【文章內容簡介】 330R34330SEL1SEL2SEL3SEL4VCC VCC VCC VCCCOM1COM2COM3COM4a1b2c3d4e5COM210COM19h8f6g7COM311COM412ab cdefgh數(shù)碼管COM1COM2COM3COM4P101P112P123P134P145P156P167P178RST9P30/RxD10P31/TxD11P32/INT012P33/INT113P34/T014P35/T115P36/WR16P37/RD17XTAL218XTAL119P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE30EA31P0732P0633P0534P0435P0336P0237P0138P0039VCC40GND20STC89C52 福建電力職業(yè)技術學院 畢業(yè)論文 6 圖 數(shù)碼管與單片機的接口電路 HCSR04超聲波測距模塊硬件設計 HCSR04 簡介 HCSR04 超聲波模塊性能穩(wěn)定、測度距離精確、模塊高精度、盲區(qū)小。此模塊應用于物體測距、液位檢測、公共安防和停車場 檢測。 基本工作原理： (1)采用 IO 口 TRIG 觸發(fā)測距，給至少 10us 的高電平信號 。 (2)模塊自動發(fā)送 8 個40khz 的方波，自動檢測是否有信號返回 。(3)有信號返回，通過 IO 口 ECHO 輸出一個高電平，高電平持續(xù)的時間就是超聲波從發(fā)射到返回的時間。測試距離 =(高電平時間*聲速 (340M/S))/2。 該超聲波模塊包含了超聲波發(fā)射電路和超聲波接收電路。圖 為 HCSR04 超聲波模塊。 H CV C CG N DT R I GE D G BP 1 0P 1 1 圖 HCSR04 超聲波模塊 超聲波 發(fā)射電路 超聲波發(fā)射電路的前置電路是由一個 555 無穩(wěn)態(tài)電路組成的多諧振蕩器，它是一種是間接反饋型，振蕩電阻是連在電源 VCC 上的 555 電路，它是用來產(chǎn)生方波信號的。超聲波發(fā)射電路的后半部分主要由非門組成的電路，其中作用是：兩組非門是倒相的，使負載上可以得到兩種方向的電流，峰峰值為電源的兩倍。非門并聯(lián)是為了提高輸出電流驅動能力，也就是提高輸出功率。 下圖 為超聲波發(fā)射電路原理圖 P W M 1 235 681 01 21 31 149U 1 A4 0 6 9U 1 C4 0 6 9U 1 D4 0 6 9U 1 E4 0 6 9U 1 F4 0 6 9U 1 B4 0 6 9L S 1U C M 4 0C 21 0 421 圖 超聲波發(fā)射電路原理圖 福建電力職業(yè)技術學院 畢業(yè)論文 7 發(fā)射電路的輸入端接單片機任意端的輸出端口， 單片機執(zhí)行相應的程序后，在該輸出端口輸出一個 40kHz 的脈沖信號，經(jīng)過三極管 T 放大，由驅動超聲波發(fā)射頭發(fā)出長約 6mm、頻率為 40kHz 的脈沖超聲波，且持續(xù)發(fā)射，遇到物體后反射至接收電路。 超聲波接收電路 超聲波接收電路由超聲波傳感器、兩級放大電路和鎖相環(huán)電路組成。 發(fā)射頭發(fā)射出去的超聲波經(jīng)障礙物反射后，反射到接收頭， 由于 超聲波傳感器接收到的反射波信號非常微弱， 所以需要兩級放大電路 對傳感器接收到的信號進行放大。鎖相環(huán)電路接收到頻率符合要求的信號后向單片機發(fā)出 低電平中斷請求信號，單片機檢測到低電平后停止 定時器的工作 。發(fā)送的超聲波頻率為 40kHz，調整相關元件使鎖相環(huán)的中心頻率為 40kHz，只響應該頻率的信號，避免了其他頻率信號的干擾。 下圖 為超聲波接收電路原理圖。 O f i lL f i lI NV +O U TG N DC tR t1234 5678R 1R 2R 4R 3U 0R 5R P 1C 31 0 4C 61 0 4C 51 0 4U 1 D4 0 6 9U 1 E4 0 6 9C 41 0 4V C C 圖 超聲波接收 電路原理圖 當超聲波傳感器接收到超聲波信號后，送入兩級放大器放大，放大后的信號進入鎖相環(huán)檢波，如果頻率為 40kHz，則從 8 腳發(fā)出低電平中斷請求信號送單片機 端，單片機檢測到低電平后停止定時器的工作。 第三章 軟件設計 數(shù)碼管軟件設計 數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅動電路來驅動數(shù)碼管的各個段碼，從而顯示出我們要的數(shù)字，因此根據(jù)數(shù)碼管的驅動方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動態(tài)式兩類。 靜態(tài)顯示驅動 靜態(tài)驅動也稱直流驅動。靜態(tài)驅動是指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個單片機的 I/O 端口進行驅動，或者使用如 BCD 碼 二 — 十進制譯碼器譯碼進行驅動。靜態(tài)驅動的優(yōu)點是編程簡單，顯示亮度高，缺點是占用 I/O 端口多，如驅動 5 個數(shù)碼管靜態(tài)福建電力職業(yè)技術學院 畢業(yè)論文 8 顯示則需要 5 8=40 根 I/O 端口來驅動，要知道 ATC89S52 單片機可用的 I/O 端口才32 個，實際應用時必須增加譯碼驅動器進行驅動 ，增加了硬件電路的復雜性。 動態(tài)顯示驅動 數(shù)碼管動態(tài)顯示接口是單片機中應用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅動是將所有數(shù)碼管的 8 個顯示筆劃 a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極 COM 增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的 I/O 線控制，當單片機輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機對位選通 COM 端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。通過分時輪流控制各個數(shù) 碼管的的 COM 端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅動。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點亮時間為 1～ 2ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應，盡管實際上各位數(shù)碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的 I/O 端口，而且功耗更低。圖 為中斷流程圖。 中 斷 開 始S t a t e = 0S t a t e + +第 一 個 數(shù) 碼 管 顯 示S t a t s = 1 ?S t a t s = 2 ?S t a t s = 3 ?S t a t s = 4 ?第 二 個 數(shù) 碼 管 顯 示第 三 個 數(shù) 碼 管 顯 示第 四 個 數(shù) 碼 管 顯 示S t a t e = 0中 斷 結 束YYYYNNNN福建電力職業(yè)技術學院 畢業(yè)論文 9 圖 中斷程序流程圖 本設計的數(shù)碼管顯示是先將系統(tǒng)獲得的位移值分解成 4 個數(shù)，然后通過定時 器的中斷（將程序中定時器的初始值設定為 2ms，而后進入中斷進行數(shù)碼管顯示） HCSR04 超聲波測距模塊軟件設計 根據(jù) HCSR04 超聲波測距模塊的工作原理畫出 HCSR04 超聲波測距模塊的時序圖 和 HCSR04 超聲波測距模塊流程圖 。 圖 為 HCSR04 超聲波測距模塊時序圖