【文章內(nèi)容簡介】 計(jì)，共三部分進(jìn)行的詳細(xì)說明。 單片機(jī)選型 選型目的由于各種單片機(jī)有其特定的性能，也適用于不同的場合，所以我們需要根據(jù)自己的實(shí)際需要，如程序儲(chǔ)存空間、工作電壓、工作溫度范圍、抗干擾性、工作頻率和性能價(jià)格比等方面從挑選出合適自己的單片機(jī)。因此，單片機(jī)選型是制定設(shè)計(jì)方案中非常重要的一步。 STC12LE5410AD 芯片（1）概述STC12LE5410AD屬于8STC12C2052系列單片機(jī)，是單時(shí)鐘/機(jī)器周期(1T)的兼容8051內(nèi)核單片機(jī),是高速/低功耗的新一代 8051單片機(jī),全新的流水線/精簡指令集結(jié)構(gòu)，內(nèi)部集成MAS810專用復(fù)位電路。（2）STC12LE5410AD在本設(shè)計(jì)中的應(yīng)用MCU 端口資源分配如下： 、——接SOUT 端，作為超聲波發(fā)射時(shí)左右兩塊TL852單片機(jī)的輸出抑制，置為OC輸出。 —— 保留 —— 控制左側(cè)單片機(jī)TL852 增益，設(shè)置為OC 輸出，852內(nèi)部有上拉電阻。 —— 控制右側(cè)TL852 增益，設(shè)置為OC 輸出，內(nèi)部有上拉電阻。（RXD）、（TXD） —— UART 通訊（INT0）——超聲波左側(cè)接收輸入，設(shè)置為輸入（INT1）——超聲波右側(cè)接收輸入，設(shè)置為輸入 —— 產(chǎn)生超聲波發(fā)射方波，設(shè)置為推挽輸出模式 —— 控制P1，用于衰減余波，設(shè)置為OC 輸出模式 —— 工作指示燈，設(shè)置為OC 輸出模式 以下為STC12LE5410AD引腳圖： 圖 32 STC12LE4052AD引腳圖在本設(shè)計(jì)最主要的是看重STC12LE5410AD比普通的51單片機(jī)做了如下改進(jìn)：，將原來的12 時(shí)鐘為一個(gè)機(jī)器周期改進(jìn)為 23 個(gè)時(shí)鐘周期，指令速度平均提高為原來的8倍左右。 分頻模式，新增了2 分頻模式，提高了計(jì)時(shí)精度。這兩點(diǎn)對(duì)于超聲波測距應(yīng)用有益，指令速度快可減少響應(yīng)延時(shí)的不確定，計(jì)時(shí)精度高可提高分辨率。 （3）STC12LE5410AD與普通8051完全兼容，優(yōu)先級(jí)可設(shè)為4級(jí)： 圖33 中斷向量地址表（4）STC12LE5410AD的I/O結(jié)構(gòu)：STC12LE5410AD單片機(jī)其所有I/O口均可由軟件配置成4種類型之一，如下表所示。4種類型分別為：準(zhǔn)雙向口（標(biāo)準(zhǔn)8051輸出模式） 、推挽輸出、僅為輸入（高阻）或開漏輸出功能。每個(gè)口配置2個(gè)控制寄存器控制每個(gè)引腳輸出類型。上電復(fù)位后為準(zhǔn)雙向口模式。 圖34 I/O 口結(jié)構(gòu)圖(5)STC12LE5410AD定時(shí)器的使用： 定時(shí)器0和1：定時(shí)器和計(jì)數(shù)功能由特殊功能寄存器TMOD的控制位C/T進(jìn)行選擇，TMOD寄存器的各位信息如下表所示?？梢钥闯?，2個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器有4種操作模式，通過TMOD的M1和M0選擇。2個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器的模式0、1和2都相同，模式3不同，各模式的功能如下所述。TMOD 地址：89H 復(fù)位值：00H 圖35 定時(shí)器位信息表 位 符號(hào)MM0功能定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 0 模式選擇0 0 13 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，兼容 8048 定時(shí)器模式，TL0 只用低 5 位參與分頻，TH0 整個(gè) 8 位全用0 1 16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，TL0、TH0 全用1 0 8位自動(dòng)重裝載定時(shí)器，當(dāng)溢出時(shí)將TH0存放的值自動(dòng)1 1 定時(shí)器0此時(shí)作為雙8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。