【文章內(nèi)容簡介】 示 管顯示數(shù)字 0 時 ，那么 共陰極數(shù)碼顯示管的 編碼 就為 00111111， 十六進制數(shù)為 0x3f，而 共陽極的 數(shù)碼 顯示 管的編碼 就是 11000000， 十六進制數(shù)為 0xc0。 通過這個例子 可以看 的 出來共陰極數(shù)碼顯示管和共陽極數(shù)碼顯示管的 編碼各 個 位 事 相反 的 。 3． 9 報警裝置的設(shè)計 報警部分采用一個蜂鳴器進行報警，利用單片機控制輸出一個一定頻率的信號。信號通過一個三極管，把信號放大，以增強驅(qū)動能力。然后將放大之后的信號連接到蜂鳴器上，報警部分裝置的設(shè)計圖如圖 39所示。 圖 39 報警裝置設(shè)計圖 蜂鳴器是 使 用直流電源 進行 供電， 它 廣泛應(yīng)用于 當(dāng)今生活中，尤其在 計算機、報警器、復(fù)印機、打印機、電子玩具、汽車電子設(shè)備、電話機等電子 設(shè)備制造 中作 為 發(fā)聲 的 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 15 頁 共 41 頁 器件 而廣 泛應(yīng)用 。 蜂鳴器是 一種一體化結(jié)構(gòu)的電子 發(fā)聲 器 ，它 分為 兩種類型，一種是 壓電式蜂鳴器 另一種是 電磁式蜂鳴器。 壓電式蜂鳴器主要由壓電蜂鳴片、 多諧振蕩器、 共鳴箱 阻及抗匹配器 還有 外殼等 部分 組成。 壓電蜂鳴片 是 由鈮鎂酸鉛或鋯鈦酸鉛壓電陶瓷材料制 造而 成。 我把 在陶瓷片的表 面鍍上 金屬 電極，經(jīng) 過 極化 處理 和老化處理 之 后，再與不銹鋼 鋼 片 粘貼 在一起 就制成了壓電蜂鳴片 。 而 多諧振蕩器由 集成電路 或者 晶體管構(gòu) 造而 成。當(dāng) 電極兩端 接通電源 以后 ,多諧振蕩器 開始 振 動 ,輸出音頻信號， 然后 阻抗匹配器 便能 推動壓電蜂鳴片發(fā) 出 聲音 。電磁式蜂鳴器 主要 由振蕩器、 磁鐵 、振動膜片、 電磁線圈 和 外殼等 部分 組成。 在兩極 接通電源 之 后，振蕩器 能夠 產(chǎn)生的音頻信號 ，信號 通過電磁線圈， 便會 使電磁線圈 生成 磁場。 這樣 振動膜片 便會 在 磁鐵 和 電磁線圈的作用下，周期性 反復(fù) 地振動 從而 發(fā) 出 聲音 。 4 軟件的設(shè)計 超聲波測距預(yù) 警系統(tǒng)主要包括主程序、發(fā)射子程序、溫度采集子程序、外部中斷 子程序和數(shù)碼顯示子程序等。 4． 1 軟件工作過程 按下 控制系統(tǒng)的 開關(guān)，進行 系統(tǒng)的 初始化， 當(dāng) 主程序完成初始化后調(diào)用發(fā)射子程序，由 口發(fā)射出 1 個脈沖，驅(qū)動超聲波換能器發(fā)射超聲波，并且計數(shù)器開始計時。利用定時器的計數(shù) 功能記錄到超聲波發(fā)射到接受所用的時間當(dāng)超聲波接收器接收到超聲波后，接收電路輸出端輸出一個跳變信號，在 INT0端產(chǎn)生一個中斷的信號，得到超聲波的時間差。 計數(shù)器 1 對低溫度系數(shù)晶振的脈沖信號進行減法計數(shù)，當(dāng)計數(shù)器 T1 的值減 少 到 0時，溫度寄存器的 數(shù) 值 就 加 T1，計數(shù)器 T1在重新 開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行計數(shù)， 一直 循環(huán)到計數(shù)器 T2 計數(shù)到 0 時，停止溫度寄存器值的累加， 這 時 即 可讀取此時溫度值 。 根據(jù)上文中表 31 超聲波波速與溫度的關(guān)系表，即可知道超聲波精準的 聲波速度 。 知道了時間和超聲波的聲波速度后，通過單片 機的計算得出距離，顯示出來，到達距離極限時，啟用報警模塊 。