基于AT89C51的倒車測距警報器設(shè)計說明

1、 工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院2011 2012學年第 一 學期畢業(yè)設(shè)計課題名稱：基于AT89C51的倒車測距報警器的設(shè)計 設(shè)計時間： 2011.9.102011.12.10 系 部： 電子信息工程系 班 級： 0902電氣技術(shù) 姓 名： 偉 指導教師： 呂志香、唐明軍 總目錄第一部分 任務(wù)書 第二部分 開題報告 第三部分 畢業(yè)設(shè)計正文第 一 部 分任務(wù)書工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書系 部電子信息工程系指導老師呂志香唐明軍職稱講師講師學生偉班級0902電氣技術(shù)學號0905010219設(shè)計題目基于AT89C51的倒車測距報警器的設(shè)計設(shè)計容目標和要求一、畢業(yè)設(shè)計主要容與技術(shù)指標1、主要容 本畢業(yè)設(shè)計是應(yīng)用單

2、片機技術(shù)設(shè)計一款簡易的倒車測距報警器，本儀器用于汽車倒車時，能實時檢測車尾與障礙物之間的距離，同時通過LED數(shù)碼管顯示器實時顯示檢測距離。當檢測的距離達到預設(shè)報警值（50cm）時，蜂鳴器就會發(fā)出蜂鳴聲報警，提醒司機注意正確操作并與時停車。本設(shè)計采用單片機為核心控制器件，整個控制電路主要由單片機控制電路、超聲波發(fā)射與接收電路、測距顯示電路、蜂鳴器報警提示電路和電源電路等部分組成。 通過本設(shè)計旨在讓學生將單片機的軟硬件知識和社會實踐應(yīng)用相結(jié)合，設(shè)計出有一定實用性的單片機應(yīng)用系統(tǒng)。培養(yǎng)學生學會獨立分析問題，運用所學知識解決實際問題的能力，培養(yǎng)學生包含專業(yè)能力、方法能力和社會能力在的綜合職業(yè)能力。 本

3、課題涵蓋了單片機與其接口技術(shù)、超聲波測距、LED數(shù)碼管顯示、單片機C語言程序設(shè)計等專業(yè)技能和知識，是單片機應(yīng)用與檢測技術(shù)應(yīng)用的綜合性課題。通過本課題的設(shè)計和制作，使學生鞏固所學的專業(yè)知識，增強應(yīng)用動手能力，提高學生的創(chuàng)新能力和綜合職業(yè)能力。2、 主要技術(shù)指標（1）單片機與接口芯片工作電壓：+5V±5%（2）單片機選型：MCS-51系列單片機（3）軟件開發(fā)環(huán)境：Keil uvision（4）硬件電路設(shè)計：Protel99 SE （5）顯示方式：LED數(shù)碼管顯示（6）檢測功能：檢測汽車尾部與障礙物之間的距離。（7）檢測圍：0.02m-4.5m二、畢業(yè)設(shè)計的基本要求1、收集、整理與畢業(yè)設(shè)計

4、有關(guān)領(lǐng)域的信息資料；2、完成本畢業(yè)設(shè)計方案和結(jié)構(gòu)框圖的設(shè)計；3、完成本畢業(yè)設(shè)計電路原理圖設(shè)計；4、制作測距報警器實物并實現(xiàn)本設(shè)計容；5、完成本畢業(yè)設(shè)計程序流程圖和C語言源程序設(shè)計；6、完成軟件和硬件系統(tǒng)的調(diào)試，功能指標達到技術(shù)要求；7、完整的程序清單和圖樣資料；8、根據(jù)本課題的設(shè)計、編程和制作工作過程，形成符合要求的畢業(yè)設(shè)計書面報告；三、畢業(yè)設(shè)計進度安排第一階段 2011 年 9月10日 - 2011 年10月10日 選題、調(diào)研、收集資料、論證、開題第二階段 2011 年10月11日 - 2011年11 月14日 方案、 電路、硬件與軟件設(shè)計 第三階段2011年 11月15日 - 2011年

5、11 月30日 設(shè)計項目安裝調(diào)試、寫作初稿第四階段2011年 12 月1日 - 2011年 12月10日 修改、定稿、打印、答辯四、畢業(yè)設(shè)計提交的成果1、開題報告2、畢業(yè)設(shè)計（報告）3、圖樣資料4、方案結(jié)構(gòu)框圖5、硬件電路圖6、軟件流程圖7、軟件源程序五、中英文摘要（中文摘要約200字，3-5個關(guān)鍵詞）六、查閱文獻不少于8篇教研室審核系部審核第 二 部 分開題報告工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院 電子信息工程 系 2012 屆畢業(yè)設(shè)計開題報告書學生偉專業(yè)電氣自動化班級0902電氣技術(shù)學號0905010219題 目基于AT89C51的倒車測距報警器的設(shè)計指導教師呂志香唐明軍職稱講師講師學 位碩士碩士題目類別 工

