【正文】 簡稱單片機 ,它在一塊芯片上集成了各種功能部件：中央處理器（ CPU）、隨機存取存儲器（ RAM）、只讀存儲器（ ROM）、定時器 /計數(shù)器、和各種輸入 /輸出（ I/O）接口（如并行 I/O 口、串行 I/O 口和 A/D 轉換器）等 。 構成一個完整的微型計算機。 80C51 單片機的引腳描述及片外總線結構 芯片的引腳描述 CHMOS 制造工藝的 89C51 單片機采用 40 引腳的雙列直插封裝（ DIP 方式） ,在單片機的 40 條引腳中有 2 條專用于主電源的引腳 ,2 條外接晶體的引腳 ,4 條控制與其它電源復xx 大學學士學位論文 10 用的引腳 ,32 條輸入 /輸出（ I/O）引腳。 下面按其引腳功能為四部分敘述這 40 條引腳功能。電源引腳 VCC 和 VSS。其中： VCC（ 40腳）接 +5V 電壓。 VSS（ 20 腳）接地。接晶體引腳 XTAL1 和 XTAL2。 XTAL1（ 19 腳）接外部晶體的一個引腳。在單片機內(nèi)部 ,它是一個反相放大器的輸入端 ,這個放大器構成了片內(nèi)振蕩器。當采用外部振蕩器時 ,對 CHMOS 單片機 ,此引腳作為驅(qū)動端。 XTAL2（ 18 腳）接外部晶體的另一端。在單片機內(nèi)部 ,接至上述振蕩器的反相放大器的輸出端。采用外部振蕩器時 ,對 CHMOS單片機 ,該引腳懸浮 、 控制或與其他電源復用引腳 RST/VPD、 ALE/PROG、PSEN 和 EA/VPP。 ST/VPD（ 9 腳）：當振蕩器運行時 ,在此引腳 上出現(xiàn)兩個機器周期的高電平將使單片機復位。推薦在此引腳與 VSS 引腳接一個約 的下拉電阻 ,與 VCC 引腳之間連接一個約 10uf 的電容 ,以保證可靠地復位。 （ 1） VCC 掉電期間 ,此引腳可接上備用電源 ,以保持內(nèi)部 RAM 的數(shù)據(jù)不丟失。當 VCC 主電源下掉到低于規(guī)定的電平 ,而 VPD 在其規(guī)定的電壓范圍內(nèi) ,VPD 就向內(nèi)部 RAM 提供備用電源。 （ 2） ALE/PROG（ 30 腳）：當訪問外部存儲器時 ,ALE（允許地址鎖存）的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器 ,ALE 端仍以不變的頻率周期性地出現(xiàn)正脈沖信號 ,此頻率 為振蕩器頻率的 1/6。因此 ,它可用作對外輸出的時鐘 ,或用于定時目的。然而要注意的是 ,每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時 ,將跳過一個 ALE 脈沖。 ALE 端可以驅(qū)動（吸收或輸出電流） 8 個 LS 型的 TTL 輸入電路。對于 EPROM 型的單片機 ,在 EPROM 編程期間 ,此引腳用于輸入編程脈沖（ PROG）。 （ 3） RSEN（ 29 腳）：此腳的輸出是外部程序存儲器的讀寫選通信號。在從外部程序存儲器取令（或常數(shù)）期間 ,每個機器周期兩次 PESN 有效。但在此期間 ,每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時 ,這兩次有效的 PSEN 信號將不出現(xiàn) ,PSEN 同樣可以驅(qū)動（吸收或輸出） 8 個 LS 型的TTL 輸入。 （ 4） EA/VPP：當 EA 端保持高電平時 ,訪問內(nèi)部程序存儲器 ,但在 PC（程序計數(shù)器）值超過 0FFFH 時 ,將自動轉向執(zhí)行外部程序存儲器內(nèi)的程序 ,當 EA 保持低電平時 ,則只訪問外部程序存儲器 ,不管是否有內(nèi)部程序存儲器 ,對于常用的 89C51 來說 ,無內(nèi)部程序存儲器 ,所以EA 腳必須常接地 ,這樣才能只選擇外部程序存儲器。對于 EPROM 型單片機 ,在 EPROM 編程期間 ,此引腳也用于施加 21 伏的編程電源（ VPP）。輸入 /輸出 I/O 引腳 P0、 P P P3共 32 根。 a)P0 口（ 39 腳～ 32 腳）：是雙向 8 位三態(tài) I/O 口 ,外接存儲器時 ,與地址總線的低 8 位及數(shù)據(jù)總線復用 ,能以吸收電流的方式驅(qū)動 8 個 LSTTL 負載。 