【文章內(nèi)容簡介】 示輸出，接顯示器。 : 用于顯示輸出，接顯示器。 : 用于顯示輸出，接顯示器。 : 用于顯示輸出，接顯示器。 : 用于顯示輸出，接顯示器。 : 用于顯示輸出，接顯示器。 : 用于顯示輸出，接顯示器。 : 用于顯示輸出，接顯示器。 : 接報警電路 XTAL1：接外部晶振的一個引腳。在單片機內(nèi)部，它是一反相放大器輸入端， 這個江蘇技術(shù)師范學院畢業(yè)設計說明書（論文） 第 13 頁 共 38 頁 放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。它采用外部振蕩器時，引腳應接地。 XTAL2：接外部晶振的一個引腳。在片內(nèi)接至振蕩器的反相放大器輸出端和內(nèi)部時鐘發(fā)生器輸入端。當采用外部振蕩器時，則此引腳接外部振蕩信號的輸入。 RST： AT89S51 的復位信號輸入引腳，高電位工作，當要對芯片又時，只要將此引腳電位提升到高電位，并持續(xù)兩個機器周期以上的時間， AT89S51 便能完成系統(tǒng)復位的各項工作，使得內(nèi)部特殊功能寄存器的內(nèi)容均被設成已知狀態(tài)。 復位電路 （ 1） 單片機 AT89S51 作為主控芯片，控制整個電路的運行 。單片機外圍需要一個復位電路，復位電路的功能是：系統(tǒng)上電時提供復位信號，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤消復位信號。為可靠起見，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時才撤銷復位信號，以防電源開關(guān)或電源插頭分 合過程中引起的抖動而影響復位。該設計采用含有電阻的復位電路，復位電路可以有效的解決電源毛刺和電源緩慢下降（電池電壓不足）等引起的問題，在電源電壓瞬間下降時可以使電容迅速放電，一定寬度的電源毛刺也可令系統(tǒng)可靠復位。復位電路如圖 22所示： 圖 22 復位電路 （ 2） 復位是單片機的初始化操作，使 CPU 及各專用存儲器處于一個確定的初始狀態(tài)，其中把 PC的內(nèi)容初始化為 0000H，使單片機從 0000H 單元開始執(zhí)行程序，除了系統(tǒng)的正常開機（上電）復位外，當程序運行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死循環(huán)狀態(tài)時，為擺脫江蘇技術(shù)師范學院畢業(yè)設計說明書（論文） 第 14 頁 共 38 頁 困境，可按復位鍵進行復位，復位電路由片外和片內(nèi)兩部分電路組成 。 AT89S51 的 RST引腳為復位引腳，只要在 RST引腳上出現(xiàn) 兩個機器周期 以上的高電平，即可實現(xiàn)復位。復位通常有上電復位和按鍵復位兩種方法。本設計采用的是按鍵復位，當按下按鍵后，電容被短路， RST 引腳就處于高電平，就可以達到復位的目的。 b、按鍵電平復位 通過使復位端經(jīng)電阻與 VCC 電源接通而實現(xiàn)的。 c、系統(tǒng)復位 在實際應用系統(tǒng)中，為了保證復位電路可靠工作，常將 RC 電路接施密特電路后再接入單片機復位端和外圍電路復位端。這特別適合于應用現(xiàn)場干擾大、電壓波動大的工作環(huán)境，并且，當系統(tǒng)有多個復位端時，能保證可靠地 同步復位。 時鐘電路 時鐘電路用于產(chǎn)生單片機工作所需要的時鐘信號，單片機本身就是一個復雜的同步時序電路，為了保證同步工作方式的實現(xiàn)，電路應在惟一的時鐘信號控制下嚴格地按時序進行工作 。