6、程設(shè)計 基礎(chǔ)研究 應(yīng)用研究 其它課題的容與要求本畢業(yè)設(shè)計主要是利用單片機AT89C51設(shè)計一個倒車測距報警器。在汽車倒車時，該測距報警器能通過顯示器實時顯示汽車尾部與障礙物的距離，同時還具有蜂鳴器報警提示功能：當車尾與障礙物距離等于或小于50cm時，系統(tǒng)進行蜂鳴報警提示。整個設(shè)計過程包括硬件電路原理圖的繪制，Keil軟件的程序設(shè)計與編譯調(diào)試，實物的制作與調(diào)試運行。前言單片機是為了適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場和較為廣泛的應(yīng)用現(xiàn)場而設(shè)計的芯片，它把CPU、RAM、ROM、I/O接口電路等部件集成在一起。并且以集成度高，功能強，體積小，省電，應(yīng)用靈活，價格低廉等優(yōu)點，在工業(yè)自動化，過程控制，數(shù)字儀器儀表，通信系統(tǒng)以

7、與家用電器產(chǎn)品中有著不可替代的作用。由于生產(chǎn)工藝和設(shè)計能力的不斷提高，單片機也在向著更高集成化、更多位多功能，更強處理控制問題的能力、更快的運算速度、更廉價低功耗、更兼容開發(fā)和更好的軟件固有化的方向發(fā)展。方案的比較與評價目前測距方法很多，常見的有紅外測距與超聲波測距。紅外測距對色彩、光照度較敏感，容易受外界光線影響，而且在許多工業(yè)場合不適用，并且價格較昂貴。超聲波測距對色彩、光照度不敏感，可適用于識別透明、半透明與漫反射差的物體(如玻璃、拋光體)。同時對外界光線和電磁場不敏感，可用于黑暗、有灰塵或煙霧、電磁干擾強、有毒等惡劣環(huán)境中，電路設(shè)計簡單，而且價格便宜。綜上所述，選擇利用超聲波測距原理設(shè)

8、計倒車測距報警器更為合適。預期的效果與指標通過查閱資料、搜索電子文獻，確定倒車測距報警器的設(shè)計方案。圍繞單片機AT89C51完成外圍硬件電路配置，利用C語言完成系統(tǒng)程序設(shè)計，最終完成實物制作，并實現(xiàn)測試運行。當汽車倒車時，系統(tǒng)能實時顯示測試距離，當測試距離等于或者小于50cm時，蜂鳴器進行聲音報警提示。進度安排2011 年 9 月10 日 - 2011 年 9 月 30 日 選題、調(diào)研、收集資料2011 年 10 月1 日 - 2011 年 10 月 10 日 論證、開題2011 年 10 月11 日 - 2011 年 11 月 30 日 設(shè)計（寫作初稿）2011 年 12 月 1 日 - 2

9、011 年12 月 10 日 修改、定稿、打印參考文獻1夏路易,石宗義. 電路原理圖與電路板設(shè)計教程Protel99SE.:希望電子,2002.62陸亞民.單片機原理與應(yīng)用.:中國輕工業(yè),2000.83和平.單片機原理與接口技術(shù).：冶金工業(yè),2003.14剛,林凌.新概念單片機教程. :大學,2004.8指導教師意見（有針對性地說明選題意義與工作安排是否恰當?shù)龋┗贏T89C51的倒車測距報警器的設(shè)計，利用了超聲波測距的原理進行方案的設(shè)計與選擇，具有一定的實用價值。畢業(yè)設(shè)計安排基本符合要求，同意提交開題報告。同意提交開題論證 修改后提交 不同意提交（請說明理由）指導教師簽章：呂志香 唐明軍 2

10、011年 10 月 10 日系部意見同意指導教師意見 不同意指導教師意見（請說明理由） 其它（請說明）系（部）主任簽章： 年 月 日第 三 部 分畢業(yè)設(shè)計正文基于AT89C51的倒車測距報警器的設(shè)計偉0902電氣技術(shù)摘 要超聲波測距在倒車雷達、液面高度測量等場合有著廣泛的應(yīng)用。本文根據(jù)超聲波測距離原理，設(shè)計了一個簡易的超聲波倒車測距報警系統(tǒng)。系統(tǒng)主要由控制器模塊、超聲波收發(fā)模塊、距離顯示模塊、聲音提示模塊、電源模塊構(gòu)成?？刂破魍ㄟ^定時器產(chǎn)生周期的脈沖方波信號，經(jīng)電聲轉(zhuǎn)換電路后發(fā)出超聲波，同時打開定時器計時。聲電轉(zhuǎn)換電路將超聲波的回波信號轉(zhuǎn)換為電平送單片機中斷，根據(jù)定時器計得的收發(fā)時間差計算障礙

11、物的距離。本設(shè)計分析了超聲波測距原理，給出了系統(tǒng)的總體設(shè)計方案，完成了具體硬件電路圖設(shè)計以與軟件程序設(shè)計，最后對系統(tǒng)進行了測試。測試數(shù)據(jù)表明系統(tǒng)具有較高的精度，較低成本的優(yōu)點，因此具有一定的實際應(yīng)用價值。關(guān)鍵詞AT89C51；超聲波測距；LED數(shù)碼管顯示Design of the ranging reversing alarm Based on AT89C51 LiWei0902 electricity techniqueAbstract: There is a wide range of occasions where ultrasonic ranging can be applied, s

12、uch as in reversing car and liquid level measurement.Based on the ultrasonic distance measurement principle, this paper aims at designing a simple ultrasonic reversing ranging alarm system. The system mainly includes the controller module, ultrasonic receiving module, display module, the voice promp

