信號處理等。本項(xiàng)目采用的C51是微控制器的一種。圖4-1嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖本項(xiàng)目采用AT89C51工藝單片機(jī)來處理告訴計算和快速的輸入輸出。其具有4

k字節(jié)的FLASH閃速內(nèi)存，128字節(jié)的內(nèi)部RAM,32個IO端口，2個16位的定時/計數(shù)器，一個5個矢量二級中斷框架，全雙工串聯(lián)進(jìn)行的通信端口，片內(nèi)振蕩器和時鐘電路。與此同時，AT89C51的非動態(tài)的邏輯運(yùn)行降低到0Hz，而且還兼容兩個類型的可以選擇使用的節(jié)能運(yùn)行形式。在CPU運(yùn)行時采用空閑形式，可是準(zhǔn)許RAM、定時/計數(shù)器、串行通信接口和中斷系統(tǒng)持續(xù)運(yùn)行。丟棄了RAM當(dāng)中的實(shí)質(zhì)性部分，但是振蕩系統(tǒng)起作用，并且在下一次硬件恢復(fù)原位之前禁止任何其它丟失的工作。AT89C51引腳功能Vcc:電源電壓。GNE：地線。PO口:此PO口為一個8位漏極開路型雙向IO口，也就是指地址/數(shù)據(jù)總線重復(fù)使用。驅(qū)動8個TTL邏輯門電路作為一個輸出口，每條能接收到電流，在端口標(biāo)記上“1”，可以當(dāng)作是一個高電阻導(dǎo)入。此組口線在登錄使用外部數(shù)據(jù)儲存器或者程序儲存器的時候變動地址(低8位)以及讓數(shù)據(jù)總線再次使用，在登錄使用這段時間里啟動其內(nèi)在部分的上拉電阻。編寫閃存程序時，PO口獲取到指令字節(jié)后對程序進(jìn)行比較核對的時候，導(dǎo)出指令字節(jié)，校對驗(yàn)證的時候，需要將拉線與拉線連接在一起。P1口:一類8位雙向I/O接口的P1具有內(nèi)部拉阻，其導(dǎo)出的緩沖級能夠驅(qū)使4個TTL邏輯門電路(吸收或輸出電流)。標(biāo)記上“1”，經(jīng)過內(nèi)在部分的上拉電阻將端口移至高電平，這個時候可以做輸出口。在當(dāng)做導(dǎo)入入口進(jìn)行運(yùn)用的時候，由于內(nèi)在部分具有上拉電阻，當(dāng)外在部分的信號對一個插針進(jìn)行減壓時，就會導(dǎo)出一個電流(lIIL)。P1在Flash編程以及程序檢查的時間段里可以接收到低于8位的地址。P2口:它為一類8位雙向I/O接口，具有內(nèi)部拉伸電阻，P2的導(dǎo)出緩沖器可以驅(qū)使4個TTL邏輯門電路(吸收或輸出電流)。標(biāo)記上“1”，經(jīng)過內(nèi)在部分的上拉電阻將端口移至高電平，這個時候可以做輸出口。在當(dāng)做導(dǎo)入入口進(jìn)行運(yùn)用的時候，由于內(nèi)在部分具有上拉電阻，當(dāng)外在部分信號對一個插針進(jìn)行減壓時，就會導(dǎo)出一個電流(lIIL)。在整個存取期間，當(dāng)P2口發(fā)送8位地址的數(shù)據(jù)時，P2口會發(fā)送16位分支的外在部分?jǐn)?shù)據(jù)儲存器(比如，運(yùn)行MOVX@DPTR指令)，而當(dāng)P2口發(fā)送8位地址的外在部分?jǐn)?shù)據(jù)儲存器(比如，運(yùn)行MOVX@Rl指令)的時候，P2口線上(即專用功能寄存器(SFR)區(qū)當(dāng)中R2寄存器的實(shí)質(zhì)性部分)將保持不變。P2在Flash編程以及程序檢查過程中也接收到High地址以及其余的管控信號。P3口:具有內(nèi)在部分拉伸電阻的8位雙向I/O口的P3導(dǎo)出緩沖級能夠驅(qū)使(接收或者導(dǎo)出電流)4個TTL邏輯門電路。