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 16 頁 共 41 頁 4． 2 算法的軟件設(shè)計 超聲波測距是通過檢測超聲波發(fā)射后遇到障礙物所反射 回來 的回波，從而測出從發(fā)出超聲波信號到接收到返回信號的時間 間隔 ,然后求出距離 由 S=CT/2即可算出 汽車與 被測物體的距離。 其中， S 為測量的距離 ,C為超聲波在空氣中的 傳播速度。 T 從發(fā)出超聲波信號到接收到返回信號的時間 間隔 。 在啟動發(fā)射電路 發(fā)射超聲波 的同時 開 啟單片機 AT89C51 內(nèi)的定時器 T0， 通過 定時器 ∕計數(shù)器 的計數(shù)功能記錄 下來 超聲波發(fā)射的時間和 接 收到 超聲波 的時間。當(dāng) 接收電路 收 到超聲波時，接收電路 的 輸出端 會 產(chǎn)生一個負跳變，在 INT0端 能夠 產(chǎn)生一個中斷信號，單片機響應(yīng)中斷請求 后 執(zhí)行外部中斷子程序，讀取 出來 時間間隔 ，計算 出 距離。 4． 3 主程序流程圖 圖 41 主程序流程圖 主程序流程圖如圖 41所示。 主程序 第一步 是對系統(tǒng) 進行 初始化， 初始化 定時器 T0為 16位定時計數(shù)器 的 工作模式。 全局中斷打開 并給顯示端口清 0。 在 調(diào)用超聲波 的 發(fā)生開始 延時 1ms 調(diào)試測距子程序 調(diào)用顯示 、 報警 子程序 調(diào)用溫度檢測子程序 系統(tǒng)初始化 結(jié)束 適合溫度修正超聲波 溫度計算測量結(jié)果 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 17 頁 共 41 頁 子程序 發(fā) 出一個超聲波脈沖， 在發(fā)射過程中 延時約 ms， 避免聲波 信號 從發(fā)射器 發(fā)出后 直接傳送到接收 器 而 引起直射波觸發(fā)， 然后在使用 外中斷接收 遇到物體后 返回聲波信號。 我 采用 了 12 MHz 的晶振，計數(shù)器每 次 計 數(shù)間隔 是 1μs ，當(dāng)主程序接收 到 成功的 信號 后，將計數(shù)器 T0 中的數(shù)計算，即得 出 與 障礙物 之間的距離，測出距離后 將 結(jié)果送往LED 顯示， 這就是超聲波測距的過程 。 4． 4 超聲波的發(fā)生子程序和中斷程序 超聲波發(fā)生子程序是通過 端口發(fā) 出 頻率約 40kHz 的方波脈沖信號 ，在發(fā)出脈沖的 同時 ，打開 計數(shù)器 T0 開始 計時。 測距主程序 是 利用外中斷 T0 檢測 到遇到障礙物后 返 射 回 來的 聲波信號，一旦接收到信號， 馬上 進入中斷程序。中斷 開始 后 立刻讓 計時器停止計時 ，此時 測距成功。如果在 計時器溢出時還 沒有 檢測到 反射的 聲波信號， 此時 測距不成功。 圖 42 中斷處理流程圖 4． 5 顯示部分 顯示電路中顯示距離我使用的是 4位共陽的 LED數(shù)碼管，它簡單實用并且價格便宜。段碼使用 74LS245 芯片驅(qū)動，位碼使用四個 PNP 三極管來驅(qū)動 。 在 74LS245 芯片 CE 端開始 關(guān) T0，開 T1 按下功能鍵 修改完畢 開 T0，關(guān) T1，計時 結(jié)束 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 18 頁 共 41 頁 低電平有效時， 當(dāng) DIR=“0” 時 ，信號由 B 向 A 傳輸； 當(dāng) DIR=“1” 時 ，信號由 A 向 B 傳輸；當(dāng) CE 為高電平時， A、 B兩端 均為高阻態(tài)。 