【文章內(nèi)容簡介】 的運用可極大地減輕駕駛者的體力、腦力勞動強度 ， 降低倒車難度 ， 避免駕駛員因方向感不強、判斷和操作失誤而引起的事故 ， 同時它將對提高汽 車智能化水平和最終實現(xiàn)汽車無人駕駛產(chǎn)生積極的意義。 第三節(jié) 目前國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀 超聲波是指頻率在 20kHz～ 106kHz 的機械波 ， 波速一般為 1500m/s， 波長為～ 10cm。超聲波的波長遠大于分子尺寸 ， 說明超聲波本身不能直接對分子起作用 ,而是通過周圍環(huán)境的物理作用影響分子 ， 所以超聲波的作用與其作用的環(huán)境密切相關(guān)。超聲波既是一種波動形式 ， 又是一種能量形式 ， 在傳播過程中與媒介相互作用產(chǎn)生超聲效應(yīng)。超聲波與媒介相互作用可分為機械作用、空化作用和熱作用。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展 ,相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域相互滲透 ， 使超聲波技術(shù)廣泛應(yīng)用于工業(yè)、化工、醫(yī)學(xué)、石油化工等許多領(lǐng)域。超聲波作為一種特殊的能量輸入方式 ， 所具有的高效能在材料化學(xué)中起到光、電、熱方法所無法達到的作用 。僅從超聲波在液體中釋放的巨大能量來說 ,是其他方法所望塵莫及的 ， 更不用說超聲波定量控制的效果了。近年來 ,隨著超聲波技術(shù)的日益發(fā)展與成熟 ， 其在新材料合成、化學(xué)反應(yīng)、傳遞過程的強化以及 3 廢水處理等領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用 。 在材料合成中 ， 尤其是納米材料的制備中 ， 超聲波技術(shù)有著極大的潛力。 通過超聲波方法制備納米材料 ， 達到了目前我們采用激光、紫外線照射和熱電作用所無法實 現(xiàn)的目標 ， 具有很好的前景 。 第四節(jié) 超聲波的特性及作用原理 與可聞波相比 ， 超聲波由于頻率高、波長短 ， 在傳播過程中具有許多特性 : a、方向性好。由于超聲波的功率高 ， 其波長較同樣介質(zhì)中的聲波波長短得多 ，衍射現(xiàn)象不明顯 ， 所以超聲波的傳播方向好。 b、能量大。超聲波在介質(zhì)中傳播時 ， 當振幅相同時 ， 振動頻率越高能量越大。因此 ， 它比普通聲波具有大得多的能量。 c、穿透 能力強。 超聲波雖然在氣體中衰減很強 ， 但在固體和液體中衰減較弱。在不透明的固體中 ， 超聲波能夠穿透幾十米的厚度 ， 所以超聲波在固體和液體中應(yīng)用較廣。 d、引 起空化作用。在液體中傳播時 ， 超聲波與聲波一樣是一種疏密的振動波 ，液體時而受拉時而逐級壓縮 ， 產(chǎn)生近于真空或含少量氣體的空穴。在聲波壓縮階段 ，空穴被壓縮直至崩潰。在空穴崩潰時產(chǎn)生放電和發(fā)光現(xiàn)象 ， 這種現(xiàn)象稱為空化作用。超聲技術(shù)是一門以物理、電子、機械以及材料為基礎(chǔ)的通用技術(shù)之一。目前 ， 超聲技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)深入到社會生活的各個領(lǐng)域。超聲技術(shù)是通過聲波的產(chǎn)生、傳播及接收的物理過程而完成的 ， 它的應(yīng)用研究正是結(jié)合超聲波之獨有特性而展開的。 4 第二章 AT89C52單片機簡介 本課題所設(shè)計的倒車防撞系統(tǒng)是基于單片機控制 的 ， 本課題以 Atmel 公司的單片機 AT89C52 為核心。 第一節(jié) 單片機基礎(chǔ)知識 單片微型計算機簡稱單片機 ， 特別適用于控制領(lǐng)域 ， 故又稱為微控制器(Microcontroller)。單片微型計算機是微型計算機的一個重要分支 ， 也是一種非?