【正文】 他單片機相比 AT89S51 單片機是一個功耗低性能高的 CMOS 8 位單片機內(nèi)部含有 8 位微處理器 128B RAM4 KB Flash ROM4 個 8 位的可編程并行 IO 口 1個全雙工的異步串行口 2 個可編程的 16 位定時器計數(shù)器 1 個看門狗定時器中斷系統(tǒng)有 5 個中斷源 5 個中斷向量 26 個特殊功能寄存器低功耗節(jié)電模式有空閑模式和掉電模式 3 個程序加密鎖定位片內(nèi)的 4 KB ISP 可反復(fù)讀寫 1000 次其采用了ATMEL 公司高密度非易失性存儲技術(shù)兼容了標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令系統(tǒng)和 80C51 的引腳結(jié)構(gòu)芯片內(nèi)部集成通 用 8 位的中央處理器與 ISP Flash 存儲器單元因此AT89S51 單片機可以為多種嵌入式的控制應(yīng)用系統(tǒng)提供了高性價比解決方案如圖 7 所示 圖 7 AT89S51 引腳圖 與 AT89C51 單片機相比其具有的優(yōu)點是 1 新增了在線的可編程的功能靈活的在線編程方式使得現(xiàn)場編程調(diào)試與修改更加的方便靈活 其將數(shù)據(jù)的指針添加到了兩個便于對片外的 RAM 訪問的過程 新增了看門狗的定時器提高系統(tǒng)抵抗干擾的能力 增加掉電標(biāo)志 增加掉電狀態(tài)中的中斷的恢復(fù)模式 32 DSP 芯片的選擇 本文的 DSP芯片選用了 TI公司 32位的定點數(shù)字信號 處理器 TMS320F2812[17]芯片此芯片的功耗低 內(nèi)核是 18VI O 口的電壓是 33 V 其可以有效的減少了可攜帶式系統(tǒng)的功耗 此芯片也具有 1 個高速同步串行的外設(shè)接口 SPI 其能夠與AT89S51 單片機連接并進行數(shù)據(jù)的通信工作 AT89S51 單片機采用 5V 的工作電壓端口 IO 引腳可允許 5 V 輸入信號電壓每一個 I O 口都與 SPI 總線連接 33 發(fā)射前端電路 圖 8 發(fā)射前端電路 圖中電容 C1C2 和電感 L1 構(gòu)成了 LC 整流濾波部分 IN4742 穩(wěn)壓管 D1 就起到了穩(wěn)壓保護作用 34 中頻放大電路 圖 9 中頻放大電路 圖中 Q1R2 和 R3 構(gòu)成基本的共射放大穩(wěn)壓管 D1 起到保護作用 C1 隔離直流C2 和 R2 起到電壓負(fù)反饋的作用 35 AD 轉(zhuǎn)換電路 圖 10 AD 轉(zhuǎn)換電路 36 LED 顯示電路 本文所設(shè)計的系統(tǒng)的顯示模塊是采用了 LCD 顯示其測距數(shù)值的 TC1602 的顯示容量是 2 行也就是 16 個字液晶顯示屏的優(yōu)點是功耗較低體積較小顯示的內(nèi)容比較豐富厚度超薄適用較方便等其和數(shù)碼管比較顯得更加專業(yè)與美觀本文從價格從面上來考慮采用了數(shù)碼管來顯示數(shù)碼管包括共陰極數(shù)碼管與共陽極數(shù)碼管兩類本文設(shè)計的系統(tǒng)中采用了共陰極數(shù)碼管它的工作原理是公共端應(yīng)接地即低電位然后在給 ah 各段賦上高電位那么就可以顯示不同數(shù)值了 AT89S51 單片機經(jīng)過 P0 端口輸出了數(shù)字 50 的二進制的代碼也就給數(shù)碼管設(shè)置了段值再經(jīng)過 