最常 見到的 LED數(shù)碼管是 八段 和 七段的。本次設(shè)計中采用的是 八段 式的數(shù)碼管。八段式的與七段式的相 比 ，他們各部分結(jié)構(gòu)大體相同，八段只比 七段 式的多了一個小數(shù)點 。數(shù)碼管里都是由 LED發(fā)光二極管 發(fā)光單片機 控制 LED的 滅亮顯示出不同的形狀從而顯示出數(shù)字，八段式的數(shù)碼管與七段式的主要區(qū)別就在于八段式的數(shù)碼管中有八個發(fā)光二極管，而七段式的數(shù)碼管中有七個發(fā)光二極管，兩種之間只差一個點。 數(shù)碼管又分為兩種類型 ， 共陽極 型和共陰極型。 共 陽 極 型 就是將 數(shù)碼管中發(fā)光二極管 的 陽 極 都接 在一起 并且 接 到電源上 ， 連接好之后把其中任何哪個發(fā)光二極管 的 陰極接到地線上 ， 它就會發(fā)光 。共 陰 極 型則是 將 數(shù)碼管中發(fā)光二極管 的 陰 極 都接 在一起 并且 接到地線上 ， 連接好之后把其中任何哪個發(fā)光二極管 的 陽極接到電源上 ， 它就會發(fā)光 。 5 硬件 的設(shè)計 和制作 硬件電路的設(shè)計主要包括 三部分： 單片機系統(tǒng)、顯示電路、超聲波 的 發(fā)射和檢測接收電路。 在本次設(shè)計中 單片機采用 AT89C51。 還 采用 了 12MHz高精度的晶振，以減小測量誤 的 差。 用 AT89C51的 40kHz的方波信號， 采用 AT89C51實現(xiàn)對 TCT40超聲波轉(zhuǎn)換模塊和 CX20216A芯片的控制。 5． 1 芯片 的功能及其測距原理 AT89C51 的功能特點 AT89C51 單片機主要由中央處理器 、 存儲器 、 輸入輸出接口等組成。中央處理器是單片機的核心部分，它的主要作用是完成運算和控制功能。程序存儲器具有存儲功能，使應(yīng)用程序在開發(fā)調(diào)試后永久性的存儲在程序存儲器中。 AT89C51 控制 著 超聲波的發(fā)送和接收 ,串行 口 發(fā)送數(shù)據(jù) ,及溫度采樣頻率 ,并 內(nèi)部計算 轉(zhuǎn) 變 成溫度數(shù)據(jù) ，使在 不同溫度下 的 誤差 最小。 LED 顯示 是 共陽極接法 的 動 態(tài)循環(huán)顯示 .利用 DS18B20 取得外界溫度 后 ,利于 單片機 校正不同溫度下測距的回波數(shù)值 .接收電路接收 超聲波遇到 物體 后 反射 回來的 回波信號 。 該芯片包括了 限幅放大 、 前置放大 、 整形 和 輸出數(shù)據(jù)信號 ，這樣方 便 了 檢測判斷回波的數(shù)據(jù) 是否 正確 , 并 且能夠通過 計算 得 出距離值 . 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 19 頁 共 41 頁 AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除存儲器（ FPEROM— Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓， 8 位高性能的 CMOS 微處理器， 叫做 單片機。該 單片機 采用 的 制造技術(shù) 是 ATMEL 高密度非易失存儲器制造 成的 ， 它能夠與達到 工業(yè)標準的 輸出管腳 和 MCS51指令集 相兼容。由于 它 將 8位 多功能 CPU 處理器 和閃爍存儲器組合在單個芯片中 ,AT89C51 是一種高效微控制器外形及引腳排列如 圖 51所示 。 圖 51 AT89C51控制器 AT89C51 有兩種可用軟件來選擇的省電方式 ： 空閑工作方式和掉電工作方式。 