【正文】 （9）串行擴(kuò)展技術(shù)。隨著集成度的不斷提高，有可能把眾多的各種處圍功能器件集成在片內(nèi)。（8）外圍電路內(nèi)裝。與上述相反，以 4 位、8 位機(jī)為中心的小容量、低價格化也是發(fā)展動向之一。由于這類單片機(jī)有極高的指令速度，可以使用軟件模擬其 I/O 功能，由此引入了虛擬外設(shè)的新概念。主要是指進(jìn)一步改變 CPU 的性能，加快指令運(yùn)算的速度和提高系統(tǒng)控制的可靠性。目前，單片機(jī)內(nèi) ROM 最大可達(dá) 64KB，RAM 最大為 2KB。但在需要復(fù)雜控制的場合，該存儲容量是不夠的，必須進(jìn)行外接擴(kuò)充。（5）大容量。（4）低噪聲與高可靠性。低電壓供電的單片機(jī)電源下限已可達(dá)1～2V。幾乎所有的單片機(jī)都有 WAIT、STOP 等省電運(yùn)行方式。低功耗化的效應(yīng)不僅是功耗低，而且?guī)砹水a(chǎn)品的高可靠性、高抗干擾能力以及產(chǎn)品的便攜化。（2）低功耗。 近年，由于 CHMOS 技術(shù)的進(jìn)步，大大地促進(jìn)了單片機(jī)芯片采用 CMOS 技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)和生產(chǎn)。下面是單片機(jī)的主要發(fā)展趨勢。近年來，隨著家用電子系統(tǒng)的新發(fā)展，32 位單片機(jī)的市場前景看好 [6]。這類單片機(jī)主要用于過程控制、智能儀表、家用電器以及作為計(jì)算機(jī)外部設(shè)備的控制器。（3）16 位單片機(jī) 16 位單片機(jī)是在 1983 年以后發(fā)展起來的。特別是 8 位機(jī)中的高性能增強(qiáng)型單片機(jī)，除片內(nèi)增加了 A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換器以外，還集成有定時器捕捉/比較寄存器、監(jiān)視定時器(Watchdog)、總線控制部件和晶體振蕩電路等。（2）8 位單片機(jī) 8 位單片機(jī)的控制功能較強(qiáng)，品種最為齊全。（1）4 位單片機(jī) 4 位單片機(jī)的控制功能較弱，CPU 一次只能處理 4 位二進(jìn)制數(shù)。迄今為止，市售單片機(jī)產(chǎn)品已達(dá) 60 多個系列，600 多個品種。顯然，上述分類并不是惟一的和嚴(yán)格的，還可以按照多種方法進(jìn)行劃分 [5]。（3）工控型/家電型：這是按照單片機(jī)大致應(yīng)用的領(lǐng)域進(jìn)行區(qū)分的。（2）總線型/非總線型：這是按單片機(jī)是否提供并行總線來進(jìn)行區(qū)分。（1）通用型/專用型：這是按單片機(jī)適用范圍來進(jìn)行區(qū)分。單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 31 所示。單片機(jī)是微型計(jì)算機(jī)的一個重要分支，也是一種非?；钴S且頗具生命力的機(jī)種。第 3 章 相關(guān)知識介紹 單片機(jī)基礎(chǔ)知識單片微型計(jì)算機(jī)簡稱單片機(jī)，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器 CPU、數(shù)據(jù)存儲器 RAM、程序存儲器 ROM、各種 I/O 端口和基本功能單元（定時器/計(jì)數(shù)器）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個小而完善的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。由此可見，超聲波測距原理與雷達(dá)原理是一樣的 [3]。這就是所謂的時間差測距法。 超聲波測距原理超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時刻的同時開始計(jì)時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到反射波就立即停止計(jì)時。圖21 超聲波傳感器結(jié)構(gòu)如圖 21 所示，它有兩個壓電晶片和一個共振板。某些固體物質(zhì)，在壓力（或拉力）的作用下產(chǎn)生變形，從而使物質(zhì)本身極化，在物體相對的表面出現(xiàn)正、負(fù)束縛電荷，這一效應(yīng)稱為壓電效應(yīng)。