【正文】 D 4 )35P 0 .3 /(A D 3 )36P 0 .2 /(A D 2 )37P 0 .1 /(A D 1 )38P 0 .0 /(A D 0 )39V C C40A T 8 9 C 5 1 圖 AT89C51 引腳圖 P1 口： P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門(mén)電流。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口作為第八位地址接收。并因此作為輸入時(shí) ， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。 P2 口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)， P2 口輸出地址的高八位。 P2 口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。當(dāng) P3 口寫(xiě)入 “ 1” 后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。 P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如下所示： 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 15 頁(yè) 口管腳 備選功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷 0） /INT1（外部中斷 1） T0（記時(shí)器 0 外部輸入） T1（記時(shí)器 1 外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 器讀選通） RST：復(fù)位輸入。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 （ 3） 振蕩器特性： XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過(guò)一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無(wú)任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫(xiě) “ 1” 且在任何非空存儲(chǔ)字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。在閑置模式下， CPU 停止工作。在掉電模式下，保存 RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。其電路圖圖 所示。 圖 電源電路 220V 交流電通過(guò)電源變壓器變換成交流低壓電源，再經(jīng)過(guò)橋式整流電路 D1~D4 和濾波電容的整理和濾波，在固定式三端穩(wěn)壓器 LM7805 的Vin 和 GND 兩端形成一個(gè)并不十分穩(wěn)定的直流電壓。如 所示的電路為輸出電壓為 +5V、輸出的電流 的穩(wěn)壓電源。 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 17 頁(yè) 控制電路 主控制器主要由單片機(jī) AT89C5振蕩器和復(fù)位電路三部分組成，它是單片機(jī)工作的必要組成部分，又稱(chēng)為單片機(jī)最小系統(tǒng)。 RST 外接一個(gè)復(fù)位電路，晶體振蕩電路 為單片機(jī)提供時(shí)鐘控制信號(hào) 。電路圖如圖 所示。其具有線路簡(jiǎn)單，體積小的特點(diǎn)。其 測(cè)量溫度范圍在 － 55～ ＋ 125℃ 之間。引腳詳細(xì)功能描述如表 。開(kāi)漏單總線接口引腳。 3 VDD 可選擇的 VDD 引腳。 表 DS18B20 引腳功能描述 實(shí)際情況下，溫度每上升或者下降 1℃ , 聲速將增加或者減少 /s 。本設(shè)計(jì)溫度測(cè)量選用的 DS18B20 數(shù)字式溫度傳感器，因其獨(dú)特的一線接口，只需要一條口線通信多點(diǎn)能力，簡(jiǎn)化了分布式溫度傳感應(yīng)用，無(wú)需外部元件，可用數(shù)據(jù)總線供電電源范圍為 至 無(wú)需備用電源。DS18B20 數(shù)字溫度傳感器除了具有相當(dāng)?shù)臏y(cè)量范圍和精度外，還具有溫度測(cè) 量 精 度 和不 受 外界 干 擾 等的 優(yōu) 點(diǎn) 。 