TL0作為一個(gè)8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，通過標(biāo)準(zhǔn)定時(shí)器0的控制位控制。TH0僅作為一個(gè)8位定時(shí)器，由定時(shí)器1的控制位控制。圖36 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0模式選擇 圖37 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1模式選擇 增益放大 TL852 芯片TL852 是一片專門設(shè)計(jì)用于超聲波接收、放大、檢測的芯片，集成了可變增益、選頻放大器，可通過四根控制線變換11 級(jí)增益，對(duì)于檢測超聲波信號(hào)十分有效。位 符號(hào)MM0功能定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 1 模式選擇0 0 13 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，兼容 8048 定時(shí)器模式，TL1 只用低 5 位參與分頻，TH1 整個(gè) 8 位全用0 1 16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，TLTH1 全用1 0 8位自動(dòng)重裝載定時(shí)器，當(dāng)溢出時(shí)將TH1存放的值自動(dòng)重裝入TL1.1 1 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1此時(shí)無效（停止計(jì)數(shù)） 圖38 TL852引腳圖 圖39 TL852內(nèi)部功能框圖 低電壓運(yùn)算放大器 LMV358LMV358 為低電壓滿幅輸出運(yùn)放， — 5V，因?yàn)閱纹瑱C(jī)的，所以選用LMV358，雖然成本略高，但性能得到保證。它可實(shí)現(xiàn)1MHz的帶寬在1V/ms轉(zhuǎn)換率低電源電流。 圖 310 LMV358 引腳圖 AT89C51 單片機(jī)（1）概述AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器。AT89C單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。外形及引腳排列如圖所示： 【1】 圖 311 AT89C51 引腳圖（2）主要參數(shù)　 MCS51 兼容 　 字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 　 ：1000 寫/擦循環(huán)　 ：10 年　　 ：0Hz24MHz　 　 8 位內(nèi)部 RAM　 可編程 I/O 線　 16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器　 個(gè)中斷源 　 　　 （3）在本設(shè)計(jì)中的應(yīng)用： —— 接七段數(shù)碼管引腳，用于控制顯示相應(yīng)的數(shù)字 —— 分別接 4 個(gè) 74LS164N 鎖存器，用于進(jìn)行位選，以便選擇性地點(diǎn)亮數(shù)碼管。 —— 控制蜂鳴器鳴叫 —— 接一個(gè)按鍵，該按鍵主要用于觸發(fā) AT89C51 進(jìn)行串口通信發(fā)送數(shù)據(jù)幀，以控制 STC12LE5410AD 工作。（RXD）、（TXD） —— UART 通訊 鎖存器 74LS164 （1）簡介 74LS164是一個(gè)串行輸入并行輸出的移位寄存器,并帶有清除端。 圖312 74LS164引腳圖 當(dāng)清除端（CLEAR）為低電平時(shí)，輸出端（QAQH）均為低電平。串行數(shù)據(jù)輸入端（A,B）可控制數(shù)據(jù)。