【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 /O 口線，看門狗定時(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。另外， AT89S52 可降至 0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持 2種軟件可選擇節(jié)電模式?？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。 它一共有 40個(gè)引腳，引腳又分為四類。其中有四個(gè)電源引腳，用來(lái)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(gè)時(shí)鐘引腳 XTAL XTAL2。還有由 P0口、 P1口、 P2口、 P3口的所有引腳構(gòu)成的單片機(jī)的輸入 /輸出（ 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(diǎn)是： 單片 機(jī)多功能，少引腳，使得引腳復(fù)用現(xiàn)象較多。 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(shí)復(fù)用為 8位數(shù)據(jù)總線； ALE、 PSEN、 RST、 EA和 P3口的 INT0、 INT T0、 T WR、RD以及 P1口的 T T2EX組成控制總線；而 P3口的 RXD、 TXD組成串行通信總線。 鑒 于 89C52 所具備的功能可以實(shí)現(xiàn)本測(cè)速系統(tǒng)的要求，所以本系統(tǒng)主控芯片選擇 89C52，然后在主 芯片外圍加上 12MHZ 的晶振，以及電源 等電子元器件構(gòu)成單片機(jī)最小系統(tǒng)，本設(shè)計(jì)要求按鍵控制超聲波信號(hào)的發(fā)射，數(shù)碼管顯 示，所以在最小系統(tǒng)的基礎(chǔ)上再加以補(bǔ)充電路。 物體的運(yùn)動(dòng)速度經(jīng)過(guò)單片機(jī)的運(yùn)算處理后送到數(shù)碼管顯示 ，數(shù)碼管顯示的電路連接圖如圖 10 所示，數(shù)碼管顯示所用的驅(qū)動(dòng)為集成芯片 74HC573，其引腳圖如圖 9所示： 15 OE1D12D23D34D45D56D67D78D89GND10LE11Q812Q713Q614Q515Q416Q317Q218Q119VCC20SN74HC573AN 圖 9 74HC573引腳圖 圖 9 為 74HC573 引腳圖 ， 74HC573 有 三態(tài)總線驅(qū)動(dòng)輸出 、 置數(shù)全并行存取 、 使能輸入 以及 有改善抗擾度的滯后作用 等特點(diǎn)。 74HC573 的八個(gè)鎖 存器都是 透明的 D 型鎖存器，當(dāng)使能（ G）為高時(shí)， Q 輸出將隨數(shù)據(jù)（ D）輸入而變。當(dāng)使能為低時(shí)，輸出將鎖存在已建立的數(shù)據(jù)電平上 。 輸 出控制不影響鎖存器的內(nèi)部工作，即老數(shù)據(jù)可以保持，甚至當(dāng)輸出被關(guān)閉時(shí)，新的數(shù)據(jù)也可以置入。這種 電路可以驅(qū)動(dòng)大電容 或低阻抗負(fù)載，可以直接與系統(tǒng)總線接口并驅(qū)動(dòng)總線，而不需要外接口。特別適用于緩沖寄存器， I/O 通道 ， 雙向總線驅(qū)動(dòng)器和工作寄存器 。 單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后與前文所設(shè)計(jì)的超聲波發(fā)射與接收電路進(jìn)行連接，整體設(shè)計(jì)原理圖見(jiàn)附錄 2。 16 圖 10 數(shù)碼管顯示電路 本次設(shè)計(jì)的所使用的數(shù)碼管為共陰極，圖 10 所示的兩個(gè)三位數(shù)碼管，可以 看到所有數(shù)碼管的陽(yáng)極，即標(biāo)有 A、 B、 C、 D、 E、 F、 G、 H的引腳全部連接在一起，然后與上面的 U4 元件 74HC573 鎖存器的數(shù)據(jù)輸出端相連，鎖存器的數(shù)據(jù)輸入端連接單片機(jī)的 P0 口， P0口同時(shí)加了上拉電阻。數(shù)碼管中WE1， WE2， WE3， WE4， WE5， WE6 是它們的位選端，每一個(gè)數(shù)碼對(duì)應(yīng)一個(gè)位選端，與上面的 U5 元件 74HC573 的數(shù)據(jù)輸出端的低 6位相連， U5 的數(shù)據(jù)輸入端也連接到單片機(jī)的 P0 口。兩個(gè)鎖存器的鎖存端分別與單片機(jī)的 、 相連，因?yàn)閱纹瑱C(jī)可以控制鎖存器的鎖存端，進(jìn)而控制鎖存器的數(shù)據(jù)輸出，這 種分時(shí)控制的方法便可以方便的控制數(shù)碼管顯示任意數(shù)字。 