畢業(yè)設(shè)計---基于at89c51單片機倒車防撞系統(tǒng)的設(shè)計

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展交通運輸業(yè)日益興旺，汽車的數(shù)量在大副攀升。交通擁擠狀況也日趨嚴重，撞車事件屢屢發(fā)生，造成了不可避免的人身傷亡和經(jīng)濟損失，針對這種情況，設(shè)計一種響應(yīng)快，可靠性高且較為經(jīng)濟的汽車防撞預(yù)警系統(tǒng)勢在必行，超聲波測距法是最常見的一種距離測距方法，本文介紹的就是利用超聲波測距法設(shè)計的一種倒車防撞報警系統(tǒng)。</p

2、><p>　　論文的內(nèi)容是基于AT89C51單片機倒車防撞系統(tǒng)的設(shè)計，主要是利用超聲波的特點和優(yōu)勢，將超聲波測距系統(tǒng)和AT89C51單片機結(jié)合于一體，設(shè)計出一種基于AT89C51單片機的倒車防撞報警系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用軟、硬件結(jié)合的方法，具有模塊化和多用化的特點。</p><p>　　論文概述了超聲波檢測的發(fā)展及基本原理，闡述了超聲波傳感器的原理及特性。對于系統(tǒng)的一些主要參數(shù)進行了討論，并且在介紹

3、超聲波測距系統(tǒng)功能的基礎(chǔ)上，提出了系統(tǒng)的總體構(gòu)成。通過多種發(fā)射接收電路設(shè)計方案比較，得出了最佳設(shè)計方案，并對系統(tǒng)各個設(shè)計單元的原理進行了介紹。對組成各系統(tǒng)電路的芯片進行了介紹，并闡述了它們的工作原理。論文介紹了系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)，通過編程來實現(xiàn)系統(tǒng)功能。最后，通過對系統(tǒng)的誤差分析，給出了系統(tǒng)的改進方案。</p><p>　　關(guān)鍵字：單片機 超聲波 AT89C51</p><p><b

4、>　　Abstract</b></p><p>　　Is day by day prosperous along with the social economy development transportation shipping industry, the automobile quantity climbs in the first mate. Traffic congestion con

5、dition also day by day serious, the collision event occurred repeatedly, has caused the inevitable person casualties and the economic loss, in view of this kind of situation, designed one kind to respond quickly, the rel

6、iability was high also a more economical automobile guards against hits the early warning system imperative</p><p>　　The paper is based on the contents of the AT89C51 monolithic integrated circuit reverse co

7、llision avoidance system design, mainly using ultrasound features and advantages, ultrasound ranging system and the integration with the integration AT89C51 monolithic integrated circuit, AT89C51 monolithic integrated ci

8、rcuit based on the design of a reverse collision avoidance warning systems. The system used software and hardware integrated approach of a modular and multi-use characteristics. </p><p>　　The paper outlines

9、the development and the basic principles of ultrasound tests on the principles and characteristics of ultrasound sensors. Some of the main parameters for the system were discussed, and introducing ultrasonic ranging syst

10、em functions basis, the overall composition of the system. Through multiple launch reception circuit design comparison, the best designed programme drawn, and various system design modules principles introduced. On the c

11、omposition of the system circuit chip int</p><p>　　Key word：monolithic integrated circuit；ultrasonic wave；AT89C51</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要Ⅰ</b&

12、gt;</p><p>　　AbstractⅡ</p><p><b>　　引 言1</b></p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1 超聲檢測發(fā)展綜述1</p><p>　　1.2 論文主要內(nèi)容和章節(jié)安排3</

13、p><p>　　第2章 超聲波測距原理5</p><p>　　2.1 超聲波傳感器介紹5</p><p>　　2.1.1 超聲波傳感器特性6</p><p>　　2.2 超聲波檢測概述7</p><p>　　2.2.1 超聲探傷8</p><p>　　2.3 超聲測距原理及實現(xiàn)

14、 9</p><p>　　第3章 單片機超聲波測距系統(tǒng)構(gòu)想11</p><p>　　3.1 超聲波測距系統(tǒng)總體方案11</p><p>　　3.2 系統(tǒng)主要參數(shù)考慮12</p><p>　　3.2.1 傳感器指向角12</p><p>　　3.2.2 測距儀的工作頻率13</p>&

15、lt;p>　　3.2.3 聲速13</p><p>　　3.2.4 發(fā)射脈沖寬度13</p><p>　　3.2.5 測量盲區(qū)14</p><p>　　第4章 單片機倒車防撞報警系統(tǒng)各組成單元方案設(shè)計15</p><p>　　4.1 發(fā)射接收電路方案設(shè)計15</p><p>　　4.1.1

16、超聲波發(fā)射電路15</p><p>　　4.1.2 超聲波接收電路15</p><p>　　4.2 顯示報警單元方案設(shè)計16</p><p>　　4.2.1 系統(tǒng)顯示電路設(shè)計16</p><p>　　4.2.2 系統(tǒng)報警電路設(shè)計17</p><p>　　4.3 單片機復位電路18</p>

17、;<p>　　4.4 時鐘電路19 </p><p>　　4.5 穩(wěn)壓電源20</p><p>　　第5章 系統(tǒng)硬件及軟件實現(xiàn)22</p><p>　　5.1 單片機硬件介紹22</p><p>　　5.1.1 單片機AT89C51介紹22</p><p>　　5.1.2 8155芯

18、片介紹24</p><p>　　5.1.3 74LS244芯片介紹24</p><p>　　5.1.4 74LS06芯片介紹 25</p><p>　　5.2 運算放大器26</p><p>　　5.3 LM567芯片介紹27</p><p>　　5.4 探頭UCM介紹 28</p>

19、<p>　　5.5 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu) 29</p><p>　　5.5.1 主程序 29</p><p>　　5.5.2 顯示子程序和蜂鳴報警子程序 32</p><p>　　第6章 系統(tǒng)誤差分析及改進34</p><p>　　6.1 誤差產(chǎn)生原因分析34</p><p>　　6.1.1

20、溫度對超聲聲速的影響34</p><p>　　6.1.2 回波檢測對時間測量的影響35</p><p>　　6.1.3 超聲傳感器所加脈沖電壓對測量范圍和精度的影響35</p><p>　　6.2 針對誤差產(chǎn)生原因的系統(tǒng)改進方案35</p><p><b>　　結(jié) 論37</b></p>

21、<p><b>　　致 謝38</b></p><p><b>　　參考文獻37</b></p><p><b>　　附 錄37</b></p><p><b>　　引 言</b></p><p>　　隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展,交通

22、運輸業(yè)日益興旺，汽車的數(shù)量在大副攀升。交通擁擠狀況也日趨嚴重，撞車事件屢屢發(fā)生，造成了不可避免的人身傷亡和經(jīng)濟損失，針對這種情況，設(shè)計一種響應(yīng)快，可靠性高且較為經(jīng)濟的汽車防撞報警系統(tǒng)勢在必行，超聲波測距法是最常見的一種距離測距方法，應(yīng)用于汽車停車的前后左右防撞的近距離，低速狀況，以及在汽車倒車防撞報警系統(tǒng)中，超聲波作為一種特殊的聲波，同樣具有聲波傳輸?shù)幕疚锢硖匦浴凵?，反射，干涉，衍射，散射。超聲波測距即是利用其反射特性，當車輛后退