P2 口把數(shù)碼管置于位選通那么數(shù)碼管就能顯示出了設(shè)置的安全極限距離 50cm 其原理是當(dāng) P24～ P27端口是高電平則三極管就截止 S1～ S4是低電平則數(shù)碼管就位選通當(dāng) P24～ P27端口是低電平則三極管就導(dǎo)通 S1～ S4是高電平那么對于P24～ P27 端口賦予了高電位或者低電位時可選擇數(shù)碼管的不同位亮來顯示如圖11 所示 圖 11 數(shù)碼管顯示電路 37 聲光報警電路 本文設(shè)計的報警電路 包括 NE555電路發(fā)光二極管和揚聲器 YSG等三部分 [18]如圖 12 當(dāng)汽車與目標(biāo)物之間的距離大于其安全距離時我們可知 AT89S51 單片機P22 管腳輸出是高電平經(jīng)過反相器到達了 NE555 的第 4 管腳時是低電平那么NE555 不工作發(fā)光二極管也就不亮揚聲器也不發(fā)聲汽車與目標(biāo)物之間的距離小于其安全距離時 AT89S51單片機 P22管腳輸出是低電平經(jīng)過反相器到達了 NE555的第 4管腳時是高電平了那么 NE555就開始工作產(chǎn)生了振蕩發(fā)光二極管經(jīng)過三極管驅(qū)動被點亮與此同時電容耦合濾除了直流分量使得揚聲器發(fā)出了報警聲音 圖 12 報 警電路 38 電磁鐵減速單元模塊電路 如圖 13 是電磁鐵驅(qū)動原理圖電磁鐵是利用鐵心線圈通電后產(chǎn)生磁力吸引銜鐵來工作的當(dāng)電源被切斷時電磁鐵磁性也會隨之消失了電磁鐵主要是由線圈鐵芯和銜鐵等組成的本文的裝置采用了 U 型電磁鐵作為了汽車防撞的主要輔助設(shè)備包含了 1個 U型鐵芯 2個線圈和 1個銜鐵在線圈面纏繞上塑料帶表示線圈繞向電磁鐵之所以要做成 U 型是因為其可以使得磁感線在工件內(nèi)部形成了通路也就能增強排斥力本文的設(shè)計采用了車頭和車尾統(tǒng)一裝配的 U 型電磁鐵車頭與車尾的 N極與 S極都設(shè)置在同一側(cè)這就能夠使兩輛車在同向與相向行駛時都產(chǎn)生排 斥力 當(dāng)毫米波雷達測距單元檢測到車輛或障礙物時單片機 P0 端口相應(yīng)管腳輸出為低電平那么在光耦芯片內(nèi)部發(fā)光二極管就會發(fā)光另外三極管由截止?fàn)顟B(tài)變成了導(dǎo)通狀態(tài)電源電壓也就加到了電磁鐵 P7 上面電磁鐵也就開始正常工作了 圖 13 電磁鐵減速單元模塊電路 39 電源電路設(shè)計 圖 14是系統(tǒng)電源轉(zhuǎn)換電路的示意圖該電源選用了 TI公司專門為 DSP芯片設(shè)計的電源芯片單元 TPS767D301 該芯片能夠?qū)? 5 V 電壓轉(zhuǎn)變成 33 V 的數(shù)字電壓33V的模擬電壓和 18V的數(shù)字電壓我們可以在電源芯片輸入輸出端并聯(lián)上 10 μF 和 01 μ F 的電容 V 的模擬電壓間添加了電感元件改善了芯片的瞬態(tài)響應(yīng)性和穩(wěn)定性 圖 14 DSP 電源電路 本文所設(shè)計的電源模塊是采用了 LM7805的三端穩(wěn)壓的集成電路采用 LM7805的三端穩(wěn)壓 IC 所組成的穩(wěn)壓電源需要的外圍元件數(shù)極少電路的內(nèi)部還具有了防止過流過熱和保護調(diào)整管的電路 LM7805 表示的是輸出電壓是 5V 該電路利用了LM7805 