【正文】 距離，當測量出的距離比初始設(shè)定的值小的時候，則提出警告。七段顯示器可以顯示超聲波測量出的數(shù)值，也可以顯示溫度傳感器所測量到的溫度。 硬件子系統(tǒng)本系統(tǒng)的硬件子系統(tǒng)包括：單片機、溫度測量、距離測量、溫度及距離的顯示、報警和看門狗等部分。本系統(tǒng)選擇的單片機是 89C51 系列單片機，用來做為整個系統(tǒng)的中央控制，控制整個系統(tǒng)的工作過程。2）鍵盤設(shè)定部分人員可以設(shè)定車輛距離障礙物多遠的初始值，當超聲波檢測到的距離小于此值時，則提出警報。這部分由 4*4 鍵盤組成。其余的為擴展功能鍵，鍵盤則是由 8255A 可編程并行輸入/輸出芯片作為接口。此部分也是由 8255A 可編程并行輸入/輸出芯片作為接口。5）金屬的檢測由電感式接近開關(guān)來完成。7）看門狗電路由 MAX813L 構(gòu)成，為了實現(xiàn)單片機死機時自動復(fù)位功能。軟件設(shè)計的結(jié)構(gòu)和運行的時序直接影響到整個系統(tǒng)的性能，所以軟件設(shè)計的好壞決定了整個系統(tǒng)的好壞。本系統(tǒng)程序設(shè)計具有簡練、再定位、可擴展、易讀寫等優(yōu)點。軟件總體設(shè)計模塊如圖 22 所示。1） 初始化程序其中含單片機緩沖區(qū)初始化，8255 初始化，中斷初始化等。3） 顯示溫度距離程序該程序作用是實時顯示溫度和距離。5） 距離測量程序?qū)⒊暡▊鱽淼臄?shù)據(jù)進行處理，得到距離值。7） 報警程序主要用來控制蜂鳴器和指示燈的聲光指示。鍵盤程序顯示程序溫度檢測程序接近開關(guān)程序報警看門狗距離檢測程序初始化圖 22 軟件總體程序模塊圖Fig22 Overall software program modules map3 硬件詳細設(shè)計根據(jù)系統(tǒng)的功能能要求，該系統(tǒng)硬件部分主要由單片機中央處理器、數(shù)據(jù)存儲器、各個傳感器、人機接口等部分組成。 中央處理器MCS51 系列高檔 8 位單片機是由 Intel 公司推出，至今已 20 多年，51 系列單片機經(jīng)久不衰，并得到了極其廣泛的應(yīng)用。它的性能好的方面主要包括：片內(nèi)存儲容量和外部存儲器尋址范圍增大；I/O 口線數(shù)增加；定時器/計數(shù)器的數(shù)量和位數(shù)增加；中斷功能加強；設(shè)置了一個全雙工串行口，具有通信能力；指令系統(tǒng)增加了乘除等指令，并加強了位操作的功能等 [2]。 89C51 單片機芯片簡介89C51芯片引腳圖如下圖31：圖 31 89C51 芯片引腳圖 89C51 chip pin chart89C51 單片機是 HMOS 工藝制造的采用的是雙列直插式 40 腳封裝，依次把引腳介紹如下：1) XTAL1，XTAL2 ——時鐘XTAL1 內(nèi)部振蕩電路反向放大器的輸入端，是外界晶體的一個引腳。XTAL2 內(nèi)部振蕩器的反向放大器輸出端，是外界晶體的另一端。MCS51 系列單片機內(nèi)有一個高增益放大器，其頻率范圍為 ~12MHZ， XTAL1，XTAL2 分別為放大器的輸入和輸出端。內(nèi)部方式的定時元件通常采用石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振電路。2) ALE/ ——控制總線 P正常操作時為 ALE 功能，即允許地址鎖存，用來把地址的低字節(jié)鎖存到外部鎖存器。因此，它可以作為對外輸出的時鐘信號或用于定時，但是要注意每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ALE 脈沖。