【文章內(nèi)容簡介】 戶程序、用戶可以復位單片機、具有相對強大的外部擴展功能。 西華大學畢業(yè)設(shè)計說明書 第 9 頁 圖 主控制器電路 單片機作為一種微控制器，在日常生活以及工業(yè)生產(chǎn)中的應用越來越廣泛，而在基于單片機的應用系統(tǒng)設(shè)計，單片機本身正常運行所需要的資源基本上是固定不變的，而單片機的最 小系統(tǒng)就是一個能夠滿足單片機本身運行要求的基本系統(tǒng)，因此，設(shè)計最小系統(tǒng)對于基于單片機的應用系統(tǒng)設(shè)計具有很大的意義。 引腳功能： P0 口 接入 LCD 數(shù)據(jù)端顯示數(shù)據(jù) ， P20~P22 送命令到 LCD 控制 LCD 的顯示方式。 接入 DS18B20 溫度數(shù)據(jù)采集端。 接測量按鍵。 本次我們采用了 Atmel 公司的 芯片 AT89S52,該單片機主要特點如下： 復位電路 （ 1） AT89S52 系列單片機以 8051 為內(nèi)核，兼容 MCS51 系列單片機。 （ 2） AT89S52 系列單片機內(nèi)、內(nèi)部含有 Flash 存儲器，在系統(tǒng)開發(fā)可以反復擦寫。 （ 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），不需要把單片機從電路板取下來就可以擦寫程序。 （ 5） AT89S52 晶振頻率高達 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。 西華大學畢業(yè)設(shè)計說明書 第 10 頁 單片機在 RESET 端加一個大于 20ms 正脈沖 就可以 實現(xiàn)復位，上電復位和按鈕組合的復位電路如 圖 所示 ： 圖 復位電路 當按鈕 S1 被按下 時， 已經(jīng)充滿電的 電容 C1 通過 R1 迅速放電， 等到 S1 彈起后， 電容 C1 再次充電，實現(xiàn)手動復位。 時鐘電路 當單片機工作于內(nèi)部時鐘模式的時候，只需要在 XTAL1 引腳和 XTLA2 引腳連接一個晶體震蕩器或者陶瓷振蕩器，并聯(lián)接兩個電容后接地就可以實現(xiàn)。如圖 所示，使用時，對于電容的選擇有一定的要求，一般選擇 30pF 左右。 圖 時鐘電路 按鍵電路 我們將按鍵電路接入單片機 口來啟動測量，在程序設(shè)計中通 過查詢的方式檢 在系統(tǒng)上電的瞬間， 復位端 RST 和 電源電壓同電位，隨著電容的電壓逐漸上升， RST電位下降，于是在 RST 形成一個正脈沖。只要該脈沖足夠?qū)捑涂梢詫崿F(xiàn)復位，即20??RC? ms。一般取 R? 1 ?K ， C? 22uF。 尤其注意的是在實際電路設(shè)計時，應該注意盡量保證外接的振蕩器和電容靠近單片機的 XTAL1 和 XTAL2 引腳處，這樣可以減小寄生電容的影響， 使得振蕩器能夠穩(wěn)定可靠 地為單片機 CPU 提供時鐘信號。 西華大學畢業(yè)設(shè)計說明書 第 11 頁 測按鍵是否被按下， 在軟件中通過軟件延時來消除按鍵的機械抖動。電路原理如下： 按下按鍵后， 顯示為低電平，程序檢測 為低電平時開始執(zhí)行距離測量程序，當松開按鍵后， 為高電平。 圖 按鍵電路 蜂鳴器電路 本設(shè)計接一個蜂鳴 器電路，目的是跟按鍵電路聯(lián)系在一起。按鍵按下時，就發(fā)出提示音，即開始了測距。 蜂鳴器 是 一塊壓電晶片，在其兩端加上 35V 的直流電壓，就能產(chǎn)生 3KHz 的蜂鳴聲。電路如圖 所示 。 通過單片機軟件產(chǎn)生 3KHz 的信號從 口送到三極管 C9013 的基極，控制著電壓加到蜂 鳴器上，驅(qū)動蜂鳴器發(fā)出聲音。 圖 蜂鳴器電路 通過單片機軟件產(chǎn)生 的信號從 口送到三極管 的基極，控制著電壓加到蜂鳴器上，驅(qū)動蜂鳴器發(fā)出聲音。 西華大學畢業(yè)設(shè)計說明書 第 12 頁 (1)第一腳 GND：接地。 (2)第二腳 VCC： +5V 電源。 (3)第三腳 VO：對比度調(diào)整端。使用時通過接一個 1K的電阻來調(diào)節(jié)。 (4)第四腳 RS:寄存器選擇信號線。 (5)第五腳 RW:讀寫信號線。 (6)第六腳 EN：使能端，當 EN由高電平跳變?yōu)榈碗娖綍r執(zhí)行命令。 (7)第 714腳： 8位數(shù)據(jù)線 D0D7。 (8)第十五腳 BLA:背光電源正極輸入 端。 (9)第十六腳 BLK:背光電源負極輸入端。 圖 液晶顯示電路 1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（ CGROM)已經(jīng)存儲了 160個不同的點 陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯數(shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼，比如大寫的英文字母 ‘ A’ 的代碼是 01000001B（ 41H），顯示時模塊把地址 41H中的點陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母‘ A’ 。 1602通過 D0D7的 8位數(shù)據(jù)端傳輸數(shù)據(jù)和指令。 (1)顯示模式設(shè)置： (初始化 ) 本設(shè)計采用 LCD 液晶顯示屏顯示。 其具有體積小、功耗低、界面美觀大方等優(yōu)點，這里使用 YB1602 液晶屏， 1602 顯示模塊用點陣圖形顯示字符，顯示模式分為 2 行 16個字符。