芯片不僅生成了穩(wěn)壓電源而且并聯(lián)一個發(fā)光二極管與限流電阻在有電流通過時二極管就會發(fā)光沒有電流時二極管不發(fā)光可以實現(xiàn)對于電源的檢測工作發(fā)現(xiàn)電源的供給問題如圖 15 所示 圖 15 單片機電源電路 4 汽車防撞報警系統(tǒng)的設(shè)計 一信號控制功能 如上所述在硬件中完成了發(fā)射接收電路電源電路設(shè)計 LED 顯示電路聲光報警設(shè)計電路電磁鐵減速單元模塊的設(shè)計那么在系統(tǒng)軟件中就要完成增益控制門控發(fā)射脈沖遠近控制信號的時序及輸出 二數(shù)據(jù)存儲功能 為得到發(fā)射信號和接收回波信號之間的時間差就要讀出此刻計數(shù)器上的計數(shù)值存儲到了 RAM 中在每次發(fā)射周期開始的時候就需要對計數(shù)器進行清零處理以備后續(xù)工作的正常進行 三數(shù)據(jù)傳輸與顯示功能 經(jīng)過軟件處理得到兩車之間的距離其顯示輸出是用三位 LED 表示的由于本文采用單片機 AT89S51 并且考慮到整個系統(tǒng)在實現(xiàn)其功能時的控制流程那么整個系統(tǒng)軟件就都有 AT89S51 單片機匯編語言來實現(xiàn)我們知道距離值的得出和顯示是由中斷子程序來實現(xiàn)的所以在初始化發(fā)射程序之后就會進入了中斷響應(yīng)程序的等待步驟中斷響應(yīng)程序之后原始數(shù)據(jù)會經(jīng)過計數(shù)值和距離值換算的子程序并經(jīng)過二進制和十進制轉(zhuǎn)換的子程序之后顯示輸出系統(tǒng)軟件功能包括主程序和中斷服務(wù)程序 41 主程序 當(dāng)汽車防撞報警系統(tǒng)發(fā)出報警時駕駛員在采取了相應(yīng)的措施之后如果系統(tǒng)檢 測到車輛還是處在危險情境內(nèi)那么系統(tǒng)將會持續(xù)發(fā)出報警直到車輛能夠脫離危險范圍為了防止駕駛員的操作失誤或者對危險情況估計不足等引發(fā)事故系統(tǒng)并不設(shè)置抑制報警發(fā)出這樣可以增加了系統(tǒng)的安全行駛性能 圖 16 是系統(tǒng)的主程序流程框圖程序會先將系統(tǒng)初始化 DSPLEDAT89S51 然后在實時的檢測出 V1V 的數(shù)值我們設(shè)定當(dāng) V1＜ 30 km h 時那么車速就過小且不易發(fā)生碰撞需要重新做出檢測而當(dāng) V＜ 0 時那么就說明了前車正在遠離本車沒有碰撞的危險發(fā)生不會給予報警 而當(dāng) V1＞ 30 km h 且 V＞ 0 時系統(tǒng)會將 DSP 所得到的 數(shù)值 VR與 AT89S51所得到的數(shù)值 S1S2進行了邏輯上的分析比較做出判斷 而當(dāng) S2＜ R＜ S1 時 AT89S51 單片機就會向 IO 端口發(fā)出了中斷信號那么報警顯示模塊單元就會向駕駛員發(fā)出報警信號且當(dāng) R＜ S2 時會發(fā)出危險報警的信號否則就會返回且重新初始化檢測 N Y Y N N Y 圖 16 系統(tǒng)的主程序流程框圖 42 控制程序流程設(shè)計 本系統(tǒng)在初始化以后就啟動了定時器 T1 然后從 0 開始了計數(shù)此時的主程序就進入了等待當(dāng)?shù)竭_了 65ms 時定時器 T1 溢出就進入了 T1 的中斷服務(wù)子程序那么在 T1 的中斷服務(wù)子程序里會啟動了一 次新的毫米波發(fā)射這時將開始在 P10 