13、t distance module and power supply module.The controller module generates periodic pulse square wave signalthrough the timer. Then the conversion circuit emits ultrasonic waves and the timer is opened at the same time.The seismoelectric conversion circuitof the ultrasonic echo signal is converted to

14、 a voltage,which is sent to the SCM interrupt port. The SCM calculates the distance of the obstacle according to measured transceiver time difference. This paper analyzes the ultrasonic ranging principle, gives the overall design of the system and completes the concrete hardware circuit design, soft

15、ware program design and the final test of the system.The test data show thatthe system has higher accuracy together with its low cost. The utility model has a certain practical value.Key words:AT89C51；Ultrasonic Ranging；LED display目 錄第一章緒論11.1 課題研究背景11.2 超聲波測距發(fā)展歷程11.3 超聲波測距研究現(xiàn)狀21.4 課題主要任務(wù)2第二章系統(tǒng)總體設(shè)計3

16、2.1 設(shè)計方案論證32.1.1 控制模塊32.1.2 測距模塊32.2 系統(tǒng)總體設(shè)計方案4第三章系統(tǒng)硬件電路設(shè)計63.1 系統(tǒng)主控電路設(shè)計63.1.1單片機AT89C51簡介63.1.2 時鐘電路93.1.3 復位電路93.2 超聲波發(fā)射與接收電路的設(shè)計103.2.1 超聲波發(fā)射電路的設(shè)計103.2.2 超聲波接收電路的設(shè)計103.3 測距顯示電路的設(shè)計113.3.1 LED數(shù)碼管簡介113.3.2 LED數(shù)碼管顯示電路的設(shè)計113.4 報警電路的設(shè)計123.5 系統(tǒng)硬件電路原理圖13第四章系統(tǒng)軟件程序設(shè)計144.1 系統(tǒng)主程序設(shè)計144.2 系統(tǒng)子程序設(shè)計144.2.1 定時器中斷服務(wù)子程

17、序144.2.2 數(shù)碼管顯示與計算程序174.2.3 報警程序設(shè)計194.3 軟件程序的編譯調(diào)試194.3.1 Keil uVision軟件簡介194.3.2 搭建軟件開發(fā)工作環(huán)境204.3.3 程序編寫與編譯22第五章實物制作與系統(tǒng)測試245.1 實物制作245.1.1 PCB板的制作245.1.2 元器件的安裝與焊接245.3 系統(tǒng)測試25結(jié)束語27致28參考文獻29附錄A 系統(tǒng)硬件電路原理圖30附錄B 系統(tǒng)PCB圖31附錄C 系統(tǒng)實物圖3234 / 48第一章 緒 論1.1 課題研究背景 隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，交通運輸車輛的不斷增多，由此產(chǎn)生的交通問題越來越成為人們關(guān)注的問題。其中倒車

18、事故由于發(fā)生的頻率極高，已引起了社會和交通部門的高度重視。倒車事故發(fā)生的原因是多方面的，倒車鏡有死角，駕車者目測距離有誤差，視線模糊等原因造成倒車時的事故率遠大于汽車前進時的事故率，尤其是非職業(yè)駕駛員以與女性更為突出。而倒車事故給車主帶來許多麻煩，例如撞上別人的車、消防水籠頭，如果傷與兒童更是不堪設(shè)想，有鑒于此，汽車高科技產(chǎn)品家族中，專為汽車倒車泊位設(shè)置的“倒車雷達”應(yīng)運而生，倒車雷達的加裝可以解決駕駛?cè)藛T的后顧之憂，大大降低倒車事故的發(fā)生。汽車倒車雷達全稱為“倒車防撞雷達”，也叫“泊車輔助裝置”，是汽車泊車安全輔助裝置，能以聲音或者更為直觀的顯示告知駕駛員周圍障礙物的情況，解除駕駛員泊車和起

19、動車輛時因前后左右探視所引起的困擾，并幫助駕駛員克服視野死角和視線模糊的缺陷，提高駕駛的安全性。倒車雷達的原理與普通雷達一樣，是根據(jù)蝙蝠在黑夜里高速飛行而不會與任何障礙物相撞的原理設(shè)計開發(fā)的。通過感應(yīng)裝置發(fā)出超聲波，然后通過反射回來的超聲波來判斷前方是否有障礙物，以與障礙物的距離、大小、方向、形狀等。只不過由于倒車雷達體積大小與實用性的限制，目前其主要功能僅為判斷障礙物與車的距離，并做出提示。1.2 超聲波測距發(fā)展歷程自19世紀末到20世紀初，在物理學上發(fā)現(xiàn)了壓電效應(yīng)和反壓電效應(yīng)之后，人們解決了利用電子技術(shù)產(chǎn)生超聲波的方法，從此迅速揭開了發(fā)展與推廣超聲技術(shù)的歷史進程。1993年，徠卡測量系統(tǒng)在

20、法國Batimat展出世界第一臺手持式激光測距儀，徠卡第一代迪士通以其堅固耐用，可靠精密的特性引起了人們的關(guān)注。隨后徠卡在1998年推出迪士通第二代basic、1999年推出迪士通第三代classic、2001年推出四款第四代、2002年推出classic5、lite5第五代測距產(chǎn)品，測量距離圍在0.2-200m之間，單次測量時間不到1秒，作為職場的領(lǐng)跑者，徠卡測量系統(tǒng)的發(fā)展歷程見證了超聲波測距技術(shù)的發(fā)展過程。1.3 超聲波測距研究現(xiàn)狀目前，在國際和國上，在超聲測距方面的研究方向的不同和研究水平的高低，主要體現(xiàn)在測距原理上。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了微波雷達測距、CCD測距、激光測距和超聲波測

