【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 中斷系統(tǒng)、定時(shí)/計(jì)數(shù)器等集中在一塊芯CPU（進(jìn)行運(yùn)算、控制）、RAM（數(shù)據(jù)存儲(chǔ)）、ROM（程序存儲(chǔ)）、輸入/輸出設(shè)備（例如：串行口、并行輸出口等）制功能，所以又稱為微控制器MCU（Microcontroller Unit）。相對(duì)于普通微機(jī)，單片機(jī)的體積要小得多，一般嵌入到其他儀器設(shè)備里，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)與控制，因此也稱為嵌入式微控制器EMCU（Embedded Microcontroller Unit)。本設(shè)計(jì)的MCU采用的是DIP（Dual Inline Package塑料雙列直插式）封裝的AT89C51高性能8位單片機(jī)。AT89C51是一個(gè)低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k bytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲(chǔ)器和128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元，內(nèi)置功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的AT89C51提供了高性價(jià)比的解決方案。AT89C51是一個(gè)低功耗高性能單片機(jī)，40個(gè)引腳，32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時(shí)內(nèi)含2個(gè)外中斷口，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，AT89C51可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和Flash存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的Flash存儲(chǔ)器可有效地降低開發(fā)成本。圖41 AT89S51的引腳圖AT89C51的引腳功能有： 1) 主電源引腳VSS——第20腳，電路接地電平。VCC——第40腳，正常運(yùn)行和編程校驗(yàn)+5V電源。2) 時(shí)鐘源XTAL1——第19腳，一般外接晶振的一個(gè)引腳，它是片內(nèi)反相放大器的輸入端口。當(dāng)直接采用外部信號(hào)時(shí)，此引腳應(yīng)接地。XTAL1——第18腳，接外部晶振的另一個(gè)引腳，它是片內(nèi)反相放大器的輸出端口。當(dāng)采用外部振蕩信號(hào)源泉時(shí)，此引腳為外部振蕩信號(hào)的輸入端口，與信號(hào)源相連接。3) 控制、選通或復(fù)用RST/VPD——第9腳，RESET復(fù)位信號(hào)輸入端口。當(dāng)單片機(jī)正常工作時(shí)，由該引腳輸入脈寬為2個(gè)以上機(jī)器周期的高電平復(fù)位信號(hào)到單片機(jī)。在VCC掉電期間，此引腳(即VPD)可接通備用電源，以保持片內(nèi)RAM信息不受破壞?！?0腳，輸出允許地址鎖存信號(hào)。當(dāng)單片機(jī)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，ALE信號(hào)的負(fù)跳變將P0口上的低8位地址送入鎖存器。在非訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器期間，ALE仍以1/6振蕩頻率固定不變地輸出，因此它可對(duì)個(gè)輸出或用于定時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。為第二功能，當(dāng)對(duì)片內(nèi)程序存儲(chǔ)器編程寫入時(shí)，此引腳作為編程脈沖輸入端?！?9腳，訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器選能信，低電平有效。當(dāng)AT89C51由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次有效，即輸出兩個(gè)脈沖。在此期間，當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，這兩次有效的 信號(hào)不出現(xiàn)。：外部訪問(wèn)允許。欲使CPU公訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器（地址0000HFFFFH），端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位LBI被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存端狀態(tài)。Flash存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上+12V的編程允許電源VPP，當(dāng)然這必須是該器件是使用12V編程電壓VPP。4) 多功能I/O端口P0口——第32~39腳，8位漏極開路雙向I/O端口。作為輸出口用時(shí)，每位能吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯門電路，對(duì)端口寫“1”可作為高阻抗輸入端用。在訪問(wèn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問(wèn)期間激活內(nèi)部上拉電阻。P1口——第1~8腳，具有內(nèi)部上拉電路的8位準(zhǔn)雙向I/O端口。