b)P1 口（ 1 腳～ 8 腳）：是 8 位準雙向 I/O 口 。 由于這種接口輸出沒有高阻狀態(tài) ,輸入也不能瑣存 ,故不是 真正的 I/O 口。門口能驅(qū)動（吸收或輸出電流） 4 個 LSTTL 負載 ,對 8058032, 引腳的第二功能為 T2 定時 /計數(shù)器的外部輸入 , 引腳的第二功能為 T2EX 捕捉、重裝觸發(fā) ,即 T2 的外部控制端。對 EPROM 編程和程序驗證時 ,它的接收低 8 位地址。 c)P2 口（ 21 腳～ 28 腳）：是 8 位準雙向 I/O 口。在訪問外部存儲器時 ,它可以作為擴展電路高 8 位地址總線送出高 8 位地址 ,在對 EPROM編程和程序驗證期間 ,它的接收高 8 位地址。 P2 可以驅(qū)動（吸收或輸出電流） 4 個 LSTTL 負載。是復用雙功能口 ,P3 能驅(qū)動（吸收或輸出電流） 4 個 LSTTL 負載。作為第一功能用時 ,就作為普通的 I/O 口用 ,功能和操作方汽車倒泊防撞 警報 器的設計 11 法與 P1 口相同。 d)P3 口（ 10 腳～ 17 腳）：是 8 位準雙向 I/O 口 ,在 89C51 中 ,這 8 個引腳還用于專門功能 ,值得強調(diào)的是 ,P3 口的每一條引腳都可以獨立定義第一功能的輸入輸出 或第二功能。 超聲波發(fā)射電路 單片機 AT89C51 單片機通過 、 、 引腳來控制 CD4051 的輸出端 3口 ,通過 ULN2801(達林頓反向驅(qū)動器 )來增大電流進而驅(qū)動超聲波發(fā)射器（ CSB40T）然后單片機不停的檢測 INT0 引腳 ,當 INTO 引腳電平由高電平變?yōu)榈碗娖綍r就認為超聲已返回 ,通過單片機 T0 計數(shù)器所計的數(shù)據(jù)就是超聲波所經(jīng)歷的時間 ,通過編程換算可得 出超聲波和障礙物間的距離 ,由單片機處理后通過 口送出待顯示的信號并且通過 2 位數(shù)碼管顯示所測的距離。 (a)壓 電式超聲波傳感器： 常用的超聲波發(fā)生器可以分為二大類 ,一是用電氣方式產(chǎn)生超聲波 ,如變磁阻式、電 容式、磁電式 、 壓電式等超聲波發(fā)生器；二是用機械方式產(chǎn)生超聲波 ,有加爾統(tǒng)笛、液哨 和氣流旋笛等。 它們產(chǎn)生的超聲波的頻率、功率和聲波特性各不相同。這里采用第一類 中的壓電式超聲波發(fā)生器 ,是利用壓電晶體的電致伸縮現(xiàn)象 ,即壓電效應。目前的壓電式 具有 以 下三個優(yōu)點： （ 1）靈敏度和分辨率高 ,線性范圍比較大 ,結構簡單、牢固 ,可靠性好 ,壽命長； （ 2）體積小 ,重量輕 ,剛度、強度、承載能力和測量范圍比較大 ,動態(tài)響應頻帶寬 ,動態(tài)誤差??； （ 3）易于大量生產(chǎn) ,便于選用 ,使用和校準方便 ,并且便于近測和遙測 ； 常用的壓電材料有石英晶體、壓電陶瓷等。在壓電材料切片上施加一定頻率的交變電壓 ,當外加信號頻率等于壓電晶片的固有頻率時 ,會產(chǎn)生電致伸縮振動 ,產(chǎn)生共振 ,并帶動共振板振動 ,產(chǎn)生超聲波。 超聲波的頻率越高 ,指向性越好 ,但是考慮到如果頻率過高會使得衰減過快 ,使測量距離不夠。綜合考慮可以選用超聲波的頻率 f=40kHz,波長 =0． 85cm,此時 接收時可以有較高的靈 敏度。 (b) 超聲波發(fā)射器的工作原理 超聲波發(fā)射及驅(qū)動電路 ,多諧振蕩器產(chǎn)生 40kHz 的振蕩源 ,為了控制振蕩的產(chǎn)生或者停止 ,將 555 的 4 號端口作為一個輸入端作為控制端 C,當 C=“0”時 ,振蕩停止 ,反之 C=“1”時 ,產(chǎn)生振蕩。將 C 端與 AT89C51 單片機的 口連接后 ,就可通過單片機對 口來控制 555的工作 ,進而控制超聲波傳感器的發(fā)射。由于單片機的時鐘頻率遠遠高于 40KHZ,故可以實現(xiàn)使得 口的電平的頻率高于 40KHZ。 由于超聲波傳播的距離和超聲波的振幅成正比的關系 ,所以可以適當 地 放 大發(fā)射的功率 ,可以提高超聲波的傳播 距離。