23、時，超聲波距離傳感器利用超聲波檢測車輛后方的障礙物位置，并利用指示燈及蜂鳴器把車輛到障礙物的距離及位置通知駕駛?cè)藛T，起到安全的作用。 </p><p><b>　　第1章 緒 論</b></p><p><b>　　主要任務(wù)與目的</b></p><p>　　本設(shè)計基于AT89C51單片機及外圍接口通過超聲波測距實現(xiàn)倒車

24、防撞系統(tǒng)的設(shè)計，主要利用超聲波的特點和優(yōu)勢，將超聲波測距系統(tǒng)和AT89C51單片機結(jié)合于一體，設(shè)計出一種基于AT89C51單片機的倒車防撞報警系統(tǒng)?？赏瓿蓽y距、顯示、報警等多項功能。</p><p>　　超聲波測距的發(fā)展及在倒車測距報警系統(tǒng)中的應(yīng)用</p><p>　　關(guān)于超聲波的研究起始于1876年，這是人類首次有效產(chǎn)生的高頻聲波，這些年來，隨著超聲波技術(shù)的不斷深入，再加上其具有高精度，

25、無損，非接觸等優(yōu)點，超聲波的應(yīng)用變得越來越普及，多年來已在一些領(lǐng)域的要應(yīng)用，而用于汽車防裝卻是近年的事情。這主要原因是傳統(tǒng)的超聲波傳感器不能達到汽車行業(yè)的特殊要求。</p><p>　　利用超聲波作為定位技術(shù)是蝙蝠等一些無目視的生物作為防御以及捕捉獵物的生存手段，也就是有生物體發(fā)出而不被人們所聽到的超聲波，借助空氣媒質(zhì)傳播由被呆捕捉的獵物或障礙物反射回來的時間間隔長短與被反射的超聲波的強弱判斷獵物性質(zhì)或障礙物位置

26、的方法。由于超聲波指向性強，能量消耗緩慢，其傳播時間就比較容易檢測，并且易于定位發(fā)射，方向性好，輕度好控制，在介質(zhì)中傳播的距離較遠，因而超聲波經(jīng)常用于距離的測量，如測距儀和物位測量儀等都可以通過超聲波來實現(xiàn)。利用超聲波檢測往往比較迅速、方便、計算簡單、易于做到實時控制，并且在測量精度方面能達到工業(yè)實用的要求，且方便采用仿真技能利用超聲波測距。超聲波測距是一種利用聲波特性、電子計數(shù)、光電開關(guān)相結(jié)合來實現(xiàn)非接觸式距離測量的方法。</p

27、><p>　　汽車倒車防撞測距報警器,是我國八·五期間需重點開發(fā)的重大科研項目之一,也是汽車六大類汽車電子產(chǎn)品中的一種。以往的汽車倒車報警器可分為四大類,即嘀嘀聲加閃光,音樂聲加閃光,語言聲加閃光和倒車至危險距離(如015m)時發(fā)出報警聲的超聲波倒車報警器。本研究綜合了第3、4類報警器各功能,并將第4類報警器加以改進、發(fā)展,使其不僅可發(fā)出警告行人的語言聲,而且還能在整個倒車過程中自動測量車尾與最近障礙物之間

28、的距離,并用數(shù)字顯示出來,在倒車至極限安全距離(如016m)時,會發(fā)出急促的警告聲,提醒駕駛員注意剎車。另外當蓄電池電壓過低時,還會發(fā)出聲光警告,提醒駕駛員及時充電,以保證儀器及汽車正常工作等。 </p><p>　　2 單片機超聲波倒車防撞報警系統(tǒng)的構(gòu)想</p><p>　　本設(shè)計是基于51單片機的超聲波倒車測距報警系統(tǒng)設(shè)計，系統(tǒng)可分為軟件部分和硬件部分兩大部分。</p>

29、<p>　　在軟件部分主要實現(xiàn)超聲波的發(fā)射接受計算距離及對數(shù)碼管顯示、蜂鳴報警器的控制。硬件部分主要分為超聲波發(fā)射接收、數(shù)碼管顯示等6大模塊。</p><p>　　2.1超聲波測距倒車防撞報警系統(tǒng)的總體方案</p><p>　　系統(tǒng)的設(shè)計及器件的選擇也正是在這個基礎(chǔ)上進行的，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2-1 所示。</p><p>　　圖 2-1 超聲波測距硬件電路圖&

30、lt;/p><p>　　電子市場上常見的超聲探頭是收發(fā)分體式，一般頻率為 40KHz。如果需要更高頻率的超聲探頭，比如幾百赫茲或者幾兆赫茲的頻率，就需要到專業(yè)經(jīng)營超聲產(chǎn)品的廠商去購買或者定制。鑒于有限的條件，擬選用的探頭是 40KHz 的超聲傳感器，有一支接收傳感器 SZW-R40-10P和一支發(fā)射傳感器SZW-S40-12M，其特性參數(shù)如表 3.1所示。</p><p>　　表3.1傳感器特

31、性參數(shù)</p><p>　　發(fā)射電路通常有調(diào)諧式和非調(diào)諧式。在調(diào)諧式電路中有調(diào)諧線圈（有時裝在探頭內(nèi)），諧振頻率由調(diào)諧電路的電感、電容決定，發(fā)射出的超聲脈沖頻帶較窄。在非調(diào)諧式電路中沒有調(diào)諧元件，發(fā)射出的超聲頻率主要由壓電晶片的固有參數(shù)決定，頻帶較寬。為了將一定頻率、幅度的交流電壓加到發(fā)射傳感器的兩端，使其振動發(fā)出超聲。</p><p>　　電路頻率的選擇應(yīng)該滿足發(fā)射傳感器的固有頻率 40

32、KHz，這樣才能使其工作在諧振頻率，達到最優(yōu)的特性。發(fā)射電壓從理論上說是越高越好，因為對同一支發(fā)射傳感器而言，電壓越高，發(fā)射的超聲功率就越大，這樣能夠在接收傳感器上接收的回波功率就比較大，對于接收電路的設(shè)計就相對簡單一些。但是，每一支實際的發(fā)射傳感器有其工作電壓的極限值，即當工作電壓超過了這個極限值之后，會對傳感器的內(nèi)部電路造成不可回復的損害。因此，工作電壓不能超過這個極限值。同時，發(fā)射電路中的阻尼電阻決定了電路的阻尼情況。通常采用改變