在對(duì)片內(nèi)程序存儲(chǔ)器（EPROM型）進(jìn)行程序編程和校驗(yàn)時(shí)，用做低8位地址總線。P2口——第21~28腳，具有內(nèi)部上拉電路的8位準(zhǔn)雙向I/O端口。當(dāng)單片機(jī)訪問(wèn)存儲(chǔ)器時(shí)，用做高8位地址總線；在對(duì)片內(nèi)程序存儲(chǔ)器（EPROM型）進(jìn)行程序編程和校驗(yàn)時(shí)，亦用做高8位地址總線。P3口——第10~17腳，具有內(nèi)部上拉電路的8位準(zhǔn)雙向I/O端口。它還提供特殊的第二變異功能。它的每一位均可獨(dú)立定義為第一功能的I/O口或第二變異功能。： P3口的第二變異功能端口引腳第二功能RXD （串行輸入口）TXD （串行輸出口） （外中斷0） （外中斷1）T0 （定時(shí)/計(jì)數(shù)器0）T1 （定時(shí)/計(jì)數(shù)器1） （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） HRSR04超聲波集成模塊1 產(chǎn)品特點(diǎn)： HCSR04 超聲波測(cè)距模塊可提供 2cm400cm 的非接觸式距離感測(cè)功能， 測(cè)距精度可達(dá)高到 3mm；模塊包括超聲波發(fā)射器、接收器與控制電路。 基本工作原理：(1)采用 IO 口 TRIG 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 口 ECHO 輸出一個(gè)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。測(cè)試距離=(高電平時(shí)間*聲速(340M/S))/2。2 實(shí)物圖： 圖42 HRSR04超聲波集成模塊實(shí)物圖如右圖接線，VCC 供5V 電源，GND 為地 線，TRIG 觸發(fā)控制 信號(hào)輸入，ECHO 回 響 信 號(hào) 輸 出 等 四 支 線。3 電氣參數(shù)：電氣參數(shù)HCSR04 超聲波模塊工作電壓DC 5 V工作電流15mA工作頻率40Hz最遠(yuǎn)射程4m最近射程2cm測(cè)量角度15 度輸入觸發(fā)信號(hào)10uS 的 TTL 脈沖輸出回響信號(hào)輸出 TTL 電平信號(hào)，與射程成比例規(guī)格尺寸45*20*15mm4 超聲波時(shí)序圖： 圖43 超聲波時(shí)序圖 超聲波時(shí)序圖 以上時(shí)序圖表明你只需要提供一個(gè) 10uS 以上脈沖觸發(fā)信號(hào)，該模塊內(nèi)部將發(fā)出 8 個(gè) 40kHz 周期電平并檢測(cè)回波。一旦檢測(cè)到有回波信號(hào)則輸出回響信號(hào)，回響信號(hào)的脈沖寬度與所測(cè)的距離成正比。由此通過(guò)發(fā)射信號(hào)到收到的回響信號(hào)時(shí)間間隔可以計(jì)算得到距離。公式：uS/58=厘米或者 uS/148=英寸；或是：距離=高電平時(shí)間*聲速（340M/S）/2；建議測(cè)量周期為 60ms 以上，以防止發(fā)射信號(hào)對(duì)回響信號(hào)的影響。5 實(shí)物規(guī)格:圖44 實(shí)物規(guī)格第五章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) HCSR04發(fā)射與接收電路采用 IO 口 TRIG 觸發(fā)測(cè)距，給至少 10us 的高電平信號(hào)。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； 有信號(hào)返回，通過(guò) IO 口 ECHO 輸出一個(gè)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。 圖51 HCSR04發(fā)射與接收電路 顯示電路 顯示電路如圖，四位LED組成動(dòng)態(tài)掃描電路，由AT89C51的P1口輸出。動(dòng)態(tài)掃描時(shí)，由P2口控制LED的當(dāng)前顯示位。當(dāng)距離測(cè)量結(jié)束并調(diào)用顯示程序，就會(huì)顯示距離大小，顯示兩位小數(shù)。 圖52 顯示電路 復(fù)位電路單片機(jī)在RESET端加一個(gè)大于20ms正脈沖即可實(shí)現(xiàn)復(fù)位，上電復(fù)位和按鈕組合的復(fù)位電路如下：圖53復(fù)位電路在系統(tǒng)上電的瞬間，RST與電源電壓同電位，隨著電容的電壓逐漸上升，RST電位下降，于是在RST形成一個(gè)正脈沖。只要該脈沖足夠?qū)捑涂梢詫?shí)現(xiàn)復(fù)位，即ms。一般取R1，C22uF。 當(dāng)人按下按鈕S1時(shí)，使電容C1通過(guò)R1迅速放電，待S1彈起后，C再次充電，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)復(fù)位。R1一般取200。 時(shí)鐘電路當(dāng)使用單片機(jī)的內(nèi)部時(shí)鐘電路時(shí)，單片機(jī)的XATL1和XATL2用來(lái)接石英晶體和微調(diào)電容，如圖所示，晶體一般可以選擇3M~24M，電容選擇30pF左右。我們選擇晶振為12MHz,電容33pF。 圖54 時(shí)鐘電路第六章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用的是模塊化的思路來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)和編寫程序，程序主要由系統(tǒng)主程序和中斷程序構(gòu)成。主程序完成單片機(jī)的初始化，超聲波的發(fā)射和接收、計(jì)算超聲波發(fā)射點(diǎn)與障礙物之間的距離、數(shù)碼管顯示。系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)的主要的功能是發(fā)射超聲波、接收超聲波、計(jì)