標(biāo)記為端口“1”，借助里面的上拉電阻將端口調(diào)至高電平處，這個時候就可以當(dāng)做輸入口了。進(jìn)行輸入口功能的運(yùn)用時，由于里面留有上拉電阻，其中一個引腳通過外界信號被降低時就會流出一定程度的電流（IL）。P3口同時接受部分管理信號，這些信號主要應(yīng)用在Flash閃速存儲器編程與程序核驗(yàn)。RST:復(fù)位輸入。在振蕩器設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的時候，RST引腳會產(chǎn)生兩種高于機(jī)器周期的高電平來促使單片機(jī)恢復(fù)原位。ALE/PROG:在進(jìn)入外界的數(shù)據(jù)存儲器以及程序存儲器的時候，ALE(地址鎖存同意)流出脈沖運(yùn)用在鎖存地址相關(guān)的低8位字節(jié)之中。即便是不點(diǎn)擊進(jìn)入外部存儲器，ALE依然可以運(yùn)用時鐘振蕩頻率的1/6來導(dǎo)出穩(wěn)定的正脈沖信息，所以它能夠?qū)τ谕饨绨l(fā)揮時鐘功能或者進(jìn)行定時工作。需要關(guān)注的是，每一次在進(jìn)入外部數(shù)據(jù)存儲器的時候會越過某一種ALE脈沖。在Flash存儲器的編程運(yùn)作過程中，此引腳還可以用做導(dǎo)入編程脈沖（PROG）。若有需要的話，借助獨(dú)特功能性寄存器(SFR）區(qū)域中的8EH單元DO區(qū)域，能夠阻止ALE運(yùn)作。在此區(qū)域的位后，僅有一個MOV×和MOVC命令A(yù)LE才能夠被激發(fā)工作。除此之外，還會稍許提高此引腳，在單片機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)外界程序的階段，應(yīng)設(shè)置ALE無效。PSEN:程序存儲準(zhǔn)許導(dǎo)出屬于外部數(shù)據(jù)存儲器里面的讀選通類別，在89C51獲取外部存儲器得口令或者信息的時候，每一個機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)時段顯示兩次PSEN生效，也就是導(dǎo)出兩種脈沖。在這個過程中，如果進(jìn)入外部程序存儲器，那么存在的兩次生效的PSEN指令就不會顯現(xiàn)了。EA/VPP:外部訪問的準(zhǔn)許。如果想要CPU只是進(jìn)入外部數(shù)據(jù)存儲器（其位置是0000H-FFFFH），EA部位一定要持續(xù)在低電平處(也就是需要接地）。同時要關(guān)注到:假若加密位置LB1被納入在編程之中，恢復(fù)的時候內(nèi)部會鎖定在EA部位。如果EA部位屬于高電平(也就是接在Vcc端），CPU會運(yùn)轉(zhuǎn)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器中的口令。Flash存儲器在編寫程序的時候，此引腳處會附帶+12v的編程來準(zhǔn)許電源Vpp，其實(shí)這一定是在此部件利用12v編寫程序電壓Vpp的時候。XTAL1:振蕩器里面時針發(fā)生器與反相放大器的導(dǎo)入端口。XTAL2:振蕩器反相放大器的導(dǎo)出端口。89C51里面存在一種反相放大器，可以形成內(nèi)部振蕩器高增益，引腳處的XTAL1與XTAL2各自是此器件的輸入部位與輸出部位。此放大器同屬于反饋器件的陶瓷諧振器或者片外石英晶體共同形成自激振蕩器，圖5展示的就是振蕩電路。陶瓷諧振器或者外接石英晶體還有C1、C2電容連入放大器的折返回路之中形成并聯(lián)形式的振蕩電路。