【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 02H、 RCAP2L）。 AT89C52 具有 40 個(gè)引腳， 主要管腳有： XTAL1（ 19 腳）和 XTAL2（ 18 腳）為振蕩器輸入輸出端口，外接 12MHz 晶振。 RST/Vpd（ 9 腳）為復(fù)位輸入端口，外接電阻電容組成的復(fù)位電路。 VCC（ 40 腳）和 VSS（ 20 腳）為供電端口，分別接 +5V 電源的正負(fù)端。 P0~P3 為可編程通 用 I/O 腳，其功能用途由軟件定義，在本設(shè)計(jì)中， P0 端口（ 32~39 腳）被定義為 N1 功能控制端口，分別與 N1 的相應(yīng)功能管腳相連接， 13 腳定義為 IR 輸入端， 10 腳和 11 腳定義為 I2C 總線控制端口，分別連接 N1 的 SDAS（ 18 腳）和 SCLS（ 19 腳）端口， 12 腳、 27 腳及 28 腳定義為握手信號(hào)功能端口，連接主板 CPU 的相應(yīng)功能端，用于當(dāng)前制式的檢測(cè)及會(huì)聚調(diào)整狀態(tài)進(jìn)入的控制功能 。芯片引腳圖如圖 21 所示。 圖 21 AT89C52單片機(jī)芯片 根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，各接口功能 [911]如下： : 產(chǎn)生輸出一個(gè)脈沖信號(hào)。 INT0: 產(chǎn)生中斷請(qǐng)求，接前方測(cè)距電路。 第 12 頁(yè) 共 44 頁(yè) INT1: 產(chǎn)生中斷請(qǐng)求，接前方測(cè)距電路。 : 用于顯示輸出，接顯示器。 : 用于顯示輸出，接顯示器。 : 用于顯示輸出，接顯示器。 : 用于顯示輸出，接顯示器。 : 用于顯示輸出，接顯示器。 : 用于顯示輸出，接顯示器。 : 用于顯示輸出，接顯示器。 : 用于顯示輸出，接顯示器。 L298N 與單片機(jī)連接 : ：用于連接 IN1。 : 用于連接 IN2。 : 用于連接 ENA。 : 用于連接 IN3。 : 用于連接 IN4。 : 用于連接 ENB。 : 接報(bào)警電路 XTAL1：接外部晶振的一個(gè)引腳。在單片機(jī)內(nèi)部，它是一反相放大器輸入端，這個(gè)放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。它采用外部振蕩器時(shí)，引腳應(yīng)接地。 XTAL2：接外部晶振的一個(gè)引腳。在片內(nèi)接至振蕩器的反相放大器輸出端和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器輸入端。當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，則此引腳接外部振蕩信號(hào)的輸入。 RST： AT89C52 的復(fù)位信號(hào)輸入引腳，高電位工作，當(dāng)要對(duì)芯片又時(shí)，只要將此引腳電位提升 到高電位，并持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上的時(shí)間， AT89C52 便能完成系統(tǒng)復(fù)位的各項(xiàng)工作，使得內(nèi)部特殊功能寄存器的內(nèi)容均被設(shè)成已知狀態(tài)。 復(fù)位電路 （ 1）單片機(jī) AT89C52 作為主控芯片，控制整個(gè)電路的運(yùn)行。單片機(jī)外圍需要一個(gè)復(fù)位電路，復(fù)位電路的功能是：系統(tǒng)上電時(shí)提供復(fù)位信號(hào)，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤消 第 13 頁(yè) 共 44 頁(yè) 復(fù)位信號(hào)。為可靠起見(jiàn)，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時(shí)才撤銷復(fù)位信號(hào)，以防電源開(kāi)關(guān)或電源插頭分 合過(guò)程中引起的抖動(dòng)而影響復(fù)位。