【正文】 字節(jié) 0 開始 CHANNEL_CON FIG(CC) 1000pphccccccccc 快速設置配置寄存器中 CH_NO HFREQ_PLL 和 PA_PWR 的專用命令CH_NO=ccccccccc HFREQ_PLL=h PA_PWR=pp 通過 對 NRF905 的工作原理 的研究 ， 參考 NRF905 模塊的無線收發(fā)流程及部分指令說明，最后確定和單片機連接構成無線收發(fā)電路，電路圖如圖 所示。 圖 無線收發(fā)電路 報警電路的設計 由于當測量范圍超過設計范圍時，本系統(tǒng)不能實現(xiàn)測量功 能，所以設計一個報警功能，當超過測距范圍時，系統(tǒng)會 通過蜂鳴器 發(fā)生報警。 20 本設計 采用一個蜂鳴器 來實現(xiàn)報警功能 ，由 輸出一定頻率的信號，在連接到蜂鳴器之前，經過一個三極管 8050 的放大。報警 電路 的連線，如圖 所示 。 圖 報警電路 電源的設計 整個系統(tǒng)分為兩部分，第一部分主要由 控制模塊、超聲波測距模塊、無線傳輸模塊組成 ； 第二部分主要由控制模塊、顯示模塊、 報警 模塊、無線接收模塊組成 。由于無線收發(fā)模塊需要的電源電壓 是 電源，所以本設計采用 USB 提供 5V 電源，通過 AMS117 芯片 將 5V 電源 穩(wěn)壓到 供電。 電路圖如圖 所示 [15]。 圖 電源電路 21 本章小結 本章是 超聲波測距系統(tǒng)的硬件電路設計部分，主要有 單片機系統(tǒng)及顯示電路、超聲波收發(fā)模塊 、無線收發(fā)模塊、 報警 模塊、 LCD 顯示 模塊的設計。通過查閱大量的資料，設計出的硬件電路基本符合工作要求 。 22 第 三 章 軟件設計 如果說硬件設計是骨骼，那么軟件 設計可以算作是整個電路系統(tǒng)的血肉。只有在軟件指令的指揮下才能使 單片機系統(tǒng) 正常 工作。對于單片機的軟件編寫，實際上就如同編寫 PC機的操作系統(tǒng)，都要涉及中斷、定時器，及其他外圍設備驅動程序編寫。當然單片機的軟件設計復雜度比 PC 底層軟件編寫復雜度低的多。本系統(tǒng)的軟件設計包括主單片機系統(tǒng)軟件設計和從單片機系統(tǒng)軟件設計。 主單片機系統(tǒng) 軟件設計 本設計 的主單片機系統(tǒng)主要實現(xiàn)的功能是測量障礙物的距離和處理數(shù)據(jù)進行無線發(fā)射，在軟件設計中包括超聲波測距子程序和無線發(fā)射子程序。 程序流程圖，就如同程序設計 的一個向導，是程序員的設計思路，他能從整體上指導程序員，如何 去編寫程序，便于及時糾正程序中的不足。以下主要介紹主程序流程圖，及相應功能子程序 流程圖 [16]。 主單片機程序流程圖 主程序流程圖 是 系統(tǒng)工作流程 最明確的介紹，包括初始化、超聲波測距、距離計算和無線發(fā)射等過程。具體流程圖如圖 所示。 開 始初 始 化超 聲 波 發(fā) 射 接 收距 離 計 算無 線 傳 輸 圖 主單片機 程序流程框圖 子程序流程圖 23 本設計采用超聲波測距模塊 US020 實現(xiàn)測距功能，單片機通過 向該模塊的 Trig端口輸入一個大于 10uS 的高電平來觸發(fā)測距模塊工作，當測距結束時 Echo 端會輸出一個高電平，高電平的寬度即為往返時間之和 ，根據(jù)這個時間可測得實際距離。超聲波測距流程圖如圖 所示。 開 始T r i g 端 輸 入 大 于 1 0 u S 的 高電 平 觸 發(fā) 測 距 模 塊 工 作E c h o 端 輸 出 一 個高 電 平 ？