【文章內(nèi)容簡介】 顯示，與障礙物之間的不同距離利用語音芯片的不同語音播報提示，將超聲波發(fā)送出去，超聲波接收電路由CX20106A芯片和超聲波接收探頭組成的電路構(gòu)成，報警系統(tǒng)由語音電路構(gòu)成。本設(shè)計中將收發(fā)超聲波的探頭分離這樣不會使收發(fā)信號混疊，從而能避免干擾，可以很好的提高系統(tǒng)的可靠性。本設(shè)計的汽車防撞裝置的系統(tǒng)框圖如圖22所示。圖22 車距語言提示器系統(tǒng)框圖本設(shè)計由Keil編程軟件對51單片機(jī)進(jìn)行編程，產(chǎn)生超聲波。在超聲波發(fā)射電路啟動的同時單片機(jī)啟動中斷定時器，利用其計數(shù)的功能記錄超聲波發(fā)射超聲波到接收到超聲波回波的時間。當(dāng)接收回射的超聲波時，接收電路的輸出端產(chǎn)生負(fù)跳變輸出到單片機(jī)產(chǎn)生中斷申請，執(zhí)行外部中斷子程序計算距離。結(jié)合各方面的因素考慮，依據(jù)設(shè)計的要求，查閱相關(guān)數(shù)據(jù)資料，選用了HCSR04超聲波集成模塊。此超聲波模塊的最大探測距離為4m，盲區(qū)為2cm，而且發(fā)射擴(kuò)散角不大于15176。，更有利于測距的準(zhǔn)確性。而且，此模塊的工作頻率范圍為39kHz～41kHz左右，完全能在40kHz工作頻率工作。由于超聲波的發(fā)射和接收是分開發(fā)送和接收的，所以發(fā)射探頭和接收探頭必須在同一條水平行直線上，這樣才能準(zhǔn)確地接收反射的回波。而由于測量的距離不同和發(fā)射擴(kuò)散角所引起的誤差以及超聲波信號在空氣中傳播的過程中的超聲波衰減問題，發(fā)射探頭和接收探頭距離不可以太遠(yuǎn)，而且還要避免發(fā)射探頭對接收探頭在接收信號時產(chǎn)生的干擾，所以二者又不能靠得太近。根據(jù)對相關(guān)資料查閱，將兩探頭之間的距離定在5cm～8cm最為合適。本設(shè)計所用的HCSR04模塊的超聲波探頭之間的距離大約在6cm左右。3 硬件電路設(shè)計本設(shè)計的車距語言提示器由51單片機(jī)、超聲波發(fā)射探頭、超聲波接收探頭、4位共陰極數(shù)碼管、語音芯片，音頻放大電路組成。車距語言提示器的測距是利用超聲波測距的原理，在單片機(jī)內(nèi)部程序的控制下，由超聲波發(fā)射探頭發(fā)射超聲波，在超聲波遇到障礙物時反射到超聲波接收探頭，由此回應(yīng)到單片機(jī)，由單片機(jī)進(jìn)行中斷處理和數(shù)據(jù)的處理，計算出距離，由數(shù)碼管顯示距離，并由語音芯片報警提示。本設(shè)計的硬件電路分為五部分：單片機(jī)最小系統(tǒng)、超聲波發(fā)射和接收電路、數(shù)碼管顯示電路和語音報警電路。 單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計本次我們采用了Atmel 公司的AT89S52，該單片機(jī)主要特點如下：(1) AT89S52系列單片機(jī)以8051為內(nèi)核，兼容MCS51系列單片機(jī)。(2) AT89S52系列單片機(jī)內(nèi)、內(nèi)部含有Flash存儲器，在系統(tǒng)開發(fā)可以反復(fù)擦寫。(3) AT89S52采用靜態(tài)時鐘方式，可以節(jié)省電能。(4) AT89S52支持ISP（在線編程），不需要把單片機(jī)從電路板取下來就可以擦寫程序。(5) AT89S52晶振頻率高達(dá)24M，運行速度更快。(6) AT89S52價格也比較便宜 6元/片。(7) 增加了看門狗電路，防止程序“走飛”，更加安全可靠。AT89S52單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖31所示。AT89S52單片機(jī)一共有40個引腳分為四類。其中有四個電源引腳，用來接入單片機(jī)的工作電源。工作電源又分主電源、備用電源和編程電源。還有兩個時鐘引腳XTALXTAL2。還有由P0口、P1口、P2口、P3口的所有引腳構(gòu)成的單片機(jī)的I\O引腳。最后一種是控制引腳，控制引腳有四條，部分引腳具有復(fù)位功能。綜上所述，單片機(jī)的引腳特點是：1　 單片機(jī)多功能，少引腳，使得引腳復(fù)用現(xiàn)象較多。