該設(shè)計(jì)采用含有電阻的復(fù)位電路，復(fù)位電路可以有效的解決電源毛刺和電源緩慢下降（電池電 壓不足）等引起的問(wèn)題，在電源電壓瞬間下降時(shí)可以使電容迅速放電，一定寬度的電源毛刺也可令系統(tǒng)可靠復(fù)位。復(fù)位電路如圖 22 所示。 圖 22 復(fù)位電路 （ 2） 復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，使 CPU 及各專用存儲(chǔ)器處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，其中把 PC 的內(nèi)容初始化為 0000H，使單片機(jī)從 0000H 單元開(kāi)始執(zhí)行程序，除了系統(tǒng)的正常開(kāi)機(jī)（上電）復(fù)位外，當(dāng)程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死循環(huán)狀態(tài)時(shí)，為擺脫困境，可按復(fù)位鍵進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位電路由片外和片內(nèi)兩部分電路組成。 AT89C52的 RST 引腳為復(fù)位引腳，只要在 RST 引 腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平，即可實(shí)現(xiàn)復(fù)位。復(fù)位通常有上電復(fù)位和按鍵復(fù)位兩種方法。本設(shè)計(jì)采用的是上電復(fù)位，開(kāi)機(jī)時(shí)電容器是空的，上電后就對(duì)電容充電，充電電流，在電阻上形成正電壓， RST 引腳就處于高電平，就可以達(dá)到復(fù)位的目的。 在實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中，為了保證復(fù)位電路可靠工作，常將 RC 電路接施密特電路后再接入單片機(jī)復(fù)位端和外圍電路復(fù)位端。這特別適合于應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)干擾大、電壓波動(dòng)大的工作環(huán)境，并且，當(dāng)系統(tǒng)有多個(gè)復(fù)位端時(shí)，能保證可靠地同步復(fù)位。 時(shí)鐘電路 時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作所需要的時(shí)鐘信號(hào)，單片機(jī)本 身就是一個(gè)復(fù)雜的同步時(shí)序電路，為了保證同步工作方式的實(shí)現(xiàn)，電路應(yīng)在惟一的時(shí)鐘信號(hào)控制下嚴(yán)格地按時(shí)序進(jìn)行工作 。該時(shí)鐘電路由兩個(gè)電容和一個(gè)晶體振蕩器組成。 X1 是接外部晶體管的一個(gè)引腳。在單片機(jī)內(nèi)部，它是一個(gè)反相放大器的輸入端，這個(gè)放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。輸出端為引腳 X2，在芯片的外部通過(guò)這兩個(gè)引腳接晶體振蕩器和微調(diào)電容，形成反饋電路，構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。晶振電路如圖 23 所示。 第 14 頁(yè) 共 44 頁(yè) 圖 23 晶振電路 電路中的 C3 和 C4 一般取 30PF左右，而晶體振蕩器的頻率范圍通常是 ～ 12MHz，而電路中采用 12MHz，晶體振蕩器的頻率越高，振蕩頻率就越高。 超聲波發(fā)射電路和接受電路 本 設(shè)計(jì)采用的是 HCSRO4 超聲波測(cè)距模塊 [12]，它有發(fā)生電路和接受電路構(gòu)成。模塊性能穩(wěn)定，測(cè)度距離精確。能和國(guó)外的 SRF0 SRF02 等超聲波測(cè)距模塊相媲美。模塊精度高，盲區(qū)達(dá)到（ 2cm） ,有穩(wěn)定的測(cè)距功能。