超聲波傳感器正是利用超聲波的特性研制而成的傳感器。以超聲波作為檢測手段，必須產(chǎn)生超聲波和接收超聲波。超聲波碰到雜質(zhì)或分界面會產(chǎn)生顯著反射形成反射成回波，碰到活動物體能產(chǎn)生多普勒效應(yīng)。 超聲波傳感器基礎(chǔ)知識超聲波可以由換能晶片在電壓的激勵下發(fā)生振動而產(chǎn)生，它具有頻率高、波長短、繞射現(xiàn)象小，特別是方向性好、能夠成為射線而定向傳播等特點(diǎn)。超聲波測量的另一個突出優(yōu)點(diǎn)是：環(huán)境介質(zhì)可以為空氣，液體或固體，適用范圍廣泛。這是一個正在蓬勃發(fā)展而又有無限前景的技術(shù)及產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。它不僅可以利用在車輛行駛輔助系統(tǒng)中，還可以單獨(dú)作為測距儀器或者與其他檢測設(shè)備結(jié)合使用。超聲波遇障礙物反射回來一個反射波，這個反射波被超聲波接收器收到，也向單片機(jī)提供一個短脈沖。該系統(tǒng)主要是利用超聲波探測傳感器發(fā)送超聲波來測試相對應(yīng)的距離。而以單片機(jī)為核心的測距儀器可以實(shí)現(xiàn)預(yù)置、多端口檢測、顯示、報警等多種功能，并且成本低、精度高、操作簡單、工作穩(wěn)定可靠。利用超聲波檢測往往比較迅速、方便、計(jì)算簡單、易于做到實(shí)時控制，并且在測量精度方面達(dá)到很高的要求。 超聲波技術(shù)在距離測量中的應(yīng)用超聲測距是一種利用單片機(jī)控制超聲波的輪流發(fā)射，并且通過單片機(jī)記錄和讀取發(fā)射超聲波和接收回波的時間差，進(jìn)而計(jì)算出測量的距離。當(dāng)頻率低于 20KHz 時，工作噪音不僅變得很大，而且可能超出職業(yè)安全與保健法或其他條例所規(guī)定的安全噪音的限度。 一般情況下，超聲波換能器既能用于發(fā)射又能用于接收。能夠產(chǎn)生超聲波的方法很多，常用的有壓電效應(yīng)方法、磁致伸縮效應(yīng)方法、靜電效應(yīng)方法和電磁效應(yīng)方法等。在相同強(qiáng)度下，聲波的頻率越高，它所具有的功率就越大。功率特性──當(dāng)聲音在空氣中傳播時，推動空氣中的微粒往復(fù)振動而對微粒做功。但是超聲波的波長很短，只有幾厘米，甚至千分之幾毫米。超聲和可聞聲波本質(zhì)上是一致的，它們的共同點(diǎn)都是一種機(jī)械振動，通常以縱波的方式在彈性介質(zhì)內(nèi)會傳播，是一種能量的傳播形式，其不同點(diǎn)是超聲頻率高，波長短，在一定距離內(nèi)沿直線傳播具有良好的束射性和方向性，目前腹部超聲成像所用的頻率范圍在 2~5MHz 之間，常用為 3~（每秒振動 1 次為 1Hz，1兆 Hz=10^6Hz,即每秒振動 100 萬次，可聞波的頻率在 16~20KHZ 之間） 。譬如，鼓面經(jīng)敲擊后，它就上下振動，這種振動狀態(tài)通過空氣媒質(zhì)向四面八方傳播，這便是聲波。溫度（℃） 30 20 10 0 10 20 30 100聲速（m／s）313 319 325 323 338 344 349 386表 21 超聲波波速與溫度的關(guān)系表 超聲波的產(chǎn)生和使用頻率聲波是物體機(jī)械振動狀態(tài)（或能量）的傳播形式。由于超聲波也是一種聲波，其聲速 v 與溫度有關(guān)，在使用時，如果溫度變化不大，則可認(rèn)為聲速是基本不變的。一般情況下，隨著溫度的升高，介質(zhì)的聲速降低；應(yīng)力增加，速度增加，但增加緩慢；組織晶粒越大，速度越低；石墨含量增加和尺寸增加，聲速減少。不同的介質(zhì)由于介質(zhì)的彈性模量和密度不同，其聲速也不同。其上限頻率為 100KHz、下限頻率為 20KHz。完成這種功能的裝置就是超聲波傳感器，習(xí)慣上稱為超聲波換能收發(fā)器或超聲波探頭。超聲波在介質(zhì)中保持直線行進(jìn)；在兩種不同介質(zhì)的界面處發(fā)生反射；傳播速度服從波的傳輸定理：ν＝λf（ν 為波速，λ 為波長，f 為波的頻率） 。而且，由于單片機(jī)供電簡單，穩(wěn)定性好，其體積小，便于攜帶與安裝，所以完全可以放置于車內(nèi)，通過車輛電瓶或者車載 USB 直接供電，其市場前景優(yōu)越。能夠正常觸發(fā)單片機(jī)的外部中斷。供電，并用信號發(fā)生器產(chǎn)生最佳波形觸發(fā)發(fā)射探頭，用示波器及萬用表觀察輸出信號波形及測量芯片各引腳的電平。