【文章內容簡介】 感器是比較理想的選擇，但是它的價格卻比較高，而且安全度不夠高。因此在一般測距中不具有普遍適用性，而超聲波測距具有較強的抗干擾能力和 較短的響應時間，在精度和方向性上都優(yōu)于紅外測距，因此本方案的距離測量部件選用超聲波測距模塊。 系統總體設計方案 根據方案的論證與選擇，本設計以單片機 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。 系統總體設計方框圖如圖 21 所示。 揚州工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 5 控 制 器M C U超 聲 波 驅 動 模塊 / 電 聲 換 能超 聲 波 接 收 模塊 / 聲 電 換 能信 號 調 理信 號 調 理障 礙 物距 離顯 示 模 塊聲 音提 示 模 塊時 鐘 電 路復 位 電 路電 源 模 塊 圖 21 系統總體設計方框圖 其中，超聲波發(fā)射模塊選用軟件發(fā)生超聲波法，利用軟件產生 40kHz 的超聲波信號，通過輸出引腳輸入至驅動器，經驅動器驅動后推動探頭產 生超聲波。超聲波接收模塊包括超聲波接收探頭、信號放大電路及波形變換電路三部分。探頭變換后的正弦波電信號經放大電路放大并進行波形變換 。 聲音提示模塊采用蜂鳴器報警電路，倒車時，車尾與障礙物之間距離小于所設定的安全值時，發(fā)出蜂鳴聲提醒駕駛員。鑒于 LED 數碼管顯示簡潔、價格便宜等特點，距離顯示模塊采用4位 LED 數碼管動態(tài)顯示。 揚州工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 6 第三章 系統 硬件電路 設計 根據系統總體設計方案，系統以單片機 AT89C51 為控制器，時鐘電路、手動復位電路、電源和控制器一起構成主控電路。利用單片機的定時器產生超聲波的周期方波信號，經單片機 口輸出，通過信號調理和換能電路后發(fā)出超聲波。利用單片機中斷口 接收回波信號，計算時間差并換算距離信息。距離顯示電路采用 4位 LED 數碼管顯示，單片機的 P2口的高四位提供數碼管的位選信號，P0口作為數碼管的段碼；聲音提示電路采用蜂鳴器報警，由單片機的 驅動蜂鳴器報警電路發(fā)出提示聲音。 系統主控電路設計 該系統以 AT89C51 為核心，配置時鐘電路、復位電路以及電源電路，構成系統主控電路。具體主控電路如圖 31所示。 圖 31 系統主控電路圖 單片機 AT89C51 簡介 AT89C51是一種低功耗、高性能 CMOS8位微控制器，具有 8K在系統可編程 Flash 存儲器。 AT89C51具有以下標準功能： 8k字節(jié) Flash， 256字節(jié) RAM， 32 位 I/O口線，看門狗定時器， 2 個數據指針，三個 16位定時器 /計數器，一個 6向量 2級中斷結構，全雙工串行口，片內晶振及時鐘電路?？臻e模式下， CPU停止工作，允許 RAM、揚州工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 7 定時器 /計數器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下， RAM內容被保存，振蕩器被凍結，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。而且，它還具有一個看 門狗（ WDT）定時 /計數器，如果程序沒有正常工作，就會強制整個系統復位，還可以在程序陷入死循環(huán)的時候，讓單片機復位而不用整個系統斷電，從而保護外圍硬件電路。 AT89C51有 40個引腳， 32個外部雙向輸入 /輸出（ I/O）端口，同時內含 2個外中斷口， 2個 16位可編程定時計數器， 2個全雙工串行通信口，片上 Flash允許程序存儲器在系統可編程，亦適于常規(guī)編程器。其將通用的微處理器和 Flash存儲器結合在一起，特別是可反復擦寫的 Flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本。其芯片引腳示意圖如圖 32所示。 圖 32 AT89C51引腳示意圖 主要引腳功能介紹如下： P0口 ： P0口為一個 8位漏級開路雙向 I/O口，每腳可吸收 8TTL門流。當 P1口的管腳第一次寫 1時，被定義為高阻輸入。 P0能夠用于外部程序數據存儲器，它可以被定義為數據 /地址的第八位。在 FIASH編程時， P0 口作為原碼輸入口，當 FIASH進行校驗時， P0輸出原碼，此時 P0外部必須被拉高。 P1口： P1口是一個內部提供上拉電阻的 8位雙向 I/O口， P1口緩沖器能接收輸揚州工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 8 出 4TTL門電流。 P1口管腳寫入 1后，被內部上拉為高，可用作輸入， P1口被外部下拉為低電平時，將輸 出電流，這是由于內部上拉的緣故。在 FLASH編程和校驗時， P1口作為第八位地址接收。 P2口： P2口為一個內部上拉電阻的 8位雙向 I/O口， P2口緩沖器可接收，輸出4個 TTL門電流，當 P2口被寫“ 1”時，其管腳被內部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時， P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內部上拉的緣故。 P2口當用于外部程序存儲器或 16位地址外部數據存儲器進行存取時， P2口輸出地址的高八位。在給出地址“ 1”時，它利用內部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數據存儲器進行讀寫時， P2口輸出其特殊功能寄存器 的內容。 P2口在 FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 P3口： P3口管腳是 8個帶內部上拉電阻的雙向 I/O口，可接收輸出 4個 TTL門電流。當 P3口寫入“ 1”后，它們被內部上拉為高電平，并用作輸入。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。 P3口也可作為 AT89C51的一些特殊功能口，具體功能如表 31所示。 