【正文】 1. 中央處理器 (CPU) 中央處理器 是整個(gè)單片機(jī)的核心部件。 CPU 負(fù)責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個(gè)單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運(yùn)算器和控制 輸入 /輸出等操作。 (1) 算術(shù)邏輯運(yùn)算部件 算術(shù)邏輯運(yùn)算部件 （ ALU） 包括運(yùn)算器、累加器 A、寄存器 B、暫存器 TMP、程序狀態(tài)寄存器 PSW、堆棧指針 SP、數(shù)據(jù)指針 DPTR 等。 51 系列單片機(jī)的 ALU 提供了豐富的指令系統(tǒng)和極快的指令執(zhí)行速度，大部分指令理工大學(xué)學(xué)士論文 9 執(zhí)行時(shí)間位 1181。s。 控制器是用來統(tǒng)一指揮和控制計(jì)算機(jī)進(jìn)行工作的部件。 （ 3）通用寄存器 寄存器是用來存放信息的單元，其優(yōu)點(diǎn)是存取速度快、方便，寄存器的數(shù)量是衡量一臺(tái) 計(jì)算機(jī)處理能力的重要標(biāo)志。存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)分為獨(dú)立的兩部分：數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 （ RAM） 和程序存儲(chǔ)器 (ROM) (1)ROM ROM(Read Only Memory，只讀存儲(chǔ)器 )一般為 64KB，用于存放應(yīng)用程序，故又稱為程序存儲(chǔ)器 。為了提高系統(tǒng)的可靠性，應(yīng)用程序通常固化在片內(nèi) ROM 中，根據(jù)片內(nèi) ROM 的結(jié)構(gòu)，單片機(jī)又可分為無 ROM 型、 ROM 型和 EPROM(Erasable Programmable Read Only Memory,可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器 )型三類。 無 ROM 型單片機(jī)特點(diǎn)是片內(nèi)不集成 ROM 存儲(chǔ)器，故應(yīng)用程序必須固化到外接的ROM 存儲(chǔ)器芯片中，才能構(gòu)成有完整功能的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。 EPROM 型單片機(jī)內(nèi)部的程序存儲(chǔ)器是采用特殊 FAMOS 管構(gòu)成的，程序一旦寫入，也可以通過特殊手段加以修改。 理工大學(xué)學(xué)士論文 10 (2) RAM 通常，單片機(jī)片內(nèi) RAM(Random Access Memory， 隨機(jī)存取存儲(chǔ)器 )容量為 64～ 256字節(jié)，最多可達(dá) 48K 字節(jié)。 3. 內(nèi)部總線 單片機(jī)內(nèi)部總線是 CPU 連接片內(nèi)各主要部件的紐帶，是各類信息傳送的公共通道。 地址線主要用來傳送存儲(chǔ)器所需要的地址碼或外部設(shè)備的設(shè)備號(hào)，通常由 CPU 發(fā)出并被存儲(chǔ)器或 I/O 接口電路所接收。因此，數(shù)據(jù)線通常是雙向信號(hào)線。 4. I/O 接口和特殊功能部件 I/O 接口電路有串行和并行兩種。并行 I/O 口電路可以使單片機(jī)和存儲(chǔ)器或外設(shè)之間并行地傳送 8 位數(shù)據(jù) (8 位機(jī) )。因此，單片機(jī)執(zhí)行程序的過程實(shí)際上也體現(xiàn)了單片機(jī)的基本工作原理。 ，指令是一種可以供機(jī)器執(zhí)行的控制代碼，故它又稱為指令碼 (Instruction Code)。其格式為： 操作碼 地址碼 指令碼的二進(jìn)制形式既不便于記憶，又不便于書寫，故人們通常采用助記符形式來表示，表 所列。