【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 小，成本低，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，但利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的主控板受軟件布局、環(huán)境溫度、制板工藝等影響，穩(wěn)定性和抗干擾性相對(duì)較弱。對(duì)比這兩種核心控制元件，兩者各有優(yōu)缺點(diǎn)，根據(jù)本課題設(shè)計(jì)任務(wù)，汽車(chē)倒車(chē)報(bào)警裝置體積要小，這樣便于攜帶、安裝、不占用汽車(chē)空間，顯然由于PLC體積大的特點(diǎn)而不符合設(shè)計(jì)要求，因此本設(shè)計(jì)采用AT89C51單片機(jī)作為核心控制元件。 測(cè)距模塊（1）激光測(cè)距激光由于其本質(zhì)性的成因使得激光具有亮度高、單色性好、方向性好、傳光性好等特點(diǎn)，而激光測(cè)距則利用激光的方向性強(qiáng)和傳光性好的特點(diǎn)，用脈沖激光器向目標(biāo)發(fā)射一列很窄的光脈沖(脈沖寬度小于50ns)，光達(dá)到目標(biāo)表面后部分被反射，通過(guò)測(cè)量光脈沖從發(fā)射到返回接收機(jī)的時(shí)間，可算出測(cè)距地點(diǎn)與目標(biāo)之間的距離。 假設(shè)所測(cè)距離為h，光脈沖往返時(shí)間為t，光在空中的的傳播速度為c，則： h=ct/2，脈沖激光測(cè)距最大測(cè)距也能達(dá)到30000m以上，其測(cè)距精度一般為5米，.。由于激光對(duì)人體存在安全問(wèn)題，而且制作的難度大成本也比較高，主要在軍事上用于對(duì)各種非合作目標(biāo)的測(cè)距,。（2）紅外線(xiàn)測(cè)距紅外線(xiàn)測(cè)距原理是紅外光遇到障礙物會(huì)反射回來(lái)，而反射回來(lái)紅光的強(qiáng)弱由距離而定，距離越遠(yuǎn)，紅光強(qiáng)度越弱，根據(jù)這個(gè)特點(diǎn)能夠進(jìn)行障礙物距離遠(yuǎn)近的測(cè)量。其優(yōu)點(diǎn)是成本低廉，使用安全，制作簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)就是測(cè)量精度低，方向性也差，測(cè)量距離近。（3）超聲波測(cè)距超聲波是一種超出人類(lèi)聽(tīng)覺(jué)極限的聲波即其振動(dòng)頻率高于16kHz的機(jī)械波。超聲波測(cè)距就是將電壓和超聲波之間的互相轉(zhuǎn)換，發(fā)射超聲波的探頭將電壓轉(zhuǎn)化的超聲波發(fā)射出去，當(dāng)接收超聲波時(shí)，超聲波接收探頭將超聲波轉(zhuǎn)化的電壓回送到控制芯片。超聲波具有振動(dòng)頻率高、波長(zhǎng)短、繞射現(xiàn)象小而且方向性好還能夠?yàn)榉瓷渚€(xiàn)定向傳播等優(yōu)點(diǎn)，在中、長(zhǎng)距離測(cè)量時(shí)，超聲波測(cè)量的精度和方向性都要大大優(yōu)于紅外線(xiàn)測(cè)量。從安全性，成本、方向性等方面綜合考慮，超聲波傳感器更適合設(shè)計(jì)要求。根據(jù)對(duì)以上三種測(cè)距方法的比較，很明顯激光傳感器是比較理想的選擇，但是它的價(jià)格卻比較高，而且安全度不夠高。因此在一般測(cè)距中不具有普遍適用性，而超聲波測(cè)距具有較強(qiáng)的抗干擾能力和較短的響應(yīng)時(shí)間，在精度和方向性上都優(yōu)于紅外測(cè)距，因此本方案的距離測(cè)量部件選用超聲波測(cè)距模塊。 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 根據(jù)方案的論證與選擇，本設(shè)計(jì)以單片機(jī)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(tǒng)總體設(shè)計(jì)方框圖如圖21所示。圖21 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)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(chǎn)生40kHz的超聲波信號(hào)，通過(guò)輸出引腳輸入至驅(qū)動(dòng)器，經(jīng)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)后推動(dòng)探頭產(chǎn)生超聲波。超聲波接收模塊包括超聲波接收探頭、信號(hào)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(hào)經(jīng)放大電路放大并進(jìn)行波形變換。聲音提示模塊采用蜂鳴器報(bào)警電路，倒車(chē)時(shí)，車(chē)尾與障礙物之間距離小于所設(shè)定的安全值時(shí)，發(fā)出蜂鳴聲提醒駕駛員。鑒于LED數(shù)碼管顯示簡(jiǎn)潔、價(jià)格便宜等特點(diǎn)，距離顯示模塊采用4位LED數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示。第三章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)根據(jù)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案，系統(tǒng)以單片機(jī)AT89C51為控制器，時(shí)鐘電路、手動(dòng)復(fù)位電路、電源和控制器一起構(gòu)成主控電路。利用單片機(jī)的定時(shí)器產(chǎn)生超聲波的周期方波信號(hào)，通過(guò)信號(hào)調(diào)理和換能電路后發(fā)出超聲波。，計(jì)算時(shí)間差并換算距離信息。距離顯示電路采用4位LED數(shù)碼管顯示，單片機(jī)的P2口的高四位提供數(shù)碼管的位選信號(hào)，P0口作為數(shù)碼管的段碼；聲音提示電路采用蜂鳴器報(bào)警。 系統(tǒng)主控電路設(shè)計(jì)該系統(tǒng)以AT89C51為核心，配置時(shí)鐘電路、復(fù)位電路以及電源電路，構(gòu)成系統(tǒng)主控電路。