基于51单片机的捣固车车载电路板便携式调试台

闫晓伟

摘要：设计一套基于51单片机系统控制的YD32IV型捣固车作业控制模拟电路板的便携式调试台，以便对模拟电路板进行维修和调试。整合5种模拟电路板的输入输出量给定控制。

关键词：捣固车；51单片机；调试台

1.前言

随着技术的进步，捣固车的电气系统已经由模拟版升级为网络版，作业精度提高，系统稳定性增强。但是仍有一定数量的捣固车由于各种原因电气系统没有升级，模拟板电气系统由于模拟电路的特性，电气零点存在漂移现象，为了保证作业质量必须对模拟控制电路板进行调试。模拟控制电路板维修后一般电气参数会发生变化，也需要重修调试。模拟控制电路板一般是出厂时厂家技术人员进行调试，对于使用单位只能对限定的参数进行调整，不能对模拟控制电路板进行精确调试。针对我单位使用的襄樊金鹰厂的YD32IV步进式捣固车的车载电路控制板的运用经验及随车图纸进行研究，提出设计一种针对捣固车车载电路板调试的便携式调试台。

2. 总体设计概述

YD32IV步进式捣固车模拟控制电路板共有15种，部分电路板不需要调试或者在车上就能调试，考虑成本及使用，便携式调试台需要调试的有起道板，拨道板，横平沉降板，超量输入板和求合板。

2.1整体设计思路

调试台由AT89S52单片机控制整个调试流程，首先选择调试电路板的类型并转换为相应的电信号输入单片机，单片机根据输入的电路板类型运行内部程序使对应的输入、输出信号及电源信号接通到调试台电路板插座的引脚，再根据选择的调试步骤控制输入信号的状态。并在液晶模块上显示调试内容信息。

2.2输入输出信号分析

起道板，拨道板，横平沉降板，超量输入板和求合板的输入输出信号，建立抽象模型。表1是5种电路板的输入输出信号统计

5种电路板都是48引脚插针接头，每个引脚所接通的输入输出信号根据不同板子的种类各不相同，这需要在某一路信号给定时，其他信号给定断开。5种模拟电路板的输入信号主要分为±15V的可调电压输入，电源和地输入，24/断开和0A/断开的数字输入，输出信号 主要有接15Ω/1W电阻测量起拨道电流，接平衡表调试横平和拨道信号以及各个测量点测试输出电压。

2.3输入输出信号的处理

（1）模拟信号输入

±15V模拟量的可调电压输入共17路，根据调试手册及电路板原理图分析调试时只需要同时使用3路就能满足所有电路板的调试要求。需要解决的是3路信号与17路对应转换。使用模拟开关芯片CD4501实现。

（2）数字信号输入

7路0A/断开，4路24/断 通过单片机控制38译码器，再由38译码器控制继电器实现相应数字信号的接通。

（3）电源转换

电源接法共有三种，使用单片机控制相应的继电器切换对应的电源输入方式。

（4）输出量

输出量測量14D和16D接150Ω/1W和电流表用于测量起拨道电流。10Z需要外界平衡表来调试横平表和拨道表，另外还有13路输出量需要测量电压信号。所有输出信号通过针排引出。

3硬件电路设计

3.1模拟输入信号

电路板模拟信号的输入阻抗特别大，模拟信号可由3个精密可调电位器接正负15电压产生。3路模拟输入信号分别接CD4051的COM端，通过CD4051控制端电平信号选择与要调试的电路板的具体输入端接通。CD4051实际上就是可控制的八路模拟开关，13路模拟量与17个调试电路板的引脚接通就需要三个CD4051。每个CD4051需要有3路控制信号来控制通道选择，共需9路控制信号。通过74HC138扩展加1路单片机I/O口就能用4路单片机I/O口控制模拟量输入的切换。见图1：

3.2 数字输入信号

数字信号分高电平（接24v）和接低电平（接地），数字信号的输入实际上就是接通和断开24伏或地。数字信号的通断通过单片机控制继电器来实现。由于单片机电压较小，需要通过开关三极管控制继电器。通断24v共有4路，通断接地共有7路，共11路，需要两个74HC138扩展接口。其中一个74HC138接7路高电平输入控制和1路低电平输入控制，另一个74HC138接3路低电平输入控制和前一个74HC138的控制端，这样使用3路单片机I/O口和两个74HC138芯片就实现了所有数字输入信号的选择控制。见图2

3.3电源模式的切换和显示模块

调试电路板的电源输入共有两种，使用单片机I/O口控制继电器进行切换，如图3

显示模块采用单片机接LCD1602来显示信息。通过三个按键输入信号来设置所调试电路板的类型和每块电路板调试步骤，当选定电路板的类型时，单片机内部程序会控制继电器将电源接入相应引脚并在液晶屏上显示电路板类型，当选择到该型电路板的具体调试步骤时，单片机内部程序会将对应的输入输出接通，液晶会显示该步骤应该接通的输入输出信号和调试信息。见图4

3.4 MCU

MCU为AT89S52，AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K 系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得AT89S52在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。见图4

4.软件设计

4.1 开发平台

软件开发平台为Keil C51，Keil C51是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。Keil提供了包括C编译器、宏汇编、链接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（μVision）将这些部分组合在一起。

4.2软件执行流程

单片机上电开始执行程序，首先读入电路板类型静态变量，静态变量的值是由按键开关的中断输入改变，初始化为0对应起道板，每按下一次电路板类型选择按键，电路板类型静态变量。根据读取到的电路板类型变量的值对应电路板类型显示在液晶模块上，接着切换相应的电源输入方式。程序读取调试步骤静态变量，根据调试步骤变量的值显示对应调试步骤的内容。调试步骤变量的值是由调试步骤上下两个按键决定的。按照液晶显示模块的调试内容手动给定正确的输入量并根据输出调试电路板电位器。下图为软件执行流程图

每个引脚根据板子的类型不同可能接不同的信号，通过软件程序控制，在特定的板子特定调试步骤直接通对应的输入输出，用程序控制避免不同的信号串线。

结束语：

本文设计的便携式捣固车车载模拟控制电路板具有体积小便于携带，在车上电路板发生问题时可以随时调试，方便检修，不耽误作业。

参考文献：

[1]韩志青，唐定全. 抄平起拨道捣固车. 中国铁道出版社

[2]宋戈，黄鹤松. 51单片机应用开发范例大全. 北京：人民邮电出版社，2012.6

[3]襄樊金鹰厂随车技术资料.