17 小結(jié) 本章 對(duì)超聲波測(cè)速雷達(dá)系統(tǒng)的硬件電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)，其中包括了超聲波發(fā)射、超聲波接收、單片機(jī)控制以及數(shù)碼管顯示幾部分。其中超聲波發(fā)射又包括低通濾波電路和超聲波換能電路，超聲波接收則包括整形放大電路、波形變換電路以及超聲波檢測(cè)接收電路。有了超聲波發(fā)射與接收的硬件電路，為后續(xù)單片機(jī)控制軟件編程打下了基礎(chǔ)。 18 第 3章 超聲波測(cè)速系統(tǒng)軟件的 設(shè)計(jì) 主程序 由超聲波超聲波測(cè)速 用 C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)系統(tǒng)可以大大縮短開(kāi)發(fā)周期 ，明顯增強(qiáng)程序的可讀性，便于改進(jìn)和擴(kuò)充。使用 C語(yǔ)言進(jìn)行 8052系列單片機(jī)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，編程者可以專注于應(yīng)用軟件部分的設(shè)計(jì)，不必將大量的精力花在內(nèi)存分配等底層工作上，從而大大加快了軟件開(kāi)發(fā)的速度。因此，本系統(tǒng)采用 C語(yǔ)言來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，本次設(shè)計(jì)軟件調(diào)試的環(huán)境是 Keil uVision4。 本次設(shè)計(jì)的超聲波雷達(dá)測(cè)速系統(tǒng)同時(shí)具有時(shí)差法以及多普勒測(cè)速功，對(duì)單片機(jī)進(jìn)行初始化之后，調(diào)用發(fā)射子程序產(chǎn)生產(chǎn)生兩個(gè)周期 40KHZ的方波發(fā)射出去，同時(shí)定時(shí)器 0開(kāi)始計(jì)時(shí)，當(dāng)超聲波信號(hào)碰到物體反射回來(lái)后，當(dāng)接收器收到回波信號(hào)時(shí)定時(shí)器 0停止工作，同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器 1，當(dāng)下一個(gè)上升沿到來(lái)時(shí)，定時(shí)器 1停止計(jì)時(shí)進(jìn)入外部中斷，同理再發(fā)射一次超聲波信號(hào)，利用定時(shí)器 0的時(shí)間記錄得到兩次物體與發(fā)射探頭的距離進(jìn)而求出物體運(yùn)動(dòng)速度，而利用定時(shí)器 1的時(shí)間記錄則可以得出回波信號(hào)的頻率，進(jìn)而利用多普勒原理求出物體速度。超聲波雷達(dá)測(cè)速的主程序流程圖如圖 12所示，超聲波測(cè)速源程序見(jiàn)附錄 1。 測(cè)速系統(tǒng)程序由按鍵 s1控制單片機(jī)發(fā)送方波，方波的發(fā)射是靠單片機(jī)產(chǎn)生方波，由 ，周期的控制由高低電平時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)要求產(chǎn)生 40KHZ的方波，所以控制方波的周期為 25us，即高電平 ，低電平。由于要進(jìn)行多普勒測(cè)速所以理論上至少要發(fā)射兩個(gè)周期以上才能利用定時(shí)器捕捉回波信號(hào)的周期，以此來(lái)得出回波信號(hào)與所發(fā) 40KHZ之間的頻差來(lái)得到物體運(yùn)動(dòng)速度。當(dāng)?shù)谝粋€(gè)高電平產(chǎn)生并發(fā)送出去后定時(shí)器 0開(kāi)始計(jì)時(shí)。 發(fā)出的的超聲波在碰到運(yùn)動(dòng)物體反射回來(lái)進(jìn)入超聲波接收電路后，經(jīng)波形變換以及整形放大后通過(guò)芯 片 CX20206a進(jìn)入到單片機(jī)的 ，其中CX20206a在沒(méi)有高電平到時(shí)，其輸出為高電平，當(dāng)有信號(hào)到時(shí)其跳變?yōu)榈? 19 電平。所以可以根據(jù) ，當(dāng)收到第一個(gè)高電平時(shí)，即 0的計(jì)時(shí)停止，存儲(chǔ) T0的數(shù)據(jù)為 num1，同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器 1，當(dāng) ， T1定時(shí)停止，并存儲(chǔ) T1數(shù)據(jù)為 num2。等接受完畢后接著再發(fā)射一次，同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器 0，當(dāng)收到回波后停止，定時(shí)器 0記錄數(shù)據(jù)為 num3。