【正文】 RAM、定時／計數(shù)器、串行口和中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。 5l 系列單片機為許多控制提供了高度靈活和低成本的解決辦法。 其他元器件的 選擇 顯示部分是采用七段四位數(shù)碼管，選用共陰極接法， CD4511 控制段選碼，74LS138 控制位選信號。超聲波的接收信號選用 CX20206 芯片處理。 太原工業(yè)學院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 15 單片機外圍電路主要有鍵盤電路、電源電路、復(fù)位電路、時鐘電路、串口電路，對于本設(shè)計來說，鍵盤電路相當于倒車擋，主要控制單片機執(zhí)行指令的 狀態(tài)，時鐘電路、電源電路、復(fù)位電路構(gòu)成單片機的最小系統(tǒng)。另外，為了更便于觀測本設(shè)計調(diào)試中的現(xiàn)象，用三個發(fā)光二級管來觀察調(diào)試結(jié)果，以本設(shè)計的程序來說明，當大于2m 時是安全距離，綠燈亮，當在 到 2m 之間時，黃燈亮，當在 1m 到 之間時，危險距離，開繼電器，紅燈亮，啟動報警電路。本設(shè)計采用軟件產(chǎn)生，由定時器T0產(chǎn)生 40KHz 的方波信號。本具體電路如圖 5 所示。 圖 6為 CX20206A 內(nèi)部電路原理框圖及引腳圖。該引腳和地之間連接光電二極管，輸入阻抗約40kΩ。該引腳與地之間連接 RC 串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，它們是負反饋串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的一個組成部分，改變它們的數(shù)值能改變前置放大器的增益和頻率特性。但 C1 的改變會影響到頻率特性，一般在實際使用中不必改動，推薦選用參超聲測距 — 汽車倒車雷達的設(shè)計 18 數(shù)為 R1=， C1=1μ F。該引腳與地之間連接檢波電容，電容量大為平均 值檢波，瞬間相應(yīng)靈敏度低；若容量小，則為峰值檢波，瞬間相應(yīng)靈敏度高，但檢波輸出的脈沖寬度變動大，易造成誤動作，推薦參數(shù)為 f。 5 腳：為帶通濾波器調(diào)整端。例如，取 R=200kΩ時， f0≈42kHz，若取 R=220kΩ，則芯片中心頻率 f0≈ 38kHz。該引腳與地之間接一個積分電容，標準值為 330pF，如果該電容取得太大，會使探測距離變短。 8 腳：為電源端。 超聲波接收電路 超聲波換能器接收到反射回來的超聲波信號后，會轉(zhuǎn)換為電信號，此時的信號比較弱，需要放大整形等一系列處理才能輸入單片機完成相應(yīng)的信息處理。發(fā)射電路發(fā)出的脈沖信號，在碰到障礙 物后，經(jīng)反射后的超聲波脈沖變成微弱的交流信號，接收電路接收后送到 CX20206A 的 1 腳，為信號的輸入端，經(jīng)過前置放大器的放大，限幅放大器的放大，由于其有自動增益控制功能，可以保證超聲傳感器接收較遠反射信號輸出微弱電壓時，放大器具有較高的增益，而在近距離輸入信號強時放大器不會過載，其帶通濾波器中心頻率可由芯片 5 腳的外接電阻調(diào)節(jié)，取200 kΩ，控制在 38 kHz。 CX20206A 接收超聲波具有很高的靈敏度和較強的抗干擾能力，可以滿足 超聲波接收電路的要求。具體電路如圖 8所示。最簡單的顯示器可以使 LED 發(fā)光二極管，給出一個簡單的開關(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。因為需要顯示的距離在 10m以內(nèi)，并且只需要精確到 cm,故采用 3個 LED 數(shù)碼管顯示距離數(shù)值。所謂靜態(tài)顯示驅(qū)動，就是給要點亮的 LED 通以恒定的電流，即每一位LED顯示器各引腳都要占用單獨的具有鎖存功能的 I/O 接口，單片機只需要把要顯示數(shù)字的段碼發(fā)送到接口電路并保持不變即可。