計 算 距 離Y e sN o 圖 超聲波測距流程圖 設計 中 選用了 Nordic 公司生產的無線射頻模塊 NRF905， NRF905 的發(fā)射步驟為： 當微控制器有數(shù)據(jù)要發(fā)射時，通過 SPI 接 口，按時序把接收機的地址和要發(fā)送的數(shù)據(jù)送傳給NRF905， SPI接口的速率在通信協(xié)議 和器件配置時確定；微控制器置高 TRX_CE和 TX_EN，激發(fā) NRF905 的 Shock Burst TM 發(fā)送模式； NRF905 的 Shock Burst TM 發(fā)送：（ 1）射頻寄存器自動開啟；（ 2）數(shù)據(jù)打包（加字頭和 CRC 校驗碼）；（ 3）發(fā)送數(shù)據(jù)包；（ 4）當數(shù)據(jù)發(fā)送完成，數(shù)據(jù)準備好引腳被置高； AUTO_RETRAN被置高， NRF905不斷重發(fā)，直到 TRX_CE被置低；當 TRX_CE 被置低， NRF905 發(fā)送過程完成，自動進入空閑模式，注意： Shock Burst TM 工作模式保證，一旦發(fā)送數(shù)據(jù)的過程開始無論 TRX_EN 和 TX_EN 引腳是高或低，發(fā)送過程都會被處理完，只有在前一個數(shù)據(jù)包被發(fā)送完畢， NRF905 才能接收 下一個發(fā)送數(shù)據(jù)包。 無線發(fā)射 程序 流程圖如 圖 所示 。 24 開 始載 入 節(jié) 點 地 址和 有 效 數(shù) 據(jù)T R X _ C E = 1 ?發(fā) 射 器 上電T X 傳 輸 模 式 產 生c r c 效 驗 碼 并 連 續(xù)發(fā) 送 數(shù) 據(jù) 包T R X _ C E = 1A U T O _ R E T RA N = 1D R 置 低N oY e sY e sN o 圖 無線發(fā)射流程圖 從單片機系統(tǒng)軟件設計 從單片機系統(tǒng)主要實現(xiàn)無線接收、 LCD 顯示和報警功能，根據(jù)這些功能在軟件設計中設計了各個功能的子程序。 從單片機程序流程圖 一個完整的 單片機程序流程圖 可以清晰地表達該 系統(tǒng)的工作順序和整體框架， 這樣看起來構思簡明、易懂，給程序編寫做了一個良好的鋪墊。本設計從單片機的程序 流程圖如圖 所示。 25 開 始初 始 化無 線 接 收是 否 接 到 數(shù) 據(jù) ？數(shù) 據(jù) 處 理數(shù) 值 是 否 大 于 報 警值 ？液 晶 顯 示報 警N oY e sY e sN o 圖 從單片機程序流程框圖 子程序流程圖 NRF905 模塊的接收步驟為： 當 TRX_CE 為高、 TX_EN 為低時， NRF905 進入 Shock Burst TM 接收模式； 650us 后， NRF905 不斷檢測，等待接收數(shù)據(jù)；當 NRF905 檢測到同一頻段的載波時，載波檢測引腳被置高；當接收到一個相當匹配的地址， AM 引腳被置高；當一個正確的數(shù)據(jù)包接收完畢， NRF905 自動移去字頭、地址和 CRC 校驗位，然后把 DR引腳置高；微控制器把 TRX_CE 置低， NRF905 進入空閑模式；微控制器通過 SPI 口， 以一定的速率把數(shù)據(jù)移到微控制器內；當所有的數(shù)據(jù)接收完畢， NRF905 把 DR 引腳和 AM26 引腳置低； NRF905 此時可以進入 Shock Burst TM 接收模式、 Shock Burst TM 發(fā)送模式或關機模式。無線接收 程序流程圖 如圖 所示 。 T X _ E N = 0 P W R _ U P = 1T R X _ C E = 1接 收 器 上 電發(fā) 現(xiàn) 和 接 受 頻 率 相 同 的 載 波時 ， C D 置 高效 驗 地 址A M = 1接 收 數(shù) 據(jù)校 正 C R CD R = 1T R X _ C E = 1進 入 節(jié) 電模 式通 過 單 片 機時 鐘 載 入 S P I接 口D R 和 A M置 低A M = 0N oY e sN oY e sN oY e sY e sN o 圖 無線接收流程圖 程序 流程圖 LCD1602 液晶模塊內部的字符發(fā)生存儲器已經存儲了 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27 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”。