；钴S且頗具生命力的機種。 通常 ， 單片機由單塊集成電路芯片構(gòu)成 ， 內(nèi)部包含有計算機的基本功能部件：CPU(Central Processing Unit,中央處理器 )、存儲器和 I/O 接口電路等。因此 ， 單片機只需要與適當?shù)能浖巴獠吭O(shè)備相結(jié)合 ， 便可成為一個單片機控制系統(tǒng)。 一、 單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 21 所示。 圖 21 單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu) 與單片機相比 ， 微型計算機是一種多片機系統(tǒng)。它是由中央處理器 (CPU)芯片、ROM 芯片、 RAM 芯片和 I/O 接口芯片等通過印刷電路板上總線 (地址總線 AB、數(shù)據(jù)總線 DB 和控制總線 CB)連成一體的完整計算機系統(tǒng)。其中 ， 中央處理器 (CPU)的字長長 ， 功能強大； ROM 和 RAM 的容量很大； I/O 接口的功能也大 ， 這是單片機無法比擬的。因此 ， 單片機在結(jié)構(gòu)上與 微型計算機 十分相似 ， 是一種集微型計算機主要功能部件于同一塊芯片上的微型計算機 ， 并由此而得 名。 由圖 21 可見 ， 中央處理器 (CPU)是通過內(nèi)部總線與 ROM、 RAM、 I/O 接口以及 5 定時器 /計數(shù)器相連的 ， 這個結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜 ， 但并不好理解。為此 ， 在分析單片機工作原理前 ， 先對圖 21 中各部件作一基本介紹是十分必要的。 （一）存儲器 在單片機內(nèi)部 ， ROM 和 RAM 存儲器是分開制造的。通常 ， ROM 存儲器容量較大 ， RAM 存儲器的容量較小 ， 這是單片機用于控制的一大特點。 1． ROM ROM(Read Only Memory， 只讀存儲器 )一般為 1~32K 字節(jié) ， 用于存放應(yīng)用程序 ，故又稱為程序存儲器。由于單片機主要在控制 系統(tǒng)中使用 ， 因此一旦該系統(tǒng)研制成功 ，其硬件和應(yīng)用程序均已定型。為了提高系統(tǒng)的可靠性 ， 應(yīng)用程序通常固化在片內(nèi) ROM中 ， 根據(jù)片內(nèi) ROM 的結(jié)構(gòu) ， 單片機又可分為無 ROM 型、 ROM 型和 EPROM(Erasable Programmable Read Only Memory， 可擦除可編程只讀存儲器 )型三類。近年來 ， 又出現(xiàn)了 EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory， 電擦除可編程只讀存儲器 )和 Flash 型 ROM 存儲器。 無 ROM 型單片機特點是片內(nèi)不 集成 ROM 存儲器 ， 故應(yīng)用程序必須固化到外接的 ROM 存儲器芯片中 ， 才能構(gòu)成有完整功能的單片機應(yīng)用系統(tǒng)。 ROM 型單片機內(nèi)部 ， 其程序存儲器是采用掩膜工藝制成的 ， 程序一旦固化進去便永遠不能修改。EPROM 型單片機內(nèi)部的程序存儲器是采用特殊 FAMOS 管構(gòu)成的 ， 程序一旦寫入 ，也可以通過特殊手段加以修改。因此 ， EPROM 型單片機是深受研制人員歡迎的。 2． RAM 通常 ， 單片機片內(nèi) RAM(Random Access Memory， 隨機存取存儲器 )容量 64～ 256字節(jié) ， 最多可達 48K 字節(jié)。 RAM 主要用來存放實時數(shù)據(jù)或作為通 用寄存器、數(shù)據(jù)堆棧和數(shù)據(jù)緩沖器之用。 （二）中央處理器 (CPU) 中央處理器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜 ， 要像電子線路那樣畫出它的全部電路原理圖來加以分析介紹是根本不可能的。下面簡單概述一下幾個主要部分的工作原理。 1．運算器 運算器用于對二進制數(shù)進行算術(shù)運算和邏輯操作；其操作順序在控制器控制下進行。運算器由算術(shù)邏輯單元 ALU、累加器 A、通用寄存器 R0、暫存器 TMP 和狀態(tài)寄存器 PSW 等五部分組成。 累加器 A(Accumulator)是一個具有輸入 /輸出功能 的移位寄存器 ， 由 8 個觸發(fā)器 6 組成。 TR(Temporary Register， 暫存器 )也是一個 8 位寄存器 ， 用于暫存另一操作數(shù)。ALU(Arithmetic and Logical Unit， 算術(shù)邏輯單元 )主要由加法器、移位電路和判斷電路等組成 ， 用于對累加器 A 和暫存器 TMP 中兩個操作數(shù)進行四則運算和邏輯操作。PSW(Program Status Word， 程序狀態(tài)字 )也由 8 位觸發(fā)器組成 ， 用于存放 ALU操作過程中形成的狀態(tài)。 2．控制器 控制器是發(fā)布操作命令的機構(gòu) ， 是計算機的指揮中心 ， 相當于人腦的神經(jīng)中樞?？刂破饔芍噶畈考r序部件和微操作控制部件等三部分組成。 指令部件是 一種能對指令進行分析、處理和產(chǎn)生控制信號的邏輯部件 ， 也是控制器的核心。指令是一種能供機器執(zhí)行的控制代碼 ， 有操作碼和地址碼兩部分。時序部件由時鐘系統(tǒng)和脈沖分配器組成 ， 用于產(chǎn)生微操作控制部件所需的定時脈沖信號。微操作控制部件可以為 ID(Instruction Decoder,指令譯碼器 )輸出信號配上節(jié)拍電位和節(jié)拍脈沖 ， 也可與外部進來的控制信號組合 ， 共同形成相應(yīng)的微操作控制序列 ， 以完成規(guī)定的操作。 （三）內(nèi)部總線 單片機內(nèi)部總線是 CPU 連接片內(nèi)各主要部件的紐帶 ， 是各類信息傳送的公共通道。內(nèi)部總線主要由三種不同性質(zhì) 的連線組成 ， 它們是地址線、數(shù)據(jù)線和控制線 /狀態(tài)線。 地址線主要用來傳送存儲器所需要的地址碼或外部設(shè)備的設(shè)備號 ， 通常由 CPU發(fā)出并被存儲器或 I/O 接口電路所接收。數(shù)據(jù)線用來傳送 CPU 寫入存儲器或經(jīng) I/O接口送到輸出設(shè)備的數(shù)據(jù) ， 也可以傳送從存儲器或輸入設(shè)備經(jīng) I/O 接口讀入的數(shù)據(jù)。因此 ， 數(shù)據(jù)線通常是雙向信號線。控制 /狀態(tài)線有兩類：一類是 CPU發(fā)出的控制命令 ，如讀命令、寫命令、中斷響應(yīng)等；另一類是存儲器或外設(shè)的狀態(tài)信息 ， 如外設(shè)的中斷請求、存儲器忙和系統(tǒng)復(fù)位信號等。 （四） I/O 接口和特殊功能部件 I/O 接口電路有串 行和并行兩種。串行 I/O 用于串行通信 ， 它可以把單片機內(nèi)部的并行 8 位數(shù)據(jù) (8 位機 )變成串行數(shù)據(jù)向外傳送 ， 也可以串行接收外部送來的數(shù)據(jù)并把它們變成并行數(shù)據(jù)送給 CPU 處理。并行 I/O 口電路可以使單片機和存儲器或外設(shè)之間并行地傳送 8 位數(shù)據(jù) (8 位機 )。 7 二、單片機的基本工作原理 單片機是通過執(zhí)行程序來工作的 ， 機器執(zhí)行不同程序就能完成不同的運算任務(wù)。因此 ， 單片機執(zhí)行程序的過程實際上也體現(xiàn)了單片機的基本工作原理。為此 ， 先從指令程序談起。 （一）單片機的指令系統(tǒng)和程序編制 指令是一種可以供機器執(zhí)行的控制代碼 ， 故它又稱為指令 碼 (Instruction Code)。