【導(dǎo)讀】汽車數(shù)量正逐年增加。同時(shí)汽車駕駛?cè)藛T中非職業(yè)汽車駕駛?cè)藛T的比例也逐。在公路、街道、停車場、車庫等擁擠、狹窄的地方倒車時(shí)，駕駛員。既要前瞻又要后顧，稍微不小心就會發(fā)生追尾事故。據(jù)相關(guān)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，15％。的汽車碰撞事故是因倒車時(shí)汽車的后視能力不良造成的。后視能力，研制汽車后部探測障礙物的倒車?yán)走_(dá)便成為近些年來的研究熱點(diǎn)。安全避免障礙物的前提是快速、準(zhǔn)確地測量障礙物與汽車之間的距離。車造成的汽車碰撞或擦傷的經(jīng)濟(jì)損失和人身安全問題，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。超聲波的波長比一般聲波要短，能透過不透明物質(zhì)。問題，給出了實(shí)現(xiàn)超聲波測距方案的軟、硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)框圖。KEYWORDS：Ultrasonic，Ranging，Reversingradar，AT98C51MCU

　　

【正文】 字就需要有一個(gè)專門的譯碼器，該譯碼器不但要完全成譯碼功能，還要有相當(dāng)?shù)尿?qū) 動(dòng)能力。 數(shù)碼管是一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其基本單元是發(fā)光二極管 .數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個(gè)發(fā)光二極管單元（多一個(gè)小數(shù)點(diǎn)顯示） 。 按能顯示多少個(gè)“ 8”可分為 1 位、 2 位、 4 位等等數(shù)碼管；按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極 (COM)的數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極 COM 接到 +5V，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段的陰極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。共陰數(shù)碼管是指將 所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極 (COM)的數(shù)碼管。共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極 COM 接到地線 GND上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段的陽極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。 abfcgdea bcdefghh.++ (共陽極 ) abfcgdea bcdefghh.（共陰極） 圖 35 數(shù)碼管引腳圖 數(shù)碼管譯碼原理 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 當(dāng)輸入 BCD 碼 (以 A、 B、 C、 D 表示 )，輸出是數(shù)碼管各段的驅(qū)動(dòng)信號 (以Fa～ Fg表示 )，也稱 4— 7 譯碼器。例如，當(dāng)輸入 8421 碼 ABCD=0100 時(shí)，應(yīng)顯示為“ 4” ,即要求同時(shí)點(diǎn)亮 b、 c、 f、 g 段，熄滅 a、 d、 e 段，故譯碼器的輸出應(yīng)為 Fa～ Fg=0110011，這也是一組代碼，常稱為段碼。同理，根據(jù)組成0～ 9 這 10 個(gè)字形的要求可以列出 8421BCD 七段譯碼器的真值表，共陽極的是低電平有效，共陰極的反之，共陽極數(shù)碼管的真值表如表 31 所示。 表 31 數(shù)碼管段碼表 十進(jìn)制數(shù) 段碼（不帶點(diǎn)顯示） 段碼（帶點(diǎn)顯示） 0 0xeb 0xef 1 0x28 0x2c 2 0xb3 0xb7 3 0xba 0xbe 4 0x78 0x7c 5 0xda 0xde 6 0xdb 0xdf 7 0xa8 0xac 8 0xfb 0xff 9 0xfa 0xfe 167。 LED 數(shù)碼管的顯示 本設(shè)計(jì)顯示部分采用三位共陰極數(shù)碼管顯示所測距離值。其顯示的容量為 3 個(gè)字。數(shù)碼管有微功耗、體積小、超薄輕巧、使用方便等諸多優(yōu)點(diǎn)。使用時(shí)，可將 P0 與 LCD 的數(shù)據(jù)線相連， ~ 口與 LCD 的控制線相連，如圖 36 所示。 靜態(tài)顯示就是當(dāng)顯示某一個(gè)字符時(shí)，相應(yīng)的發(fā)光二極管恒定地導(dǎo)通或截止。使用靜態(tài)顯示時(shí)，需要在每一個(gè)數(shù)碼管上添加一個(gè)鎖存器，當(dāng)需要某個(gè)數(shù)碼管顯示其他內(nèi)容時(shí)，只需要修改與其相連的鎖存器 的值即可。當(dāng)數(shù)碼管處于靜態(tài)顯示方式時(shí)，所有位選線 (數(shù)碼管的公共端 )連接在一起，而各個(gè)數(shù)碼管的段選線 (數(shù)碼管上各筆段的引出線 )是相互分離的。 