得到定時(shí)器數(shù)據(jù)后，分別利用時(shí)差法計(jì)算公式以及多普勒計(jì) 算公式對(duì)速度進(jìn)行計(jì)算。 但測(cè)速系統(tǒng)在測(cè)速過(guò)程中還應(yīng)該考慮干擾物體對(duì)測(cè)速的影響，應(yīng)該考慮此次測(cè)速是否有效，本設(shè)計(jì)擬對(duì) 5m以上物體的速度進(jìn)行測(cè)量，所以利用軟件編程設(shè)計(jì)對(duì) T0定時(shí)器的時(shí)間記錄進(jìn)行判斷，即當(dāng) num1次測(cè)速失敗，應(yīng)該重新測(cè)量。其次就是對(duì)兩種方法測(cè)速結(jié)果進(jìn)行比較如果二者測(cè)速結(jié)果相差 ，即△ V量。子程序流程圖如圖 11所示。 當(dāng)系統(tǒng)判斷測(cè)速數(shù)據(jù)有效時(shí)，需要對(duì)測(cè)量出來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，本次設(shè)計(jì)是針對(duì) 速度在 10m/s以下運(yùn)動(dòng)物體速度測(cè)量，顯示保留兩位小數(shù)，即利用 3位顯示。 圖 11 測(cè)量結(jié)果判斷流程圖 開(kāi)始 △ V輸出到顯示 開(kāi)始 輸出到顯示num1 輸出到顯示 N N Y Y 20 圖 12 測(cè)速系統(tǒng)流程圖 開(kāi)始 初始化 調(diào)發(fā)射子程序 定時(shí)器 0 開(kāi)始計(jì)時(shí) N到 Y 定時(shí)器 0停止計(jì)時(shí) 是 否有 上升沿 是 否有 回波 N Y 顯示 結(jié)束 啟動(dòng)定時(shí)器 1 定時(shí)器 1停 止計(jì)時(shí) 調(diào)發(fā)射子程序 是 否有 回波 定時(shí)器 0停止計(jì)時(shí) 計(jì)算速度 定時(shí)器 0 開(kāi)始計(jì)時(shí) Y N 21 主程序中 對(duì)于定時(shí)器的控制由 定時(shí)中斷服務(wù)子程序以及外部中斷 子程序來(lái)實(shí)現(xiàn)， 定時(shí)中斷服務(wù)子程序以及外部中斷 子程序如圖 13 和圖 14 所示： 圖 13 定時(shí)中斷服務(wù)子程序 圖 14 外部中斷服務(wù)子程序 小結(jié) 本章根據(jù)超聲波 測(cè)速系統(tǒng)的 硬件電路 設(shè)計(jì)，對(duì)系統(tǒng)軟件進(jìn)行了設(shè)計(jì)，從系統(tǒng)的算法入手，按照測(cè)速步驟對(duì)超聲波測(cè)速系統(tǒng)軟件編程進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，畫(huà)出了測(cè)速系統(tǒng)的主要流程，將軟件和硬件充分結(jié)合，測(cè)速系統(tǒng)已初步形成。 定時(shí)中斷 入口 定時(shí)器初始化 發(fā)射超聲波 是否 發(fā)射完 停止發(fā)射 返回 外部 中斷入口 關(guān)外部中斷 讀取時(shí)間值 計(jì)算速度 結(jié)果輸出 開(kāi)外部中斷 返回 22 第 4章 系統(tǒng) 性能 分析 系統(tǒng)功能分析 本系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)變速物體的速度進(jìn)行比較準(zhǔn)確的測(cè)量 ，由于現(xiàn)有的超聲波換能器最遠(yuǎn)的探測(cè)距離為 35m，所以無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)更遠(yuǎn)距離的物體進(jìn)行速度測(cè)量 。 對(duì)于時(shí)差法測(cè)速，是根據(jù)兩次超聲波發(fā)射與接收物體的運(yùn)動(dòng)位移與所用時(shí)間之間的關(guān)系得出的，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)本著以最短測(cè)量周期實(shí)現(xiàn)對(duì)速度的 測(cè)量，所以經(jīng)過(guò)系統(tǒng)分析超聲波探頭的探測(cè)距離為 10m,設(shè)在常溫下，即 15℃下聲波在空氣中傳播速度為 340m/s,則在這個(gè)基礎(chǔ)上可以將測(cè)量周期控制在 以內(nèi) ,在運(yùn)動(dòng)物體的速度不超過(guò) 10m/s 的情況下，根據(jù)系統(tǒng)的程序計(jì)算，測(cè)量誤差不超過(guò) 。 對(duì)于時(shí)差法測(cè)速，在測(cè)速過(guò)程中物體的運(yùn)動(dòng)位移是一定的，但在時(shí)差上在程序中未能考慮到各部分電路的傳輸速度，導(dǎo)致