表 31 P3口引腳功能表 P3口引腳 第二功能 RXD（串行口輸入） TXD（串行口輸出） INT0（外部中斷 0輸入） INT1（外部中斷 1輸入） T0（定時器 0外部脈沖輸入） T1（定時器 1外部脈沖輸入） WR（外部數據存儲器寫脈沖輸出） RD（外部數據存儲器讀脈沖輸出） P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。 RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持 RST腳兩個機器周期的高電平時間。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 揚州工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 9 時鐘電路 單片機的時鐘信號通常用兩種電路形式得到 ：內部振蕩方式和外部振蕩方式。 本系統采用內 部振蕩 方式， 在 AT89C51 引腳 XTAL1 和 XTAL2 外接晶體振蕩器(簡稱晶振 )或陶瓷諧振器，就構成了內部振蕩方式。由于單片機內部有一個高增益反相放大器，當外接晶振后，就構成了自激振蕩器并產生振蕩時鐘脈沖。 具體系統時鐘電路如圖 33 所示。 圖 33 時鐘電路 復位電路 復位電路有上電復位和手動復位兩種。本系統采用手動復位方式，具體電路如圖 34 所示。系統上電時， RC 電路開始充電，因為電容電壓不能突變，使 RST端的電位接近 Vcc，以后 RST 端的電位 將隨電容充電而逐漸下降。只要 RST 端出現的正脈沖時間保持在 10ms 以上，就能使單片機有效地復位。工作過程中，需要手動復位時，按下按鈕時，電容瞬間完成放電， Vcc的 +5V 電平就會直接加到RST 端，完成系統復位。 圖 34 復位電路圖 揚州工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 10 超聲波發(fā)射與接收電路的設計 超聲波發(fā)射電路的設計 超聲波發(fā)射電路主要由 74LS04 和超聲波換能器構成，單片機 端口輸出40KHz 方波信號一路經一級反向器后送到超聲波換能器的第一個電極，另一路經兩級反向器后送到超聲波換能器的另一個電極，用這種推挽形式 將方波信號加到超聲波換能器兩端可以提高發(fā)射強度。具體電路圖如圖 35 所示。 1 2U 4 A7 4 L S 0 4+5V C C3 4U 4 B7 4 L S 0 45 6U 4 C7 4 L S 0 411 10U 4 E7 4 L S 0 49 8U 4 D7 4 L S 0 41KR 1 01KR 1 1T C T 4 0 1 0 F 1S P E A K E RP 1 .0 圖 35 超聲波發(fā)射電路 超聲波接收電路的設計 超聲波接收電路主要由 CX20216A 和超聲波換能器構成， CX20216A 是一款紅外的專用芯片，考慮到紅外遙控常用的載波頻 38K與測距的超聲波頻率 40KHz較為接近，故利用它制作超聲波檢測接收電路，具體電路圖如圖 36 所示。 22 0KR 1210 KR 1310R 14C733 0P FC40. 05 6 uFRT C T 40 10 S 1V C C2 3 4 6178 5U5C X 2 01 6 0AP + C 63. 3u F+ C 51u F 圖 36 超聲波接收電路 揚州工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 11 測距顯示電路的設計 LED 數碼管簡介 LED 數碼顯示管有兩種，一種是共陽極數碼管 ，其內部是由八個陽極相連接的二極管組成；另一種是共陰極數碼管，其內部是由八個陽極相連接的二極管組成。共陰極 LED 數碼顯示塊的發(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 數碼顯示器， 8 個數碼管的另一端通常稱為段選段，當顯示器的公共端接低電平，某個發(fā)光二極管的陽極接高電平時，該發(fā)光二極管被點亮；共陽極 LED 數碼顯示塊的發(fā)光二極管陽極連接在一起，形成該模塊的公共端，因此稱為共陽極 LED 數碼顯示器， 8 個數碼管的另一端通常稱為段選段，當顯示器的公共端接高電平，某個發(fā)光二極管的陽 極接低電平時，該發(fā)光二極管被點亮。二者原理不同但功能相同。 LED 數碼管外形結構圖如圖 37 所示。 圖 37 LED外形結構圖 LED 數碼管顯示電路的設計 LED 數碼管顯示方式有靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種。其中，靜態(tài)顯示就是顯示驅動電路具有鎖存功能，單片機將所要顯示的數據送出后就不再控制 LED，直到下次顯示時再傳送一次新的顯示數據。靜態(tài)顯示的數據穩(wěn)定，占用的 CPU 時間少。靜態(tài)顯示中，每一個顯示器都要占用單獨的具有鎖存功能的 I/O接口，該接口用于筆劃段字型代 碼。這樣單片機只要把顯示的字形代碼發(fā)送到接口電路，該字段就可以顯示 發(fā)送的字形。要顯示新的數據時，單片機再發(fā)送新的數據。 另一種方法就是動態(tài)掃描顯示。由于單片機本身具有較強的邏輯控制能力，所以采用動態(tài)掃描軟件譯碼并不復雜。而且軟件譯碼其譯碼邏輯可隨意編程設定，不受硬件譯碼邏輯限制。采用動態(tài)掃描軟件譯碼的方式能大大簡化硬件電路結構，降低系統成本。它用分時的方法輪流控制各個顯示器的公共端，使各個顯揚州工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 12 示器輪流點亮。在輪流點亮掃描過程中，每位顯示器的點亮時間極為短暫，但由于人的視覺暫留現象及二極管的余輝效應，給人的印象 就是一組穩(wěn)定的顯示數據。 本系統顯示電路采用 4 位共陽極 LED 數碼管動態(tài)顯示方式，位碼用 PNP 三極管驅動，具體電路圖如圖 38 所示。 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 測距顯示電路圖 報警電路的設計 在單片機應用系統中，最常見的發(fā)聲器件就是蜂鳴器。蜂鳴器一般用于一些要求不高的