使用 ULN2801（達林頓反向驅(qū)動器）組成的驅(qū)動電路能夠增大電流從而增大發(fā)射的功率 ,這樣就能夠使傳輸?shù)木嚯x達到實際的需要（即遠大于設定的 10M） [8][9]。 xx 大學學士學位論文 12 圖 CD4051 的芯片引腳圖 單八路模擬開關 CD4051,CD4051 引腳功能見 表 42。 CD4051 相當于一個單刀八擲開關 ,開關接通哪一通道 ,由輸入的 3 位地址碼 ABC 來決定。 “INH”是禁止端 ,當 “INH”=1 時 ,各通道均不接通。此外 ,CD4051 還設有另外一個電源端 VEE,以作為電平位移時 使用 ,從而使得通常在單組電源供電條件下工作的 CMOS 電路所提供的數(shù)字信號能直接控制這種多路開關 ,并使這種多路開關可傳輸峰－峰值達 15V 的交流信號。例如 ,若模擬開關的供電電源 VDD=＋ 5V,VSS=0V,當 VEE=－ 5V時 ,只要對此模擬開關施加 0～ 5V的數(shù)字控制信號 ,就可控制幅度范圍為－ 5V～＋ 5V 的模擬信號。真值表如 表 43 中所示 ： 表 43 CD4051 的真值表 INPUT STATES “ON” CHANNELS INPUT C B A CD4051 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 2 0 0 1 1 3 0 1 0 0 4 0 1 0 1 5 0 1 1 0 6 0 1 1 1 7 1 NONE NONE NONE NONE (c)超聲波發(fā) 射 電路 本設計中的超聲波發(fā)射電路 ,采用一片 555 產(chǎn)生 40KHZ 的信號 ,通過 CD4051 可以輸送8 路 40KHZ 信號 ,可以有效的節(jié)約 555 芯片。通過 ULN2801 反向驅(qū)動器來放大電流來驅(qū)動汽車倒泊防撞 警報 器的設計 13 超聲波發(fā)射器工作。而且同時可以通過選擇 CD4051 的 A、 B、 C 口來選擇不同的超聲波發(fā)射器工作。具體的電路圖如 圖 44 所示 ： 圖 超聲波發(fā)射電路圖 超聲波接收電路 超聲波接收電路采用了集成電路 LM324,將接收到的超聲波信號用前三極放大后 ,最后一級用比較器使之成為數(shù)字信號（高電平為 5V,低電平為 0V） ,當單片機接收到中斷信號時 ,說明檢測到了反射回來的超聲波 ,單片機就進入中斷狀態(tài) ,開始距離計算 ,并將計算結果發(fā)送給單片機。 圖 圖 中 ,LM324 系列器件為價格便宜的帶有真差動輸入的四運算放大器。與單電源應用場合的標準運算放大器相比 ,它們有一些顯著優(yōu)點。該四放大器可以工作在低到 伏或者高到 32 伏的電源下 ,靜態(tài)電流為 MC1741 的靜態(tài)電流的五分之一。共模輸入范圍包括負電源 ,因而消除了在許多應用場合中采用外部偏置元件的必要性。 LM324 的特點： (1)短跑保護輸出 xx 大學學士學位論文 14 (2)真差動輸入級 (3)可單電源工作： 3V32V (4)低偏置電流：最大 100nA (5)每封裝含四個運算放大器 (6)具有內(nèi)部補償?shù)?功能 (7)共模范圍擴展到負電源 (8)行業(yè)標準的引腳排列 (9)輸入端具有靜電保護功能 圖 超聲波接收電路圖 按照超聲波原理 ,微處理器需要的只是第一個回波的時刻。接收電路的設計可采用通用0 1 2 3 4 5 6 7A B C INHCOMP1.1P1.2P1.3P1.4INT0CD4051CSB40R1CSB40R2CSB40R3VCC 1KVCC 1KVCC 1KR8 10KC7 10uFR131K2 3467R161KVCCR4 100KC2 0.1uFR111K2 3467VCCR141KR171KC9100PFR5 10KLABEL1C3 100PFR121K2 3467CLC409R6 1KR15100KC1010uFVCCC4 100PF2 3467VCC1KC11100PFR191KR181KR7 1KVCCOUT0.1uFR8 10KC7 10uFR131K2 3467R161KVCCR4 100KC2 0.1uFR111K2 3467VCCR141KR171KC9100PFR5 10KLABEL1C3 100PFR121K2 3467CLC409R6 1KR15100KC1010uFVCC