【正文】 大、寬頻帶濾波器、檢波器及比較器、整形、置后比較器的一系列工作之后，在信號(hào)輸出端 7 腳由高電平躍變?yōu)榈碗娖剑鳛橹袛嗾?qǐng)求信號(hào)，送至單片機(jī)處理。 include sbit csbout=P1^0。定時(shí)子程序轉(zhuǎn)回來的時(shí)候，要對(duì)中斷進(jìn)行初始化。 （ 2）超聲波的接收與處理。 include sbit csbout=P1^0。在脈沖產(chǎn)生前先對(duì)定時(shí) /計(jì)數(shù)器 T0 進(jìn)行初始化，在這里選擇的是工作方式 1 定時(shí)器模式，所以 TMOD 應(yīng)該設(shè)定為 0x11，再開啟 T0 的同時(shí)開發(fā)發(fā)射超聲波脈沖。 開 始各 寄 存 器 初 始 化按 鍵 設(shè) 置 報(bào) 警 值超 聲 波 測 距測 試 距 離 小 于 設(shè)定 報(bào) 警 值報(bào) 警 小 車 停 止 前 進(jìn)液 晶 顯 示小 車 繼 續(xù) 前進(jìn)結(jié) 束YN 圖 31 主程序流程圖 上電后小車顯示 “ Aptitude Crash”“ worthy System”，按下功能鍵后開始設(shè)定報(bào)警距離值，設(shè)定在 10cm 以上比較好，設(shè)定時(shí)小車停止一切動(dòng)作，功能鍵按下一次后同時(shí)按 +，鍵設(shè)定值，設(shè)定好后按確定鍵，則 設(shè)定值有效，功能鍵按下兩次后小車行駛并開始測距判斷，功能鍵按下三次后，顯示初始顯示狀態(tài)。 主程序 主程序是單片機(jī)程序的主體，整個(gè)單片機(jī)端系統(tǒng)軟件的功能的實(shí)現(xiàn)都是在其中完成 第 20 頁 共 44 頁 的，程序首先完成初始化過程，然后是一個(gè)重復(fù)的控制發(fā)射信號(hào)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(huì)判斷 在發(fā)射信號(hào)后延時(shí)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(jì)算距離，判斷所測距離是否在安全范圍內(nèi)，以驅(qū)動(dòng)顯示和報(bào)警電路。在中斷響應(yīng)之后，原始數(shù)據(jù)經(jīng)計(jì)數(shù)值與距離值換算子程序，二進(jìn)制與十進(jìn)制轉(zhuǎn)換子程序后顯示輸出。由于采用了單片機(jī) AT89C52 并考慮整個(gè)系 統(tǒng)的控制流程，整個(gè)系統(tǒng)軟件都有 AT89C52系列單片機(jī)匯編語言實(shí)現(xiàn)。 （ 4） 數(shù)據(jù)傳輸與顯示。 RAM 中存儲(chǔ)的計(jì)數(shù)值并不能作為距離值直接顯示輸出，因?yàn)橛?jì)數(shù)值與實(shí)際的距離值之間轉(zhuǎn)換公式為 ? ?NTVTVS ??????? （ 31） 其中， T 為發(fā)射信號(hào)到接收之間經(jīng)歷的時(shí)間， Tr 為方波信號(hào)作為計(jì)數(shù)脈沖時(shí)計(jì)數(shù)器的時(shí)間分辨率， N 為計(jì)數(shù)器的值。為了得到發(fā)射信號(hào)與接收回波間的時(shí)間差，要讀出此刻計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值 ， 然后存儲(chǔ)在 RAM 中，而且每次發(fā)射周期的開始，需要對(duì)計(jì)數(shù)器清零，以備后續(xù)處理。在系統(tǒng)軟件中，要完成增益控制信號(hào)、門控信號(hào)、發(fā)射脈沖信號(hào)、峰值采集信號(hào)、遠(yuǎn)近控制信號(hào)的時(shí)序及輸出。 系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)功能 （ 1）信號(hào)控制。 第 19 頁 共 44 頁 第三章 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) 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(shí)現(xiàn)的功能主要是針對(duì)系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)及數(shù)據(jù)的處理和應(yīng)用。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(jī)。 