33、阻尼電阻的方法來改變發(fā)射強度。電阻大時阻尼小，發(fā)射強度大，儀器分辨率低，適宜于探測厚度大，對分辨力要求不高的試件。電阻小時阻尼大，分辨率高，在探測近表面缺陷時或?qū)Ψ直媪τ休^高要求時應(yīng)予采用。</p><p>　　發(fā)射部分的點脈沖電壓很高，但是由障礙物回波引起的壓電晶片產(chǎn)生的射頻電壓不過幾十毫伏，要對這樣小的信號進行處理就必須放大到一定的幅度。接收部分就是由三級放大電路，檢波電路及門限判別電路構(gòu)成的，其中包括雜波抑

34、制電路。最終達到對回波進行放大檢測，產(chǎn)生一個單片機能夠識別的中斷信號作為回波到達的標志。但是由于超聲傳感器固有特性，即盲區(qū)的存在，對于回波的接收和處理造成了相當程度的影響。</p><p>　　2.2系統(tǒng)主要參數(shù)考慮</p><p>　　系統(tǒng)的主要參數(shù)有傳感器的指向角、測距的工作頻率、聲速、脈沖寬度、測量盲區(qū)等，下面做介紹并闡述。</p><p>　　2.2.1 測

35、距儀的工作頻率</p><p>　　由文獻[5]知，空氣中超聲波的衰減系數(shù)為α=αaαs=Af2+Bf4。所以，空氣中超聲波的衰減對頻率很敏感，要求合理選擇超聲波頻率，一般在 40KHz 左右。太高頻率的超聲波在空氣中是無法傳播開去的。傳感器的工作頻率是測距系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)，它直接影響超聲波的擴散和吸收損失，障礙物反射損失，背景噪聲，并直接決定傳感器的尺寸。</p><p>　　工作頻率

36、的確定主要基于以下幾點考慮：</p><p>　　(1) 如果測距的能力要求很大，聲波傳播損失就相對增加，由于介質(zhì)對聲波的吸收與聲波頻率的平方成正比，為減小聲波的傳播損失，就必須降低工作頻率。</p><p>　　(2) 工作頻率越高，對相同尺寸的換能器來說，傳感器的方向性越尖銳，測量障礙物復雜表面越準，而且波長短，尺寸分辨率高，“細節(jié)”容易辨識清楚，因此從測量復雜障礙物表面和測量精度來看

37、，工作頻率要求提高。</p><p>　　(3) 從傳感器設(shè)計角度看，工作頻率越低，傳感器尺寸就越大，制造和安裝就越困難。</p><p>　　綜上所述，由于本測距儀最大測量量程不大，因而選擇測距儀工作頻率在 40KHz，定為 44KHz。這樣傳感器方向性尖銳，且避開了噪聲，提高了信噪比；雖然傳播損失相對低頻有所增加，但不會給發(fā)射和接收帶來困難。</p><p>&

38、lt;b>　　2.2.2 聲速</b></p><p>　　由公式(2-1)，聲速的精確程度線性的決定了測距系統(tǒng)的測量精度。傳播介質(zhì)中聲波的傳播速度隨溫度，雜質(zhì)含量，和介質(zhì)壓力的變化而變化。聲速隨溫度變化公式為</p><p>　　V=331.4＋0.607T(m/s) (3-2) </p><p>　　式中，T

39、 是溫度。由于該測距系統(tǒng)用于室內(nèi)測量，且量程也不大，溫度可以看作定值。在常溫下，聲音在空氣中的傳播速度可依據(jù)上式計算出為 340 m/s。</p><p>　　2.2.3發(fā)射脈沖寬度</p><p>　　發(fā)射脈沖寬度決定了測距儀的測量盲區(qū)，也影響測量精度，同時與信號的發(fā)射能量有關(guān)。根據(jù)資料，減小發(fā)射脈沖寬度，可以提高測量精度，減小測量盲區(qū)，但同時也減小了發(fā)射能量，對接收回波不利。但是根據(jù)實

40、際的經(jīng)驗，過寬的脈沖寬度會增加測量盲區(qū)，對接收回波及比較電路都造成一定困難。</p><p>　　在具體設(shè)計中，比較了 24μs (1 個 40KHz 脈沖方波)，120μs( 5 個 40KHz 脈沖方波)，240μs (10 個 40KHz 脈沖方波)，720μs( 30 個 40KHz 脈沖方波)的發(fā)射脈沖寬度作為發(fā)射信號后的接收信號，最終選用 120μs (5 個 40KHz 脈沖方波)的發(fā)射脈沖寬度。此

41、時，從接收回波信號幅度和測量盲區(qū)兩個方面來衡量比較適中。</p><p><b>　　2.2.4測量盲區(qū)</b></p><p>　　在以傳感器脈沖反射方式工作的情況下，電壓很高的發(fā)射電脈沖在激勵傳感器的同時也進入接收部分。此時，在短時間內(nèi)放大器的放大倍數(shù)會降低，甚至沒有放大作用，這種現(xiàn)象稱為阻塞。不同的檢測儀阻塞程度不一樣。根據(jù)阻塞區(qū)內(nèi)的缺陷回波高度對缺陷進行定量評

42、價會使結(jié)果偏低，有時甚至不能發(fā)現(xiàn)障礙物，這是需要注意的。由于發(fā)射聲脈沖自身有一定的寬度，加上放大器有阻塞問題，在靠近發(fā)射脈沖一段時間范圍內(nèi)，所要求發(fā)現(xiàn)的缺陷往往不能被發(fā)現(xiàn)，這段距離，稱為盲區(qū)，具體分析如下：</p><p>　　當發(fā)射超聲波時，發(fā)射信號雖然只維持一個極短時間，但停止施加發(fā)射信號后，探頭上還存在一定余振（由于機械慣性作用）。因此，在一段較長時間內(nèi)，加在接收放大器輸入端的發(fā)射信號幅值仍具一定幅值高度，

43、可以達到限幅電路的限幅電平 VM ；另一方面，接收探頭上接收到的各種反射信號卻遠比發(fā)射信號小，即使是離探頭較近的表面反射回來的信號，也達不到限幅電路的限幅電平。當反射面離探頭愈來愈遠，接收和發(fā)射信號相隔時間愈來愈長，其幅值也愈來愈小。在超聲波檢測中，接收信號的衰減總是比發(fā)射信號余振衰減慢的多。為保證一定的信噪比，接收信號幅值需達到規(guī)定的閾值 Vm ，亦即接收信號的幅值必須大于這一閾值才能使接受放大器有輸入信號。</p>&

44、lt;p>　　2.3超聲波傳感器介紹</p><p>　　超聲波由于其指向性強、能量消耗緩慢、傳播距離較遠等優(yōu)點，而經(jīng)常用于距離的測量，如測距儀和物位測量儀等都可以通過超聲波來實現(xiàn)。超聲波測距主要應(yīng)用于倒車雷達、建筑施工工地以及一些工業(yè)現(xiàn)場，例如液位、井深、管道長度等場合。利用超聲波檢測往往比較迅速、方便、計算簡單、易于做到實時控制，并且在測量精度方面能達到工業(yè)實用的要求，因此在測控系統(tǒng)的研制上得到了廣泛應(yīng)