21、距等多種形式的測距方法，前幾種測距法由于技術(shù)難度大、成本高等因素，主要用于軍事工業(yè)方面。而超聲波測距則由于其技術(shù)難度較低，成本低廉等特點，在一般測量領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。如汽車倒車雷達，目前的汽車倒車雷達主要是具有蜂鳴器的語音報警以與距離顯示為主的汽車安全系統(tǒng)。這些系統(tǒng)主要采用的是以單片機為控制核心的智能超聲波測距傳感器和蜂鳴器報警系統(tǒng)，這種汽車安全輔助系統(tǒng)便宜耐用，而且達到了汽車電子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展需求。1.4 課題主要任務(wù)本課題主要是利用單片機AT89C51設(shè)計一款簡易的倒車測距報警器，應(yīng)用于汽車倒車位置監(jiān)控與報警。在汽車倒車時，系統(tǒng)能實時顯示汽車尾部與障礙物之間的距離，以便司機與時掌握倒車時車尾

22、狀況，做出正確的判斷。當車尾與障礙物距離等于或小于50cm時，系統(tǒng)觸發(fā)蜂鳴器報警電路進行報警提示，提醒司機與時停車。結(jié)合本課題的主要任務(wù)，提出系統(tǒng)總體設(shè)計方案，完成系統(tǒng)硬件電路圖的繪制，軟件程序設(shè)計以與實物的制作，最后能夠完成測試運行。第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計本課題主要任務(wù)是設(shè)計一款簡易的倒車測距報警器，應(yīng)用于汽車倒車位置監(jiān)控與報警。該報警器主要包括控制模塊、測距模塊、聲音模塊、距離顯示模塊、電源模塊五個部分，控制模塊和測距模塊是本設(shè)計的核心，下面我們將從這兩個個方面對系統(tǒng)方案進行論證與選擇。2.1 設(shè)計方案論證2.1.1 控制模塊隨著自動化技術(shù)的不斷發(fā)展，在自動控制系統(tǒng)的設(shè)計過程中都會面臨核心控

23、制元件選擇的困惑，對于絕大部分的控制任務(wù)來說。無論是采用單片機還是PLC都能完成方案設(shè)計，但最終選擇還是要根據(jù)實際任務(wù)需求來定。（1）可編程邏輯控制器（PLC）PLC發(fā)展初期主要用于開關(guān)量的邏輯控制，隨著PLC技術(shù)的進步，它的應(yīng)用領(lǐng)域在擴大，不僅可以用于開關(guān)量控制，還可用于模擬量與數(shù)字量的而控制，可采集與存儲數(shù)據(jù)，并進行聯(lián)網(wǎng)、通訊等，如今，PLC已成為工業(yè)控制中核心元器件之一。其主要優(yōu)點是功能完善，穩(wěn)定性高抗干擾能力強，擴展性好，硬件維護方便，編程簡單。缺點是價格較高，體積較大。（2）單片機單片機與PLC本質(zhì)是一樣的，它們的發(fā)展都是基于微處理技術(shù)，而PLC實際上是建立在單片機之上的一種產(chǎn)品，而

24、單片機實際上是一個集成電路，體積相對較小，成本低，經(jīng)濟實惠，但利用單片機實現(xiàn)的主控板受軟件布局、環(huán)境溫度、制板工藝等影響，穩(wěn)定性和抗干擾性相對較弱。對比這兩種核心控制元件，兩者各有優(yōu)缺點，根據(jù)本課題設(shè)計任務(wù)，汽車倒車報警裝置體積要小，這樣便于攜帶、安裝、不占用汽車空間，顯然由于PLC體積大的特點而不符合設(shè)計要求，因此本設(shè)計采用AT89C51單片機作為核心控制元件。2.1.2 測距模塊（1）激光測距激光由于其本質(zhì)性的成因使得激光具有亮度高、單色性好、方向性好、傳光性好等特點，而激光測距則利用激光的方向性強和傳光性好的特點，用脈沖激光器向目標發(fā)射一列很窄的光脈沖(脈沖寬度小于50ns)，光達到目標

25、表面后部分被反射，通過測量光脈沖從發(fā)射到返回接收機的時間，可算出測距地點與目標之間的距離。 假設(shè)所測距離為h，光脈沖往返時間為t，光在空中的的傳播速度為c，則： h=ct/2，脈沖激光測距最大測距也能達到30000m以上，其測距精度一般為5米，.最高的可達0.15m。由于激光對人體存在安全問題，而且制作的難度大成本也比較高，主要在軍事上用于對各種非合作目標的測距,也可在氣象上用于測定能見度和云層高度.以與應(yīng)用在對人造衛(wèi)星的精密距離測量等領(lǐng)域。（2）紅外線測距紅外線測距原理是紅外光遇到障礙物會反射回來，而反射回來紅光的強弱由距離而定，距離越遠，紅光強度越弱，根據(jù)這個特點能夠進行障礙物距離遠近的測