圖 27驅(qū)動(dòng)電路圖 第 18 頁 共 44 頁 系統(tǒng)原理 系統(tǒng)原理圖見附錄 1。 ENA，ENB 控制使能端，控制電機(jī)的停轉(zhuǎn)，高電平有效。 OUT1， OUT2，OUT3， OUT4 分別接電機(jī)的一相。 圖 26 L298N管腳圖 單片機(jī)的 I/O 端口分別與 L298N 的 IN1， IN2， IN3， IN4 連接，接受脈沖信號(hào)。本設(shè)計(jì)是用 L298 芯片來驅(qū)動(dòng)小車。 報(bào)警電路如圖 25 所示。報(bào)警電路由一 個(gè)三極管、一個(gè)電阻和一個(gè)蜂鳴器組成的。 本設(shè)計(jì)中， 1602 用來顯示測試的距離， 1602 顯示電路如圖 24 所示 。 1602 液晶也叫 1602 字符型液晶它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣 型液晶模塊它有若干個(gè) 5X7 或者 5X11 等點(diǎn)陣字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符。最簡單的顯示器可以使 LED 發(fā)光二極管，給出一個(gè)簡單的開關(guān)量信息，而復(fù)雜的較完整的顯示器應(yīng)該是 CRT 監(jiān)視器或者屏幕較大的 LCD 液晶屏。 HCSR04 主要技術(shù)參數(shù) （ 1）使用電壓： DC5V； （ 2）靜態(tài)電流：小于 2mA； （ 3）電平輸出：高 5V； （ 4）電平輸出：底 0V； （ 5）感應(yīng)角度：不大于 15 度； （ 6）探測距離： 2cm450cm ； （ 7）高精度：可達(dá) ； （ 8）接線方式： VCC、 trig（控制端）、 echo（接收端）、 GND 第 15 頁 共 44 頁 HCSR04 工作原理 （ 1）采用 IO 觸發(fā)測距，給至少 10us 的高電平信號(hào)； （ 2）模塊自動(dòng)發(fā)送 8 個(gè) 40khz 的方波，自動(dòng)檢測是否有信號(hào)返回； （ 3）有信號(hào)返回，通過 IO 輸出一高 電平，高電平持續(xù)的時(shí)間就是超聲波從發(fā)射到返回的時(shí)間 。模塊精度高，盲區(qū)達(dá)到（ 2cm） ,有穩(wěn)定的測距功能。模塊性能穩(wěn)定，測度距離精確。 第 14 頁 共 44 頁 圖 23 晶振電路 電路中的 C3 和 C4 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。輸出端為引腳 X2，在芯片的外部通過這兩個(gè)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(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。 X1 是接外部晶體管的一個(gè)引腳。 時(shí)鐘電路 時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作所需要的時(shí)鐘信號(hào)，單片機(jī)本 身就是一個(gè)復(fù)雜的同步時(shí)序電路，為了保證同步工作方式的實(shí)現(xiàn)，電路應(yīng)在惟一的時(shí)鐘信號(hào)控制下嚴(yán)格地按時(shí)序進(jìn)行工作 。 在實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中，為了保證復(fù)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(jī)復(fù)位端和外圍電路復(fù)位端。復(fù)位通常有上電復(fù)位和按鍵復(fù)位兩種方法。 圖 22 復(fù)位電路 （ 2） 復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，使 CPU 及各專用存儲(chǔ)器處于一個(gè)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(jī)從 0000H 單元開始執(zhí)行程序，除了系統(tǒng)的正常開機(jī)（上電）復(fù)位外，當(dāng)程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死循環(huán)狀態(tài)時(shí)，為擺脫困境，可按復(fù)位鍵進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位電路由片外和片內(nèi)兩部分電路組成。