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 19 頁(yè) 圖 溫度補(bǔ)償電路 超聲波發(fā)射和接收電路 超聲波發(fā)射部分 超聲波發(fā)射電路包括超聲波產(chǎn)生電路和超聲波發(fā)射電路兩個(gè)部分，超聲波換能器選用壓電式，可采用軟件發(fā)生法和硬件發(fā)生法產(chǎn)生超聲波。這種方法的特點(diǎn)是充分利用軟件，靈活性好。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是無(wú)需驅(qū)動(dòng)電路，但缺點(diǎn)是靈活性低。 利用AT89C51 的 口發(fā)射 40kHz 的方波信號(hào) 后 經(jīng)過(guò) 74LS04 三級(jí) 放大后輸出到超聲波換能器，產(chǎn)生超聲波。對(duì)于 HC 類(lèi)型，其工作電壓為 2～ 6 V，它具有高抗擾度，可以兼容直接輸入 LSTTL 邏輯信號(hào)和 CMOS 邏輯輸入等特點(diǎn)。 發(fā)射電路主要由反向器 74LS04 和超聲波換能器構(gòu)成，如圖 所示。用這種推挽形式將方波信號(hào)加到超聲波換能器兩端，可以提高超聲波的發(fā)射強(qiáng)度。 圖 超聲波發(fā)射電路 超聲波接收電路 超聲波接收包括接收探頭，信號(hào)放大以及波形變換電路三部分，超聲波接收探頭必須與發(fā)送探頭 相同的型號(hào)，否則可能導(dǎo)致接收效果不好甚至不能接收。本次設(shè)計(jì)為了降低調(diào)試 難度，減少成本，提供系統(tǒng)可靠性，所以我們采用了一種用在彩色電視機(jī)上面的一種紅外接收 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 21 頁(yè) 檢波 芯片 CX20216，由于紅外遙控的中心頻率在 38KHz，和超聲波的 40KHz 很接近，所以可以用來(lái)做接收電路。為了不使放大器的輸出信號(hào)過(guò)強(qiáng)而產(chǎn)生失真，集成塊內(nèi)部有自動(dòng)電平限制電路，對(duì)前置放大器的增益進(jìn)行自動(dòng)限制。 限度放大器：當(dāng)信號(hào)太強(qiáng)時(shí)為了防止放大器過(guò)載，限制高電平振幅，同時(shí)也可消除寄生調(diào)幅干擾。 檢測(cè)器：將返回的超聲波的包絡(luò)解調(diào)回來(lái)。 接收的回波信號(hào)先經(jīng)過(guò)前置放大器和限幅放大器，將信號(hào)調(diào)整到合適的幅值；再經(jīng)過(guò)帶通濾波器濾波得到有用信號(hào)，濾除干擾信號(hào)；最后由峰值檢波器和整形電路輸出到鎖相環(huán)路，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的計(jì)時(shí)。其總放大增益 80db。 1 腳：超聲信 號(hào)輸入端，該腳的輸入阻抗約為 40kΩ。增大電阻 R18 或減小 C12,將使負(fù)反饋量增大，放大倍數(shù)下降，反之則放大倍數(shù)增大。 3 腳：該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(dòng)大，易造 成誤動(dòng)作，推薦參數(shù)為 10μf。 5 腳：該腳與電源間接入一個(gè)電阻，用以設(shè)置帶通濾波器的中心頻率 f0，阻值越大，中心頻率越低。 6 腳： 該腳與地之間接一個(gè)積分電容，標(biāo)準(zhǔn)值為 330pF，如果該電容取得太大，會(huì)使探測(cè)距離變短。 8 腳：電源正極， ～ 5V。通過(guò)單片機(jī)的 2 2 228 四個(gè)管腳的信號(hào)控制四位三極管的 B 極，利用三極管的開(kāi)關(guān)特性，實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管的點(diǎn)亮，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)顯示。 單片機(jī)用 端口輸出超聲波換能器所需的 40KHz 方波信號(hào)，利用外中斷0 口檢測(cè)超聲波接收電路輸出的返回信號(hào)。段碼用74LS244 驅(qū)動(dòng)，位碼用 PNP 三極管 8550 驅(qū)動(dòng) 。它可以多段錄音， 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 24 頁(yè) 采樣率在 4k 至 12k 間調(diào)節(jié)，供電范圍可以在 至 之間。