基于超聲波檢測的倒車?yán)走_(dá)的設(shè)計(jì)

1、 基于超聲波檢測的倒車?yán)走_(dá)的設(shè)計(jì)院 系 技術(shù)工程系專 業(yè) 應(yīng)用電子技術(shù)班 級 12電子班分 組第二組 成 員穆晶晶、高躍峰、榮超、李國指導(dǎo)教師 姚志光負(fù)責(zé)教師 姚志光2014年 月 日沈陽航空工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）目 錄第1章 緒論11.1本課題的主要任務(wù)及內(nèi)容11.2本課題的任務(wù)分析與實(shí)現(xiàn)21.3本論文的主要內(nèi)容安排3第2章 超聲波測距的基本原理42.1超聲波簡介42.2 超聲波測距原理4第3章 倒車?yán)走_(dá)的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)63.1超聲波發(fā)射電路設(shè)計(jì)63.2超聲波接收電路設(shè)計(jì)73.3單片機(jī)系統(tǒng)電路93.3.1單片機(jī)的選擇93.3.2單片機(jī)外圍電路的設(shè)計(jì)113.3.3顯示電路的設(shè)計(jì)133.3.4

2、報(bào)警電路的設(shè)計(jì)14第4章 倒車?yán)走_(dá)的軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)154.1倒車?yán)走_(dá)的軟件設(shè)計(jì)方案154.2主程序設(shè)計(jì)164.3時差測量子程序174.4顯示子程序174.5報(bào)警子程序18第5章 系統(tǒng)調(diào)試與分析205.1調(diào)試分析的一般過程205.2硬件調(diào)試205.3軟件調(diào)試215.4汽車倒車?yán)走_(dá)的系統(tǒng)調(diào)試215.5調(diào)試故障及原因分析225.6測試結(jié)果分析22附錄 汽車倒車?yán)走_(dá)硬件系統(tǒng)原理圖23附錄 汽車倒車?yán)走_(dá)元器件清單24-II-沈陽航空工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-I-沈陽航空工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第1章 緒論1.1本課題的主要任務(wù)及內(nèi)容本課題的設(shè)計(jì)采用超聲波檢測和單片機(jī)系統(tǒng)的汽車倒車?yán)走_(dá)。該倒車障礙檢測系統(tǒng)所

3、采用的超聲波傳感器技術(shù)探測附近的障礙物，為駕駛員提供倒車警告和輔助泊車功能。其原理是利用超聲波探測倒車路徑上或附近存在的障礙物，并及時發(fā)出警告。所設(shè)計(jì)的檢測系統(tǒng)可以同時提供聲光并茂的聽覺和視覺警告，當(dāng)汽車與障礙物不同距離時，發(fā)出不同的報(bào)警聲，提醒駕駛員以不同的車速倒車或及時停車。該設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)：(1) 超聲波探測距離不小于1米。(2) 實(shí)時顯示、LED顯示車與障礙物的距離值：XXX厘米。(3) 汽車與障礙物不同距離時，發(fā)出不同的警報(bào)聲。基于此任務(wù)，本課題中選擇了超聲波發(fā)射驅(qū)動電路驅(qū)動超聲波換能器T40-16產(chǎn)生40KHz的超聲波信號。并通過超聲波接收探頭接收被發(fā)射的超聲波信號，通過接收電路進(jìn)行

4、調(diào)理，得到一個低電平的電壓信號傳入單片機(jī)中。其內(nèi)容主要分為軟件和硬件兩部分。在遵循軟硬件相結(jié)合的原則下，先熟悉軟件環(huán)境，然后進(jìn)行硬件電路設(shè)計(jì)，再根據(jù)設(shè)計(jì)的硬件進(jìn)行軟件編程，進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，并對各模塊進(jìn)行調(diào)試，再焊接電路板，最后軟硬件進(jìn)行聯(lián)合調(diào)試和故障的排除。1.2本課題的任務(wù)分析與實(shí)現(xiàn)針對本課題基于超聲波檢測的倒車?yán)走_(dá)的設(shè)計(jì)的任務(wù)，進(jìn)行分析得到：通過單片機(jī)控制超聲波發(fā)生驅(qū)動電路，驅(qū)動超聲波換能器發(fā)射超聲波，并啟動單片機(jī)內(nèi)部計(jì)時器開始計(jì)時，當(dāng)超聲波被接收探頭所接收后，單片機(jī)的定時器就停止計(jì)時，通過計(jì)算，把計(jì)算的距離值顯示在LED上。其中對特定設(shè)置的距離進(jìn)行聲光報(bào)警。要求達(dá)到的各項(xiàng)指標(biāo)及實(shí)現(xiàn)方法如