其中對于C1、C2電容的使用要求不是特別多，但其中電容的容納程度會稍許關(guān)系到振蕩頻率的大小、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的輕松與否及溫度的平穩(wěn)程度，假若利用石英晶體，比較建議使用的電容是30Pf±10Pf同時如果運(yùn)用到陶瓷諧振器的話推薦使用40Pf士10Pf。使用者也能夠使用外界的時鐘。在此條件下，外部時鐘脈沖會聯(lián)結(jié)到XTAL1部位，也就是器件里面時鐘發(fā)生器的輸入部位XTAL2屬于懸空狀態(tài)。掉電模式：基于此模式下，振蕩器就會終止運(yùn)作，切入到掉電模式的口令屬于最后面一條需要操作的指令，在停止終止掉電模式之前會凍結(jié)內(nèi)部RAM與特別功能寄存器的內(nèi)容。跳出掉電模式的一種可行方式就是硬件復(fù)原，恢復(fù)后會再一次界定所有的特別功能寄存器但不會更改RAM里面的信息，在Vcc復(fù)原到有效運(yùn)轉(zhuǎn)地的電平之前，復(fù)原應(yīng)該是沒有效果的，而且務(wù)必維持一段時間來促進(jìn)振蕩器再一次啟動的操作并維持平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)。89C51的數(shù)據(jù)存儲器隊列運(yùn)用的是字節(jié)輸入方法進(jìn)行程序編寫的，每一次書寫不同的字符，需要對全部芯片的EPROM數(shù)據(jù)存儲器輸入一個不能為空的字節(jié)，一定要利用片擦去的方式明晰存儲器的整體信息。1.2硬件電路1.2.1 控制芯片電路電路選用AT89C51作為控制芯片，外部連接晶振作為時鐘源。圖4-2AT89C51接線電路圖4-3晶振電路1.2.2 電源電路為促使程序的有效運(yùn)作，一定要依靠平穩(wěn)有效的電源來負(fù)責(zé)供電工作。系統(tǒng)利用規(guī)范的12V直流電源進(jìn)行系統(tǒng)的整體供電。單片機(jī)需要的5V電壓是通過降壓電路來支持的，穩(wěn)壓電路設(shè)計中采用LM7805來輸出5V電壓，其可以提供的輸出電流超過500mA，散熱充分。圖4-45V穩(wěn)壓電路1.2.3 接口電路和下載電路I/O電路用來完成單片機(jī)和外部設(shè)備的通訊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。開發(fā)板上常用的接口有JTAG和USB。為了實(shí)現(xiàn)單片機(jī)程序的下載，觀察電機(jī)轉(zhuǎn)速運(yùn)行曲線等，需要用到USB轉(zhuǎn)串口芯片。圖4-5USB接口電路和串口下載電路1.2.4 傳感器電路為了實(shí)現(xiàn)對移動物體進(jìn)行檢測需要用到傳感器。本項(xiàng)目采用紅外傳感器和微博雷達(dá)共同完成檢測。微波雷達(dá)能對移動的物體進(jìn)行迅速反應(yīng)，在列車行駛高峰期有較好的適應(yīng)性，但微波雷達(dá)不能捕獲靜止的物體。此時用紅外傳感器進(jìn)行補(bǔ)償就可以彌補(bǔ)微波雷達(dá)的缺陷，只要在傳感器感知范圍內(nèi)存在紅外輻射，紅外傳感器就能迅速應(yīng)答。但相比于微波傳感器紅外傳感器的響應(yīng)速度較慢，可能會出現(xiàn)較長的無效等待時間。同時采用兩種傳感器，既保證了反應(yīng)速度，又避免了屏蔽門夾人夾物的情況發(fā)生。微波雷達(dá)選取光耦合器作為主要元器件，也可以稱作光耦。光耦一般會把受光器與發(fā)光二極管密封放置相同的管殼之中。發(fā)光二極管進(jìn)行電源供電產(chǎn)生光線之后，由受光器接受，再次轉(zhuǎn)換為電信號，達(dá)成兩次光電信號轉(zhuǎn)化。它具有體積小、抗干擾能力強(qiáng)、反應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)。