該設(shè)計(jì)采用含有電阻的復(fù)位電路，復(fù)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(shí)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(fù)位。單片機(jī)外圍需要一個(gè)復(fù)位電路，復(fù)位電路的功能是：系統(tǒng)上電時(shí)提供復(fù)位信號(hào)，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤消 第 13 頁 共 44 頁 復(fù)位信號(hào)。 RST： AT89C52 的復(fù)位信號(hào)輸入引腳，高電位工作，當(dāng)要對(duì)芯片又時(shí)，只要將此引腳電位提升 到高電位，并持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上的時(shí)間， AT89C52 便能完成系統(tǒng)復(fù)位的各項(xiàng)工作，使得內(nèi)部特殊功能寄存器的內(nèi)容均被設(shè)成已知狀態(tài)。在片內(nèi)接至振蕩器的反相放大器輸出端和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器輸入端。它采用外部振蕩器時(shí)，引腳應(yīng)接地。 : 接報(bào)警電路 XTAL1：接外部晶振的一個(gè)引腳。 : 用于連接 IN4。 : 用于連接 ENA。 L298N 與單片機(jī)連接 : ：用于連接 IN1。 : 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。 INT0: 產(chǎn)生中斷請(qǐng)求，接前方測距電路。芯片引腳圖如圖 21 所示。 VCC（ 40 腳）和 VSS（ 20 腳）為供電端口，分別接 +5V 電源的正負(fù)端。 AT89C52 具有 40 個(gè)引腳， 主要管腳有： XTAL1（ 19 腳）和 XTAL2（ 18 腳）為振蕩器輸入輸出端口，外接 12MHz 晶振。故AT89C52 除了具備 AT89C51 的定時(shí)器 /汁數(shù)器 T 和定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 Tl，還 額外增加了一個(gè)定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 12。第二是內(nèi)部 Flash 變大： AT89C51 有 4 kB 的內(nèi)部 Flash PERAM，而AT89C52 的內(nèi)部 Flash PERAM 增加 1 倍，達(dá)到 8kB。 89C52 相對(duì)于 89C51 優(yōu)越性包括：第一是 RAM 空間增大： AT89C51 有 128 字節(jié)的內(nèi)部 RAM，稱為 DATA 存儲(chǔ)區(qū)。本設(shè)計(jì)中單片機(jī)最小系統(tǒng)主要是由 AT89C52 芯片、復(fù)位電路、時(shí)鐘電路組成。運(yùn)用 L298N 芯片驅(qū)動(dòng)小車行使，利用 HCSR04 超聲波傳感器模塊來實(shí)現(xiàn)測距功能。當(dāng)收到超聲波反射波時(shí)，接收電路輸出端產(chǎn)生一個(gè)負(fù)跳變，在 INTO 或 INT1 端產(chǎn)生一個(gè)中斷請(qǐng)求信號(hào)，單片機(jī)響應(yīng)外部中斷請(qǐng)求，執(zhí)行外部中斷服 務(wù)子程序，讀取時(shí)間差，計(jì)算距離。輸出端 7 高電平越變?yōu)榈碗娖剑鳛橹袛嗾?qǐng)求信號(hào)，送至單片機(jī)處理。 由 AT89C52 單片機(jī)編程，執(zhí)行程序后 口產(chǎn)生脈沖信號(hào)，經(jīng) HCSRO4 超聲波測距模塊，產(chǎn)生超聲波和接收。該電路簡單方便，經(jīng)濟(jì) 實(shí)用。程控放大器分為 2 檔，分別放大 10 倍和 100 倍，由控制端 A1， A0 控制。模擬開關(guān)起收發(fā)隔離的作用。前置放大主要起阻抗匹配的作用，使輸入信號(hào)功率最大。 第 9 頁 共 44 頁 前 置 放 大 帶 通 放 大 模 擬 開 關(guān) 程 控 開 關(guān)信 號(hào)控 制 器輸 出A 0A 1 圖 18信號(hào)放大器原理圖 接收放大器的作用是放大有用信號(hào)，并抑止其它噪聲與干擾，從而 達(dá)到最大的信噪比，以利于檢測電路的正確檢測。