45、用。</p><p>　　超聲傳感器是一種將其他形式的能轉(zhuǎn)變?yōu)樗桀l率的超聲能或是把超聲能轉(zhuǎn)變?yōu)橥l率的其他形式的能的器件。目前常用的超聲傳感器有兩大類，即電聲型與流體動力型。電聲型主要有：1 壓電傳感器；2 磁致伸縮傳感器；3 靜電傳感器。流體動力型中包括有氣體與液體兩種類型的哨笛。由于工作頻率與應(yīng)用目的不同，超聲傳感器的結(jié)構(gòu)形式是多種多樣的，并且名稱也有不同，例如在超聲檢測和診斷中習慣上都把超聲傳感器稱作探頭

46、，而工業(yè)中采用的流體動力型傳感器稱為“哨”或“笛”。</p><p>　　壓電傳感器屬于超聲傳感器中電聲型的一種。探頭由壓電晶片、楔塊、接頭等組成，是超聲檢測中最常用的實現(xiàn)電能和聲能相互轉(zhuǎn)換的一種傳感器件，是超聲波檢測裝置的重要組成部分。壓電材料分為晶體和壓電陶瓷兩類。屬于晶體的如石英，鈮酸鋰等，屬于壓電陶瓷的有鋯鈦酸鉛，鈦酸鋇等。其具有下列的特性：把這種材料置于電場之中，它就產(chǎn)生一定的應(yīng)變；相反，對這種材料施以

47、外力，則由于產(chǎn)生了應(yīng)變就會在其內(nèi)部產(chǎn)生一定方向的電場。所以，只要對這種材料加以交變電場，它就會產(chǎn)生交變的應(yīng)變，從而產(chǎn)生超聲振動。因此，用這種材料可以制成超聲傳感器。</p><p>　　傳感器的主要組成部分是壓電晶片。當壓電晶片受發(fā)射電脈沖激勵后產(chǎn)生振動，即可發(fā)射聲脈沖，是逆壓電效應(yīng)。當超聲波作用于晶片時，晶片受迫振動引起的形變可轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號，是正壓電效應(yīng)。前者用于超聲波的發(fā)射，后者即為超聲波的接收。超聲波

48、傳感器一般采用雙壓電陶瓷晶片制成。這種超聲傳感器需要的壓電材料較少，價格低廉，且非常適用于氣體和液體介質(zhì)中。在壓電陶瓷上加有大小和方向不斷變化的交流電壓時，根據(jù)壓電效應(yīng)，就會使壓電陶瓷晶片產(chǎn)生機械變形，這種機械變形的大小和方向在一定范圍內(nèi)是與外加電壓的大小和方向成正比的。也就是說，在壓電陶瓷晶片上加有頻率為 f0交流電壓，它就會產(chǎn)生同頻率的機械振動，這種機械振動推動空氣等媒介，便會發(fā)出超聲波。如果在壓電陶瓷晶片上有超聲機械波作用，這將會

49、使其產(chǎn)生機械變形，這種機械變形是與超聲機械波一致的，機械變形使壓電陶瓷晶片產(chǎn)生頻率與超聲機械波相同的電信號。</p><p>　　圖2.1壓電式超聲波傳感器結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　壓電式超聲波發(fā)生器實際上是利用壓電晶體的諧振來工作的，超聲波發(fā)生器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2.1所示，它有兩個壓電晶片和一個共振板，當它的兩極外加脈沖信號，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時，壓電晶片將會發(fā)生共振，并帶動

50、共振板振動，便產(chǎn)生超聲波。反之，如果兩電極間未外加電壓，當共振板接收到超聲波時，將壓迫壓電晶片作振動，將機械能轉(zhuǎn)化為電信號，這時它就成為超聲波傳感器。</p><p>　　壓電陶瓷晶片有一個固定的諧振頻率，即中心頻率 f0。發(fā)射超聲波時，加在其上面的交變電壓的頻率要與它的固有諧振頻率一致。這樣，超聲傳感器才有較高的靈敏度。當所用壓電材料不變時，改變壓電陶瓷晶片的幾何尺寸，就可非常方便的改變其固有諧振頻率。利用這一

51、特性可制成各種頻率的超聲傳感器。</p><p>　　超聲波傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)由壓電陶瓷晶片、錐形輻射喇叭、底座、引線、金屬殼及金屬網(wǎng)構(gòu)成，其中，壓電陶瓷晶片是傳感器的核心，錐形輻射喇叭使發(fā)射和接收超聲波能量集中，并使傳感器有一定的指向角，金屬殼可防止外界力量對壓電陶瓷晶片及錐形輻射喇叭的損壞。金屬網(wǎng)也是起保護作用的，但不影響發(fā)射與接收超聲波。</p><p>　　2.3.1超聲波傳感器的特

52、性</p><p>　　超聲波傳感器的基本特性有頻率特性和指向特性，這里以SZW-S40-12M 發(fā)射型超聲波傳感器為例進行說明。</p><p><b>　　一、頻率特性</b></p><p>　　圖2.2超聲發(fā)射傳感器頻率特性</p><p>　　圖 2.2是超聲波發(fā)射傳感器的頻率特性曲線。其中，f0＝40KHz

53、為超聲發(fā)射傳感器的中心頻率，在 f0處，超聲發(fā)射傳感器所產(chǎn)生的超聲機械波最強，也就是說在 f0處所產(chǎn)生的超聲聲壓能級最高。而在 f0兩側(cè)，聲壓能級迅速衰減。因此，超聲波發(fā)射傳感器一定要使用非常接近中心頻率 f0的交流電壓來激勵。</p><p>　　另外，超聲波接收傳感器的頻率特性與發(fā)射傳感器的頻率特性類似。曲線在 f0處曲線最尖銳，輸出電信號的幅度最大，即在 f0處接收靈敏度最高。因此，超聲波接收傳感器具有很好

54、的頻率選擇特性。超聲接收傳感器的頻率特性曲線和輸出端外接電阻R 也有很大關(guān)系，如果 R 很大，頻率特性是尖銳共振的，并且在這個共振頻率上靈敏度很高。如果 R 較小，頻率特性變得光滑而具有較寬得帶寬，同時靈敏度也隨之降低。并且最大靈敏度向稍低的頻率移動。因此，超聲接收傳感器應(yīng)與輸入阻抗高的前置放大器配合使用，才能有較高得接收靈敏度。</p><p><b>　　二、指向特性</b></p

55、><p>　　實際的超聲波傳感器中的壓電晶片是一個小圓片，可以把表面上每個點看成一個振蕩源，輻射出一個半球面波（子波），這些子波沒有指向性。但離開超聲傳感器的空間某一點的聲壓是這些子波迭加的結(jié)果（衍射），卻有指向性。</p><p>　　2.4 超聲波檢測概述</p><p>　　超聲波是一種頻率超過 20kHz 的機械波。超聲波作為一種特殊的聲波，同樣具有聲波傳輸?shù)?/p>