指令碼由操作碼 (Operation Code)和地址碼 (Address Code)構(gòu)成：操作碼用于指示機器執(zhí)行何種操作；地址碼用于指示參加操作的數(shù)在哪里。其格式為： 操作碼 地址碼 指令碼的二進制形式既不便于記憶 ， 又不便于書寫 ， 故人們通常采用助記符形式來表示 ， 表 21 所列。 表 21 指令的三種形式 指令的二進制形式 指令的十六進制形式 指令的匯編形式 01110100 data1 74 data1 MOV A,data1。A← data1 00100100 data2 24 data2 ADD A,data2。 A← data1+data2 10000000 1111110 80 FE SJMP $ 。停機 指令的集合或指令的全體稱為 “ 指令系統(tǒng) ” (Instruction System)。微處理器類型不同 ， 它的指令系統(tǒng)也不一樣。所謂程序就是采用指令系統(tǒng)中的指令根據(jù)題目要求排列起來的有序指令的集合。 程序的編制稱為 “ 程序設(shè)計 ” 。通常 ， 設(shè)計人員采用指令的匯編符 (即助記符 )形式編程 ， 這種程序設(shè)計稱為 “ 匯編語言程序設(shè)計 ” 。 （二）單片機執(zhí)行程序的過程 為了 弄清單片機的工作原理 ， 現(xiàn)以如下的 Y=5+10 求和程序來說明單片機的工作過程。 7405H MOV A,05H ； A← 05H 240AH ADD A,0AH ； A← 5+10 80FEH SJMP $ ；停機 該程序由三條指令組成 ， 每條指令均為雙字節(jié)指令 (即第一字節(jié)為操作碼 ,第二字節(jié)為地址碼 )。第一條指令的含義是把 05H 傳送到累加器 A 中；第二條指令是加法指令 ,它把累加器 A 中的 5 和立即數(shù) 10 相加 ， 結(jié)果保留到累加器 A 中；第三條是停機 8 指令 ， 機器執(zhí)行后處于動態(tài)停機狀態(tài)。 第二節(jié) 單片機的分類及發(fā)展 1974 年 ， 美國仙童 (Fairchild)公司研制出世界上第一臺單片微型計算機 F8， 該機由兩塊集成電路芯片組成 ， 結(jié)構(gòu)奇特 ， 具有與眾不同的指令系統(tǒng) ， 深受民用電器和儀器儀表領(lǐng)域的歡迎和重視。從此 ， 單片機開始迅速發(fā)展 ， 應(yīng)用范圍也在不斷擴大 ， 現(xiàn)已成為微型計算機的重要分支。 一、單片機的分類 20 世紀 80 年代以來 ， 單片機有了新的發(fā)展 ， 各半導(dǎo)體器件廠商也紛紛推出自己的產(chǎn)品系列。迄今為止 ， 市售單片機產(chǎn)品已達 60 多個系列 ， 600 多個品種。按照 CPU對數(shù)據(jù)處理位數(shù)來分 ， 單片機通常可以分為以下四類。 （一） 4 位單片機 4 位單片機的控制功能較弱 ， CPU一次只能處理 4 位二進制數(shù)。這類單片機常用于計算器、各種形態(tài)的智能單元以及作為家用電器中的控制器。 （二） 8 位單片機 8 位單片機的控制功能較強 ， 品種最為齊全。和 4 位機相比 ，它不僅具有較大的存儲容量和尋址范圍 ， 而且中斷源、并行 I/O 接口和定時器 /計數(shù)器個數(shù)都有不同程度的增加 ， 并集成有全雙工串行通信接口。在指令系統(tǒng)方面 ， 普遍增設(shè)了乘除指令和比較指令。特別是 8 位機中的高性能增強型單片機 ， 除片內(nèi)增加了A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換器以外 ， 還集成有定時器捕捉 /比較寄存器、監(jiān)視定時器 (Watchdog)、總線控制部件和晶體振蕩電路等。這類單片機由于其片內(nèi)資源豐富且功能強大 ， 主要在工業(yè)控制、智能儀表、家用電器和辦公自動化系統(tǒng)中應(yīng)用。 (三 )16 位單片機 16 位單片機是在 1983 年以后發(fā)展起來的。這類單片機的特點是