芯片內(nèi)有存儲(chǔ)管理系統(tǒng)來(lái)管理多段語(yǔ)音，這樣在獨(dú)立按鍵模式下也能進(jìn)行多段語(yǔ)音錄 放。 ISD1700 還有有新錄音提示功能，當(dāng)有新的錄音后， LED 回每秒閃一次來(lái)提示用戶有新的錄音。錄音數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在芯片的 FLASH 內(nèi)，沒(méi)有經(jīng)過(guò)任何壓縮，所以有較好的音質(zhì)和斷電存儲(chǔ)。在獨(dú)立按鍵模式下，當(dāng)某功能操作完成后芯片會(huì)自動(dòng)進(jìn)入掉電模式來(lái)降低功耗。如對(duì)任意存儲(chǔ)地址進(jìn)行錄放，對(duì)模擬通道配置寄存器（ APC）進(jìn)行讀寫(xiě) [11]。 （ 3） 可處理多達(dá) 159 段以上信息。 （ 5） 多種采樣頻率對(duì)應(yīng)多種錄放時(shí)間。 （ 7） 用戶可利用震蕩電阻來(lái)自定芯片的采樣頻率，從而決定芯片的錄放時(shí)間和錄放音質(zhì)。A. （ 3） 工作電流 IOP： 20mA. 本系統(tǒng)采用 SPI 控制模式，通過(guò)外接 1KΩ 電阻來(lái)設(shè)定芯片的采樣率為。為了防止這種現(xiàn)象的發(fā)生，在控制端 REC 和 VCC 之間并聯(lián)一個(gè)電容（大約為 即可。 當(dāng)然這種異?，F(xiàn)象與印刷線路板的電容有關(guān)，因此不是每個(gè)人都會(huì)遇到這種情況。 硬件電路原理圖見(jiàn)附圖。軟件設(shè)計(jì)的總體結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示 。 （ 2） 發(fā)射接收控制模塊：發(fā)射控制模塊是軟件控制超聲波發(fā)射電路發(fā)射超聲脈沖啟動(dòng)定時(shí)器工作，同時(shí)啟動(dòng)接收電路工作，當(dāng)接收電路有信號(hào)輸入時(shí)，對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行處理。 （ 4） 運(yùn)算結(jié)果處理模塊：運(yùn)算結(jié)果處理模塊將多次所測(cè)得時(shí)間 進(jìn)行處理，進(jìn)行軟件取大值工作，根據(jù)公式計(jì)算出距離，然后再對(duì)計(jì)算得出的結(jié)果進(jìn)行修正處理，數(shù)據(jù)處理后送至數(shù)碼顯示模塊。 主程序除了完成定時(shí)器 T0、中斷源 TNT0 初始化外，主要實(shí)現(xiàn)超聲波的巡 系 統(tǒng) 功 能 模 塊 初始化程序 發(fā)射接收控制模塊 溫度補(bǔ)償模塊 運(yùn)算處理模塊 數(shù)碼顯示模 塊 聲光報(bào)警模塊 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 27 頁(yè) 回發(fā)射（調(diào)用超聲波發(fā)射程序）和距離的動(dòng)態(tài)掃描顯示； INT0 中斷服務(wù)程序計(jì)算車(chē)尾距離障礙物的距離數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)一方面交由主程序顯示，另一方面與設(shè)定值（比如 1m）進(jìn)行比較，如小于 1m，接蜂鳴器報(bào)警，否則關(guān)閉報(bào)警；如果車(chē)尾距離障礙物的距離較遠(yuǎn)，超聲波往返時(shí)間就會(huì) 超過(guò)了定時(shí)器 T 一次性最長(zhǎng)的定時(shí)時(shí)間，則 T0 發(fā)生溢出而中斷，這時(shí)進(jìn)行距離計(jì)算，并顯示 “OFF”，以示車(chē)后無(wú)障礙物，可放心倒車(chē)。要求通過(guò)設(shè)計(jì)能夠測(cè)出并顯示車(chē)與障礙物的距離，并能在距離小于 1m的時(shí)候根據(jù)設(shè)定值進(jìn)行聲光報(bào)警。這樣只要計(jì)算出從發(fā)出超聲波信號(hào)到接收到返回信號(hào)所用 的時(shí)間，就可算出超聲波發(fā)生器與反射物體的距離。測(cè)距時(shí)有安裝在同一位置的超聲波發(fā)射器和接收器完成超聲波的發(fā)射與接收，有定時(shí)器計(jì)時(shí)。這樣，定時(shí)器就記錄下了超聲波自發(fā)射點(diǎn)至障礙物之間往返傳播經(jīng)歷的時(shí)間 t。