A←data1 00100100 data2 24 data2 ADD A,data2。停機(jī) 指令的集合或指令的全體稱為“指令系統(tǒng)” (Instruction System)。所謂程序就是采用指令系統(tǒng)中的 指令根據(jù)題目要求排列起來的有序指令的集合。通常，設(shè)計(jì)人員采用指令的匯編符 (即助記符 )形式編程，這種程序設(shè)計(jì)稱為“匯編語言程序設(shè)計(jì)”。 7405H MOV A， 05H ； A←05H 240AH ADD A， 0AH ； A←5+10 80FEH SJMP $ ； 停機(jī) 該程序由三條指令組成，每條指令均為雙字節(jié)指令 (即第一字節(jié)為操作碼，第二字節(jié)為地址碼 )。 超聲波測距系統(tǒng) 總體 設(shè)計(jì) 由單片機(jī) STC89C52 編程產(chǎn)生 10US 以上的高電平 ，由 口輸出， 就可以在接收口 （ Echo 引腳） 等待高電平輸出。發(fā)射出去的超聲波經(jīng)障礙物反射回來后，由超聲波接收頭接收到信號(hào)，通過接收電路的檢波放大、積分整形及一系列處理，接收口 口即變?yōu)榈碗娖?，讀取單片機(jī)中定時(shí)器的值。如圖 所示 理工大學(xué)學(xué)士論文 12 超聲波測距發(fā)射電路電源電路 顯示電路ST C 90 C 52 單片機(jī)超聲波接收電路 圖 超聲波測距原理圖 該測距裝置是由超聲波模塊、單片機(jī)、和 LED 顯示電路組成。其時(shí)序圖如圖 所示。計(jì)算時(shí)間差，即可得到超聲波在媒介中傳播的時(shí)間 t，由此便可計(jì)算出距離 理工大學(xué)學(xué)士論文 13 3 超聲波測距系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 該設(shè)計(jì)的硬件電路由主控部分 (單片機(jī) )、 超聲波測距模塊（ HCSR04） 、顯示部分（八段數(shù)碼管）、電源部分（三端穩(wěn)壓器 7805） 4 個(gè)部分組成。各部分的硬件電路設(shè)計(jì)如下。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，撤消復(fù)位信號(hào)。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。 STC89S51的 RST 引腳為復(fù)位引腳，只要在 RST 引腳上出現(xiàn) 兩個(gè)機(jī)器周期 以上的高電平，即可實(shí)現(xiàn)復(fù)位。本設(shè)計(jì)采用的是按鍵復(fù)位，當(dāng)按下按鍵后，電容被短路， RST 引腳就處于高電平，就可以達(dá)到復(fù)位的目的。 由 P0 口輸出顯示數(shù)據(jù)， ~ 用來位選。由于超聲波的 以上 幾個(gè) 特點(diǎn)， 所以超聲波 被廣泛 地 應(yīng)用于物體距離的測量、厚度等 方面 。 當(dāng)進(jìn)行距離的測量 時(shí) ， 由安裝在同 一水平線上的 超聲波發(fā)射器和接收器完成超聲波的發(fā)射與接收， 并且同時(shí)啟動(dòng) 定時(shí)器 進(jìn)行計(jì)數(shù) 。這樣，理工大學(xué)學(xué)士論文 15 定時(shí)器就能夠準(zhǔn)確的記錄下了超聲波 發(fā)射點(diǎn)至障礙物之間往返傳播 所用 的時(shí)間 t（ s） 。 由于條件限制，本設(shè)計(jì)采用了價(jià)格便 宜使用方便的HCSR04 超聲波測距模塊。超聲波探頭將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為機(jī)械波發(fā)射出去，而單片機(jī)所產(chǎn)生的 40 kHz的方波脈沖需要進(jìn)行放大才能將超聲波探頭驅(qū)動(dòng)將超聲波發(fā)射出去，所以發(fā)射驅(qū)動(dòng)實(shí)際上就是一個(gè)信號(hào)的放大電路，本設(shè)計(jì)選用74LS04 芯片進(jìn)行信號(hào)放大，超聲波發(fā)射電路如圖 所示。 