在超聲波傳感器的采購過程中，所買到的是 TCT4010 系列超聲波換能器，其理論能測距的范圍是 4m，工作頻率為 40KHz。超聲波傳感器是一種采用壓電效應(yīng)工作的傳感器，常用的材料是壓電陶瓷。由于在實(shí)際車輛行駛輔助系統(tǒng)的應(yīng)用中，無法將探頭放置到另一端，因此該次設(shè)計(jì)采用反射波方式。該車輛行駛輔助系統(tǒng)的設(shè)計(jì)框架如圖 11 所示：MCU單片機(jī)控制器穩(wěn)壓電源模塊超聲波換能發(fā)生器超聲波換能接收器LED 數(shù)碼管顯示單元報警指示單元驅(qū)動掃描圖 11 車輛行駛輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖 系統(tǒng)整體方案論證本設(shè)計(jì)是利用超聲波測距模塊來完成車輛與其周圍障礙物之間的距離測量，而超聲波測距的原理是利用控制超聲波的發(fā)射和接受，通過檢測超聲波傳播的時間來計(jì)算出傳播距離。因此，被測距離為 s=vt/2。在超聲探測電路中，超聲波發(fā)射端得到的輸出脈沖為一系列方波，這一系列方波的寬度為發(fā)射超聲與接收超聲的時間間隔，顯然被測物距離越大，脈沖寬度越大，輸出脈沖的個數(shù)與被測距離成正比。它們所產(chǎn)生的超聲波的頻率、功率、和聲波特性各不相同，因而用途也各不相同。超聲波發(fā)生器可以分為兩大類：一類是用電氣方式產(chǎn)生超聲波，一類是用機(jī)械方式產(chǎn)生超聲波。通過計(jì)算公式：s=vt/2 計(jì)算得出車輛與障礙物之間的距離；單片機(jī) I/O 口 P0 和 P2 分別作為顯示部分?jǐn)?shù)碼管的公共端引腳和位選信號端口，在計(jì)算出距離信息的同時控制數(shù)碼管顯示出來；^ 則分別作為報警指示燈和蜂鳴器的驅(qū)動信號輸出端口，當(dāng)程序判斷需要報警提醒時則通過 LED 燈或蜂鳴器將報警信號輸出。 的晶體振蕩器以及用于擴(kuò)展的輔助元器件將 AT89S52 單片機(jī)擴(kuò)展為最小控制處理系統(tǒng)作為該系統(tǒng)的核心處理單元；數(shù)據(jù)顯示單元由 2 個四位共陽極數(shù)碼管組成，數(shù)碼管公共端和片選信號分別由單片機(jī)最小系統(tǒng)的 I/O 口 P0、P2 控制；六反相器 74LS04 和紅外遙控接收器集成芯片 CX20226A 結(jié)合超聲波傳感器完成超聲波的發(fā)射與接收，信號經(jīng)單片機(jī)內(nèi)部程序計(jì)算即得出距離信息；系統(tǒng)電源擬采用直流 9V 接入，經(jīng)三端穩(wěn)壓集成電路 LM7805 穩(wěn)壓整流后輸入直流 5V 電壓供系統(tǒng)正常工作，同時LM7805 也可承載最高 24V 電壓輸入，作為車輛移動便捷系統(tǒng)可根據(jù)實(shí)際情況靈活調(diào)整供電范圍與安裝線路。 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案該車輛行駛輔助系統(tǒng)分為硬件電路和控制軟件兩大部分。高強(qiáng)度聚焦超聲無創(chuàng)外科，已使超聲治療在當(dāng)代醫(yī)療技術(shù)中占據(jù)重要位置。特別是 20 世紀(jì) 80 年代初出現(xiàn)的超聲體外機(jī)械波碎石術(shù)和超聲外科，是結(jié)石癥治療史上的重大突破。到了 70 年代有了各型國產(chǎn)超聲治療儀，超聲療法普及到全國各大型醫(yī)院。 國內(nèi)方面國內(nèi)在超聲治療領(lǐng)域起步稍晚，于 20 世紀(jì) 50 年代初才只有少數(shù)醫(yī)院開展超聲治療工作，從 1950 年首先在北京開始用 800KHz 頻率的超聲治療機(jī)治療多種疾病，至 50年代開始逐步推廣，并有了國產(chǎn)儀器。 40 年代末期超聲治療在歐美興起，直到 1949 年召開的第一次國際醫(yī)學(xué)超聲波學(xué)術(shù)會議上，才有了超聲治療方面的論文交流，為超聲治療學(xué)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。 1922 年，德國出現(xiàn)了首例超聲波治療的發(fā)明專利。因此把超聲波測距這一技術(shù)用于車輛行駛輔助系統(tǒng)有著非常重要的意義。并且超聲波的傳播速度低，適用于測量較近的距離，再加上超聲波傳感器結(jié)構(gòu)簡單，體積小、成本低，因而常被用于距離的測量。