26、量。其優(yōu)點是成本低廉，使用安全，制作簡單，缺點就是測量精度低，方向性也差，測量距離近。（3）超聲波測距超聲波是一種超出人類聽覺極限的聲波即其振動頻率高于16kHz的機械波。超聲波測距就是將電壓和超聲波之間的互相轉(zhuǎn)換，發(fā)射超聲波的探頭將電壓轉(zhuǎn)化的超聲波發(fā)射出去，當接收超聲波時，超聲波接收探頭將超聲波轉(zhuǎn)化的電壓回送到控制芯片。超聲波具有振動頻率高、波長短、繞射現(xiàn)象小而且方向性好還能夠為反射線定向傳播等優(yōu)點，在中、長距離測量時，超聲波測量的精度和方向性都要大大優(yōu)于紅外線測量。從安全性，成本、方向性等方面綜合考慮，超聲波傳感器更適合設(shè)計要求。根據(jù)對以上三種測距方法的比較，很明顯激光傳感器是比較理想的選

27、擇，但是它的價格卻比較高，而且安全度不夠高。因此在一般測距中不具有普遍適用性，而超聲波測距具有較強的抗干擾能力和較短的響應(yīng)時間，在精度和方向性上都優(yōu)于紅外測距，因此本方案的距離測量部件選用超聲波測距模塊。2.2 系統(tǒng)總體設(shè)計方案根據(jù)方案的論證與選擇，本設(shè)計以單片機AT89C51為控制核心，外圍配置超聲波發(fā)射接收模塊、聲音提示模塊、距離顯示模塊、電源模塊四部分。系統(tǒng)總體設(shè)計方框圖如圖2-1所示。圖2-1 系統(tǒng)總體設(shè)計方框圖其中，超聲波發(fā)射模塊選用軟件發(fā)生超聲波法，利用軟件產(chǎn)生40kHz的超聲波信號，通過輸出引腳輸入至驅(qū)動器，經(jīng)驅(qū)動器驅(qū)動后推動探頭產(chǎn)生超聲波。超聲波接收模塊包括超聲波接收探頭、信號

28、放大電路與波形變換電路三部分。探頭變換后的正弦波電信號經(jīng)放大電路放大并進行波形變換。聲音提示模塊采用蜂鳴器報警電路，倒車時，車尾與障礙物之間距離小于所設(shè)定的安全值時，發(fā)出蜂鳴聲提醒駕駛員。鑒于LED數(shù)碼管顯示簡潔、價格便宜等特點，距離顯示模塊采用4位LED數(shù)碼管動態(tài)顯示。第三章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計根據(jù)系統(tǒng)總體設(shè)計方案，系統(tǒng)以單片機AT89C51為控制器，時鐘電路、手動復位電路、電源和控制器一起構(gòu)成主控電路。利用單片機的定時器產(chǎn)生超聲波的周期方波信號，經(jīng)單片機P1.0口輸出，通過信號調(diào)理和換能電路后發(fā)出超聲波。利用單片機中斷口P3.2接收回波信號，計算時間差并換算距離信息。距離顯示電路采用4位LE

29、D數(shù)碼管顯示，單片機的P2口的高四位提供數(shù)碼管的位選信號，P0口作為數(shù)碼管的段碼；聲音提示電路采用蜂鳴器報警，由單片機的P3.4驅(qū)動蜂鳴器報警電路發(fā)出提示聲音。3.1 系統(tǒng)主控電路設(shè)計該系統(tǒng)以AT89C51為核心，配置時鐘電路、復位電路以與電源電路，構(gòu)成系統(tǒng)主控電路。具體主控電路如圖3-1所示。圖3-1系統(tǒng)主控電路圖3.1.1單片機AT89C51簡介AT89C51是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash 存儲器。AT89C51具有以下標準功能：8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32 位I/O口線，看門狗定時器，2 個數(shù)據(jù)指針，三個16位定時器/計數(shù)器，一個6

30、向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片晶振與時鐘電路。空閑模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。而且，它還具有一個看門狗（WDT）定時/計數(shù)器，如果程序沒有正常工作，就會強制整個系統(tǒng)復位，還可以在程序陷入死循環(huán)的時候，讓單片機復位而不用整個系統(tǒng)斷電，從而保護外圍硬件電路。AT89C51有40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時含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，片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。其將

31、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。其芯片引腳示意圖如圖3-2所示。圖3-2 AT89C51引腳示意圖主要引腳功能介紹如下：P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門流。當P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被部上拉為高

32、，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。 P2口：P2口為一個部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號

33、和控制信號。P3口：P3口管腳是8個帶部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，具體功能如表3-1所示。表3-1 P3口引腳功能表P3口引腳第二功能P3.0RXD（串行口輸入）P3.1TXD（串行口輸出）P3.2INT0（外部中斷0輸入）P3.3INT1（外部中斷1輸入）P3.4T0（定時器0外部脈沖輸入）P3.5T1（定時器1外部脈沖輸入）P3.6WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫脈沖輸出）P3.7RD（外部數(shù)據(jù)存