因此，使用這種方法單片機中 CPU 開銷小，但這種驅(qū)動方法需要超聲測距 — 汽車倒車雷達的設(shè)計 20 寄存器、譯碼器等硬件設(shè)備。而動態(tài)顯示驅(qū)動就是給欲點亮的 LED 通以脈沖電流，即采用分時的方法，輪流控制各個顯示器的 COM 端，使各個顯示器輪流點亮，這時LED的亮度就是通斷的平均亮度。 LED數(shù)碼管采用共陰極接法，數(shù)字的段碼由譯碼器 CD4511 控制，數(shù)字的位碼由74LS138 控制。 圖 9 考慮到本設(shè)計的實際需求，系統(tǒng)只需提供簡單的嘀嘀聲作為報警信號即可。 太原工業(yè)學院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 21 圖 10 超聲測距 — 汽車倒車雷達的設(shè)計 22 本設(shè)計的軟件設(shè)計部分十分的重要，距離的換算與顯示，就連部分硬件電路不能完成的濾波也要靠程序來完成。 程序完成的功能 本次設(shè)計的程序需要完成的功能有： （ 1）超聲波的發(fā)射和接受控制 （ 2）消除余振 （ 3）對回波信號的檢測 （ 4）測距時間到距離的換算 （ 5）距離的顯示 （ 6）對距離進行判斷 編程語言的選擇 在編程語言的選擇上，我主要考慮使用我所學過的匯編語言和 C 語言。 匯編語言是一種面向機器的低 級的程序設(shè)計語言。匯編語言由于是面向機器的程序設(shè)計語言，與具體的計算機硬件有著密切的關(guān)系，因此，可移植性差。因此，匯編語言可直接利用機器硬件系統(tǒng)的許多特性，如寄存器、標志位以及一些特殊指令等，具有執(zhí)行速度快、占用內(nèi)存少等優(yōu)點。 C語言是一種編譯型的程序設(shè)計語言，它兼顧了多種高級語言的特點，并具備匯編語言的功能。 C 語言是一種結(jié)構(gòu)化設(shè)計語言，支持支持由頂向下結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計技術(shù)。在 C語言的可讀性方面更容易借鑒前人的開發(fā)經(jīng)驗，提高程序的開發(fā)水平。因此利用 C語言編寫程序可以大大縮短目標系統(tǒng)軟件的開發(fā)周期，程序的可讀性明顯增加，便于改進、擴充、研制規(guī)模更大、性能更完備的系統(tǒng)。目前，支持硬斷點的單片機仿真器已能很好的進行 C語言程序調(diào)試，為使用 C 語 言進行單片機編程提供了便利條件。 綜合以上對兩種編程語言特點的比較，并考慮到 單片機之 間采用串行數(shù)據(jù)傳送， 采用 C語言編寫的話又可以簡化許多使用匯編語言時進行浮點運算的不便。 主要部分程序流程圖 如圖 51 所示 實現(xiàn)重要功能的程序的分析 實現(xiàn)溫度讀取功能 uint Read_Temperature(void) //讀取 溫度 ,返回整數(shù)值 { uint c。 //復(fù)位 18b20 芯片 tu=0。 // 跳過多傳感器識別 skio rom write(0xBE)。 //讀兩個字 reset()。 // 跳過多傳感器識別 skio rom write(0x44)。tu=1。 //去掉低四位即為整數(shù)溫度值，無需* return c。 } //返回 0XFF 表示未檢測到 18B20 芯片 } 圖 51 程序流程框圖 太原工業(yè)學院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 25 實現(xiàn)根據(jù)溫度轉(zhuǎn)化聲速 int C_speed(void) //根據(jù)溫度查算聲速值 { uchar y。 //采溫度 if(r){ //若溫度有變化則按溫度值取聲速 { T_C=y。 //溫 度為正則 +聲速 else speed=332T_C*。 //若 1820 不存在即無法讀取溫度，聲 速＝ （取 25 度） return speed。 