匹配濾波器具有以下特點(diǎn)：（ 1）輸 出最大信噪比與信號(hào)波形無關(guān)；（ 2）匹配濾波器對(duì)信號(hào)的幅度和時(shí)延具有適應(yīng)性，即對(duì)只有幅度和出現(xiàn)時(shí)間不同的信號(hào)，它們的匹配濾波器是相同的；（ 3）匹配濾波器與相關(guān)接收和相關(guān)器具有等效性。室內(nèi)環(huán)境中噪聲主要集中在低頻段，遠(yuǎn)離回波信號(hào)頻率，因此系統(tǒng)的總噪聲系數(shù)主要有接收機(jī)的內(nèi)部噪聲決定，其功率譜寬度遠(yuǎn)大于接收機(jī)的通頻帶。 如何達(dá)到信號(hào)的最佳接收關(guān)系整個(gè)系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和安全性，所以也應(yīng)考慮到影響接收信號(hào)的各方面問題。 第 8 頁 共 44 頁 圖 17 發(fā)射波形 測距器的發(fā)射波形如圖 17，在規(guī)定時(shí)刻將一持續(xù)時(shí)間為 τ 的正弦波加到傳感器上，然后關(guān)閉發(fā)射電路，打開接收通道，接收來自障礙物的反射波。為提高傳感器的靈敏度， Q 值一般不能太低，為使傳感器充分振蕩起 來，發(fā)射脈寬要求不能小于 Q 個(gè)振蕩周期，才能使發(fā)射幅度基本達(dá)到最大。 圖 15發(fā)射部分電路 圖 16 一次和二次濾波放大電路 發(fā)射接收電路中應(yīng)考慮的各種問題。其電路如圖 16所示。由于超聲回波信號(hào)十分微弱并含有噪聲， S/N較小，所以接收電路設(shè)置了兩級(jí)高 Q值的濾波放大電路。檢波電路拾取回波中的正半波，以便后級(jí)電路放大；整形電路把回波信號(hào)整理為單片機(jī)系統(tǒng)能夠接收的信號(hào)并向單片機(jī)申請(qǐng)中斷以停止計(jì)時(shí)。接收電路設(shè)計(jì)的好壞直接影響超聲波在空氣中傳播時(shí)間的測量。 （ 2）接收電路。脈沖產(chǎn)生電路的輸出電壓經(jīng)脈沖變壓器升壓后輸出到超聲傳感器。脈沖產(chǎn)生電路的主要任務(wù)是產(chǎn)生 40kHz 脈沖電壓。 第 6 頁 共 44 頁 圖 13 測距脈沖圖 圖 14 超聲波回波接收電路 方案四 :（ 1）發(fā)射電路 。所以必須將其隱去 ,當(dāng) 輸出啟動(dòng)信息 ,同步脈沖加至比較器 A2 時(shí)， A2 輸出一遠(yuǎn)大于 的電壓， 經(jīng) D2 降壓后大約等于 ，加至 A1 同相端，由于 C1 延遲作用， A1 同相端將產(chǎn)生一定寬度和高度的方波，如圖 13中的（ 4）所示。當(dāng)發(fā)射探頭發(fā)射超聲波時(shí)接收換能器接收到的第一個(gè)波是串?dāng)_直通波，也稱泄漏波它是近源的波束旁瓣或通過繞射由發(fā)射換能器直接到達(dá)接收換能器而造成的。 （ 3）盲 區(qū)干擾信號(hào)的消隱。 回波信號(hào)經(jīng)過放大濾波送至比較器 A1 的反相端，它是疊加在 上的頻率為 20KHz 的高頻電壓信號(hào)。如圖 14 所示，首先調(diào)節(jié)可調(diào)電阻 R 使比較器 A1 同相端電位高于 。 （ 2）接收電路。采用555 多諧振蕩器可以實(shí)現(xiàn)寬范圍占空比的調(diào)節(jié)，并且電路設(shè)計(jì)簡單占用面積小。 方案三 :（ 1）發(fā)射電路。當(dāng) 輸出啟動(dòng)信號(hào)，主控 同步脈沖加至比較器 A2 時(shí)， A2 輸出一個(gè)遠(yuǎn)大于 的電壓，經(jīng)過 D2 降壓后約為 左右，加至 A1 同相端，又 C2 的延遲作用， A1 同相端產(chǎn)生一定寬度和高度的方波，它的幅度和寬度均大于發(fā)射串?dāng)_信號(hào)， A1 輸出端即 RS 觸發(fā)器的 S 端仍為高電平，這樣串?dāng)_信號(hào)將被隱去。 S =0， R = 1， Q=1， 0INT = 0（負(fù)跳），即 0INT 獲得負(fù)跳沿信號(hào)， CPU 響應(yīng)中斷， T0 計(jì)數(shù)停，計(jì)數(shù)值 N1 送存 RAM?；夭ㄐ盘?hào)經(jīng)放大濾波，送至比較器 A1 的反相端 ，它是疊加在 40kHz的信號(hào)。當(dāng) 發(fā)出啟動(dòng)信號(hào)，在 A 點(diǎn)形成正脈沖，經(jīng) N1 反相， R = 0， D1 相位釋放， S = 1， Q=0， 0INT = 1（正跳）， T0 計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)。 圖 12 接收控制及