【文章內(nèi)容簡介】 內(nèi)部 Flash 變大： AT89C51 有 4 kB 的內(nèi)部 Flash PERAM，而AT89C52 的內(nèi)部 Flash PERAM 增加 1 倍，達(dá)到 8kB。 第三是 中斷源增加：在 AT89C52申 /計(jì)數(shù)器 2的外部計(jì)數(shù)輸入（ ）和（ ），也就是說， 同時(shí)可作為定時(shí)器針數(shù)器 T2 的外部計(jì)數(shù)輸入和輸出占空比 50%的時(shí)鐘脈沖端口， 同時(shí)可作為定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T2 捕獲厘新裝載觸發(fā)和方向 控制 端口。故AT89C52 除了具備 AT89C51 的定時(shí)器 /汁數(shù)器 T 和定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 Tl，還額外增加了一個(gè)定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 12。而定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T2 的控制和狀態(tài)位單獨(dú)位于， I2CON、 T2MOD，江蘇技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 11 頁 共 44 頁 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 12 在 16 位捕獲方式或自動重新裝載方式下的捕獲 /重載寄存器組是（ TCA02H、 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)前制式的檢測及會聚調(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。 INT0: 產(chǎn)生中斷請求，接前方測距電路。 江蘇技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 12 頁 共 44 頁 INT1: 產(chǎn)生中斷請求，接前方測距電路。 : 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的輸入。 RST： AT89C52 的復(fù)位信號輸入引腳，高電位工作，當(dāng)要對芯片又時(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，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤消江蘇技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 13 頁 共 44 頁 復(fù)位信號。為可靠起見，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時(shí)才撤銷復(fù)位信號，以防電源開關(guān)或電源插頭分 合過程中引起的抖動而影響復(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 單元開始執(zhí)行程序，除了系統(tǒng)的正常開機(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，開機(jī)時(shí)電容器是空的，上電后就對電容充電，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)場干擾大、電壓波動大的工作環(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，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。 江蘇技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 14 頁 共 44 頁 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，測度距離精確。能和國外的 SRF0 SRF02 等超聲波測距模塊相媲美。模塊精度高，盲區(qū)達(dá)到（ 2cm） ,有穩(wěn)定的測距功能。本模塊可提供全套測距程序： 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 江蘇技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 15 頁 共 44 頁 HCSR04 工作原理 （ 1）采用 IO 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(gè) 40khz 的方波，自動檢測是否有信號返回； （ 3）有信號返回，通過 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。最簡單的顯示器可以使 LED 發(fā)光二極管，給出一個(gè)簡單的開關(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顯示字母、數(shù)字、符號 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 用來顯示測試的距離， 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。 江蘇技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 16 頁 共 44 頁 圖 24顯示電路 圖 25 系統(tǒng)報(bào)警電路 江蘇技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 17 頁 共 44 頁 L298N 驅(qū)動電路 L298N 為 SGSTHOMSON Microelectronics 所出產(chǎn)的雙全橋步進(jìn)電機(jī)專用驅(qū)動芯片，內(nèi)部包含 4 信道邏輯驅(qū)動電路，是一種二相和四相步進(jìn)電機(jī)的專用驅(qū)動器，可同時(shí)驅(qū)動 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)動器，接收標(biāo) TTL 邏輯準(zhǔn)位信號，可驅(qū)動 46V、 2A 以下的步 進(jìn)電機(jī)，且可以直接透過電源來調(diào)節(jié)輸出電壓；此芯片可直接由單片機(jī)的 IO 端口來提供模擬時(shí)序信號。本設(shè)計(jì)是用 L298 芯片來驅(qū)動小車。 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。 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。 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)動電路圖如圖 27 所示。 圖 27驅(qū)動電路圖 江蘇技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 18 頁 共 44 頁 系統(tǒng)原理 系統(tǒng)原理圖見附錄 1。 工作原理： 由單片機(jī) AT89C52 編程產(chǎn)生方波信號，經(jīng)過 口連接到超聲波模塊發(fā)送超聲，再經(jīng)過放大電路，驅(qū)動超聲波發(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，經(jīng)過 口由超聲波接收頭接收信號。通過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。 江蘇技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 19 頁 共 44 頁 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、檢測電路、顯示電路、門限檢測的設(shè)計(jì)。在系統(tǒng)軟件中，要完成增益控制信號、門控信號、發(fā)射脈沖信號、峰值采集信號、遠(yuǎn)近控制信號的時(shí)序及輸出。 （ 2）數(shù)據(jù)存儲。為了得到發(fā)射信號與接收回波間的時(shí)間差，要讀出此刻計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值 ， 然后存儲在 RAM 中，而且每次發(fā)射周期的開始，需要對計(jì)數(shù)器清零，以備后續(xù)處理。 （ 3） 信號處理。 RAM 中存儲的計(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)射信號到接收之間經(jīng)歷的時(shí)間， Tr 為方波信號作為計(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)都是在其中完成江蘇技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 20 頁 共 44 頁 的，程序首先完成初始化過程，然后是一個(gè)重復(fù)的控制發(fā)射信號的過程，即調(diào)用發(fā)射子程序幾遍，而且每次發(fā)射周期結(jié)束都會判斷在發(fā)射信號后延時(shí)等待的過程中 是否發(fā)生了中斷，即是否有回波產(chǎn)生來判斷程序得流程，有回波的話，再經(jīng)過測距的子程序流來計(jì)算距離，判斷所測距離是否在安全范圍內(nèi)，以驅(qū)動顯示和報(bào)警電路。主程序流程圖如圖31 所示。 開 始各 寄 存 器 初 始 化按 鍵 設(shè) 置 報(bào) 警 值超 聲 波 測 距測 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 車行駛并開始測距判斷，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)生前先對定時(shí) /計(jì)數(shù)器 T0