56、基本物理特性—反射、折射、干涉、衍射、散射。超聲波具有方向性集中、振幅小、加速度大等特點，可產(chǎn)生較大力量，并且在不同的媒質(zhì)介面，超聲波的大部分能量會反射。利用超聲波檢測往往比較迅速，方便，易于做到實時控制，并且在測量精度方面能達到工業(yè)實用的要求，主要應(yīng)用于倒車雷達、建筑施工工地以及一些工業(yè)現(xiàn)場，例如：液位、井深、管道長度等場合。</p><p>　　超聲波在介質(zhì)（固體、液體、氣體）中傳播時，利用不同介質(zhì)的不同聲學

57、特性對超聲波傳播的影響來探查物體和進行測量的技術(shù)稱為超聲檢測。當超聲波以脈沖形式在介質(zhì)中傳播時，利用反射這一性質(zhì)，在金屬，非金屬中用來探測缺陷的位置和性質(zhì)，從而對鋼板、鍛件、焊縫、混凝土、人造石磨等進行探傷檢驗；在水中，根據(jù)反射波可以探測潛水艇和魚群，測量海底深度以及探查海底底層等；在人體中則可以協(xié)助臨床診斷疾?。ㄈ绺文撃[、腫瘤、膽結(jié)石等）和探測胎兒等。利用超聲連續(xù)波的共振性質(zhì)，可以測量高壓容器，鍋爐，輪船甲板等的厚度或腐蝕程度，也可制

58、成機械濾波器。利用超聲波的衰減特性，可以研究或測量材料的物理性質(zhì)。當超聲波射到運動體時，利用多普勒效應(yīng)，可以測量流速流量，探測心臟血管搏動等。若將超聲波作為載波傳送某些信號，則可制成水中電話，水中遙測儀等，以進行水中通信。利用超聲波在固體，液體中傳播的速度遠小于電磁波這一特性，可制成超聲延遲線和存儲裝置以及進行電視制式的轉(zhuǎn)換。還可利用超聲波檢漏、測量液位、粘度、硬度和溫度等。除此之外、聲發(fā)射、聲成像技術(shù)（包括聲全息成像技術(shù)）的發(fā)展更大大

59、豐富了超聲檢測的內(nèi)容。</p><p>　　超聲波測量在國防、航空航天、電力、石化、機械、材料等眾多領(lǐng)域具有廣泛的作用，它不但可以保證產(chǎn)品質(zhì)量、保障安全，還可起到節(jié)約能源、降低成本的作用。超聲波與光波、電磁波、射線等檢測相比，其最大特點是穿透力強，幾乎可以在任何物體中傳播，了解被測物體內(nèi)部情況。超聲檢測設(shè)備還具有結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉的優(yōu)點，有利于工程實際使用。近十幾年來，由于微機技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)、信號處理技術(shù)以及

60、超聲波產(chǎn)生和接收新技術(shù)的發(fā)展，突破了常規(guī)超聲檢測的限制，進一步開拓了其適用范圍。</p><p>　　2.5 超聲波測距的原理及實現(xiàn)</p><p>　　超聲波脈沖法測距原理： </p><p>　　聲波在其傳播介質(zhì)中被定義為縱波。當聲波受到尺寸大于其波長的目標物體阻擋時就會發(fā)生反射，反射波稱為回聲。假如聲波在介質(zhì)中傳播的速度是已知的，而且聲波從聲源到達目標然后返回

61、聲源的時間可以測量得到，那么就可以計算出從聲波到目標的距離。這就是本系統(tǒng)的測量原理。這里聲波傳播的介質(zhì)為空氣，采用不可見的超聲波。 </p><p>　　假設(shè)室溫下聲波在空氣中的傳播速度是335.5m/s，測量得到的聲波從聲源到達目標然后返回聲源的時間是t秒，則距離d可以由下列公式計算： </p><p>　　因為聲波經(jīng)過的距離是聲源與目標之間距離的兩倍，聲源與目標之間的距離應(yīng)該是d/2。

62、 </p><p>　　超聲波測距模組信號： </p><p>　　圖 2.3為超聲波模組上NE5532的7引腳處和模組的J4的40KHz_SEND引腳處測量得到的波形圖，而傳感器距目標面的距離為2米。</p><p>　　圖2.3超聲波信號測量圖 </p><p>　　圖中的波形為示波器抓拍圖，1通道為NE5532的7引腳處測得波形，即上方

63、的波形；通道2為J4的40KHz_SEND引腳處測得波形。 </p><p>　　圖中可見，接收回路中測得的超聲波信號共有兩個波束，第一個波束為余波信號，即超聲波接收頭。發(fā)射頭發(fā)射信號（一組40KHz的脈沖）后，馬上就接收到了超聲波信號，并持續(xù)一段時間。另一個波束為有效信號，即經(jīng)過被測物表面反射的回波信號。 </p><p>　　超聲波測距時，需要測的是開始發(fā)射到接收到信號的時間差，由上圖

64、中就可看出，需要檢測的有效信號為反射物反射的回波信號，故要盡量避免檢測到余波信號，這也是超聲波檢測中存在最小測量盲區(qū)的主要原因。 </p><p>　　軟件控制脈沖發(fā)射、檢測回波信號： </p><p>　　由控制模組發(fā)生40KHz的脈沖信號，每次測量發(fā)射的脈沖數(shù)至少要12個完整的40KHz脈沖。同時發(fā)射信號前打開計數(shù)器，進行計時；等計時到達一定值后再開啟檢測回波信號，以避免余波信號的干擾

65、。 </p><p>　　采用外部中斷對回波信號進行檢測（回波信號送到單片機的為一序列方波脈沖）。接收到回波信號后，馬上讀取計數(shù)器中的數(shù)值，此數(shù)據(jù)即為需要測量的時間差數(shù)據(jù)。為減小測量數(shù)據(jù)的誤差，程序中對測距數(shù)據(jù)的處理方法是：每進行一次測距，測量10次，即取得10組數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理后得到這一次測距值。</p><p>　　第3章 單片機倒車防撞報警系統(tǒng)各組成單元設(shè)計</p>&l

66、t;p>　　該超聲波測距系統(tǒng)由超聲波發(fā)射與接收電路、單片機硬件接口電路、顯示報警電路組成，下面主要通過各個模塊的各種方案比較，確定設(shè)計的最終方案。該系統(tǒng)的核心部分采用性能較好的AT89C51單片機。</p><p>　　3.1發(fā)射與接收電路的設(shè)計方案</p><p>　　超聲波發(fā)射與接收電路是整個系統(tǒng)的重要部分，因此確定一種好的設(shè)計方案關(guān)系整個系統(tǒng)的精確性和安全可靠性。</p&

67、gt;<p>　　3.11 超聲波的發(fā)射電路</p><p>　　超聲波發(fā)射電路一般由超聲波反射器T、40kHz的超音頻振蕩器、驅(qū)動（或激勵）電路等組成，本設(shè)計利用門電路產(chǎn)生40kHz的超聲波，組成的超聲波發(fā)射電路見圖3.11。</p><p><b>　　圖3.11</b></p><p>　　圖中，與非門74LS00和LM38