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 INT0 或 INT1 端產(chǎn)生一個(gè)中斷請(qǐng)求信號(hào)，單片機(jī) 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 28 頁(yè) 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，由于精度要求較高，所以通過(guò)溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ㄔ谲浖屑右孕Ｕ?。程序首先完成初始化過(guò)程，然后是一個(gè)重復(fù)的控制發(fā)射信號(hào)的過(guò)程，即調(diào)用發(fā)射子程序幾遍，而且每次發(fā)射周期結(jié)束都很判斷在發(fā)射信號(hào)后延時(shí)等待的過(guò)程中是否發(fā)生了中斷，即是否有回波產(chǎn)生來(lái)判斷程序的流程。要檢測(cè)返回信號(hào)必須在啟動(dòng)發(fā)射信號(hào)后 才可以檢測(cè)，這樣就可以抑制輸出的干擾。再把定時(shí)器中的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)換算就可以得出超聲波傳感器與障礙物之間的距離。 超聲波發(fā)送、接收中斷程序 超聲波發(fā)生子程序的作用是通過(guò) 端口發(fā)送 2 個(gè)左右超聲波脈沖信號(hào)（頻率約 40kHz 的方波），脈沖寬度為 12μs左右，同時(shí)把計(jì)數(shù)器 T0 打開(kāi)進(jìn)行計(jì)時(shí)。進(jìn)入中斷程序后就立即關(guān)閉計(jì)時(shí)器 T0停止計(jì)時(shí)，并將測(cè)距成功標(biāo)志字賦值 1 即 Testok=1。超聲波發(fā)射程序比較簡(jiǎn)單，主要包括 T0 中斷服務(wù)程序和超聲波接收中斷服務(wù)程序。 顯示程序及報(bào)警程序流程圖如圖 ，圖 。本系統(tǒng)利用超聲波測(cè)距的原理檢測(cè)系統(tǒng)與障礙物之間的距離，并通過(guò)語(yǔ)音芯片進(jìn)行實(shí)時(shí)播報(bào)距離和 LED 顯示距離信息。 在以后的改進(jìn)過(guò)程中，使其功能更加齊全，設(shè)計(jì) 的更加人性化。 2 選用 ATC89C51單片機(jī)作為倒車(chē)測(cè)距儀的主控芯片，進(jìn)行接收、報(bào)警和 顯示控制。 3 繪制系統(tǒng)各單元的電路原理圖。 5 將各子程序綜合，完成系統(tǒng)的主程序流程設(shè)計(jì)。 7 利用系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得出進(jìn)一步改善系統(tǒng)功能的想法。在選題、設(shè)計(jì)研究及撰寫(xiě)論文過(guò)程中，王老師均給與了我莫大的指導(dǎo)和幫助，及時(shí)糾正和鼓勵(lì)使我慢慢走出了電子設(shè)計(jì)研究的困頓，積累了很多經(jīng)驗(yàn)，并完成了預(yù)期的任務(wù)。 接著，我要感謝和我一起做畢業(yè)設(shè)計(jì)的同學(xué) ,在畢業(yè)設(shè)計(jì)的短短 3 個(gè)月里，你們給我提出很多寶貴的意見(jiàn)，給了我不少幫助還有工作上的支持，在此也真誠(chéng)的謝謝你們。感謝身邊的每一個(gè)人，謝謝！ 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 34 頁(yè) 參考文獻(xiàn) [1] 侯國(guó)章 ,賴一楠 ,田思慶 .測(cè)試與傳感技術(shù) .哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2021 [2] 童詩(shī)白 ,華成英 .模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) .北京：高等教育出版社， 2021 [3] 【日】松井邦彥，梁瑞林譯 .傳感器實(shí)用電路設(shè)計(jì)與制作 .北京：科學(xué)出版社，2021 [5] 楊欣 ,王玉鳳 ,劉湘黔 .電子設(shè)計(jì)從零開(kāi)始 .北京：清華大學(xué)出版社， 2021 [6] 蘇長(zhǎng)贊 .紅外線與超聲波遙控 [M].北京：人 民郵電出版社， ： 2635 [7] rotor S， ZHANG G X. 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