34、儲器讀脈沖輸出）P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入與部時鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。3.1.2 時鐘電路單片機的時鐘信號通常用兩種電路形式得到：部振蕩方式和外部振蕩方式。本系統(tǒng)采用部振蕩方式，在AT89C51引腳XTAL1和XTAL2外接晶體振蕩器(簡稱晶振)或瓷諧振器，就構(gòu)成了部振蕩方式。由于單片機部有一個高增益反相放大器，當外接晶振后，就構(gòu)成了自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時鐘脈沖。具體系統(tǒng)時鐘電路如圖3-3所示。圖3-3 時鐘電路3.1.3 復位電路復

35、位電路有上電復位和手動復位兩種。本系統(tǒng)采用手動復位方式，具體電路如圖3-4所示。系統(tǒng)上電時， RC電路開始充電，因為電容電壓不能突變，使RST端的電位接近Vcc，以后RST端的電位將隨電容充電而逐漸下降。只要RST端出現(xiàn)的正脈沖時間保持在10ms以上，就能使單片機有效地復位。工作過程中，需要手動復位時，按下按鈕時，電容瞬間完成放電，Vcc的+5V電平就會直接加到RST端，完成系統(tǒng)復位。圖3-4 復位電路圖3.2 超聲波發(fā)射與接收電路的設(shè)計3.2.1 超聲波發(fā)射電路的設(shè)計超聲波發(fā)射電路主要由74LS04和超聲波換能器構(gòu)成，單片機P1.0端口輸出40KHz方波信號一路經(jīng)一級反向器后送到超聲波換能器

36、的第一個電極，另一路經(jīng)兩級反向器后送到超聲波換能器的另一個電極，用這種推挽形式將方波信號加到超聲波換能器兩端可以提高發(fā)射強度。具體電路圖如圖3-5所示。圖3-5 超聲波發(fā)射電路3.2.2 超聲波接收電路的設(shè)計 超聲波接收電路主要由CX20106A和超聲波換能器構(gòu)成，CX20106A是一款紅外的專用芯片，考慮到紅外遙控常用的載波頻38K與測距的超聲波頻率40KHz較為接近，故利用它制作超聲波檢測接收電路，具體電路圖如圖3-6所示。 圖3-6 超聲波接收電路3.3 測距顯示電路的設(shè)計3.3.1 LED數(shù)碼管簡介LED數(shù)碼顯示管有兩種，一種是共陽極數(shù)碼管，其部是由八個陽極相連接的二極管組成；另一種是

37、共陰極數(shù)碼管，其部是由八個陽極相連接的二極管組成。共陰極LED數(shù)碼顯示塊的發(fā)光二極管陰極連接在一起，形成該模塊的公共端（通常稱為位選端），因此稱為共陰極LED數(shù)碼顯示器，8個數(shù)碼管的另一端通常稱為段選段，當顯示器的公共端接低電平，某個發(fā)光二極管的陽極接高電平時，該發(fā)光二極管被點亮；共陽極LED數(shù)碼顯示塊的發(fā)光二極管陽極連接在一起，形成該模塊的公共端，因此稱為共陽極LED數(shù)碼顯示器，8個數(shù)碼管的另一端通常稱為段選段，當顯示器的公共端接高電平，某個發(fā)光二極管的陽極接低電平時，該發(fā)光二極管被點亮。二者原理不同但功能一樣。LED數(shù)碼管外形結(jié)構(gòu)圖如圖3-7所示。圖3-7 LED外形結(jié)構(gòu)圖3.3.2 LE

38、D數(shù)碼管顯示電路的設(shè)計LED數(shù)碼管顯示方式有靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種。其中，靜態(tài)顯示就是顯示驅(qū)動電路具有鎖存功能，單片機將所要顯示的數(shù)據(jù)送出后就不再控制LED，直到下次顯示時再傳送一次新的顯示數(shù)據(jù)。靜態(tài)顯示的數(shù)據(jù)穩(wěn)定，占用的CPU時間少。靜態(tài)顯示中，每一個顯示器都要占用單獨的具有鎖存功能的I/O接口，該接口用于筆劃段字型代碼。這樣單片機只要把顯示的字形代碼發(fā)送到接口電路，該字段就可以顯示發(fā)送的字形。要顯示新的數(shù)據(jù)時，單片機再發(fā)送新的數(shù)據(jù)。另一種方法就是動態(tài)掃描顯示。由于單片機本身具有較強的邏輯控制能力，所以采用動態(tài)掃描軟件譯碼并不復雜。而且軟件譯碼其譯碼邏輯可隨意編程設(shè)定，不受硬件譯碼邏輯限制。

39、采用動態(tài)掃描軟件譯碼的方式能大大簡化硬件電路結(jié)構(gòu)，降低系統(tǒng)成本。它用分時的方法輪流控制各個顯示器的公共端，使各個顯示器輪流點亮。在輪流點亮掃描過程中，每位顯示器的點亮時間極為短暫，但由于人的視覺暫留現(xiàn)象與二極管的余輝效應(yīng)，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)顯示電路采用4位共陽極LED數(shù)碼管動態(tài)顯示方式，位碼用PNP三極管驅(qū)動，具體電路圖如圖3-8所示。圖3-8 測距顯示電路圖3.4 報警電路的設(shè)計在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，最常見的發(fā)聲器件就是蜂鳴器。蜂鳴器一般用于一些要求不高的聲音報警與發(fā)出按鍵操作提示音等。有源蜂鳴器最重要的特點是只要按照極性要求加上合適的直流電壓就可以發(fā)出固有頻率的聲音，使