該時鐘電路由兩個電容和一個晶體振蕩器組成。 X1 是接外部晶體管的一個引腳。在單片機內(nèi)部，它是一個反相放大器的輸入端，這個放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。輸出端為引腳 X2，在芯片的外部通過這兩個引腳接晶體振蕩器和微調(diào)電容，形成反饋電路，構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。 晶振電路如圖 23 所示： 圖 23 晶振電路 電路中的 C9和 C10一般取 30PF左右，而晶體振蕩器的頻率范圍通常是 ～ 12MHz，而電路中采用 12MHz，晶體振蕩器的頻率越高，振蕩頻率就越高。 江蘇技術(shù)師范學院畢業(yè)設計說明書（論文） 第 15 頁 共 38 頁 超聲波發(fā)射電路 超聲波發(fā)射電路原理圖如圖 24 所示 ： 圖 24系統(tǒng)發(fā)射電路 發(fā)射電路原理：當單片機 AT89S51,通過 這個 I/O 口 ,發(fā)射電路主要有反向器74LS04 和超聲波發(fā)射 轉(zhuǎn)換器構(gòu)成，單片機 P10 端輸出的 40KHZ 方波信號一路經(jīng)一級反相器后送到超聲波換能器的一個電極，另一路經(jīng)兩級反向器后送到超聲波換能器的 另一個電極。用這種推挽式將方波信號加到超聲波換能器的兩端，可以提高超聲波的發(fā)射強度。輸出端采用兩個反向器并聯(lián)，可以提高驅(qū)動能力，上拉電阻 R3， R4 一方面可以提高反向器 74LS04 的輸出高電平的驅(qū)動能力，另一方面可以增加超聲波換能的阻尼效果，縮短其自由振蕩的時間。 超聲波接收電路 接收電路如 圖 25所示： 江蘇技術(shù)師范學院畢業(yè)設計說明書（論文） 第 16 頁 共 38 頁 圖 25 系統(tǒng) 接收電路圖 此電路主要通過芯片 CX20216A 來實現(xiàn)的。 CX20216A 是日本索尼公司生產(chǎn)的彩電專用紅外遙控接收器，采用單列 8腳直插式，超小型封裝， +5V 供電。 在工作時，接收的超聲波信號經(jīng) RX 轉(zhuǎn)換成為電信號，加到 CX20216A 的輸出端（ 1）腳，處理后由 CX20216A 的輸出端（ 7 腳）送到單片機的中斷口，申請 CPU 處理。芯片 CX20216A 的 各引腳功能介紹如下： 1 腳：超聲波信號輸入端，該腳的輸入阻 抗為 40K 歐姆。 2 腳：該腳與 GND 之間連接 RC 串聯(lián)網(wǎng)絡，他們是負反饋串聯(lián)網(wǎng)絡的一個組成部分，改變他們的數(shù)值能改變前置放大器的增益額頻率特性。增大電阻 R 或減小 C，將使負反饋量增大，放到倍數(shù)下降，反之則放大倍數(shù)增大，但 C的改變會影響到頻率特性，一般在實際使用中不必改動，推薦選用參數(shù)為 R= 歐姆， C= 微法。 3 腳：該腳與 GND 之間連接檢波電容，電容量大于平均值檢波，瞬間相應靈敏度低，若容量小，則為峰值檢波，瞬間相應靈敏度高，但檢波輸出的脈沖寬度變動大，易造成誤作，推薦參數(shù) 。 4腳 ：接地端。 5 腳：該腳與電源端 VCC 接入一個電阻，用以設置帶通濾波器的中心頻率 F0，阻值越大，中心頻率越低，例如，取 R=200K 歐姆時， f0=42kHZ,取 R=220K 歐姆，中心頻率f0=38Khz. 6 腳：該腳與 GND 之間接入一個積分電容，標準值為 330pF,如果該電容取得太大，會使探測距離變短。 