其中 液晶顯示的流程圖如圖 所示 。 開 始初 始 化內 部 是 否 忙 碌讀 指 令讀 數(shù) 據(jù)顯 示N oY e s 圖 液晶顯示流程圖 本設計中當測距范圍超出量程時不能正常工作，因此設計一個報警功能，在軟件設計時設計一個報警子程序。報警流程圖如圖 所示。 開 始檢 測 B E E P = 1 ?報 警Y e sN o 圖 報警流程圖 28 本 章小結 本章是 超聲波測距系統(tǒng)的軟件程序設計部分，通過 設計各個部分的子程序，可以很好地實現(xiàn)設計的功能 要求 。 29 第四章 實物焊接與系統(tǒng)調試 完成硬件電路設計與軟件程序設計后就要進行系統(tǒng)的調試工作，其中包括了 PCB 制板、實物焊接、硬件 電路 調試、程序燒錄及調試。 電路板設計軟件介紹 Altium Designer 是原 Protel 軟件開發(fā)商 Altium 公司推出的一體化的電子產品開發(fā)系統(tǒng)，主要運行在 Windows 操作系統(tǒng)。這套軟件通過把原理圖設計、電路仿真、 PCB 繪制編輯、拓撲邏輯自動布線、信號完整性分析和設計輸出等技術的完美融合，為設計者提供了全新的設計解決方案，使設計者可以輕松進行設計，熟練使用這一軟件必將使電路設計的質量和效率大大提高。本設計的硬件電路部分就是在 Altium Designer 9 中完成的。 PCB 板制作 通過 Altium Designer 軟件 制作 PCB 板，其中要注意到電路板的制作規(guī)則、元器件的選擇、元器件的布局和元器件的連線。且制作板時不能出現(xiàn)差錯，否則會導致制作的 PCB板不能使用。在制板時回出現(xiàn)一些常見的錯誤，例如元器件封裝的錯誤選擇 。連線很講究原則和技巧 ， 走線應盡量美觀、簡潔。一些設計人員在初期使用 Altium Designer 進行設計時 ， 只在表象上將元件連起 ， 而出現(xiàn) “ 虛點 ” 。導致在生成網絡報表時出錯。好的設計習慣是打開電氣網絡 ， 使連線可以輕松連接到一個不在捕獲網絡上的實體；打開在線 DRC,監(jiān)控布線過程 ， 違反規(guī)則的設計被立即顯示出來。完成預布線后 ， 為了在自動布線時保持不變 ， 需要對預布線鎖定。打開菜單 Edit\Find Similar Objects， 選擇要鎖定的對象。自動布線與交互式布線相結合可以很好地提高布線成功率和效率。自動布線的 結果為手工調整提供參考。 實物焊接 手工焊接技能是電子類專業(yè)的基本技能，必須反復地 、 嚴格地訓練才能掌握。 PCB 板制作完成后便開始購買器件進行實物焊接的工作，準備電烙鐵、焊錫、支架等工具。 焊接工程中首先焊接 PCB 板上的跳線 ， 然后焊接簡單的電阻、電容和直插器件的底座 ，使用電烙鐵將錫鉛焊料加熱融化后將器件與電路板 焊接在一起，焊接時注意不要虛焊和短路，在焊接過程中遇到很多了問題，經過老師和同學的幫助順利的完成了焊接任務。焊接過程中也要注意安全，因為烙鐵頭的溫度很高，要特別注意，防止燙傷自己和他人。最后30 焊接 工作結束后進行初步檢查 ，保證 器件 都焊接完畢 及 電路板無損壞。 硬件 電路 調試 當實物焊接完成后，先目測焊接情況，看是否有虛焊或者短路現(xiàn)象，然后不插入芯片接通電路，用萬用表測量電路是否正確，其中包括測量電源電壓是否為 5V和 些電路的導通情況。保證都無錯誤后可以插入芯片等待 進行 軟件程序調試。 程序燒錄及調試 首先使用 Keil 軟件對程序進行設計與編譯。 Keil 是美國 Keil Software 公司出品的一套非常好用的 8051 系列單片機軟件開發(fā)系統(tǒng)。 Keil 提供了包括 C 編譯器、宏匯編、連接器以 及 庫管理和一個功能強大的仿真調試器等在內的完整開發(fā)方案 通過一個集成開發(fā)環(huán)境uVision 將這些部分組合在一起。 