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 靜態(tài)顯示的優(yōu)點(diǎn)是數(shù)碼管顯示無閃爍，亮度高，與單片機(jī)之間的連接比較簡單，例如上圖中使用串行轉(zhuǎn)并行芯片 74LS164N 作為數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)，軟件控制比較容易。缺點(diǎn)是需要的硬件電路較多 (每一個(gè)數(shù)碼管都需要一個(gè)鎖存器 )，同時(shí)由于所有數(shù)碼管都處于被點(diǎn)亮狀態(tài)，所以需要的電流很大，當(dāng)數(shù)碼管的數(shù)量增多時(shí)，對電源的要求也就隨之增高。所以在大部分硬件電路設(shè)計(jì)中，很少采用靜態(tài)顯示方式。 本系統(tǒng)采 用 動(dòng) 態(tài)顯示。由于 LED 靜態(tài)顯示需要占用較多的 I/O 口，且功耗較大，因此在大多數(shù)場合通常不采用靜態(tài)顯示，而采用動(dòng)態(tài)掃描的方法來控制 LED 數(shù)碼管的顯示。動(dòng)態(tài)顯示的特點(diǎn)是將所有位數(shù)碼管的段選線并聯(lián)在一起，由位選線控制是哪一位數(shù)碼管有效。點(diǎn)亮數(shù)碼管采用動(dòng)態(tài)掃描顯示。所謂動(dòng)態(tài)掃描顯示即輪流向各位數(shù)碼管送出字形碼和相應(yīng)的位選，只要掃描顯示速度夠快，利用發(fā)光管的余輝和人眼視覺暫留作用，使人的感覺好像各位數(shù)碼管同時(shí)都在顯示。動(dòng)態(tài)顯示的亮度比靜態(tài)顯示要差一些，所以在選擇限流電阻時(shí)應(yīng)略小于靜態(tài)顯示電路中的。動(dòng)態(tài)掃描顯示時(shí)刷新頻 率最好大于50HZ， 即沒顯示一輪的時(shí)間不超過 20ms，每個(gè)數(shù)碼管顯示時(shí)間不能太長也不能太短，時(shí)間太長會影響刷新率，導(dǎo)致總體顯示呈現(xiàn)閃爍的現(xiàn)象，時(shí)間太短發(fā)光二極管的電流導(dǎo)通時(shí)間也就短，會影響總體的顯示亮度。 圖 36 數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電路 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 167。 報(bào)警電路設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)采用蜂鳴器以及發(fā)光二極管作為報(bào)警器件。 能以聲音或 光 告知 駕駛員 周圍障礙物的情況，解除了駕駛員 倒車 時(shí)前后探視所引起的困擾，并幫助駕駛員掃除了視野死角和視線模糊的缺陷，提高駕駛的安全性。 167。 蜂鳴器的驅(qū)動(dòng) 圖 37 蜂鳴器的驅(qū)動(dòng)電路 單片機(jī)輸出端輸出低電平的驅(qū)動(dòng)能力比高電平要強(qiáng)得多，但在保證邏輯 電平時(shí)也只有 5mA 左右，不需要保證邏輯電平時(shí)可以有幾十毫安。蜂鳴器需 要的驅(qū)動(dòng)電流較大（ 50~100mA），所以這里的驅(qū)動(dòng)電路以低電平有效，且外接三極管作為功率驅(qū)動(dòng)器件，如圖 36 所示。其中， 輸出一定頻率的信號作為驅(qū)動(dòng)信號 。 167。 發(fā)光二極管的驅(qū) 動(dòng) 發(fā)光二極管 工作電壓很低（有的僅一點(diǎn)幾伏）；工作電流很?。ㄓ械膬H零點(diǎn)幾毫安即可發(fā)光）；抗沖擊和抗震性能好，可靠性高，壽命長；通過調(diào)制通過的電流強(qiáng)弱可以方便地調(diào)制發(fā)光的強(qiáng)弱。 因此，只要以 輸出高電平作為驅(qū)動(dòng)信號。如圖 37 所示。 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 圖 38 發(fā)光二極管的驅(qū)動(dòng)電路 167。 本章小結(jié) 本章主要介紹了基于單片機(jī)的超聲測距系統(tǒng)的具體硬件設(shè)計(jì)電路。對其中主要硬件單元 ： 發(fā)射電路、接收電路、 報(bào)警 電路以及顯示電路的設(shè)計(jì)給出原理圖并進(jìn)行了分析。河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 第 4章 軟件設(shè)計(jì) 167。 系統(tǒng)程序結(jié)構(gòu) 5361AS 三位共陰極數(shù)碼管的顯示模 塊 有 顯示子程序； HCSR04 超聲波測距模塊，分為超聲波發(fā)送控制程序、接收處理程序； 、按鍵處理以及各個(gè)子程序的調(diào)度管理等部分； C 語系統(tǒng)采用 AT89S52 的內(nèi)時(shí)鐘： 12MHz； ， C 語言相比匯編有許多的優(yōu)勢；編譯器使用 Keil ? Version2 進(jìn)行程序編譯， Keil 功能強(qiáng)大使用方便。 圖 41 程序流程圖 167。 初始化程序 0，定時(shí)器 1， 16 位工作方式。外部 中斷 0，用做判斷回波河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 電平。定時(shí)器 0 中斷 ,用做顯示。 