【正文】 tical value. Key words: AT89C51； Ultrasonic Ranging； LED display 目 錄 第一章 緒 論 ..................................................... 1 課題研究背景 ............................................... 1 超聲波測(cè)距發(fā)展歷程 ......................................... 1 超聲波測(cè)距研究現(xiàn)狀 ......................................... 2 課題主要任務(wù) ............................................... 2 第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) ................................................ 3 設(shè)計(jì)方案論證 ............................................... 3 控制模塊 ............................................... 3 測(cè)距模塊 ............................................... 3 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 ........................................... 4 第三章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) ............................................ 6 系統(tǒng)主控電路設(shè)計(jì) ........................................... 6 單片機(jī) AT89C51 簡(jiǎn)介 ..................................... 6 時(shí)鐘電路 ............................................... 9 復(fù)位電路 ............................................... 9 超聲波發(fā)射與接收電路的設(shè)計(jì) ................................ 10 超聲波發(fā)射電路的設(shè)計(jì) .................................. 10 超聲波接收電路的設(shè)計(jì) .................................. 10 測(cè)距顯示電路的設(shè)計(jì) ........................................ 11 LED 數(shù)碼管簡(jiǎn)介 ....................................... 11 LED 數(shù)碼管顯示電路的設(shè)計(jì) ............................. 11 報(bào)警電路的設(shè)計(jì) ............................................ 12 系統(tǒng)硬件電路原理圖 ......................................... 13 第四章 系統(tǒng)軟件程序設(shè)計(jì) ........................................... 14 系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì) ............................................ 14 系統(tǒng)子程序設(shè)計(jì) ............................................ 14 定時(shí)器中斷服務(wù)子程序 .................................. 14 數(shù)碼管顯示與計(jì)算程序 .................................. 17 報(bào)警程序設(shè)計(jì) .......................................... 19 軟件程序的編譯調(diào)試 ........................................ 19 Keil uVision 軟件簡(jiǎn)介 ................................. 19 搭建軟件開發(fā)工作環(huán)境 .................................. 20 程序編寫與編譯 ........................................ 22 第五章 實(shí)物制作及系統(tǒng)測(cè)試 ......................................... 24 實(shí)物制作 .................................................. 24 PCB 板的制作 .......................................... 24 元器件的安裝及焊接 .................................... 24 系統(tǒng)測(cè)試 .................................................. 25 結(jié)束語(yǔ) ............................................................. 27 致 謝 ............................................................. 28 參考文獻(xiàn) ........................................................... 29 附錄 A 系統(tǒng)硬件電路原理圖 .......................................... 30 附錄 B 系統(tǒng) PCB 圖 .................................................. 31 附錄 C 系統(tǒng)實(shí)物圖 .................................................. 32 揚(yáng)州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 第一章 緒 論 課題研究背景 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，交通運(yùn)輸車輛的不斷增多，由此產(chǎn)生的交通問題越來(lái)越成為人們關(guān)注的問題。 汽車倒車?yán)走_(dá)全稱為“倒車防撞雷達(dá)”，也叫“泊車輔助裝置”，是汽車泊車安全輔助裝置，能以聲音或者更為直觀的顯示告知駕駛員周圍障礙物的情況，解除駕駛員泊車和起動(dòng)車輛時(shí)因前后左右探視所引起的困擾，并幫助駕駛員克服視野死角和視線模糊的缺陷，提高駕駛的安全性。 超聲波測(cè)距發(fā)展歷程 自 19 世紀(jì)末到 20 世紀(jì)初，在物理學(xué)上發(fā)現(xiàn)了壓電效應(yīng)和反壓電效應(yīng)之后，人們解決了利用電子技術(shù)產(chǎn)生超聲波的方法，從此迅速揭開了發(fā)展與推廣超聲技術(shù)的歷史進(jìn)程。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了微波雷達(dá)測(cè)距、 CCD測(cè)距、激光測(cè)距和超聲波測(cè)距等多種形式的測(cè) 距方法，前幾種測(cè)距法由于技術(shù)難度大、成本高等因素，主要用于軍事工業(yè)方面。 