2　 單片機(jī)具有四種總線形式：P0和P2組成的16位地址地址總線；P0分時復(fù)用為8位數(shù)據(jù)總線；ALE、PSEN、RST、EA和P3口的INT0、INTT0、TWR、RD以及P1口的TT2EX組成控制總線；而P3口的RXD、TXD組成串行通信總線。圖31 AT89S52單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 單片機(jī)引腳功能（1）電源引腳Vcc（40腳）：正電源的引腳，工作電壓是5V。GND（20腳）：接地端。DIP封裝的AT89S52單片機(jī)引腳圖如圖32所示。（2）時鐘電路的引腳XTAL1和XTAL2為了產(chǎn)生時鐘信號，在AT89S52單片機(jī)的芯片內(nèi)部已經(jīng)設(shè)置了一個反相放大器，其中XTAL1端口就是片內(nèi)反相放大器的輸入端，XTAL2端則是片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸出端[5]。單片機(jī)使用的工作方式是自激振蕩的方式，XTAL1和XTAL2外接的是12 MHz的石英晶振，使內(nèi)部振蕩器按照石英晶振的頻率頻率進(jìn)行振蕩，從而就可以產(chǎn)生時鐘信號。時鐘信號電路如圖33所示。 圖32 AT89S52單片機(jī)引腳圖圖33 時鐘信號電路（3） 復(fù)位RST（9腳）當(dāng)振蕩器運行時，只要有有兩個機(jī)器周期即24個振蕩周期以上的高電平在這個引腳出現(xiàn)時，那么就將會使單片機(jī)復(fù)位，如果將這個引腳保持高電平，那么51單片機(jī)芯片就會循環(huán)不斷地進(jìn)行復(fù)位[5]。復(fù)位后的P0口至P3口均置于高電平，這時程序計數(shù)器和特殊功能寄存器將全部清零[5]。本課題設(shè)計的單片機(jī)復(fù)位電路如圖34所示。圖34 單片機(jī)復(fù)位電路圖（4）輸入輸出口（I/O口）引腳P0口是一個三態(tài)的雙向口，既可以作為數(shù)據(jù)和地址的分時復(fù)用口，又可以作為通用輸入輸出口[5]。P0口在有外部擴(kuò)展存儲器時將會被作為地址/數(shù)據(jù)總線口，此時P0口就是一個真正的雙向口；而在沒有外部擴(kuò)展存儲器時，P0口也可以作為通用的I/O接口使用，但此時只是一個準(zhǔn)雙向口；另外，P0口的輸出級具有驅(qū)動8個LSTTL負(fù)載的能力即輸出電流不小于800 uA[5]。P1口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，而P1口只有通用I/O接口一種功能，而且P1口能驅(qū)動4個LSTTL負(fù)載；在使用時通常不需要外接上拉電阻就能夠直接驅(qū)動發(fā)光二極管；在端口置1時，其內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入端口用[5]。對于輸出功能，在單片機(jī)工作的時候，可以通過用程序指令控制單片機(jī)引腳輸出高電平或低電平[5]。例如：指令CLR是清零的意思，CLR ；而指令SETB是置1的意思，SETB [5]。P2口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，而且P2口具有驅(qū)動4個LSTTL負(fù)載的能力[5]。P2端口置1時，內(nèi)部上拉電阻將端口的電位拉到高電平，作為輸入口使用；在對內(nèi)部的Flash程序存儲器編程時，P2口接收高8位地址和控制信息，而在訪問外部程序和16位外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口就送出高8位地址[5]。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2引腳上的內(nèi)容在此期間不會改變[5]。P3口也是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P3口能驅(qū)動4個LSTTL負(fù)載，這8個引腳還用于專門的第二功能[5]。P3口作為通用I/O口接口時，第二功能輸出線為高電平。P3口置1時，內(nèi)部上拉電阻將端口電位拉到高電平，作輸入口使用；在對內(nèi)部Flash程序存儲器編程時，此端接控制信息[5]。