40、用起來比揚聲器簡單。蜂鳴器是感性負載，一般不建議用單片機的 I/O 口直接對其進行操作，需要加一只驅(qū)動三極管。系統(tǒng)聲音提示電路圖如圖3-9所示。三極管為PNP型，要使蜂鳴器發(fā)聲，只要將單片機 P3.4 口置為低電平就可以了。圖3-9 聲音提示電路圖3.5 系統(tǒng)硬件電路原理圖根據(jù)對系統(tǒng)的控制模塊、測距模塊、報警模塊、顯示模塊的設(shè)計與調(diào)試，系統(tǒng)硬件電路原理圖如圖3-10所示。圖3-10 系統(tǒng)硬件電路原理圖第四章 系統(tǒng)軟件程序設(shè)計4.1 系統(tǒng)主程序設(shè)計本系統(tǒng)硬件電路設(shè)計以單片機AT89C51為核心。程序設(shè)計采用模塊化設(shè)計方法，整個軟件程序設(shè)計由主程序、超聲波發(fā)射子程序、定時器中斷服務(wù)子程序、顯示子程

41、序等模塊組成。該系統(tǒng)的主程序處于鍵控循環(huán)工作方式，當按下電源按鍵時，主程序開始調(diào)用發(fā)射子程序、查詢接收子程序、定時器中斷服務(wù)子程序，并把測量結(jié)果用顯示子程序在數(shù)碼管上顯示出來。雖然用一個單獨計時器電路也可以測量超聲波的傳輸時間，但利用AT89C51單片機可以簡化設(shè)計，便于操作和直觀讀數(shù)。系統(tǒng)主程序設(shè)計流程圖如圖4-1所示。系統(tǒng)初始化開 始延 時發(fā)送40KHz的方波信號啟動定時器與外部中斷調(diào)用顯示程序圖4-1 系統(tǒng)主程序設(shè)計流程圖4.2 系統(tǒng)子程序設(shè)計系統(tǒng)子程序設(shè)計主要涉與到超聲波發(fā)射、接收子程序設(shè)計、定時器中斷服務(wù)子程序設(shè)計以與LED數(shù)碼管顯示子程序設(shè)計。4.2.1 定時器中斷服務(wù)子程序定時器

42、中斷服務(wù)子程序設(shè)計流程圖如圖4-2所示。外部中斷入口關(guān)外部中斷關(guān)定時器中斷讀取時間值計算距離結(jié)果輸出 開外部中斷 返 回圖4-2 定時器中斷服務(wù)子程序設(shè)計流程圖程序如下：void zhongduan0( ) interrupt 1 /T0中斷用來計數(shù)器溢出,超過測距圍 flag=1; /中斷溢出標志void zhongduan1( ) interrupt 2 /T1中斷用來掃描數(shù)碼管 TH1=0xf8; /2ms定時 TL1=0x30; Display(); timer+; if(timer>=400) /800ms 啟動一次模塊 timer=0; TX=1; _nop_(); _nop

43、_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); TX=0; void main( void ) TMOD=0x11; /設(shè)T0為方式1，GATE=1；TH0=0;TL0=0; TH1=0xf8; /2ms定時TL1=0x30;ET0=1; /允許T0中斷ET1=1; /允許T1中斷TR1=1;

44、/開啟定時器EA=1; /開啟總中斷 while(1) while(!RX); /當RX為零時等待 TR0=1; /開啟計數(shù) while(RX); /當RX為1計數(shù)并等待 TR0=0; /關(guān)閉計數(shù) Conut(); /計算 4.2.2 數(shù)碼管顯示與計算程序超聲波測距時由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，由定時器計時。首先由發(fā)射器向特定方向發(fā)射超聲波并同時啟動定時器計時,超聲波在介質(zhì)傳播途中一旦遇到障礙物后就被反射回來，當接收器接收到反射波后立即停止計時。此時，定時器就記錄下了超聲波自發(fā)射點至障礙物之間往返傳播經(jīng)歷的時間t(s)。由于常溫下超聲波在空氣中的傳播速度約為3

45、40m/s，所以發(fā)射點距障礙物之間的距離為: S=340t/2=170 t 由于單片機部定時器的計時實際上是對部固定頻率的機器周期T的計數(shù)，設(shè)計中時鐘頻率fosc取12MHz，設(shè)計數(shù)值N，則T=12/fosc=1s,t=N×T=N×10-6(s)S=170×N×T=170×N/10-6(m)或S=17×N/10-3(cm)程序如下：void Display(void) /掃描數(shù)碼管if(posit = =0)P0=(discodedisbuffposit)&0x7f;elseP0=discodedisbuffposit;P2=

46、positonposit;if(+posit>=4)posit=0;/*/void Conut(void)time=TH0*256+TL0;TH0=0;TL0=0; S=(time*1.7)/10; /算出來是mmif(S>=1500)|flag=1) /超出測量圍顯示“-” flag=0; disbuff0=10; /“-” disbuff1=10; /“-”disbuff2=10; /“-” disbuff3=10; /“-”else if(S<=500)|flag=1) disbuff0=S%10000/1000; disbuff1=S%10000%1000/100;