68、6組成超聲波發(fā)射電路，用74LS00構(gòu)成多諧振蕩器，通過調(diào)節(jié)20k的電位器，可產(chǎn)生超聲波發(fā)射的40kHz信號，其中U3A為驅(qū)動器，電路振蕩頻率f≈1/2.2RC，單片機的控制信號由U2A輸入。為增大超聲波的發(fā)射頻率，本設(shè)計利用了單運放LM386，發(fā)射距離可達4m。</p><p>　　3.12 超聲波的接收電路</p><p>　　超聲波接收電路如圖3.12所示。接收頭采用與發(fā)射頭配對的超

69、聲波接收器R，將超聲波調(diào)制脈沖變?yōu)榻蛔冸妷盒盘?。為了進行信號的整形，在設(shè)計中的CMOS電平的6非門芯片CD4069，可以減少電路的復雜程度，提高電路的帶負載能力。整形后的信號由C1耦合給帶有鎖定環(huán)的音頻譯碼集成塊LM567的輸入端3腳，當輸入信號的幅度落在其中心頻率上時，LM567的邏輯輸出端8腳由高電平躍變?yōu)榈碗娖健?lt;/p><p><b>　　圖3.12</b></p>&

70、lt;p>　　3.13 DS18B20溫度補償電路</p><p>　　根據(jù)上文中式（2）可知，溫度對聲速的影響較大，若不進行補償，將會帶來測量誤差，為了提高系統(tǒng)的測量精度，設(shè)計了溫度補償電路。系統(tǒng)采用數(shù)字溫度傳感器DS18B20來采集溫度，DS18B20是美國DALLAS公司生產(chǎn)的1-wire總線串行數(shù)字溫度傳感器，它具有微型化、低功耗、抗干擾能力強、易于與微處理器接口等優(yōu)點，適合于各種溫度測控系統(tǒng)。它的

71、測量溫度范圍為-55℃~+125℃，精度可達0.0675℃，最大轉(zhuǎn)換時間為200ms。</p><p>　　數(shù)字式溫度傳感器和模擬溫度傳感器最大的區(qū)別是：將溫度信號直接轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，然后通過串行通信的方式輸出。因此掌握DS18B20的通信協(xié)議是使用該器件的關(guān)鍵。該協(xié)議定義了幾種信號類型：復位脈沖、應(yīng)答脈沖時隙；寫“0”、讀“1”時隙，讀“0”、讀“1”時隙。初始化后，傳感器輸出兩個字節(jié)的溫度，進行數(shù)據(jù)處理后得到

72、實際溫度的值，利用式（2）可計算補償聲速。</p><p>　　3.2 顯示報警單元方案設(shè)計</p><p>　　顯示報警單元是經(jīng)過超聲波發(fā)射接收電路及單片機AT89C51處理后把信號轉(zhuǎn)化為人為可以知覺的數(shù)字顯示和報警響應(yīng)，以進一步避免事故發(fā)生。顯示報警電路由顯示和報警兩部分電路組成，主要實現(xiàn)在出現(xiàn)緊急情況下的顯示報警功能，以此提醒駕駛員。</p><p>　　3.

73、2.1系統(tǒng)顯示電路設(shè)計</p><p>　　顯示器是一個典型的輸出設(shè)備，而且其應(yīng)用是極為廣泛的，幾乎所有的電子產(chǎn)品都要使用顯示器，其差別僅在于顯示器的結(jié)構(gòu)類型不同而已。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。綜合課題的實際要求以及考慮單片機的接口資源，采用串行方式顯示的 LED 驅(qū)動輸出設(shè)備。由于全程顯示的距離范圍

74、在 4 米之內(nèi)，用 3 個 LED 數(shù)碼管表示距離的 cm數(shù)值。</p><p>　　在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，發(fā)光二極管LED顯示器常用兩種驅(qū)動方式：靜態(tài)顯示驅(qū)動和動態(tài)顯示驅(qū)動。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的字形段碼發(fā)送到接口電路并保持不變即可，如果要顯示新的數(shù)據(jù)，再發(fā)送新的字形段碼。因此，使用這種方法單片

75、機中CPU開銷小，但這種驅(qū)動方法需要寄存器、譯碼器等硬件設(shè)備。當需要顯示的位數(shù)增加時，所需的器件和連線也相應(yīng)增加，成本也增加。而所謂動態(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?？紤]各種因素，本設(shè)計選用動態(tài)驅(qū)動顯示。本設(shè)計選用8155芯片作為單片機應(yīng)用系統(tǒng)擴展的I/O口。8155的PA口作為LED的字形輸出口，為提高顯示亮度，采用8

76、路反相驅(qū)動器74LS244驅(qū)動；PC口作為LED的位選控制口，采用共陽極的LED顯示器，由于8段全亮時位控線的驅(qū)動電流較大，采用6路反相驅(qū)動器74LS06以提高驅(qū)動能力。</p><p>　　圖3.13系統(tǒng)顯示電路</p><p>　　3.2.2系統(tǒng)報警電路設(shè)計</p><p>　　系統(tǒng)報警電路由一個運算放大器、一個發(fā)光二極管和一個喇叭組成。R25的阻值為1K，R2

77、6的阻值為10K。對于二級運算放大,都采用F007芯片.兩級放大電路均是負反饋接法,即反相比例運算電路.而反相比例運算電路中,輸入信號從反相輸入端輸入,同相輸入端接地.根據(jù)“虛短”和“虛斷”的特點，即u_=u+,i_=i+=0.可得u+=0.而所謂“虛短”是由于理想集成運放Au0。所以可以認為兩個輸入端之間的差模電壓近似為零，即Uid=u_=u+0.即u_=u+,而u0具有一定值。由于兩個輸入端間的電壓為零，而又不是短路，故稱為“虛短”

78、。而“虛斷”是由于理想集成運放的輸入電阻Rid，故可以認為輸入端不取電流，即i_=i+0.這樣，輸入端相當于斷路，而又不是斷開，稱為“虛斷”。而電路中，反相輸入端與地端等電位，但又不是真正接地，這種情況稱為“虛地”。</p><p>　　所以iI=,iF==，因為i_=0,iI=if,則可得u0=-uI.故可將信號進行放大。</p><p>　　圖3.14 系統(tǒng)報警電路</p>

79、<p>　　當單片機AT89C51通過P1.0，P1.1，P1.2三個I/O口，發(fā)射出超聲波的信號，即輸出一個高電平給這三個I/O口，大約5V的電壓，同時單片機計數(shù)器T0開始計時。則信號經(jīng)過三極管T1，T2，T3進行放大。使電流達到T40-16的工作電流，從而發(fā)射出超聲波。</p><p>　　當T40-16發(fā)射出去的超聲波遇到障礙物時會被反射回來，這時接收器R40-16便會將反射回來的超聲波接收，