引腳上面產(chǎn)生出毫米波同時也開啟了定時器 T0 來計時為避免其折射波繞射就需要在延時 1ms 之后再開啟 INT0 中斷允許當(dāng) INT0 中斷允許開啟之后如果此時的 P32 INT0 引腳顯示為低電平那么代表其收到了回波信號將會提出了中斷請求在進入了 INT0 的中斷服務(wù)子程序本系統(tǒng)在 INT0 的中斷服務(wù)子程序里將會停止 T0 的計時在讀取 T0 的時間值送到相對應(yīng)存儲區(qū)內(nèi)同時在設(shè)置了接收成功的標(biāo)志AT89S51 單片機會調(diào)用計算距離的子程序就計算出了傳感器與目標(biāo)物體的間距在此之后主程序在調(diào)用了顯示子程序顯示 測量結(jié)果如果超過了設(shè)定的極限距離還會啟動聲光報警電路同時電磁鐵減速電路也會啟動在一次的發(fā)射接收顯示報警減速過程完畢之后本系統(tǒng)會延遲 100ms 在重新將 T1 初始化再啟動定時器 T1以溢出后進入了下一次的測距如果本系統(tǒng)因目標(biāo)物過遠而超出了量程導(dǎo)致當(dāng) T0溢出的時候并沒有接收回波信號那么就顯示 ERROR 在重新返回主程序的流程里然后進入了新的一輪測試 圖 17 主程序的流程框架 5 結(jié)論 5152 軟件調(diào)試 軟件調(diào)試就是在把編制的程序投入到實際的運行前采用手工或編譯程序等的方法進行初步測試這樣可以修正語法上的錯誤和邏輯上的錯誤這也是保證單片機能夠正確運行的不可或缺的步驟我們在編完了單片機程序之后必須要送入到單片機中進行測試 我們把軟件調(diào)試的過程分為了兩步 第一步是利用軟件調(diào)試程序我們可以把編輯完的匯編語言程序進行編譯連接的操作這樣可以消除基本的語法上的錯誤再利用軟件自帶的 調(diào)試工具來進行必要的程序調(diào)試工作 第二步是聯(lián)系程序?qū)嶋H運行情況來調(diào)試程序這一步主要是為了消除程序中的邏輯上的錯誤因為當(dāng)我們在編輯程序時邏輯思維上有可能會出現(xiàn)漏洞這樣會導(dǎo)致程序在操作時出現(xiàn)錯誤我們將編輯完的匯編語言源程序編譯成了 hex 文件在把 hex 文件下載到了單片機中這樣通過實際操作可以發(fā)現(xiàn)邏輯上的錯誤就會不斷的修改所編程序最終會達到預(yù)先設(shè)定的各種操作步驟和顯示格式等各方面的要求 53 仿真實驗 本次實驗通過了計算機隨機的輸入了相對距離 R與相對速度 V來代替雷達傳感器上的數(shù)據(jù)并設(shè)定了本車速度的大小來代替霍爾傳感器 元件達到了驗證系統(tǒng)可靠性的目的為了使本次實驗不但能夠滿足驗證系統(tǒng)可行性的要求而且還能夠使驗證更加簡便使實驗的結(jié)果更加的明確本次實驗設(shè)定駕駛員駕駛特征是穩(wěn)重型的其連續(xù)的駕車時間是 25h 車輛是液壓式的制動方式行駛路面是干燥的瀝青馬路我們利用燒錄工具來隨機的向系統(tǒng)內(nèi)輸入了 VR本車的速度分別是 60千米小時 80 千米小時與 100 千米小時的時候表 1 是部分的實驗的驗證結(jié)果而圖 18 是本車速度是 100 千米小時相對速度是 20 千米小時而相對距離是 80 米 40 米與 20米時的汽車顯示報警狀況本文設(shè)計的系統(tǒng)可以準(zhǔn)確的判斷出了車輛間的危險 狀態(tài)同時通過發(fā)光二極管和 LED 顯示電路報警提醒駕駛員注意行車安全 表 1 參數(shù)表 v1 km h1 V km183