P3口的第二功能，如表31所示[5]。表31 P3口第二功能表P3引腳兼用功能串行通訊輸入口（RXD）串行通訊輸出口（TXD）外部中斷0請求輸入端（）外部中斷1請求輸入端（）定時器0輸入端(T0)定時器1輸入端(T1)外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通信號輸出端（）外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通信號輸出端（）（5）其它控制或復(fù)用引腳（a）ALE/（30腳）：地址鎖存有效信號輸出端。在訪問片外存儲器時，ALE（地址鎖存允許）以每機(jī)器周期兩次進(jìn)行信號輸出，其下降沿用于控制鎖存P0口輸出的低8位地址；在不訪問片外存儲器的時候，ALE端仍以不變的頻率輸出脈沖信號(此頻率是振蕩器頻率的1/6)，而在訪問片外數(shù)據(jù)存儲器時，ALE脈沖會跳空一個，此時是不可以做為時鐘輸出[5]。對片內(nèi)含有EPROM的機(jī)型在編程時，這個引腳用于輸入編程脈沖的輸入端[5]。（b）（29腳）：片外程序存儲器讀選通信號輸出端，低電平時有效。當(dāng)89S52從外部程序存儲器取指令或常數(shù)時，每個機(jī)器周期內(nèi)輸出2個脈沖即兩次有效，以通過數(shù)據(jù)總線P0口讀回指令或常數(shù)。但在訪問片外數(shù)據(jù)存儲器時，將不會有脈沖輸出[5]。（c）/Vpp（31腳）：為片外程序存儲器訪選用端。當(dāng)該引腳訪問片外程序存儲器時，應(yīng)該輸入的是低電平，要使89S52只訪問片外程序存儲器，這時該引腳必須保持低電平；而在對Flash存儲器編程時，用于施加Vpp編程電壓[5]。 單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)是其他拓展系統(tǒng)的最基本的基礎(chǔ)，單片機(jī)最小系統(tǒng)是指一個真正可用的單片機(jī)最小配置系統(tǒng)即單片機(jī)能工作的系統(tǒng)。對于AT80S5X單片機(jī)，由于片內(nèi)已經(jīng)自帶有了程序存儲器，所以只要單片機(jī)外接時鐘電路和復(fù)位電路就可以組成了單片機(jī)的最小系統(tǒng)了。單片機(jī)的最小系統(tǒng)如圖35所示。圖35 單片機(jī)最小系統(tǒng) 超聲波測距模塊 HRSR04超聲波集成模塊HRSR04超聲波集成模塊是將超聲波發(fā)射探頭，超聲波接收探頭，CX20106A芯片電路，74LS04芯片放大電路集成到的一起的一個超聲波集成模塊。本模塊性能穩(wěn)定，測度距離精確，模塊高精度，盲區(qū)小。產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域：機(jī)器人避障、物體測距、液位檢測、公共安防、停車場檢測 。1. 基本工作原理(1)采用I/O口TRIG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40khz的方波，自動檢測是否有信號返回；(3) 有信號返回，通過IO口ECHO輸出一個高電平，高電平持續(xù)的時間就是超聲波從發(fā)射到返回的時間。測試距離=(高電平時間*聲速(340m/s))/2。本模塊使用方法簡單，一個控制口發(fā)出一個10us以上的高電平，就可以在接收口等待高電平輸出。一有輸出就可以開定時器計時，當(dāng)此口變?yōu)榈碗娖綍r就可以讀定時器的值，此時就為此次測距的時間，就能夠算出距離。這樣不斷的循環(huán)周期測，就可以在不停地移動的過程中測量距離值了。但是，為防止發(fā)射信號對回收信號的影響，本超聲波集成模塊的測量周期最好定在60ms以上，所以本設(shè)計將測量周期定在80ms。2. 實物圖HRSR04超聲波集成模塊正面外觀如圖36所示，HRSR04超聲波集成模塊的背面外觀如圖37所示。圖36 HRSR04超聲波集成模塊正面外觀圖圖37 HRSR04超聲波集成模塊背面外觀圖 圖38 HRSR04超聲波集成模塊實物圖VCC 供5V電源，GND 為地線，TRIG 觸發(fā)控制信號輸入，ECHO 回響信號輸出。3. 