uint distance_data,a,b。 uchar CONT_1。 P0M1 = 0。 //將 io 口設(shè)置為推挽輸出 P1M1 = 0。 P2M1 = 0。 P0M0 = 0XFF。 P1M0 = 0XFF。 P2M0 = 0XFF。 i=0。 flag=0。 test =0。 Trig=0。 //首先拉低脈沖輸入引腳 TMOD=0x11。 //定時(shí)器 0，定時(shí)器 1， 16 位工作方式 TR0=1。 //啟動(dòng)定時(shí)器 0 IT0=0。 //由高電平變低電平，觸發(fā)外部中斷 ET0=1。 //打開定時(shí)器 0 中斷 EX0=0。 //關(guān)閉外部中斷 EA=1。 //打開總中斷 0 167。 超聲波發(fā)射接收程序 由單片機(jī) 端口輸出 10uS 以上脈沖觸發(fā)信號，模塊內(nèi)部將發(fā)出 8 個(gè)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?；仨懶盘柕拿}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(shí)間間隔可以計(jì)算得到距離。 while(1) //程序循環(huán) { EA=0。 //關(guān)總中斷 Trig=1。 //超聲波輸入端 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 delay_20us()。 //延時(shí) 20us Trig=0。 //產(chǎn)生一個(gè) 20us 的脈沖，在 Trig 引腳 while(Echo==0)。 //等待 Echo 回波引腳變高電平 succeed_flag=0。 //清測量成功標(biāo)志 EX0=1。 //打開外部中斷 TH1=0。 //定時(shí)器 1 清零 TL1=0。 //定時(shí)器 1 清零 TF1=0。 //計(jì)數(shù)溢出標(biāo)志 TR1=1。 //啟動(dòng)定時(shí)器 1 EA=1。 //開總中斷 while(TH1 30)。 //等待測量的結(jié)果，周期 毫秒（可用中斷實(shí)現(xiàn)） TR1=0。 //關(guān)閉定時(shí)器 1 EX0=0。 //關(guān)閉外部中斷 if(succeed_flag==1) { distance_data=outeH。 //測量結(jié)果的高 8 位 distance_data=8。 //放入 16 位的高 8 位 distance_data=distance_data|outeL。 //與低 8 位合并成為 16 位結(jié)果數(shù)據(jù) distance_data=distance_data*。 //厘米 } if(succeed_flag==0) { distance_data=0。 //沒有回波則清零 test = !test。 //測試燈變化 } a=distance_data。 conversion(a)。 baojing (a)。 } 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 32 } 167。 外部中斷子程序 中斷服務(wù)程序是響應(yīng)單片機(jī)的外部中斷。在系統(tǒng)主程序中，發(fā)射的4OKHz 脈沖信號遇到障礙物反射后，經(jīng) 接收檢測電路產(chǎn)生外中斷信號至單片機(jī)。在中斷服務(wù)程序中，讀出計(jì)數(shù)值，并將高 8 位存儲到 outeH 低 8 位存儲到 outeL 。 外部中斷 0，用做判斷回波電平 INTO_() interrupt 0 //外部中斷是 0 號 { outeH =TH1。 //取出定時(shí)器的值 outeL =TL1。 //取出定時(shí)器的值 succeed_flag=1。 //至成功測量的標(biāo)志 EX0=0。 //關(guān)閉外部中斷 } 167。 顯示程序 定時(shí)器 0 中斷 ,用做顯示。將 P0 與 LCD 的數(shù)據(jù)線相連，傳送所顯示數(shù)據(jù)，將 ~ 口與 LCD 的控制線相連，選定由第幾個(gè)數(shù)碼管顯示。 timer0() interrupt 1 // 定時(shí)器 0 中斷是 1 號 { TH0=0xfd。 //寫入定時(shí)器 0 初始值 TL0=0x77。 switch(flag) { case 0x00:P0=ge。 p2_0=0。p2_1=1。p2_2=1。flag++。break。 case 0x01:P0=shi。 p2_0=1。p2_1=0。p2_2=1。flag++。break。 case 0x02:P0=bai。 p2_0=1。p2_1=1。p2_2=0。flag=0。break。 } 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 33 } 167。 顯示數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序 顯示數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序，將由超聲波模塊所測的數(shù)據(jù)按個(gè)位，十位，百位分離開來。將個(gè)位，十位，百位分別由不同數(shù)碼管顯示。 void conversion(uint temp_data) { uchar ge_data,shi_data,bai_data 。 bai_data=temp_data/100 。 temp_data=temp