cm=TH1*256+TL1。 //減去限制 10M 的初值 +可調(diào)誤差值 cm*=speed。 //轉(zhuǎn)換為 s 單程 return cm。 Read_Temperature()。w255。 led_1H=0。led_3H=0。 bell=0。 time(20)。 OFF=0xff。 T_show: //標號 EA=0。 //停止計數(shù) do{ LED_T_C(Read_Temperature())。 //顯 168 次后采一次溫度 key()。 key()。 key()。 key()。 key()。 太原工業(yè)學院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 27 key()。 key()。 //如 WD為 0只顯示溫度 //測距部分開始 TMOD=0X11。 //開總中斷 IT1=1。 while(1) { TT1()。 //啟動定時器 T1 Send_40K()。 //延時 66uS，限制最小測量 ET1=1。 //允許外部中斷 0中斷 do{ led_display()。amp。 //判斷是否有收到回波 如有則計算 判斷 是否超出測量范圍 if(flag==1) { if(w27){C_speed()。} //測 Wu 次距后取一次溫度聲速 w++。 //轉(zhuǎn)換距離 flag=0。temp[1]=0xF7。}// 溢出處理 else{ bell=0。 超聲測距 — 汽車倒車雷達的設(shè)計 28 bell=1。 //測量數(shù)據(jù)顯示 } } TO=0。 key()。 //如果 WD 為 0 則只顯示溫度 } } 太原工業(yè)學院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 29 本文主要講述了倒車雷達，即超聲波測距儀的原理和設(shè)計方法，設(shè)計的最終結(jié)果是使超聲波測距儀能夠產(chǎn)生超聲波，實現(xiàn)超聲波的發(fā)送與接收，從而實現(xiàn)利用超聲波 方法測量物體間的距離，并以數(shù)字的形式顯示測量距離，在距離小于50cm 時發(fā)出報警。超聲波測距儀硬件電路的設(shè)計主要包括單片機系統(tǒng)及顯示電路、超聲波發(fā)射電路和超聲波接收電路三部分。單片機控制超聲波發(fā)射與接收模塊進行信號的發(fā)射與接收。 實際測試證明，本超聲波測距儀的性能不是特別穩(wěn)定。可以研究更為合理的波導(dǎo)管和輔助測量手段。如果超聲波的固有頻率為 40kHz， 并假設(shè)接收信號觸發(fā)閥值建立時間滯后兩個周期，如果將超聲波的固有頻率提高至200kHz,則測試誤差將縮小 5 倍。由于超聲波測距儀測量的距離比較小，故采用TCT4016T/R 超聲波傳感器作為發(fā)射和接收裝置， 雖然也存在一定得自身干擾，但是比發(fā)射與接收采用一只壓電陶瓷超聲波傳感器自身干擾要小些。系統(tǒng)抗干擾措施必須從硬件和軟件兩個方面著手。但要注意接收電路中的諧振回路帶寬不能太窄，以免降低了電路的穩(wěn)定性。 軟件方面采用數(shù)字信號 處理技術(shù)，利用算法平均值濾波和相關(guān)濾波以抑制帶超聲測距 — 汽車倒車雷達的設(shè)計 30 寬的隨機噪聲，以及在測量時間內(nèi)近似呈現(xiàn)周期性的干擾并進行補償。 太原工業(yè)學院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 31 參考文獻 [1]李華 .MCU51系列單片機實用接口技術(shù) [M].北京：北京航空航天大學出版社， 1993. 6： 8793 [2]陳光東 .單片機微型計算機原理與接口技術(shù) (第二版 )[M].武漢：華中理工大學出版社， ： 2125 [3]徐英慧 ,等 . 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