本模塊可提供全套測(cè)距程序： C51，PIC18F877，超聲波 LCD1602 顯示，超聲波 LCD12864 顯示，數(shù)碼管顯示，串口顯示等，測(cè)距參考程序。 HCSR04 主要技術(shù)參數(shù) （ 1）使用電壓： DC5V； （ 2）靜態(tài)電流：小于 2mA； （ 3）電平輸出：高 5V； （ 4）電平輸出：底 0V； （ 5）感應(yīng)角度：不大于 15 度； （ 6）探測(cè)距離： 2cm450cm ； （ 7）高精度：可達(dá) ； （ 8）接線方式： VCC、 trig（控制端）、 echo（接收端）、 GND 第 15 頁(yè) 共 44 頁(yè) HCSR04 工作原理 （ 1）采用 IO 觸發(fā)測(cè)距，給至少 10us 的高電平信號(hào)； （ 2）模塊自動(dòng)發(fā)送 8 個(gè) 40khz 的方波，自動(dòng)檢測(cè)是否有信號(hào)返回； （ 3）有信號(hào)返回，通過(guò) IO 輸出一高 電平，高電平持續(xù)的時(shí)間就是超聲波從發(fā)射到返回的時(shí)間 。 顯示電路 顯示器是一個(gè)典型的輸出設(shè)備，而且其應(yīng)用是極為廣泛的，幾乎所有的電子產(chǎn)品都要使用顯示器，其差別僅在于顯示器的結(jié)構(gòu)類型不同而已。最簡(jiǎn)單的顯示器可以使 LED 發(fā)光二極管，給出一個(gè)簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)量信息，而復(fù)雜的較完整的顯示器應(yīng)該是 CRT 監(jiān)視器或者屏幕較大的 LCD 液晶屏。綜合課題的實(shí)際要求以及考慮單片機(jī)的接口資源，采用 工業(yè)字符型液晶，能夠同時(shí)顯示 16x02 即 32 個(gè)字符 。 1602 液晶也叫 1602 字符型液晶它是一種專門用來(lái)顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣 型液晶模塊它有若干個(gè) 5X7 或者 5X11 等點(diǎn)陣字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符。每位之間有一個(gè)點(diǎn)距的間隔每行之間也有間隔起到了字符間距和行間距的作用，正因?yàn)槿绱怂运荒茱@示圖。 本設(shè)計(jì)中， 1602 用來(lái)顯示測(cè)試的距離， 1602 顯示電路如圖 24 所示 。 報(bào)警電路 報(bào)警電路的作用是當(dāng)小車與障礙物之間的距離達(dá)到初始設(shè)置距離的時(shí)候，蜂鳴器發(fā)出警報(bào)。報(bào)警電路由一 個(gè)三極管、一個(gè)電阻和一個(gè)蜂鳴器組成的。當(dāng)單片機(jī) 端口為低電平時(shí)，報(bào)警。 報(bào)警電路如圖 25 所示。 第 16 頁(yè) 共 44 頁(yè) 圖 24顯示電路 圖 25 系統(tǒng)報(bào)警電路 第 17 頁(yè) 共 44 頁(yè) L298N 驅(qū)動(dòng)電路 L298N 為 SGSTHOMSON Microelectronics 所出產(chǎn)的雙全橋步進(jìn)電機(jī)專用驅(qū)動(dòng)芯片，內(nèi)部包含 4 信道邏輯驅(qū)動(dòng)電路，是一種二相和四相步進(jìn)電機(jī)的專用驅(qū)動(dòng)器，可同時(shí)驅(qū)動(dòng) 2 個(gè)二相或 1 個(gè)四相步進(jìn)電機(jī)，內(nèi)含二個(gè) HBridge 的高電壓、大電流雙全橋式驅(qū)動(dòng)器，接收標(biāo) TTL 邏輯準(zhǔn)位信號(hào)，可驅(qū)動(dòng) 46V、 2A 以下的步進(jìn)電 機(jī)，且可以直接透過(guò)電源來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓；此芯片可直接由單片機(jī)的 IO 端口來(lái)提供模擬時(shí)序信號(hào)。