電氣參數(shù)表32 HRSR04超聲波模塊電氣參數(shù)電氣參數(shù)HCSR04超聲波模塊工作電壓DC5V工作電流15mA工作頻率40kHz最遠(yuǎn)射程4m最近射程2cm測量角度15 度輸入觸發(fā)信號10uS 的TTL脈沖輸出回響信號輸出TTL輸出 電平信號，與射程成比例規(guī)格尺寸45*204. 超聲波時序圖圖39 超聲波時序圖以上時序圖表明你只需要提供一個10us以上脈沖觸發(fā)信號，該模塊內(nèi)部將發(fā)出8個40kHz周期電平并檢測回波。一旦檢測到有回波信號則輸出回響信號，回響信號的脈沖寬度與所測的距離成正比。由此通過發(fā)射信號到收到的回響信號時間間隔可以計算得到距離。公式：us/58=厘米或者us/148=英寸；或是：距離=高電平時間*聲速（340m/s）/2；建議測量周期為60ms以上，以防止發(fā)射信號對回響信號的影響。注：1． 此模塊不宜帶電連接，若要帶電連接，則先讓模塊的GND端先連接，否則會影響模塊的正常工作。2． 測距時，否則影響測量的結(jié)果。 超聲波發(fā)射電路設(shè)計超聲波發(fā)射電路是由超聲波探頭和超聲波放大器組成。超聲波探頭將電信號轉(zhuǎn)換為機(jī)械波發(fā)射出去，而單片機(jī)所產(chǎn)生的40 kHz的方波脈沖需要進(jìn)行放大才能將超聲波探頭驅(qū)動將超聲波發(fā)射出去，所以發(fā)射驅(qū)動實際上就是一個信號的放大電路，本設(shè)計選用74LS04芯片進(jìn)行信號放大，超聲波發(fā)射電路如圖310所示。圖310 超聲波發(fā)射電路 超聲波接收電路由于超聲波在空氣中的傳播過程中是有衰減的，如果距離較遠(yuǎn)，那么超聲波接收電路所接收到的超聲波信號就會比較微弱，因此需要對接收到的信號進(jìn)行放大而且放大的倍數(shù)也要比較大。超聲波接收電路主要是由集成電路CX20106A芯片電路構(gòu)成的，CX20106A芯片電路可以對超聲波信號進(jìn)行放大、限幅、帶通濾波、峰值檢波、整形、比較等功能，比較完之后超聲波接收電路會輸出一個低電平到單片機(jī)去請求中斷，當(dāng)即單片機(jī)停止計時，并開始去進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理。CX20106A芯片的前置放大器具有自動增益控制的功能，當(dāng)測量的距離比較近時，放大器不會過載；而當(dāng)測量距離比較遠(yuǎn)時，超聲波信號微弱，前置放大器就有較大的放大增益效果。CX20106A芯片的5腳在外接電阻對它的帶通濾波器的頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)，而且不用再外接其他的電感，能夠很好地避免外加磁場對芯片電路的干擾，而且它的可靠性也是比較高的。CX20106A芯片電路本身就具有很高的抗干擾的能力，而且靈敏度也比較高，所以，能滿足本設(shè)計的要求。超聲波接收電路如圖311所示。圖311 超聲波接收電路 數(shù)碼管顯示模塊設(shè)計發(fā)光二極管的縮寫是LED，在每個數(shù)碼管里面都有8只發(fā)光二極管，它們分別記作a、b、c、d、e、f、g、dp，其中dp是小數(shù)點，每一只發(fā)光二極管都有一根電極引到外部的引腳上，而另外一只二極管的引腳就連接在一起同樣也引到外部引腳上，此引腳就記作公共端COM。市面上常用的LED數(shù)碼管有兩種即共陽極數(shù)碼管與共陰極數(shù)碼管。共陽極是數(shù)碼管里面的發(fā)光二極的陽極接在一起作為公共引腳即公共陽極，在使用時此公共引腳接到電源正極。相反，共陰極就是數(shù)碼管里面的發(fā)光二極管的陰極接在一起作為公共引腳即公共陰極，在使用時此引腳接到電源負(fù)極。單片機(jī)對數(shù)碼管的顯示可以分為靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示，靜態(tài)顯示能夠穩(wěn)定地顯示數(shù)值，但是搭建電路時比較煩索，而動態(tài)顯示是數(shù)碼管輪流顯示再利用人眼的“視覺暫留”特性，這樣看出來的就是在顯示不同數(shù)值[8]。數(shù)碼管的動態(tài)顯示比較實用，電路構(gòu)建簡單，所以本設(shè)計采用動態(tài)掃描的方法顯示測量距離，只要輪流顯示的速度足夠快的時候就能夠?qū)崿F(xiàn)測量數(shù)值的顯示。顯示模塊選用4位共陰