盡管測距有多種方式,比如,激光測距,微波測距,紅外線測距和超聲波測距等。在汽車倒車時，即使司機(jī)不向后看，仍然可以通過后端超聲波倒車探測器測量到汽車后部與障礙物之間的距離，從而對倒車輔助動作做出有效判斷，保證汽車與障礙物的距離在安全范圍內(nèi)；同時，在交通擁擠的城區(qū)駕駛，往往由于等待時間太長而煩躁不安、注意力不能集中，跟車時常常發(fā)生追尾等事故，本設(shè)計(jì)的前端超聲波行駛探測器會實(shí)時測量跟車距離并報警提醒，最大程度地避免追尾事故的發(fā)生。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。同時，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汽車的后視能力不良造成的。并且，隨著國家綜合生活水平的提高，我國車輛行駛道路在大力建修下也越來越好，汽車的行駛速度越來越快，車流量也越來越大，在公路、街道、停車場、車庫等擁擠、狹窄的地方駕駛車輛時，駕駛員若無足夠的駕駛經(jīng)驗(yàn)，稍有不慎就會發(fā)生交通事故。通過 MCU 處理功能及內(nèi)部程序?qū)Τ暡〒Q能發(fā)生器進(jìn)行控制使其發(fā)出 40KHz 頻率的方波，同時進(jìn)行計(jì)時；然后再對超聲波換能接收器采集到的回波信號進(jìn)行濾波檢測處理，最后通過計(jì)算公式換算出系統(tǒng)與障礙物之間的距離，并通過易于控制的 LED 數(shù)碼管顯示出來；同時，內(nèi)部完成判斷動作以及聯(lián)動報警等功能，在固定范圍之內(nèi)，最大程度保證行車安全。對于 MCU 處理單元，成本低、對硬件的高精度的處理能力是我們選擇的關(guān)鍵，該設(shè)計(jì)的處理核心模塊采用 AT89S52 單片機(jī)。本設(shè)計(jì)充分利用超聲波傳感器在距離測量應(yīng)用中的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合高使用價值、低成本的 AT89S52 單片機(jī)作為核心處理器件，采用模塊化設(shè)計(jì)，通過主程序、預(yù)置子程序、發(fā)射子程序、接收子程序、顯示子程序及報警子程序等模塊的緊密結(jié)合，將超聲波傳感器采集到的距離信號經(jīng)單片機(jī)綜合分析處理后通過數(shù)碼管顯示或者蜂鳴器報警等手段適時合理地顯示出來，及時將處于危險邊緣的駕駛?cè)藛T挽救回來，實(shí)現(xiàn)超聲波測距與車輛行駛輔助系統(tǒng)的完美結(jié)合。利用單片機(jī)控制超聲波檢測往往比較迅速、方便、計(jì)算簡單、易于做到實(shí)時控制，并且測量精度較高。因?yàn)樾畔⒓夹g(shù)包括計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和傳感器技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)相當(dāng)于人的大腦，通信相當(dāng)于人的神經(jīng)，而傳感器就相當(dāng)于人的感官。頻率介于 20KHz～500MHz 的機(jī)械波振動在彈性介質(zhì)中的傳播稱為超聲波，超聲波的傳播速度就是聲波的傳播速度，超聲波具有波長短，傳播方向性強(qiáng)，能量易于集中，在各種不同媒質(zhì)中可傳播足夠遠(yuǎn)的距離等特點(diǎn)，在超聲檢驗(yàn)、超聲處理及基礎(chǔ)研究等領(lǐng)域都有廣泛的實(shí)際應(yīng)用。對于很多新手以及對車體感和距離感不靈敏的駕駛?cè)藛T，雖經(jīng)反復(fù)練習(xí)，在泊車的時候卻總是無法得心應(yīng)手將車停到位，甚至?xí)a(chǎn)生碰撞、摩擦，給自己和別人帶來不必要麻煩；并且，我國公路等級也在不斷提高，特別是高速公路的發(fā)展，汽車的行駛速度越來越快，車流量也越來越大，在汽車行駛的過程中，由于無法正確估計(jì)車輛間距，危險總是圍繞在駕駛?cè)藛T周圍。s overall constitution and to the range measuring system launch, the receive, the examination, the demonstration and the newspaper warning part39。 In introduced in the supersonic range finder various