具體主控電路如圖31所示。圖31系統(tǒng)主控電路圖AT89C51是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash 存儲(chǔ)器。AT89C51具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32 位I/O口線(xiàn)，看門(mén)狗定時(shí)器，2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。而且，它還具有一個(gè)看門(mén)狗（WDT）定時(shí)/計(jì)數(shù)器，如果程序沒(méi)有正常工作，就會(huì)強(qiáng)制整個(gè)系統(tǒng)復(fù)位，還可以在程序陷入死循環(huán)的時(shí)候，讓單片機(jī)復(fù)位而不用整個(gè)系統(tǒng)斷電，從而保護(hù)外圍硬件電路。AT89C51有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，片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)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(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫(xiě)的Flash存儲(chǔ)器可有效地降低開(kāi)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(gè)8位漏級(jí)開(kāi)路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門(mén)流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫(xiě)1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門(mén)電流。P1口管腳寫(xiě)入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。 P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)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(gè)TTL門(mén)電流，當(dāng)P2口被寫(xiě)“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門(mén)電流。當(dāng)P3口寫(xiě)入“1”后，它們被內(nèi)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(shí)器0外部脈沖輸入）T1（定時(shí)器1外部脈沖輸入）WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)脈沖輸出）RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀脈沖輸出）P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。 時(shí)鐘電路單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)通常用兩種電路形式得到：內(nèi)部振蕩方式和外部振蕩方式。本系統(tǒng)采用內(nèi)部振蕩方式，在AT89C51引腳XTAL1和XTAL2外接晶體振蕩器(簡(jiǎn)稱(chēng)晶振)或陶瓷諧振器，就構(gòu)成了內(nèi)部振蕩方式。由于單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，當(dāng)外接晶振后，就構(gòu)成了自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時(shí)鐘脈沖。具體系統(tǒng)時(shí)鐘電路如圖33所示。圖33 時(shí)鐘電路 復(fù)位電路復(fù)位電路有上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位兩種。本系統(tǒng)采用手動(dòng)復(fù)位方式，具體電路如圖34所示。系統(tǒng)上電時(shí)， RC電路開(kāi)始充電，因?yàn)殡娙蓦妷翰荒芡蛔?，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(xiàn)的正脈沖時(shí)間保持在10ms以上，就能使單片機(jī)有效地復(fù)位。工作過(guò)程中，需要手動(dòng)復(fù)位時(shí)，按下按鈕時(shí)，電容瞬間完成放電，Vcc的+5V電平就會(huì)直接加到RST端，完成系統(tǒng)復(fù)位。圖34 復(fù)位電路圖 超聲波發(fā)射與接收電路的設(shè)計(jì) 超聲波發(fā)射電路的設(shè)計(jì)超聲波發(fā)射電路主要由74LS04和超聲波換能器構(gòu)成，另一路經(jīng)兩級(jí)反向器后送到超聲波換能器的另一個(gè)電極，用這種推挽形式將方波信號(hào)加到超聲波換能器兩端可以提高發(fā)射強(qiáng)度。具體電路圖如圖35所示。圖35 超聲波發(fā)射電路 超聲波接收電路的設(shè)計(jì) 超聲波接收電路主要由CX20106A和超聲波換能器構(gòu)成，CX20106A是一款紅外的專(zhuān)用芯片，考慮到紅外遙控常用的載波頻38K與測(cè)距的超聲波頻率40KHz較為接近，故利用它制作超聲波檢測(cè)接收電路，具體電路圖如圖36所示。 圖36 超聲波接收電路 測(cè)距顯示電路的設(shè)計(jì) LED數(shù)碼管簡(jiǎn)介L(zhǎng)ED數(shù)碼顯示管有兩種，一種是共陽(yáng)極數(shù)碼管，其內(nèi)部是由八個(gè)陽(yáng)極相連接的二極管組成；另一種是共陰極數(shù)碼管，其內(nèi)部是由八個(gè)陽(yáng)極相連接的二極管組成。共陰極LED數(shù)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(chēng)為位選端），因此稱(chēng)為共陰極LED數(shù)碼顯