3) ——外部程序存儲器讀選通信號PSEN在從外部程序存儲器取指令或數(shù)據(jù)期間， 在每個機器周期內(nèi)兩次有效。 4) REST——復(fù)位信號輸入端 振蕩器工作時，該引腳上持續(xù)兩個機器周期的高電平可實現(xiàn)復(fù)位操作。在 VCC 掉點期間，由 Vpp 向內(nèi)部 RAM 提供電源，以保持內(nèi)部 RAM中的數(shù)據(jù)。 6) I/O 線—— P0 口單片機的雙向數(shù)據(jù)總線和低 8 位地址總線在訪問外部存儲器時實行分時操作，先用作地址總線，在 ALE 信號的下降沿，地址被鎖存，然后用作數(shù)據(jù)總線。P0 口可以驅(qū)動 8 個 LSTTL負載。P1 口可以驅(qū)動 8 個 LSTTL 負載。在訪問外部存儲器時，用作高 8 位地址總線。7) 其它引腳 ～：P3 口是 8 位準雙向 I/O 端口。作為第一功能使用時，為普通 I/O 口，其功能和操作方法與 P1 口相同。P3 口的每一條引腳均可獨立定義為第一功能的輸入輸出或第二功能。(2) 一個片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。(4) RAM 數(shù)據(jù)存儲器。(6) 可尋址 64K 外部數(shù)據(jù)存儲器和 64K 外部程序存儲器空間的控制電路。(8) 一個可編程全雙工串行口。2) 89C51 單片機芯片工作方式簡介(1) 復(fù)位方式在振蕩器工作時將 RST 腳保持至少兩個機器周期高電平(12 時鐘模式為 24 個振蕩器周期，6 時鐘，模式為 12 振蕩器周期)可實現(xiàn)復(fù)位，為了保證上電復(fù)位的可靠，RST 保持高電平的時間至少為振蕩器啟動時間，通常為幾個毫秒再加上兩個機器周期。(2) 定時器的工作方式定時器的工作方式有4種，由TMOD的M1M0兩位決定。當M1M0=01 時，定時器工作于方式1。MCS51系列單片機定時器中的計數(shù)器采用加1計數(shù)。假設(shè)要求的定時時間為TC， ,時間常數(shù)為N，計數(shù)器為n位，由于定時脈沖的頻率為振蕩頻率f osc的1/12，因此有 TC=（ 2n－ N） 12/fosc （31）解得 N=2n－ TC fosc/12 （32）定時計數(shù)器方式1下16位計數(shù)器的計數(shù)或定時范圍是各種方式中最大的。3) 中斷系統(tǒng)MCS51系列單片機有5個中斷源，兩個外部中斷，兩個內(nèi)部定時器/計數(shù)器溢出中斷和一個串行口發(fā)送/接受中斷，這些中斷請求源分別由特殊功能寄存器 TCON和SCON的相應(yīng)位鎖存。(1) ——外部中斷0，低電平有效，有低電平觸發(fā)和負跳變觸發(fā)兩種觸發(fā)方式，INT由定時器/計數(shù)器控制寄存器來控制。(2) ——外部中斷1，低電平有效，觸發(fā)方式同外部中斷0。(3) 定時器0溢出中斷——當外部定時器/計數(shù)器T0計數(shù)溢出，TH0、TL0所有位均為0，并向特殊功能寄存器TCON中的中斷標志位TF0 進位，將TF0置1，得到中斷允許后，向CPU 提請中斷 [4]。單片機復(fù)位時 RST 輸入 24 個振蕩周期（兩個機器周期）以上的高電平，單片機便進入復(fù)位狀態(tài)。復(fù)位后，P0~P3 口輸出高電平，且使準雙向口皆處于輸入狀態(tài)，并且將 07H 寫入堆棧指針 SP。所以，如果單片機運行出錯或進入死循環(huán)，則可通過復(fù)位使 CPU 重新啟動。1) 上電復(fù)位是指單片機只有一上電，便自動地進入復(fù)位狀態(tài)。其中 R 的作用是加速復(fù)位。