課題主要任務(wù) 本課題主要是利用單片機(jī) AT89C51 設(shè)計(jì)一款簡(jiǎn)易的倒車測(cè)距報(bào)警器， 應(yīng)用于汽車倒車位置監(jiān)控與報(bào)警。 揚(yáng)州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 本課題主要任務(wù)是設(shè)計(jì)一款簡(jiǎn)易的倒車測(cè)距報(bào)警器， 應(yīng)用于汽車倒車位置監(jiān)控與報(bào)警。 （ 1）可編程邏輯控制器（ PLC） PLC 發(fā)展初期主要用于開關(guān)量的邏輯控制，隨著 PLC 技術(shù)的進(jìn)步，它的應(yīng)用領(lǐng)域在擴(kuò)大，不僅可以用于開關(guān)量控制，還可用于模擬量及數(shù)字量的而控制，可采集與存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)、通訊等，如今， PLC 已成為工業(yè)控制中核心元器件之一。 對(duì)比這兩種核心控制元件，兩者各有優(yōu)缺點(diǎn)，根據(jù)本課題設(shè)計(jì)任務(wù) ，汽車倒車報(bào)警裝置體積要小，這樣便于攜帶、安裝、不占用汽車空間，顯然由于 PLC體積大的特點(diǎn)而不符合設(shè)計(jì)要求，因此本設(shè)計(jì)采用 AT89C51 單片機(jī)作為核心控制元件。 （ 2） 紅外線測(cè)距 紅外線測(cè)距原理是紅外光遇到障礙物會(huì)反射回來(lái)，而反射回來(lái)紅光的強(qiáng)弱由距離而定，距離越遠(yuǎn)，紅光強(qiáng)度越弱， 根據(jù)這個(gè)特點(diǎn)能夠進(jìn)行障礙物距離遠(yuǎn)近的測(cè)量。超聲波具有振動(dòng)頻率高、波長(zhǎng)短、繞射現(xiàn)象小而且方向性好還能夠?yàn)榉瓷渚€定向傳播等優(yōu)點(diǎn)，在中、長(zhǎng)距離測(cè)量時(shí)，超聲波測(cè)量的精度和方向性都要大大優(yōu)于紅外線測(cè)量。 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 根據(jù)方案的論證與選擇，本設(shè)計(jì)以單片機(jī) AT89C51 為控制核心，外圍配置超聲波發(fā)射接收模塊、聲音提示模塊、距離顯示模塊、電源模塊四部分。探頭變換后的正弦波電信號(hào)經(jīng)放大電路放大并進(jìn)行波形變換 。利用單片機(jī)的定時(shí)器產(chǎn)生超聲波的周期方波信號(hào)，經(jīng)單片機(jī) 口輸出，通過信號(hào)調(diào)理和換能電路后發(fā)出超聲波。具體主控電路如圖 31 所示。掉電保護(hù)方式下， RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。其芯片引腳示意圖如圖 32所示。在 FIASH編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0輸出原碼，此時(shí) P0外部必 須被拉高。 P2口： P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O口， P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè) TTL門電流，當(dāng) P2口被寫“ 1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。在給出地址“ 1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)， P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 本系統(tǒng)采用內(nèi) 部振蕩 方式， 在 AT89C51 引腳 XTAL1 和 XTAL2 外接晶體振蕩器(簡(jiǎn)稱晶振 )或陶瓷諧振器，就構(gòu)成了內(nèi)部振蕩方式。本系統(tǒng)采用手動(dòng)復(fù)位方式，具體電路如圖 34所示。 圖 34 復(fù)位電路圖 揚(yáng)州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 超聲波發(fā)射與接收電路的設(shè)計(jì) 超聲波發(fā)射電路的設(shè)計(jì) 超聲波發(fā)射電路主要 由 74LS04 和超聲波換能器構(gòu)成，單片機(jī) 端口輸出40KHz 方波信號(hào)一路經(jīng)一級(jí)反向器后送到超聲波換能器的第一個(gè)電極，另一路經(jīng)兩級(jí)反向器后送到超聲波換能器的另一個(gè)電極，用這種推挽形式將方波信號(hào)加到超聲波換能器兩端可以提高發(fā)射強(qiáng)度。共陰極 LED 數(shù)碼顯示塊的發(fā)光二極管陰極連接在一起，形成該模塊的公共端（通常稱為位選端），因此稱為共陰極 LED 數(shù)碼顯示器， 8 個(gè)數(shù)碼管的另一端通常稱為段選段，當(dāng)顯示器的公共端接低電平，某個(gè)發(fā)光二極管的陽(yáng)極接高電平時(shí)，該發(fā)光二極管被 點(diǎn)亮；共陽(yáng)極 LED 數(shù)碼顯示塊的發(fā)光二極管陽(yáng)極連接在一起，形成該模塊的公共端，因此稱為共陽(yáng)極 LED 數(shù)碼顯示器， 8 個(gè)數(shù)碼管的另一端通常稱為段選段，當(dāng)顯示器的公共端接高電平，某個(gè)發(fā)光二極管的陽(yáng)極接低電平時(shí)，該發(fā)光二極管被點(diǎn)亮。其中，靜態(tài)顯示就是顯示驅(qū)動(dòng)電路具有鎖存功能，單片機(jī)將所要顯示的數(shù)據(jù)送 出后就不再控制 LED，直到下次顯示時(shí)再傳送一次新的顯示數(shù)據(jù)。要顯示新的數(shù)據(jù)時(shí)，單片機(jī)再發(fā)送新的數(shù)據(jù)。采用動(dòng)態(tài)掃描軟件譯碼的方式能大大簡(jiǎn)化硬件電路結(jié) 構(gòu)，降低系統(tǒng)成本。 12345678161514131211109R P 110kV C CP 00P 01P 02P 03P 04P 05P 06P 07abfcgdeD P Y1234567abcdefg8dpdpcom9L1abfcgdeD P Y1234567abcdefg8dpdpcom9L2abfcgdeD P Y1234567abcdefg8dpdpcom9L3abfcgdeD P Y1234567abcdefg8dpdpcom9L4P 00P 01P 02P 03P 04P 05P 06P 07P 00P 01P 02P 03P 04P 05P 06P 07P 00P 01P 02P 03P 04P 05P 06P 07P 00P 01P 02P 03P 04P 05P 06P 07P1901 2P2901 2P3901 2P4901 2V C CP 24P 25P 26P 27[ P 00.. P 07 ]R1R2R3R4 圖 38 測(cè)距顯示電路圖 報(bào)警電路的設(shè)計(jì) 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，最常見的發(fā)聲器件就是蜂鳴器。系統(tǒng)聲音提示電路圖如圖 39 所示。程序設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)方法，整個(gè)軟件程序設(shè)計(jì)由主程序、超聲波發(fā)射子程序、定時(shí)器中斷服務(wù)子程序、顯示子程序等模塊組成。 圖 41 系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)流程圖 系統(tǒng)子程序設(shè)計(jì) 系統(tǒng)子程序設(shè)計(jì)主要涉及到超聲波發(fā)射