它具有 16 個引腳，其正面左起為第一腳，如圖 所示： 西華大學畢業(yè)設(shè)計說明書 第 13 頁 表 LCD1602 操作指令 操作控制表 操作 讀狀態(tài) 寫指令 讀數(shù)據(jù) 寫數(shù)據(jù) 輸入 RS=0， RW=1，E=1 RS=0， RW=0， D0D7=指令碼， E=H 脈沖 RS=1， RW=1，E=1 RS=1， RW=0， D0D7=數(shù)據(jù)， E=H 脈沖 溫度采集 DS18B20電路 0011 0000 [0x38]設(shè)置 16 2顯示， 5 7點陣， 8位數(shù)據(jù)接口； (2)顯示開關(guān)及光標設(shè)置： (初始化 ) 0000 1DCB D 顯示 (1有效 )、 C 光標顯示 (1有效 )、 B 光標閃爍 (1有效 ) 0000 01NS N=1(讀或?qū)懸粋€字符后地址指針加 1 amp。光標加 1)， N=0(讀或?qū)懸粋€字符后地址指針減 1 amp。光標減 1)， S=1且 N=1 (當寫一個字符后，整屏顯示左移 ) S=0 當寫一個字符后，整屏顯示不移動 (3)數(shù)據(jù)指針設(shè)置： 數(shù)據(jù)首地址為 80H，所以數(shù)據(jù)地址為 80H+地址碼 (027H， 4067H) (4)其他設(shè)置： 01H(顯示清屏，數(shù)據(jù)指針 =0，所有顯示 =0)； 02H(顯示回車，數(shù)據(jù)指針 =0)。 物理學告訴我們，超聲波在空氣中的傳播速度為： C=+*T，由此可見，超聲波的速度和溫度密切關(guān)系，即溫度每增加 1176。 C，超聲波速度約增加 ，本次我們考慮溫度補償，以使我們的設(shè)計更加精確，溫度的采集通常使用 DS18B20 一線式數(shù)字溫度傳感器，電路非常簡潔，具體電路圖如圖 所示。 DS18B20 是美國 DALLS 公司推出的 DS1820 的替代產(chǎn)品，具有 1 12 位的轉(zhuǎn)換精度，未編程時默認的精度是12 位，測量精度一般為 176。 C，軟件處理后可以達到 176。 C，溫度輸出以 16 位符號擴 展的二進制數(shù)形式提供，低位在先，以 176。 C/LSB 形式表達。其中高五位為擴展符號位。轉(zhuǎn)換周期與轉(zhuǎn)換精度有關(guān)， 9位轉(zhuǎn)換精度時，最大轉(zhuǎn)換時間為 ms， 12 位轉(zhuǎn)換精度時，最大轉(zhuǎn)換時間為 750ms。 DS18B20 引腳判斷方法是：字面朝人，從左到右依次是 1 （ GND）、 2（輸入 /輸出）、 3（ VDD）。圖中的 R9 為上拉電阻，阻值選 5K 左右。 西華大學畢業(yè)設(shè)計說明書 第 14 頁 圖 DS18B20 溫度傳感器 發(fā)射電路設(shè)計 圖 超聲波發(fā)射電路 工作 過程中 ， 單片機產(chǎn)生 40kHz 的脈沖通過 口向超聲波發(fā)射電路發(fā)出信號，接入由 74LS04 構(gòu)成的放大電路放大信號， 驅(qū)動超聲波探頭將超聲波發(fā)射出去。 接收電路設(shè)計 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，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行放大而且放大的超聲波發(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)換為機械波發(fā)射出去，而單片機所產(chǎn)生的 40 kHz 的方波脈沖需要進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 芯片進行信號放大，超聲波發(fā)射電路如圖 。 西華大學畢業(yè)設(shè)計說明書 第 15 頁 倍數(shù)也要比較大。 超聲波接收電路主要是由集成電路 CX20xx6A 芯片 電路 構(gòu)成的 。 圖 超聲波接收電路 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， CX20xx6A 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。 基本工作原理： （ 1）采用 IO 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，高電平的持續(xù)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） /2。 HRSR04 超聲波集成模塊正 反面外觀如圖 所示。 CX20xx6A 芯片電路可以對超聲波信號進行放大、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去請求中斷，當即單片機停止計時，并開始去進行數(shù)據(jù)的處理。 CX20xx6A 芯片的前置放大器具有自動增益控制的功能，當測量的距離比較近時，放大器不會過載；而當測量距離比較遠時，超聲波信號微弱，前置放大器就有較大的放大增益效果。 CX20xx6A 芯片的 5腳在外接電阻對它的帶通濾波器的頻率進行調(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。 CX20xx6A 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 所示。