當(dāng)處于 空閑方式 時 CPU 處于睡眠狀態(tài)，但片內(nèi)的其他部件仍然 繼續(xù) 工作，而且片內(nèi) RAM 的內(nèi)容和所有專用寄存器的內(nèi)容在空閑方式期間都被保留起來。 當(dāng)處于 掉電方式 時 保存 了RAM 的內(nèi)容，振蕩器 停止震蕩 ，禁止芯片其 它 功能直到下一次硬件復(fù)位 才能使用 。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 20 頁 共 41 頁 AT89C51 為許多 器材的制造 提供了 十分 靈活和低成本的解決辦法。充分 的 利用 了單片機 的片內(nèi)資源， 使我們可以 在較少 使用 外圍電路的情況下 完成 超聲波測距。 CX20216 功能特點 CX20216對收到的信號 有放大和 濾波的作用。 如圖 52所示， CX20216芯片的接口圖。CX20216有 8個引腳， 管腳 1是超聲波信號輸入端；管腳 2的電阻和電容決定接收換能器的總增益，通過增大或者減小電阻電容，確定放大倍數(shù) ，改變放大器的頻率 。管腳 3與 GND之間連接的電容起到檢波作用；管腳 5上的連接一個 電阻 ，這個電阻用來設(shè)置濾波器的中心頻率；管腳 6與 GND之間接入一個電容，該電容確定探測距離；管腳 7是集電極開路輸出端：管腳 8接電源正極。 圖 52 CX20216 芯片 接口圖 單片機實現(xiàn)測距的原理 如圖 53所示為 超聲波的傳播圖 ，利用聲波發(fā)出到 接收 的時間來測量 兩者間 距離 的。 圖 53 超聲波傳播圖 因為在中無介質(zhì)， 我們可認為 超聲波 空氣中的聲速為常數(shù)，測量 出聲 波 傳播時間 T ，利用公式 51即可算出與障礙物之間的距離。 IN GND 3 2 5 6 OUT VDD CX20216A 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 21 頁 共 41 頁 2TCS ?? (51) 其中， S 為 汽車與障礙物 距離、 V 為 超聲波在 空氣中 傳播 聲速、 T 為 超聲波從發(fā)射到接收到反射聲波所用的 時間 。 系統(tǒng)的特點 基于超聲波技術(shù)的汽車防撞系統(tǒng)的設(shè)計，由于使用單片機作為控制元件控制整個系統(tǒng)電路，致使系統(tǒng)操作方便 、 可靠性高 、 結(jié)構(gòu)簡單并且能夠自動控制該系統(tǒng)的的運行，能夠自己檢測障礙物。對于當(dāng)今社會汽車擁擠的這一現(xiàn)狀，此項研究對于防止交通事故的發(fā)生具有預(yù)防作用。 總體說來，本次設(shè)計能夠?qū)崿F(xiàn)測距的功能， 報警距離可以人工智能控制，能夠產(chǎn)生方向性好，抗干擾能力強，穿透能力 強 的聲波信號，能夠在事故發(fā)生前提示報警。 5． 2 硬件電路設(shè)計 和 PCB板的制作 Proteus軟件 是英國 Labcenter開發(fā) 出版的 一款 電路分析與實物仿真 的 軟件 。 它 能夠分析、仿真各種 芯片 和電路 。 它 實現(xiàn)了 SPICE電路仿真和單片機仿真相結(jié)合。具有數(shù)字電路仿真、模擬電路仿真、外圍電路仿真、 I2C調(diào)試器、 RS232動態(tài)仿真、 SPI調(diào)試器和數(shù)碼管 仿真的功能 。并且它可以進行 單片機的仿真。 它支持大多數(shù)單片機的仿真，例如PIC18系列、 8051系列、 AVR系列、 PIC12系列等 以及各種外圍芯片 的仿真 。 與其它仿真軟件相比 它不僅具有 大眾的電路 仿真功能， Proteus還能夠進行 軟件調(diào)試。 它 有單步、設(shè)置斷點、全速等功能， 他可以 同時觀察各個 器件 的狀態(tài) 。 同時 他還 支持 別的 軟件編譯 。并且它的 原理圖繪制功能 也是非常 強大 大 。 并且 還能仿真單片機及