在使用過程中能夠快速感應(yīng)到人的通過,然而對于靜止的物體卻無法檢測,可能會有夾人的危險。圖4-6微波雷達(dá)電路紅外感應(yīng)電路既能夠感應(yīng)到移動的物體也能夠感應(yīng)到靜止的物體，彌補(bǔ)了微波感應(yīng)電路的不足，而其缺點(diǎn)是反應(yīng)速度較微波感應(yīng)電路要慢。在紅外傳感器電路中，此實(shí)驗(yàn)選取的是BISS0001芯片，該芯片屬于一類高質(zhì)量集成電路，可以用于處理傳感器信號。配置熱釋電紅外傳感器與部分外界部件形成無源熱釋電紅外開關(guān)按鈕，能夠充當(dāng)自動門、報警系統(tǒng)、自動照明等功能。圖4-7紅外傳感器電路1.2.5 三相全橋驅(qū)動電路全橋電路中有六個功率場效應(yīng)管控制輸出電壓，電路每一次僅僅存在兩個管子能夠進(jìn)行導(dǎo)通，每經(jīng)過60°將會變一次方向，采取MOS管的開關(guān)上面的特征，完成電機(jī)控制。由于控制要求的電機(jī)為220V。MOS場效應(yīng)管選用SMP60N06，其極限電壓為60V極限電流60A。圖4-8全橋驅(qū)動電路1.2.6 整流電路對220V電源電壓進(jìn)行整流錄播后給無刷直流電機(jī)供電。圖4-9整流濾波電路1.2.7隔離電路要想確保電路體系可以長時期的順利操作，除了針對于電路正確性的改進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)之外，也應(yīng)該需要抵抗影響方面的改進(jìn)這也為系統(tǒng)平穩(wěn)的關(guān)鍵因素。因?yàn)殡娐敷w系運(yùn)作的外界條件的繁瑣性，主要是依據(jù)外界條件中的電磁影響和硬件自身包括的影響，一般情況下都會大幅度的干擾系統(tǒng)的有效性。緊跟系統(tǒng)操作期間的延長，每一個模塊都將會造成檢測上面的很大偏差，系統(tǒng)的流程往往會造成死機(jī)等錯誤現(xiàn)象，最后將會導(dǎo)致很大程度的危害?；诜爆嵪到y(tǒng)條件下，控制器電路系統(tǒng)的電流電壓信號會經(jīng)常遭遇到額外情況的干擾。出現(xiàn)在體系里面的電磁信號之間互相影響和外界電磁信號給系統(tǒng)造成的影響、不正確的系統(tǒng)的改進(jìn)、元器件上的選擇類型錯誤、組裝研制上的偏差等原因，都將會造成針對于系統(tǒng)帶來負(fù)面作用。硬件的合理性設(shè)計也是為電路設(shè)計人員極為看重的方面?；谌蹼娤到y(tǒng)上面，很多的設(shè)備互相接觸，地當(dāng)成一種電路體系基準(zhǔn)的地線作為系統(tǒng)里面的每一種設(shè)備給予穩(wěn)固安全的基準(zhǔn)定位點(diǎn)，同時也被叫作信號地。由于模擬電路常常會牽制微弱的信號，此外數(shù)字電路抵抗影響的性能會更強(qiáng)一點(diǎn)，進(jìn)而數(shù)字電路針對于電源上面的標(biāo)準(zhǔn)將要比模擬電路略小一點(diǎn)。所以，針對于該部分電路系統(tǒng)的設(shè)計上面，為了有效控制模擬電路以及數(shù)字電路器件間的互相影響導(dǎo)致的偏差，依次針對于模擬地和數(shù)字地實(shí)施分隔，正中間部位而是通過連接零歐姆電阻開展分開能夠有效控制影響。電源也就是整體電路系統(tǒng)的一個能量的開端，倘若輸入一側(cè)的引腳出現(xiàn)了波紋或存在噪聲干擾進(jìn)來，一定會經(jīng)過線路進(jìn)行傳輸耦合至負(fù)載上面進(jìn)而出現(xiàn)影響來減少負(fù)載的操作效率。所以，針對于此電路系統(tǒng)各電源正極和負(fù)極間提高合適的電解電容以及小電容，這將能夠起到