當采用的晶體頻率為 6MHZ，可取 C=22181。F,R=。系統(tǒng)上電運行后，若需要復(fù)位，一般都通過手動復(fù)位來實現(xiàn)的?？捎勺詣訌?fù)位和隨時手動復(fù)位。當該端輸入低電平保持 140ms 以上，MRMAX813L 就輸出復(fù)位信號。上電時，自動產(chǎn)生 200ms 的復(fù)位脈沖（高電平） ；手動復(fù)位端輸入低電平時，該端也產(chǎn)生復(fù)位信號輸出。程序運行時，必須在小于 的時間間隔內(nèi)向該輸入端發(fā)送一個脈沖信號，以清除芯片內(nèi)部的看門狗定時器，若超過 該輸入端收不到脈沖信號，則內(nèi)部定時器溢出， 端輸了低電平。正常工作時輸出保持高電平，看門狗輸出時，該端0D輸出信號由高電平變?yōu)榈碗娖健．斣摱溯斎腚妷旱陀? 時， 端輸出低電平。電源正常時輸出保持高電平，電源電壓變低或掉電時，0PF輸出由高電平變?yōu)榈碗娖?。?）GND：接地端。為實現(xiàn)單片機死機時自動復(fù)位功能，需要在軟件設(shè)計中，單片機 端口不斷輸出脈沖信號（時間間隔小于 ） ，如果因某種原因，單片機進入死循環(huán)，則 無脈沖輸出。/MR /WDOVCCGNDPFI /PFOWDIRESETR51KS1SWPBGND12 374HC08VCCRESETMAX831LU8圖 33 看門狗電路Fig. 33 Watchdog circuit 時鐘振蕩電路設(shè)計1）時鐘振蕩電路MSC51 單片機內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，引腳 XTAL1 和XTAL2 分別是該放大器的輸入和輸出端。如圖 34 所示，這就是單片機的時鐘振蕩電路。由于本系統(tǒng)中采用的是內(nèi)部時鐘方式震蕩器，在 XTAL1，XTAL2 的兩端接一個片外石英晶體，構(gòu)成了穩(wěn)定的自激震蕩器，一般電容 C1 和 C2 取 30PF177。本設(shè)計使用振蕩頻率為 6MHZ 的石英晶體。 2）時序單位：下面簡單介紹一下時序單位。已知 1s=1000ms，1 ms=1000μs ，1μs=1000ns解： 本系統(tǒng)的時鐘周期 = 1 / 6M= s? 機器周期 = 12 = 由此知 1 秒運行了 1/ =500000 次 機器周期。RAM 的可以作為工作寄存器、堆棧、軟件標志和數(shù)據(jù)緩沖器。對于簡單的數(shù)據(jù)處理，用它存放運算的中間結(jié)果，容量是夠用的。擴展外部數(shù)據(jù)存儲器一般由 SRAM 構(gòu)成， 6264 是 8K8 位的 SRAM。 擴展電路的芯片1) 存儲器89C51 片內(nèi)含有 128 字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器 RAM，主要用作工作寄存器、堆棧、軟件標志和數(shù)據(jù)緩沖器。但對于大量數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，則需要在外擴展 RAM。6264 芯片的引腳如圖 36 所示。其中，A0～A12 為 13 條地址線；D0 ～D7 為 8 條數(shù)據(jù)線，雙向； 為片選線 1，低電平有效；CE2 為片選線 2，高電平有效； 為讀允許信號CE OE線，低電平有效； 為寫信號線，低電平有效。如圖 36 所示。Q1~Q8 為 8 個輸出端。LE 是數(shù)據(jù)鎖存控制端，選通脈沖有效時，數(shù)據(jù)被鎖存。