47、disbuff2=S%10000%1000%100/10; disbuff3=S%10000%1000%100%10; LED=LED; fmg=fmg; else LED=0; fmg=1; disbuff0=S%10000/1000; disbuff1=S%10000%1000/100; disbuff2=S%10000%1000%100/10; disbuff3=S%10000%1000%100%10; 4.2.3 報警程序設(shè)計本設(shè)計報警有聲光組合報警，在距離4.3 軟件程序的編譯調(diào)試4.3.1 Keil uVision軟件簡介Keil C51是美國Keil Software公司出品的5

48、1系列兼容單片機C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學易用。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調(diào)試器等在的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境（uVision）將這些部分組合在一起，調(diào)試中使用的版本是uVision4。4.3.2 搭建軟件開發(fā)工作環(huán)境在進行具體編程之前，必須先建立項目，在建立項目過程中設(shè)定軟件工作平臺所用的芯片、項目文件命名以與項目文件在計算機上存放的位置。然后建立程序文件，并把文件添加到項目中，最后才能進行具體的編程。具體步驟如下：1、新建項目通過Project菜單下的New uVis

49、ion Project選項建立項目，如圖4-3所示。圖4-3 新建項目2、項目文件命名與保存在圖4-4中所示的“文件名”位置填寫項目文件名，然后在“保存在”位置選擇項目文件在計算機中的存放位置，最點擊“保存”。圖4-4 項目文件命名與保存3、選擇項目所用芯片保存好項目文件后，Keil軟件會提示你選擇項目所用芯片，如圖4-5所示，在本系統(tǒng)中我們選用的是美國ATMEL公司的AT89S51芯片。圖4-5 選擇項目所用芯片4、建立程序文件項目建立好之后，我們就要建立程序文件。通過“File”菜單中的“New”選項建立一個文件，然后將這個文件保存成程序文件。在本項目中，采用的是C51語言進行程序編寫的，

50、建立的程序文件名為“*.c”，如圖4-6所示。圖4-6 程序文件的保存5、向項目添加程序文件如圖4-7所示，通過鼠標右擊“Source Group1”選擇“Add Files to Group 'Source Group1'”，在彈出對話框中選擇程序文件，如圖4-8所示，然后點擊“Add”，完成添加操作。圖4-7 添加程序文件 圖4-8 選擇程序文件4.3.3 程序編寫與編譯將程序編譯并生成機器碼。在編譯之前需要對項目輸出選項進行設(shè)定，設(shè)定項目在編譯后生成HEX格式機器碼文件。如圖4-9所示，鼠標右擊“Source Group1”選擇“Options for Group 

51、9;Source Group1'”，如圖4-10所示面板選擇“Output”選項卡，并勾選“Create HEX File”。圖4-9 設(shè)定項目“選項”圖4-10 設(shè)定項目生成“HEX”文件設(shè)定好選項之后，通過點擊工具欄上的“Build”按鈕進行編譯，如圖4-11所示，并生成如圖4-12所示的編譯結(jié)果。圖4-11 點擊Build按鈕進行程序編譯圖4-12 編譯結(jié)果第五章 實物制作與系統(tǒng)測試5.1 實物制作5.1.1 PCB板的制作利用Protel99 SE軟件完成系統(tǒng)硬件電路原理圖繪制，繼續(xù)在Protel99SE軟件中生成PCB電路板圖，系統(tǒng)PCB圖如圖5-1所示。圖5-1 系統(tǒng)PCB

52、圖PCB板制作過程中應(yīng)注意對應(yīng)關(guān)系不要出錯，連接線的粗細在不影響導電的前提下，盡量粗些，然后就是注意它們的位置關(guān)系盡量美觀均稱。5.1.2 元器件的安裝與焊接按照電路板上所作的引腳功能和連接標注，進行相關(guān)元器件的安裝與焊接。超聲波發(fā)射和接收采用超聲波換能器TCT40-10F1和TCT40-10S1，中心頻率為40kHz，安裝時應(yīng)保持兩換能器中心軸線平行并相距3至4厘米，其余原件無特殊要求。若能將超聲波接收電路用金屬殼屏蔽起來，則可以提高抗干擾能力。焊接步驟是先焊接各個模塊，焊接完每個模塊以后，再進行模塊的單獨測試，以確保在整個系統(tǒng)焊接完成后能正常工作。首先焊接的是電源模塊，我們主要采用直接方式

53、，但注意電源不能接反，然后開始檢查PCB和電路圖，接下來是單片機最小系統(tǒng)的測試，焊接完以后發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)沒有問題，程序可以正常下載，然后是超聲波發(fā)送模塊的焊接，焊接完通電測試，將測試結(jié)果與測算出來的結(jié)果進行比較，從中尋找問題在分析出問題的原因。制作好的實物如圖5-2所示。圖5-2 實物圖5.3 系統(tǒng)測試硬件電路制作完畢后，便可將編譯好的可執(zhí)行文件下載到單片機試運行。根據(jù)實際情況修改超聲波發(fā)生子程序每次發(fā)送的脈沖寬度和兩次測量的間隔時間，以適應(yīng)不同距離的測量需要。系統(tǒng)調(diào)試完成后應(yīng)對測量誤差和重復一致性進行多次實驗分析，不斷優(yōu)化系統(tǒng)使其達到實際使用的測量要求。用本裝置測量30cm時，裝置實際測量距離如圖5-3所示，誤差為：用本裝