當(dāng)A,B任意一個(gè)為低電平，則禁止新數(shù)據(jù)輸入，在時(shí)鐘端（CLOCK）脈沖上升沿作用下Q0的狀態(tài)。引出端符號(hào)： CLOCK 時(shí)鐘輸入端 CLEAR 同步清除輸入端（低電平有效） A,B 串行數(shù)據(jù)輸入端 QAQH 輸出端（2）外部管腳真值表 圖313 74LS164外部管腳真值表 H高電平 L低電平 X任意電平 ↑低到高電平跳變 QA0,QB0,QH0規(guī)定的穩(wěn)態(tài)條件建立前的電平 QAn,QGn時(shí)鐘最近的↑前的電平 在本設(shè)計(jì)中由于只需點(diǎn)亮 5 個(gè)數(shù)碼管，因需用到 5 個(gè) 74LS164。首先為AT89C51 的 設(shè)置為輸出模式，當(dāng) 中某一個(gè) I/O 口被賦值 1時(shí)，也就代表該口的鎖存器被選中，從而點(diǎn)亮該鎖存器連接的數(shù)碼管。 發(fā)光二極管 LED(1) 數(shù)碼管結(jié)構(gòu) 數(shù)碼管由8個(gè)發(fā)光二極管(以下簡稱字段)構(gòu)成，通過不同的組合可用來顯示數(shù)字0字符AF、H、L、P、R、U、Y、符號(hào)“”及小數(shù)點(diǎn)“.” 。數(shù)碼管的外型結(jié)構(gòu)如圖所示。數(shù)碼管又分為共陰極和共陽極跨兩種結(jié)構(gòu)。 圖314 數(shù)碼管結(jié)構(gòu)(2) 數(shù)碼管工作原理由于本設(shè)計(jì)采用的是共陽極數(shù)碼管，因而只對(duì)共陽極數(shù)碼管的工作原理做具體介紹。原理如下：共陽極數(shù)碼管的 8 個(gè)發(fā)光二極管的陽極(二極管的正端)連接在一起。通常，公共陽極接高電平(一般接電源)，其它管腳接段驅(qū)動(dòng)電路輸出端。當(dāng)某段驅(qū)動(dòng)電路的輸出端為低電平時(shí)，則該端所連接的字段導(dǎo)通并發(fā)亮。根據(jù)發(fā)光二極管的不同組合可顯示出各種數(shù)字或字符。此時(shí)，要求段驅(qū)動(dòng)電路能吸收額定的段導(dǎo)通電流，還需根據(jù)外接電源與額定段導(dǎo)通電流來確定相應(yīng)的限流電阻。(3) 數(shù)碼管字形編碼要使數(shù)碼管顯示出相應(yīng)的數(shù)字或字符，必須使段數(shù)據(jù)口輸出相應(yīng)的字形編碼。對(duì)照圖，字型碼各位定義為：數(shù)據(jù)線D0與a字段對(duì)應(yīng)，D1與b字段對(duì)應(yīng)……，依此類推。如使用共陽極數(shù)碼管，數(shù)據(jù)為0表示對(duì)應(yīng)字段亮，數(shù)據(jù)為1表示對(duì)應(yīng)字段暗；如要顯示0，共陽極數(shù)碼管的字型編碼為：11000000B(即C0H)。依此類推，可求得數(shù)碼管字形編碼如表所示： 圖315 數(shù)碼管字型編碼 ［1］(4) LED 七段數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示方式 所有LED的段選線共同連接在一起共用一個(gè)8位I/O口，而每個(gè)LED的位選分別由一根相應(yīng)的I/O口線控制。因此必須采用動(dòng)態(tài)掃描顯示方式，每一個(gè)時(shí)刻只選通其中一個(gè)LED，同時(shí)在段選口送出該位LED的字型碼。 圖316 LED七段數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示連接電路的接法決定了必須采用逐位掃描顯示方式。即從段選口送出某位LED的字型碼，然后選通該位LED， 并保持一段延時(shí)時(shí)間。然后選通下一位，直到所有位掃描完。 在本設(shè)計(jì)中使用了 5 個(gè)數(shù)碼管，主要是為了配合倒車?yán)走_(dá)防撞系統(tǒng)的數(shù)據(jù)顯示要求，即以米為單位，并精確到毫米級(jí)，如 米。 開發(fā)工具 編程環(huán)境我們采用C語言和Keil C51 IDE 。Keil C51是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用。