江蘇技術(shù)師范學院畢業(yè)設計說明書（論文） 第 17 頁 共 38 頁 7腳：遙控命令輸出端，它是集電極開路的輸出方式，因此該腳必須接上一盒上拉電阻到電源端，該電阻推薦值為 220K 歐姆，沒有接收信號端輸出為高電平，有信號時則會下降。 8腳：電源正極， ~5V。 圖 26 CX20216A引腳圖 CX20216A 內(nèi)部框圖如圖 27： 圖 27 原理框圖 顯示電路 顯示器是一個典型的輸出設備，而且其應用是極為廣泛的，幾乎所有的電子產(chǎn)品都要使 用顯示器，其差別僅在于顯示器的結(jié)構(gòu)類型不同而已。最簡單的顯示器可以使 LED 發(fā)光二極管，給出一個簡單的開關(guān)量信息，而復雜的較完整的顯示器應該是 CRT 監(jiān)視器或者屏幕較大的 LCD 液晶屏。綜合課題的實際要求以及考慮單片機的接口資源，采用串行方式顯示的 LED 驅(qū)動輸出設備。由于全程顯示的距離范圍在 4 米之內(nèi)， 用數(shù)碼管表示距離的 cm數(shù)值。 江蘇技術(shù)師范學院畢業(yè)設計說明書（論文） 第 18 頁 共 38 頁 在單片機應用系統(tǒng)中，發(fā)光二極管 LED 顯示器常用兩種驅(qū)動方式：靜態(tài)顯示驅(qū)動和動態(tài)顯示驅(qū)動。所謂靜態(tài)顯示驅(qū)動，就是給要點亮的 LED 通以恒定的電流，即每一位 LED顯示器各引腳都 要占用單獨的具有鎖存功能的 I/O 接口。單片機只需要把要顯示的字形段碼發(fā)送到接口電路并保持不變即可，如果要顯示新的數(shù)據(jù)，再發(fā)送新的字形段碼。因此，使用這種方法單片機中 CPU 開銷小，但這種驅(qū)動方法需要寄存器、譯碼器等硬件設備。當需要顯示的位數(shù)增加時，所需的器件和連線也相應增加，成本也增加。而所謂動態(tài)顯示驅(qū)動就是給欲點亮的 LED 通以脈沖電流，即采用分時的方法，輪流控制各個顯示器的 COM 端，使各個顯示器輪流點亮，這時 LED 的亮度就是通斷的平均亮度?？紤]各種因素，本設計選用靜態(tài)顯示驅(qū)動。本設計選用 9012 作為單片機應 用系統(tǒng)擴展的 I/O 口，構(gòu)成三極管掃描驅(qū)動。 如圖 28,29所示： 圖 28顯示驅(qū)動電路 江蘇技術(shù)師范學院畢業(yè)設計說明書（論文） 第 19 頁 共 38 頁 圖 29顯示電路 報警電路 由一個三極管 、一個 電阻 和一個 蜂鳴器 組成 一個最簡單的報警電路 。 報警電路如 圖 210所示： 圖 210 系統(tǒng)報警電路 系統(tǒng)原理圖 系統(tǒng)原理圖見附錄 1 工作原理： 由 單片機 AT89S51 編程產(chǎn)生 40KHZ 的方波信號 ， 經(jīng)過 口連接到超聲波模塊發(fā)送超聲 ， 再經(jīng)過放大電路，驅(qū)動超聲波發(fā)射探頭發(fā)射超聲波，發(fā)射出的超聲江蘇技術(shù)師范學院畢業(yè)設計說明書（論文） 第 20 頁 共 38 頁 波經(jīng)障礙物反射回來，經(jīng)過 口由超聲波接收頭接收信號 。通過接收電路的檢波放大、積分整形以及一系列的處理，送至單片機。單片機利用聲波傳播速度和發(fā)射脈沖到接收反射脈沖的時間間隔計算出障礙物的距離，并由單片機控制顯示模塊，顯示出具體的距離。 