本設(shè)計(jì)是用 L298 芯片來(lái)驅(qū)動(dòng)小車。 L298N 管腳圖如圖 26 所示。 圖 26 L298N管腳圖 單片機(jī)的 I/O 端口分別與 L298N 的 IN1， IN2， IN3， IN4 連接，接受脈沖信號(hào)。 1腳和 15 腳發(fā)射極分別引出以便接入電流采樣電阻，形成電流傳感信號(hào)。 OUT1， OUT2，OUT3， OUT4 分別接電機(jī)的一相。 5 腳， 7 腳， 10 腳和 12 腳接輸入控制電平。 ENA，ENB 控制使能端，控制電機(jī)的停轉(zhuǎn)，高電平有效。驅(qū)動(dòng)電路圖如圖 27 所示。 圖 27驅(qū)動(dòng)電路圖 第 18 頁(yè) 共 44 頁(yè) 系統(tǒng)原理 系統(tǒng)原理圖見(jiàn)附錄 1。 工作原理： 由單片機(jī) AT89C52 編程產(chǎn)生方波信號(hào)，經(jīng)過(guò) 口連接到超聲波模塊發(fā)送超聲，再經(jīng)過(guò)放大電路，驅(qū)動(dòng)超聲波發(fā)射探頭發(fā)射超聲波，發(fā)射出的超聲波經(jīng)障礙物反射回來(lái)，經(jīng)過(guò) 口由超聲波接收頭接收信號(hào)。通過(guò)接收電路的檢波放大、積分整形以及一系列的處理，送至單片機(jī)。單片機(jī)利用聲波傳播速度和發(fā)射脈沖到接收反射脈沖的時(shí)間間隔計(jì)算出障礙物的距離，并由單片機(jī)控制顯示模塊，顯示出具體的距離。 第 19 頁(yè) 共 44 頁(yè) 第三章 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) 在系統(tǒng)硬件構(gòu)架了超聲波 測(cè)距的基本功能之后，系統(tǒng)軟件所實(shí)現(xiàn)的功能主要是針對(duì)系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)及數(shù)據(jù)的處理和應(yīng)用。根據(jù)第二章所述系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)和所完成的功能 。 系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)功能 （ 1）信號(hào)控制。在系統(tǒng)硬件中，已經(jīng)完成了發(fā)射電路、接收電路、檢測(cè)電路、顯示電路、門限檢測(cè)的設(shè)計(jì)。在系統(tǒng)軟件中，要完成增益控制信號(hào)、門控信號(hào)、發(fā)射脈沖信號(hào)、峰值采集信號(hào)、遠(yuǎn)近控制信號(hào)的時(shí)序及輸出。 （ 2）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。為了得到發(fā)射信號(hào)與接收回波間的時(shí)間差，要讀出此刻計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值 ， 然后存儲(chǔ)在 RAM 中，而且每次發(fā)射周期的開(kāi)始，需要對(duì)計(jì)數(shù)器清零，以備后續(xù)處理。 （ 3） 信號(hào)處理。 RAM 中存儲(chǔ)的計(jì)數(shù)值并不能作為距離值直接顯示輸出，因?yàn)橛?jì)數(shù)值與實(shí)際的距離值之間轉(zhuǎn)換公式為 ? ?NTVTVS ??????? （ 31） 其中， T 為發(fā)射信號(hào)到接收之間經(jīng)歷的時(shí)間， Tr 為方波信號(hào)作為計(jì)數(shù)脈沖時(shí)計(jì)數(shù)器的時(shí)間分辨率， N 為計(jì)數(shù)器的值。在這個(gè)部分中，信號(hào)處理包括計(jì)數(shù)值與距離值換算，二進(jìn)制與十進(jìn)制轉(zhuǎn)換。 （ 4） 數(shù)據(jù)傳輸與顯示。經(jīng)軟件處理得到的距離送顯示輸出，用 1602 液晶表示。