5、下：(1) 超聲波信號的產(chǎn)生。實(shí)現(xiàn)：利用單片機(jī)超聲波發(fā)生電路產(chǎn)生40KHz的脈沖信號，來驅(qū)動超聲波換能器發(fā)出超聲波信號。(2) 超聲波信號的接收，以及超聲波被接收電路接收到以后會產(chǎn)生低電平電壓信號。實(shí)現(xiàn)：利用超聲波接收電路中的CX20106A芯片，接收到超聲波信號，它的7引腳會輸出低電平。(3) 測距的實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)：利用單片機(jī)內(nèi)部定時器和中斷來實(shí)現(xiàn)。(4) 對數(shù)據(jù)的處理，要求用LED顯示。實(shí)現(xiàn)：利用軟件編程實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能。(5) 不同距離的聲光報(bào)警。實(shí)現(xiàn)：利用軟件編程來實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能。1.3本論文的主要內(nèi)容安排本文主要介紹了汽車倒車?yán)走_(dá)的設(shè)計(jì)思想、電路原理、方案論證以及元器件的選擇等內(nèi)容，整體上分為

6、硬件部分設(shè)計(jì)和軟件部分設(shè)計(jì)。本次設(shè)計(jì)的內(nèi)容安排可以分為三部分：第一部分是硬件設(shè)計(jì)，包括方案的設(shè)計(jì)、元器件的選擇等。具體的硬件電路包括超聲波發(fā)射電路、超聲波接收電路以及89C52單片機(jī)的外圍電路。在實(shí)驗(yàn)板上每一個硬件電路焊接完成后，每一部分單獨(dú)調(diào)試，在各個部分調(diào)試成功后，聯(lián)調(diào)整個硬件電路，最后做出分析，得出結(jié)論。第二部分是軟件設(shè)計(jì)，軟件采用匯編語言編寫，軟件設(shè)計(jì)的思想主要是自頂向下，模塊化設(shè)計(jì)，各個子模塊逐一設(shè)計(jì)，分別再進(jìn)行調(diào)試，最后的聯(lián)調(diào)整個程序，判斷是否達(dá)到預(yù)期的要求，做出結(jié)論。第三部分在軟硬件模塊調(diào)試都成功的前提下，進(jìn)行硬、軟件聯(lián)調(diào)，這是整個設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，也是設(shè)計(jì)的難點(diǎn)所在。論文具體內(nèi)容安排

7、如下：第1章扼要介紹了該課題的產(chǎn)生背景、主要任務(wù)及內(nèi)容、任務(wù)的分析與實(shí)現(xiàn)、論文的主要內(nèi)容安排；第2章主要介紹的是超聲波測距的基本原理；第3章具體介紹了倒車?yán)走_(dá)的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)，包括超聲波發(fā)射電路、超聲波接收電路以及89C52單片機(jī)的外圍電路的設(shè)計(jì)；第4章闡述了該倒車?yán)走_(dá)的軟件設(shè)計(jì)，包括主程序的設(shè)計(jì)、顯示子程序的設(shè)計(jì)、中斷子程序的設(shè)計(jì)、報(bào)警子程序的設(shè)計(jì)；第5章則針對硬件調(diào)試、軟件調(diào)試和整機(jī)聯(lián)調(diào)的過程和結(jié)果進(jìn)行了具體說明與分析，并對測試結(jié)果也做出了分析。第2章 超聲波測距的基本原理2.1超聲波簡介超聲波頻率大于等于20KHz，診斷超聲波頻率一般范圍在 0.5-80MHz ，其中 3-10MHz 最常

8、用。超聲波可由多種物理能量轉(zhuǎn)變而成，需經(jīng)過換能器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。目前最常用的換能器是壓電陶瓷即壓電晶體，在交變電場的作用中產(chǎn)生厚度的交替改變即聲振動：當(dāng)電場交變頻率與壓電晶體的固有頻率一致時，換能器的電轉(zhuǎn)換效率最高，即晶體的振幅最大 。 壓電晶體常具有兩種可逆的能量轉(zhuǎn)變效應(yīng)：由電能轉(zhuǎn)變?yōu)槁暷軙r稱逆壓電效應(yīng)；相反，由聲波的壓力變化傳至壓電晶體后其兩端的電極隨聲波的壓縮（壓力）與張弛（負(fù)壓）發(fā)生正負(fù)電位交替變化，稱正壓電效應(yīng)。在逆壓電效應(yīng)中壓電晶體成為超聲發(fā)生器；在正壓電效應(yīng)中壓電晶體成為回聲接收器。超聲波具有方向性好，穿透能力強(qiáng)，易于獲得較集中的聲能，在水中傳播距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)?？捎糜跍y距、測速、清洗、焊