江蘇技術(shù)師范學院畢業(yè)設計說明書（論文） 第 21 頁 共 38 頁 第 3 章 系統(tǒng)軟件設計 系統(tǒng)軟件實現(xiàn)功能 在系統(tǒng)硬件構(gòu)架了超聲波測距的基本功能之后，系統(tǒng)軟件所實現(xiàn)的功能主要是針對系統(tǒng)功能的實現(xiàn)及數(shù) 據(jù)的處理和應用。根據(jù)第二章 所述系統(tǒng)硬件設計和所完成的功能，系統(tǒng)軟件需要實現(xiàn)以下功能： 一、信號控制 在系統(tǒng)硬件中，已經(jīng)完成了發(fā)射電路、接收電路、檢測電路、顯示電路、門限檢測的設計。在系統(tǒng)軟件中，要完成增益控制信 號、門控信號、發(fā)射脈沖信號、峰值采集信號、遠近控制信號的時序及輸出。 二、數(shù)據(jù)存儲 為了得到發(fā)射信號與接收回波間的時間差，要讀出此刻計數(shù)器的計數(shù)值，然后存儲在 RAM 中，而且每次發(fā)射周期的開始，需要對計數(shù)器清零，以備后續(xù)處理。 三、 信號處理 RAM 中存儲的計數(shù)值并不能作為距離值直接顯示輸出，因為計數(shù)值與實際的距離值之間轉(zhuǎn)換公式為： S=*V*T＝ *V*(Tr*N)其中， T 為發(fā)射信號到接收之間經(jīng)歷的時間， Tr 為方波信號作為計數(shù)脈沖時計數(shù)器的時間分辨率， N 為計數(shù)器的值。在這個部分中，信號處 理包括計數(shù)值與距離值換算，二進制與十進制轉(zhuǎn)換。 四、 數(shù)據(jù)傳輸與顯示 經(jīng)軟件處理得到的距離送顯示輸出，用三位 LED 表示。由于采用了單片機 AT89S51并考慮整個系統(tǒng)的控制流程，整個系統(tǒng)軟件都有 AT89S51 系列單片機匯編語言實現(xiàn)。由于距離值的得出及顯示是在中斷子程序中完成的，因此在初始化發(fā)射程序后進入中斷響應的等待。在中斷響應之后，原始數(shù)據(jù)經(jīng)計數(shù)值與距離值換算子程序，二進制與十進制轉(zhuǎn)換子程序后顯示輸出。整個系統(tǒng)軟件功能的實現(xiàn)可以分為主程序、中斷服務程序幾個主要部分。 主程序 主程序是單片機程序 的主體，整個單片機端系統(tǒng)軟件的功能的實現(xiàn)都是在其中完成江蘇技術(shù)師范學院畢業(yè)設計說明書（論文） 第 22 頁 共 38 頁 的，程序首先完成初始化過程，然后是一個重復的控制發(fā)射信號的過程，即調(diào)用發(fā)射子程序幾遍，而且每次發(fā)射周期結(jié)束都會判斷在發(fā)射信號后延 時等待的過程中是否發(fā)生了中斷，即是否有回波產(chǎn)生來判斷程序得流程，有回波的話，再經(jīng)過測距的子程序 流 來計算距離，判斷所測距離是否在安全范圍內(nèi)，以驅(qū)動顯示和報警電路。主程序流程圖 如圖31 所示。 江蘇技術(shù)師范學院畢業(yè)設計說明書（論文） 第 23 頁 共 38 頁 圖 31 主程序流程圖 一、 40kHz 脈沖的產(chǎn)生與超聲波發(fā)射 在脈沖產(chǎn)生前先對定時 /計數(shù)器 T0進行初始化，在這里選擇的是工作方式 1定時器模式，所以 TMOD 應該設定為 0x11，再 開啟 T0 的同時開發(fā)發(fā)射超聲波脈沖。 測距系統(tǒng)中的超聲波傳感器采用 UCM40 的壓電陶瓷傳感器，它的工作電壓是 40kHz的脈沖信號 , 這由單片機執(zhí)行下面程序來產(chǎn)生。 include sbit csbout=P1^0。 //超聲波發(fā)送 前方測距電路的輸入端接單片機 端口