軟件設計 首先創(chuàng)建一個工程選擇芯片，本設計基于 AT89S52 單片機，工程創(chuàng)建完后接著來編寫程序代碼，單擊菜單中的【 Save】選項，本設計采用用 C 語言編寫，因此代碼 擴展名必須為 c，然后保存，之后在文件編輯窗口 編寫代碼。 然后開始編譯，編譯成功后生成 Hex 文件。 Hex 全稱（ Intel HEX 文件）是由一行行符合 Intel HEX 文件格式的文本所構成的 ASCII文本文件。在 Intel HEX 文件中每一行包 含一個 HEX 記錄。這些記錄由對應機器語言碼和常量數(shù)據(jù)的十六進制編碼數(shù)字組成。 Intel HEX 文件通常用于傳輸將被存于 ROM 或者EPROM 中的程序和數(shù)據(jù)。大多數(shù) EPROM 編程器或模擬器使用 Intel HEX 文件。 通過軟件向單片機燒錄程序，然后接通電路進行調試，調試過程中出現(xiàn)狀況后，通過查找及驗證修改錯誤，最終達到預期結果。 本章小結 經 過系統(tǒng)調試可了解到自己制作的錯誤，不僅學習到很多知識，而且使設計更加合理可靠。 下圖 為系統(tǒng)工作時 測得距離的實物圖。 31 圖 系統(tǒng)工作實物圖 32 結 論 通過各方面努力，本次畢業(yè)設計任務完成。系統(tǒng)的測距功能夠實現(xiàn)，能夠完成障礙物的距離測量，并且將所測得的距離在 LCD1602 進行實時顯示，當超過測量范圍時，通過控制蜂鳴器發(fā)出報警功能。在實現(xiàn)無線收發(fā)功能上，由于軟件調試不成功，還不能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線收發(fā) ，如果進一步進行程序編寫和調試，最終能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線收發(fā) 。本系統(tǒng) 還具 有很多優(yōu)點：設計方案清晰，技術路線明確，系統(tǒng)操作簡單，維護方便，易于功能拓展和升級，而且本系統(tǒng)的發(fā)展前景可觀。 本 系統(tǒng)實現(xiàn) 了 預計的基本功能，具有較高的實用性。能夠有效地測量障礙 物的距離并顯示出來。當然設計中也存在一些不足，有待進一步改進。比如顯示屏采用 1602，操作簡便，但其不支持中文顯示，對于不認識英文的人員來講，操作略有困難。同時由于時間倉促，本系統(tǒng)中，對測量精度和量程設計不足，只能簡單的測量 5 米以內的距離。在今后的學習中會繼續(xù)研究本 系統(tǒng)，繼續(xù)完善本系統(tǒng)。 33 致 謝 本 設計 工作是在我的導師 XXX 老師的精心指導和悉心關懷下完成的，從開題伊始到論文結束，我所取得的每一個進步、 設計的每一個細節(jié)、 編寫的每一段程序都無不傾注著導師辛勤的汗水和心血。導師嚴謹 的治學態(tài)度、淵博的各科知識、無私的奉獻精神使我深受啟迪，從尊敬的導師身上，我不僅學到了扎實、寬廣的專業(yè)知識，也學到了做人的道理。在今后的學習工作中，我將銘記恩師對我的教誨和鼓勵，盡自己最大的努力取得更好的成績。 在此 ， 我要向我的導師 XXX 老師致以最衷心的感謝和深深的敬意！ 在 四 年的大學學習期間，每位老師對我的學習、生活和工作都給予了熱情的關心和幫助，使我的水平得到了很大的提高，取得了長足的進步。 在此，向所有關心和幫助過我的老師、同學和朋友表示由衷的謝意！ 衷心感謝在百忙之中評閱論文和參加答辯的各位專家、教 授。 34 參考文獻 [1] 丁元杰．單片微機原理及應用 [M]．北京：機械工業(yè)出版社， 2021． [2] 楊恢先，黃輝先．單片機原理及應用 [M]．長沙：國防科技大學出版社， 2021． [3] 戴勝華，蔣大明．單片機原理與應用 [M]．北京：清華大學出版社， 2021． [4] 張毅剛．新編 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