由于采用了單片機(jī) AT89C52 并考慮整個(gè)系 統(tǒng)的控制流程，整個(gè)系統(tǒng)軟件都有 AT89C52系列單片機(jī)匯編語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)。由于距離值的得出及顯示是在中斷子程序中完成的，因此在初始化發(fā)射程序后進(jìn)入中斷響應(yīng)的等待。在中斷響應(yīng)之后，原始數(shù)據(jù)經(jīng)計(jì)數(shù)值與距離值換算子程序，二進(jìn)制與十進(jìn)制轉(zhuǎn)換子程序后顯示輸出。整個(gè)系統(tǒng)軟件功能的實(shí)現(xiàn)可以分為主程序、中斷服務(wù)程序幾個(gè)主要部分。 主程序 主程序是單片機(jī)程序的主體，整個(gè)單片機(jī)端系統(tǒng)軟件的功能的實(shí)現(xiàn)都是在其中完成 第 20 頁(yè) 共 44 頁(yè) 的，程序首先完成初始化過(guò)程，然后是一個(gè)重復(fù)的控制發(fā)射信號(hào)的過(guò)程，即調(diào)用發(fā)射子程序幾遍，而且每次發(fā)射周期結(jié)束都會(huì)判斷 在發(fā)射信號(hào)后延時(shí)等待的過(guò)程中是否發(fā)生了中斷，即是否有回波產(chǎn)生來(lái)判斷程序得流程，有回波的話，再經(jīng)過(guò)測(cè)距的子程序流來(lái)計(jì)算距離，判斷所測(cè)距離是否在安全范圍內(nèi)，以驅(qū)動(dòng)顯示和報(bào)警電路。主程序流程圖如圖31 所示。 開(kāi) 始各 寄 存 器 初 始 化按 鍵 設(shè) 置 報(bào) 警 值超 聲 波 測(cè) 距測(cè) 試 距 離 小 于 設(shè)定 報(bào) 警 值報(bào) 警 小 車 停 止 前 進(jìn)液 晶 顯 示小 車 繼 續(xù) 前進(jìn)結(jié) 束YN 圖 31 主程序流程圖 上電后小車顯示 “ Aptitude Crash”“ worthy System”，按下功能鍵后開(kāi)始設(shè)定報(bào)警距離值，設(shè)定在 10cm 以上比較好，設(shè)定時(shí)小車停止一切動(dòng)作，功能鍵按下一次后同時(shí)按 +，鍵設(shè)定值，設(shè)定好后按確定鍵，則 設(shè)定值有效，功能鍵按下兩次后小車行駛并開(kāi)始測(cè)距判斷，功能鍵按下三次后，顯示初始顯示狀態(tài)。 （ 1）脈沖的產(chǎn)生與超聲波發(fā)射。在脈沖產(chǎn)生前先對(duì)定時(shí) /計(jì)數(shù)器 T0 進(jìn)行初始化，在這里選擇的是工作方式 1 定時(shí)器模式，所以 TMOD 應(yīng)該設(shè)定為 0x11，再開(kāi)啟 T0 的同時(shí)開(kāi)發(fā)發(fā)射超聲波脈沖。這由單片機(jī)執(zhí)行下面程序來(lái)產(chǎn)生。 include sbit csbout=P1^0。 //超聲波發(fā)送 第 21 頁(yè) 共 44 頁(yè) 前方測(cè)距電路的輸入端接單片機(jī) 端口，單片機(jī)執(zhí)行上面的程序后，在 端口輸出一個(gè)脈沖信號(hào)，經(jīng)過(guò)三極管 T 放大，驅(qū)動(dòng)超聲波發(fā)射頭發(fā)出脈沖超聲波，且持續(xù)發(fā)射。 （ 2）超聲波的接收與處理。超聲波的接收是由外部中斷口 INT0 是否有中斷脈沖產(chǎn)生來(lái)判斷的。定時(shí)子程序轉(zhuǎn)回來(lái)的時(shí)候，要對(duì)中斷進(jìn)行初始化。選定的是 INT0 口，工作方式為脈沖方式。 include sbit csbout=P1^0。 //超聲波發(fā)送 sbit csbint=P1^1。 //超聲波接收 聲 波接收電路經(jīng)過(guò)前置放大、限幅放大、寬頻帶濾波器、檢波器及比較器、整形、置后比較器的一系列工作之后，在信號(hào)輸出端 7 腳由高電平躍變?yōu)榈碗娖?，作為中斷?qǐng)求信號(hào)，送至單片機(jī)處理。