用過匯編語言后再使用C來開發(fā)，體會(huì)更加深刻。Keil C51軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。另外重要的一點(diǎn)，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會(huì)到Keil C51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語言的優(yōu)勢。該軟件的界面如下： 圖317 Keil C界面 軟件 PROTELPROTEL 是 PROTEL 公司在 80 年代末推出的 EDA 軟件，是電子設(shè)計(jì)者的首選軟件，它較早就在國內(nèi)開始使用，在國內(nèi)的普及率也最高，幾乎所有的電子公司都要用到它。現(xiàn)今的 PROTEL 已發(fā)展到 PROTEL99（網(wǎng)絡(luò)上可下載到它的測試板） ，是個(gè)龐大的 EDA 軟件，完全安裝有 200 多 M，它工作在 WINDOWS95 環(huán)境下，是個(gè)完整的板級(jí)全方位電子設(shè)計(jì)系統(tǒng)。PROTEL99 包含了電原理圖繪制、模擬電路與數(shù)字電路混合信號(hào)仿真、多層印制電路板設(shè)計(jì)（包含印制電路板自動(dòng)布線） 、可編程邏輯器件設(shè)計(jì)、圖表生成、電子表格生成、支持宏操作等功能，并具有 Client/Server （客戶/服務(wù)器）體系結(jié)構(gòu)，同時(shí)還兼容一些其它設(shè)計(jì)軟件的文件格式，如 ORCAD，PSPICE，EXCEL等，其多層印制線路板的自動(dòng)布線可實(shí)現(xiàn)高密度 PCB 的 100％布通率。該工具界面如下： 圖 318 PROTEL99 界面單片機(jī)為核心控制部分，根據(jù)設(shè)定的工作方式，產(chǎn)生 40kHz 方波，經(jīng)過驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)超聲波發(fā)生器發(fā)出一簇信號(hào)。單片機(jī)此時(shí)開始計(jì)時(shí)。接收回路為諧振回路，將收到的微弱回波信號(hào)檢出，送信號(hào)放大電路放大，收到產(chǎn)生脈沖輸出送單片機(jī)中斷端，單片機(jī)收到中斷信號(hào)后停止計(jì)時(shí)，計(jì)算出距離值，保存等待讀出或直接經(jīng)UART 送出。接收過程中，單片機(jī)定時(shí)控制放大電路的增益，逐漸提高，以適應(yīng)距離越遠(yuǎn)越弱的回波信號(hào)。核心器件為STC12LE5410AD、TL8516mm 超聲波收、發(fā)器。采用5V 供電，因?yàn)?V 是最常見的工作電壓為了減小干擾， 供電的單片機(jī)， 三端穩(wěn)壓器將5V ，減小電源擾動(dòng)的影響，增加可靠性。采用左右側(cè)超聲波接收器，可實(shí)現(xiàn)類似“瞄準(zhǔn)”定位的功能，可使測量結(jié)果更精確。對(duì)于測距系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)，主要包括進(jìn)行距離測量，發(fā)送數(shù)據(jù)，顯示數(shù)據(jù)等。由于STC12LE5410AD的引腳有限，而系統(tǒng)又要用動(dòng)態(tài)顯示方式控制5個(gè)數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)，這就還需要12個(gè)I/O口，其中4個(gè)控制位選，8個(gè)直接接七段數(shù)碼管引腳，所以我們可考慮用AT89C51作為輔助，由其來控制數(shù)碼管，該芯片價(jià)格低廉，而且容易學(xué)習(xí)。這樣的話我們就可以讓單片機(jī)STC12LE5410AD作為主要芯片，用于實(shí)現(xiàn)測距系統(tǒng)絕大部分功能，然后STC12LE5410AD可通過串口通信方式將我們比較關(guān)注的測量結(jié)果傳送給AT89C51由其單獨(dú)控制數(shù)碼管顯示。為了充分以用AT