80、并轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)過運算放大器的兩極放大，將信號送給LM567的輸入端，當LM567的輸入端電流大于25mA時，其8號輸出引腳會產(chǎn)生一個信號，使得單片機AT89C51產(chǎn)生一個中斷。這樣，計數(shù)器便停止計數(shù)。單片機把計得的時間差進行運算，根據(jù)S=170*t這個公式來計算車與障礙物的距離，并把運算結(jié)果以十進制的方式送到七段LED顯示電路去顯示。如果距離小于0.5m，則單片機AT89C51便給P1.5口一個信號，使得報警電路工作，實現(xiàn)報警。&l

81、t;/p><p>　　3、3單片機復位電路</p><p>　　在單片機應(yīng)用系統(tǒng)工作時，除了進入系統(tǒng)正常的初始化之外，當由于程序運行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，為擺脫困境，也需按復位鍵以重新啟動。所以，系統(tǒng)的復位電路必須準確、可靠地工作。</p><p>　　單片機的復位都是靠外部電路實現(xiàn)的，在時鐘電路工作后，只要在單片機的RST引腳上出現(xiàn)24個時鐘振蕩脈沖以上

82、的高電平，單片機便實現(xiàn)初始化狀態(tài)復位。為了保證應(yīng)用系統(tǒng)可靠地復位，在設(shè)計復位電路時，通常使RST保持高電平。只要RST保持高電平，則單片機就循環(huán)復位。</p><p>　　單片機復位電路通常采用以下幾種方式：</p><p><b>　　a、上電自動復位</b></p><p>　　在通電瞬間，由于R·C電路充電過程中，RST端出現(xiàn)正

83、脈沖，從而使單片機復位。</p><p>　　圖3.15上電復位電路</p><p><b>　　b、按鍵電平復位</b></p><p>　　通過使復位端經(jīng)電阻與VCC電源接通而實現(xiàn)的。</p><p><b>　　c、系統(tǒng)復位</b></p><p>　　在實際應(yīng)用系統(tǒng)中

84、，為了保證復位電路可靠工作，常將RC電路接施密特電路后再接入單片機復位端和外圍電路復位端。這特別適合于應(yīng)用現(xiàn)場干擾大、電壓波動大的工作環(huán)境，并且，當系統(tǒng)有多個復位端時，能保證可靠地同步復位。</p><p>　　考慮本設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單，干擾小，故采用上電自動復位。</p><p><b>　　3.4震蕩電路</b></p><p>　　時鐘電路用于

85、產(chǎn)生單片機工作所需要的時鐘信號，單片機本身就是一個復雜的同步時序電路，為了保證同步工作方式的實現(xiàn)，電路應(yīng)在惟一的時鐘信號控制下嚴格地按時序進行工作 。該時鐘電路由兩個電容和一個晶體振蕩器組成。X1是接外部晶體管的一個引腳。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(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。輸出端為引腳X2，在芯片的外部通過這兩個引腳接晶體振蕩器和微調(diào)電容，形成反饋電路，構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。</p><p>

86、;<b>　　圖3.16晶振電路</b></p><p>　　電路中的C1和C2一般取30PF左右，而晶體振蕩器的頻率范圍通常是1.2～12MHz，而電路中采用6MHz，晶體振蕩器的頻率越高，振蕩頻率就越高。</p><p><b>　　3.5穩(wěn)壓電源</b></p><p>　　大部分的電子電路與電子設(shè)備都需要有一個穩(wěn)定

87、的直流電源提供能量，而且對于我們通常所接觸的控制器而言，一般都是利用電網(wǎng)提供的交流電源，經(jīng)過整流、濾波、穩(wěn)壓后，濾去其不穩(wěn)定的脈動、干擾成分，提供一個穩(wěn)定的直流電壓，來使電子電路與電子設(shè)備保持正常的工作。并且，我們目前絕大部分電子電路與電子設(shè)備都是使用線性電源，即通過降壓、整流、濾波、穩(wěn)壓后提供穩(wěn)定的直流電壓給電子電路及芯片工作的。固定式三端穩(wěn)壓電源(7805)是由輸出腳Vo,輸入腳Vi和接地腳GND組成,它的穩(wěn)壓值為+5V,它屬于CW

88、78xx系列的穩(wěn)壓器,輸入端接電容可以進一步的濾波,輸出端也要接電容可以改善負載的瞬間影響,此電路的穩(wěn)定性也比較好。由于固定式三端穩(wěn)壓電源（7805）的輸出電流有1.5A，而本次設(shè)計電路電流在1A到2A之間，考慮到電路的一般余量在2倍到3倍左右。故本次設(shè)計電源電路需要采用擴流電路，如圖3-17。</p><p><b>　　圖 3-17</b></p><p>　　采

89、用外接PNP型大功率管的方法，這是一種最基本的擴展電流電路，擴展的輸出電流取決于外接功率管的電流負載量，電路中的R1是VT的偏置電阻，為VT1提壓導通時的基極偏壓，VT與集成穩(wěn)壓器內(nèi)電路中的NPN型調(diào)整管組成復合管，設(shè)Ir為流過電阻R1中的電流，Ic為流過外接調(diào)整管的集電極電流，Td為7805的靜態(tài)工作電流，這時7805的輸出電流為Ioxx，可表示為式中為VT的電流放大系數(shù)，穩(wěn)壓擴展后的輸出電流Io可表示為。因為7805的的最大輸出電流

90、為1.5A，當Io取1.5A時，則穩(wěn)壓器的擴展后的輸出電流為3A，加一只二極管VD與R1并聯(lián)，把外接整流管的VT1的發(fā)射結(jié)電阻限制在0.7V以內(nèi)，當輸出電流超過額定植時，保護電阻R2上的壓降增大，必然會使VT1的Vbe減小，從而使VT1的輸出電流減小，以至不導通，這樣便達到了保護外接管的目的。電路中的VT1可選用3CD6等PNP型硅低頻大功率管。</p><p>　　5.1 單片機硬件介紹</p>

91、<p>　　5.1.1單片機 AT89C51介紹</p><p>　　AT89C51是一個低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含4kB的可反復擦寫的Flash只讀程序存儲器和128 B的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，內(nèi)置功能強大的微型計算機的AT89C51提供了

92、高性價比的解決方案。    AT89C51是一個低功耗高性能單片機，40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時內(nèi)含2個外中斷口，2個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，AT89C51可以按照常規(guī)方法進行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和Flash存儲器結(jié)合在一起，特別是可反復擦寫的Flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本。</p><p>　　

93、I/O 端口的編程實際上就是根據(jù)應(yīng)用電路的具體功能和要求對 I/O 寄存器進行編程。具體步驟如下：</p><p>　　(1) 根據(jù)實際電路的要求，選擇要使用哪些 I/O 端口，用 EQU 偽指令定義其相應(yīng)的寄存器；</p><p>　　(2) 初始化端口的數(shù)據(jù)輸出寄存器，應(yīng)避免端口作為輸出時的開始階段出現(xiàn)不確定狀態(tài)，影響外圍電路正常工作；</p><p>　　(3