超聲波接收電路設(shè)計(jì) 由于超聲波在空氣中的傳播過程中是有衰減的，如果距離較遠(yuǎn)，那么超聲波接收電路所接收到的超聲波信號(hào)就會(huì)比較微弱，因此需要對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行放大而且放大的倍數(shù)也要比較大。 CX20xx6A 芯片 的前置放大器具有自動(dòng)增益控制的功能，當(dāng)測量的距離比較近時(shí)，放大器不會(huì)過載；而當(dāng)測量距離比較遠(yuǎn)時(shí)，超聲波信號(hào)微弱，前置放大器就有較大的放大增益效果。 CX20xx6A 芯片電路本身就具有很高的抗干擾的能力，而且靈敏度也比較高，所以，能滿足本設(shè)計(jì)的要求。 圖 超聲波接收電路 理工大學(xué)學(xué)士論文 17 HRSR04 超聲波集成模塊 產(chǎn)品特點(diǎn)： HCSR04 超聲波測距模塊可提供 2cm400cm 的非接觸式距離感測 功能， 測距精度可達(dá)高到 3mm；模塊包括超聲波發(fā)射器、接收器與控制電路。 (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 口 ECHO 輸出一個(gè)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。 實(shí) 物圖 ： 如下 圖接線 ， VCC 供 5V 電源， GND 為地 線， TRIG 觸發(fā) 控制 信號(hào)輸入， ECHO 回響信號(hào)輸出等四支線。 一旦檢測到有回波信號(hào)則輸出回響信號(hào) ， 回響信號(hào)的脈沖寬度與所測的距離成正比 。公式： uS/58=厘米或者 uS/148=英寸；或是：距離 =高電平時(shí)間 *聲 速 （ 340M/S） /2； 建議測量 周 期為 60ms 以上 ， 以防止發(fā)射信號(hào)對(duì)回響信號(hào)的影響。 (2)、 測距時(shí) ， 被測 物 體的面積不少于 平方米且平面盡量要求 平 整 ， 否則影響測量的結(jié)果 實(shí)物規(guī)格 ： 圖 實(shí)物規(guī)格 理工大學(xué)學(xué)士論文 20 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 軟件模塊主要有： 主程序，距離計(jì)算程序， 顯示 程序 ，及終端程序。 主程序 本設(shè)計(jì)主程序的思想如下： (1)距離為四位顯示單位為 mm； (2)超聲波每隔 60ms 發(fā)送一次 ； (3)按鍵 S 為測量啟動(dòng)鍵 ； (4) 系統(tǒng)采用 STC90C52的內(nèi)時(shí)鐘： 12MHz； (5) 超聲波發(fā)送一定時(shí)間后才開始啟動(dòng)檢測，避免直達(dá)信號(hào)造成誤判。 //設(shè) T0 為方式 1， GATE=1； TH0=0。 TH1=0xf8。 ET0=1。 //允許 T1 中斷 TR1=1。 //開啟總中斷 while(!RX)。 //開啟計(jì)數(shù) while(RX)。 //關(guān)閉計(jì)數(shù) Conut()。 } 距離計(jì)算程序 程序流程圖 ，如圖 理工大學(xué)學(xué)士論文 23 超 出 檢 測 距 離計(jì) 算 距 離開 始賦 予 數(shù) 組 值 為1 0賦 予 數(shù) 組 正 常值結(jié) 束是否 圖 計(jì)算距離 框圖 void Conut(void) { time=（ TH0*256+TL0） 10。 TL0=0。 //算出來是 MM if((S=1000)||flag==1) //超出測量范圍顯示 “” { flag=0。 //“” disbuff[2]=10。 //“” } 理工大學(xué)學(xué)士論文 24 else { disbuff[1]=S%1000/100。 disbuff[3]=S%1000%10 %10。 //作為查表的索引號(hào) while(1) //不停的循環(huán)掃描 ,不掃描則不顯示或顯示不正確，即為動(dòng)態(tài)顯示 { SMG_q=0。 //查找定義好的 數(shù)碼管段值與 P0 口輸出 delay()。 //清除數(shù)碼管顯示，因是共陽型，所以不是 0 SMG_q=1。 //選擇百位數(shù)碼管 P0=discode[disbuff[1]]。 //加入短暫延時(shí) P0=0XFF。 //關(guān)閉百位數(shù)碼管 SMG_s=0。//查找定義好的數(shù)碼管段值與 P0 口輸出 delay()。 //清除數(shù)碼管顯示，因是共陽型，所以不是 0 理工大學(xué)學(xué)士論文 25 SMG_s=1。 //選擇個(gè)位數(shù)碼管 P0=discode[disbuff[3]]。 //加入短暫延時(shí) P0=0XFF。 //關(guān)閉個(gè)位數(shù)碼管 } } 中斷 程序 本設(shè)計(jì)中需注意當(dāng)距離過遠(yuǎn)或者沒有返回信號(hào)時(shí)候，定時(shí)器 T1 的溢出必須處理。} /********************************************************/ void zd3() interrupt 3 //T1 中斷用來掃描數(shù)碼管和計(jì) 800MS 啟動(dòng)模塊 { TH1=0xf8。 display()。 if(timer=400) { timer=0。 //800MS 啟動(dòng)一次模塊 _nop_()。 _nop_()。 _nop_()。 _nop_()。 _nop_()。 _nop_()。 _nop_()。 _nop_()。 _nop_()。 _nop_()。 _nop_()。 } } 理工大學(xué)學(xué)士論文 27 5 調(diào)試與下載 調(diào)試與仿真作為硬件與軟件結(jié)合的重要部分 ，產(chǎn)品的制作首先要在相關(guān)軟件中完成模擬運(yùn)行，檢驗(yàn)設(shè)計(jì)的可行性，然后再在現(xiàn)實(shí)中得 到實(shí)現(xiàn)。 硬件調(diào)試 硬件調(diào)試主要是排除電路中的明顯錯(cuò)誤，將所畫的電路圖制作成 PCB 板之后將所需元件按電路圖連接，檢查是否正確 后對(duì)硬件個(gè)部分進(jìn)行檢測與調(diào)試，分析各端口是否可靠，尤其是可使用萬用表等器件對(duì)電路進(jìn)行檢查 —— 著重查看電路的開路短路，底線是否可靠。軟件的調(diào)試順序是子程序 —— 中斷程序 —— 算法模塊 —— 主程序。錯(cuò)誤出現(xiàn)時(shí)及時(shí)調(diào)整程序，在調(diào)試過程中采用逐次擴(kuò)大的方法，每次增加一個(gè)模塊進(jìn)行測試，這樣更利于檢查問題的所在，節(jié)省時(shí)間，提高效率。 第一步：將單片機(jī)開發(fā)板與電腦連接， 連接電源給系統(tǒng)供電，關(guān)閉電源開關(guān)，系統(tǒng)斷電。 第三步 ：點(diǎn)擊 openfile 找到并打開 hex 代碼文件。 第五步：給單片機(jī)系統(tǒng)上電。 理工大學(xué)學(xué)士論文 28 調(diào)試中遇到的問題 Keil編譯完軟件后沒有生成 .hex 文件 解決辦法：選擇 Keil中的 Project 選項(xiàng) ， 選擇“ ’Option for target’target 1’” 點(diǎn)擊 Output 圖 Keil 設(shè)置圖 選中“ Creat HEX Fi”點(diǎn)擊確定，再次編譯就會(huì)生成 .hex 文件。但由于條件和技術(shù)所限，對(duì)于很多以上所分析的在發(fā)射和接收過程中所產(chǎn)生的誤差沒有得到有效的校正。 在我們?yōu)槠谝粋€(gè)學(xué) 期的設(shè)計(jì)中，我們用到了以前學(xué)到的很多知識(shí)，比如電工、單片機(jī)、和 C 語言等。而且在電路的設(shè)計(jì)和程序的編制過程中，出現(xiàn)了