表 32 74LS373 的工作狀態(tài)Table 32 74LS373 Working conditions輸出 輸出控制 接數(shù)控制高阻態(tài) 1 0高阻態(tài)（接數(shù)） 1 上升沿Q=Q0 0 0Q=D 0 上升沿 89C51 與數(shù)據(jù)存儲器擴展下面具體闡述一下數(shù)據(jù)存儲器的擴展。所以需要接地址鎖存器。6264 的 D0D7 數(shù)據(jù)輸出與 89C51 的 P0 口 P00P07 相連， 和 分別與 89C51 單片機的 、 相連，WROEWRD6264 與 373 鎖存器的 Vcc，GND 分別相連。通過 89C51 的 ALE 可實現(xiàn)對外總線的擴展。P2 口的 P20P24將高位地址通過 6264 的 A8A12 地址線送入存儲器。 因此，P0 口實為分時復(fù)用的地址 /數(shù)據(jù)總線。通過373 鎖存器與 6264 相連。6264 只是用 WR、RD 擴展線而不使用 。電路連接圖如下：圖 37 6264 與 89C51 單片機的連接電路 6264 and 89C51 single chine microcontroller junction circuit 人機對話部分人機對話通道包括 8255 可編程并行接口芯片，顯示器及鍵盤部分。 8255A 可編程并行接口芯片8225A 是一個可編程外部設(shè)備接口（Programmable Peripheral Interface ）其功能是使一個通用的 I/O 設(shè)備接入微型計算機的系統(tǒng)總線。因此，8225A 使用十分靈活，應(yīng)用非常廣泛。圖 388255 引腳圖Fig 38 The Pins of 8255 1）8255A 的引腳的功能： PA0～PA7：A 口的輸入輸出信號線。 PB0～PB7：B 口的輸入輸出信號線。 PC0～PC7：C 口信號線。D0～D7：雙向數(shù)據(jù)信號線，用來傳送數(shù)據(jù)和控制字。S ：讀信號，低電平有效。RD ：寫信號，低電平有效。W A0、A1：端口選擇信號，這兩個輸入信號與 和 一起控制對三個端口和一個控RDW制寄存器的選擇。在編程中規(guī)定用地址 A0、A1 作為端口的選擇。RESET 高電平時有效，其作用是清除控制寄存器，并將所有端口（A、B、C ）置為輸入方式。SCSA0A1：口地址選擇信號線，通常與系統(tǒng)地址總路線的 A1 和 A0 對應(yīng)相連。 2）外部接口部分外部接口部分是用于和外部設(shè)備進行接口，包括 24 根外部接口線、緩沖器及控制邏輯。 3）8255A 工作方式 方式 0：基本輸入/輸出方式 方式 1：選通輸入/輸出方式 方式 2：雙向傳送方式a）方式 0 基本輸入 /輸出方式 這種功能結(jié)構(gòu)為三個端口的每一個都提供了簡單的輸入輸出操作，當端口進行簡單的讀或?qū)憯?shù)據(jù)時，不需要進行應(yīng)答。方式 0 通用控制字的格式如下。端口 A 和端口 B 用端口 C 中相應(yīng)的線產(chǎn)生或接收這個應(yīng)答信號。這 8 位的數(shù)據(jù)端口既可用作輸入也可用作輸出。4 位的端口用于控制和表示 8 位端口的狀態(tài)。在 8 位的數(shù)據(jù)總線上既可以發(fā)送也可以接收數(shù)據(jù)（也就是說是雙向傳送） 。在方式 2 時，只使用 A 組，包括一個 8 位的雙向總線端口（端口 A）和一個5 位的控制端口（端口 C） 。4）8255A 控制字8255A 控制字用于確定各端口的工作方式及數(shù)據(jù)傳送方向。 8255A 位置位/復(fù)位控制字中各位的功能如圖：D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0