94、) 根據(jù)外圍電路功能，確定 I/O 端口的方向，初始化端口的數(shù)據(jù)方向寄存器。對于用作輸入的端口可以不考慮方向初始化，因為 I/O 的復位缺省值為輸入；</p><p>　　(4) 用作輸入的 I/O 管腳，如需上拉，再通過輸入上拉使能寄存器為其內(nèi)部配置上拉電阻；</p><p>　　(5) 最后對 I/O 端口進行輸出(寫數(shù)據(jù)輸出寄存器)和輸入(讀端口)編程，完成對外圍電路的相應(yīng)功能。&l

95、t;/p><p>　　圖5.1 AT89C51單片機芯片</p><p>　　根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計要求，各接口功能如下：</p><p>　　P1.0: 產(chǎn)生輸出一個40KHZ的脈沖信號。（用于前方測距電路）</p><p>　　INT0: 產(chǎn)生中斷請求，接前方測距電路。</p><p>　　INT1: 產(chǎn)生中斷請求，接前方測距電

96、路。</p><p>　　P1.3: 接ICA3輸入端，用于中斷優(yōu)先級的判斷。</p><p>　　P1.4: 接ICA3輸入端，用于中斷優(yōu)先級的判斷。</p><p>　　P0.0: 用于顯示輸出，接顯示器。</p><p>　　P0.1: 用于顯示輸出，接顯示器。</p><p>　　P0.2: 用于顯示輸出，接顯

97、示器。</p><p>　　P0.3: 用于顯示輸出，接顯示器。</p><p>　　P0.4: 用于顯示輸出，接顯示器。</p><p>　　P0.5: 用于顯示輸出，接顯示器。</p><p>　　P0.6: 用于顯示輸出，接顯示器。</p><p>　　P0.7: 用于顯示輸出，接顯示器。</p>

98、<p>　　P2.7: 接報警電路</p><p>　　P2.0: 接報警電路</p><p>　　P2.1: 接報警電路</p><p>　　XTAL1：接外部晶振的一個引腳。在單片機內(nèi)部，它是一反相放大器輸入端，這個放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。它采用外部振蕩器時，些引腳應(yīng)接地。</p><p>　　XTAL2：接外部晶振的一個引腳。

99、在片內(nèi)接至振蕩器的反相放大器輸出端和內(nèi)部時鐘發(fā)生器輸入端。當采用外部振蕩器時，則此引腳接外部振蕩信號的輸入。</p><p>　　RST：AT89C51 的復位信號輸入引腳，高電位工作，當要對芯片又時，只要將此引腳電位提升到高電位，并持續(xù)兩個機器周期以上的時間，AT89C51 便能完成系統(tǒng)復位的各項工作，使得內(nèi)部特殊功能寄存器的內(nèi)容均被設(shè)成已知狀態(tài)。</p><p><b>　　

100、8155芯片介紹</b></p><p>　　圖5.2 8155芯片</p><p><b>　　8155引腳功能：</b></p><p>　　AD7～AD0（19～12腳）：三態(tài)地址/數(shù)據(jù)引出線；</p><p>　　CE（8）：片選信號線，低電平有效；</p><p>　　RD

101、（9）：存儲器讀信號線，低電平有效；</p><p>　　WR（10）：存儲器寫信號線，低電平有效；</p><p>　　ALE（11）：地址及片選信號鎖存信號線，高電平有效；</p><p>　　IO/M (7)：I/O接口與存儲器選擇信號線，高電平表示選擇I/O接口，低電平表示選擇存儲器；</p><p>　　PA7～PA0（28～21）

102、：A口輸入/輸出線；</p><p>　　PB7～PB0（36～29）：B口輸入/輸出線；</p><p>　　PC5～PC0（5、2、1、39、38、37）：C口輸入/輸出線或控制信號線；</p><p>　　T/IN（3）：定時器/計數(shù)器輸入端；</p><p>　?。═/OUT）（6）：定時器/計數(shù)器輸出端；</p>&l

103、t;p>　　RESET（4）：復位，高電平有效，復位后三個I/O口均為輸入功能。</p><p>　　5.1.3 74LS244芯片介紹</p><p>　　74LS244內(nèi)部共有兩個四位三態(tài)緩沖器,分別以1和2作為它們的選通工作信號。當1和2都為低電平時,輸入端A和輸出端Y狀態(tài)相同;當1和2都為高電平時,輸出呈高阻態(tài)。</p><p>　　74LS244內(nèi)

104、部結(jié)構(gòu)圖:</p><p>　　圖5.3 74LS244內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　表5.1 74LS244的真值表</p><p>　　8 輸入3態(tài)緩沖電路；</p><p>　　把8個輸入分成2組，4個一組；</p><p><b>　　H＝高電平；</b></p><

105、;p><b>　　L＝低電平；</b></p><p><b>　　Z＝高阻；</b></p><p>　　G＝0 的時候，輸入－>輸出；</p><p>　　G＝1的時候，輸出為高阻態(tài)。</p><p>　　5.1.4 74LS06芯片介紹</p><p>

106、　　74LS06是六路反相驅(qū)動器,與七段數(shù)碼管的位碼相連；</p><p>　　74LS06的邏輯圖。</p><p>　　圖5.4 74LS06的邏輯圖</p><p>　　表5.2 74LS06功能表</p><p>　　表5.3 74LS06工作條件表</p><p><b>　　運算放大器&l

107、t;/b></p><p><b>　　主要技術(shù)參數(shù):</b></p><p>　　1、開環(huán)差模電壓增益Au0：Au0是指集成運放在無外加反饋情況下,并工作在線性區(qū)時的差模電壓增益.用分貝表示則是20lgAu0.性能較好的集成運放的Au0可達140db以上。</p><p>　　2、輸入失調(diào)電壓及其溫漂：失調(diào)電壓的大小主要反映了差分輸入元

108、件的失配；輸入失調(diào)電壓是隨溫度,電源電壓或時間而變化的,通常將輸入失調(diào)電壓對溫度的平均變化率稱為輸入電壓溫度漂移。</p><p>　　3、輸入失調(diào)電流及其溫漂：在常溫下，輸入信號為零時，放大器的兩個輸入端的基極靜態(tài)電流之差稱為輸入失調(diào)電流II0。輸入失調(diào)電流溫度漂移是指輸入失調(diào)電壓隨溫度變化的平均變化率。一般以mA/0C為單位。高質(zhì)量的為每度幾個皮安。</p><p>　　4、輸入偏置電

109、流IIB：IIB是指常溫下輸入信號為零時，兩個輸入端靜態(tài)電流的平均值，即</p><p>　　IIB=（IB1+IB2）/2 （5-1）</p><p>　　IIB的大小反映了放大器的輸入電阻和輸入失調(diào)電流的大小，IIB越小，運算放大器的輸入電阻越高，輸入失調(diào)電流越小。</p><p>　　5、差模輸入電阻Rid：Rid是指運算