9、接、碎石等2.2 超聲波測距原理圖2.1示意了超聲波倒車?yán)走_(dá)測距的原理，即超聲波發(fā)生器T在某一時刻發(fā)出一個超聲波信號，當(dāng)這個超聲波遇到被測物體后反射回來，就被超聲波接收器R所接收到。這樣只要計(jì)算出從發(fā)出超聲波信號到接收到返回信號所用的時間，就可算出超聲波發(fā)生器與反射物體的距離。距離的計(jì)算公式為：d=s/2=(c×t)/2 （2-1）其中d為被測物與測距器的距離，s為聲波的來回的路程，c為聲速，t為聲波來回所用的時間。dTR圖2.1 超聲波測距原理圖第3章 倒車?yán)走_(dá)的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)汽車倒車?yán)走_(dá)是由超聲波發(fā)射電路、超聲波接收電路和單片機(jī)系統(tǒng)電路構(gòu)成的。單片機(jī)系統(tǒng)電路又包括顯示電路和報(bào)警電路

10、等。汽車倒車?yán)走_(dá)其核心就是一個超聲波測距器。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，倒車過程中對距離的測量，可通過超聲波發(fā)射裝置向車后方發(fā)送超聲波，再對經(jīng)障礙物反射回來的超聲波進(jìn)行接收，在發(fā)送超聲波的同時，單片機(jī)的計(jì)時器開始計(jì)時，接收經(jīng)障礙物返回的超聲波時計(jì)時停止，從而計(jì)算出超聲波發(fā)送和被接收之間的時間，我們又知道超聲波在一定溫度下在空氣中傳播的速度，就能求出汽車與障礙物之間的距離。本設(shè)計(jì)采用壓電式超聲波換能器，壓電式超聲波換能器是利用壓電晶體的諧振來工作的。超聲波換能器有兩個壓電晶片和一個共振板，當(dāng)它的兩極外加脈沖信號，其頻率等于壓電晶片的固有頻率時，壓電晶片將會發(fā)生共振，并帶動共振板產(chǎn)生超聲波，這時它就是一個超聲波

11、發(fā)生器；反之，如果兩電極間沒有外加電壓，當(dāng)共振板接收到超聲波時，將壓迫壓電晶片作振動，使機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電信號，這時就成為超聲波接收換能器了。超聲波發(fā)射換能器與接收換能器結(jié)構(gòu)上稍有不同，使用時應(yīng)分清器件上的標(biāo)志。倒車?yán)走_(dá)的系統(tǒng)框圖如圖3.1所示。單片機(jī)系統(tǒng)超聲波發(fā)送聲光報(bào)警超聲波接收LED顯示圖3.1倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)框圖3.1超聲波發(fā)射電路設(shè)計(jì)超聲波發(fā)射電路原理圖如圖3.2所示。發(fā)射電路主要由反向器74LS04和超聲波發(fā)射換能器T構(gòu)成，單片機(jī)P1. 0端口輸出的40 KHz方波信號一路經(jīng)一級反向器后送到超聲波換能器的一個電極，另一路經(jīng)兩級反向器后進(jìn)到超聲波換能器的另一個電極。用這種方式將方波信號加到超

12、聲波換能器兩端，可以提高超聲波的發(fā)射強(qiáng)度。輸出端采用兩個反向器并聯(lián)，用以提高驅(qū)動能力。上拉電阻R1、R2，一方面可以提高反向器74LS04輸出高電平的驅(qū)動能力，另一方面可以增加超聲換能器的阻尼效果，縮短其自由振蕩的時間。圖3.2 超聲波發(fā)射電路3.2超聲波接收電路設(shè)計(jì)集成電路CX20106A是一款紅外線檢波接收的專用芯片，常用于電視機(jī)紅外遙控接收器?？紤]到紅外遙控常用的載波頻率38 KHz與測距的超聲波頻率40KHz較為接近，可以利用它制作超聲波檢測接收電路。實(shí)驗(yàn)證明用CX20106A接收超聲波(無信號時輸出高電平)，具有很高的靈敏度和較強(qiáng)的抗干擾能力。圖3.3 超聲波接收電路CX20106A

13、的引腳注釋：l腳：超聲波信號輸入端，該腳的輸入阻抗約為40K。2腳：該腳與GND之間連接RC串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，它們是負(fù)反饋串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的一個組成部分，改變它們的數(shù)值能改變前置放大器的增益和頻率特性。增大電阻R或減小C，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。但C的改變會影響到頻率特性，一般在實(shí)際使用中不必改動，推薦選用參數(shù)為R=4.7，C=3.3F。3腳：該腳與GND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大，易造成誤動作，推薦參數(shù)為3.3F。4腳：接地端。5腳：該腳與電源端VCC接入一個電阻，用以設(shè)置帶通濾波

14、器的中心頻率f 0，阻值越大，中心頻率越低。例如，取R=200K時，f n42KHz，若取R=220K，則中心頻率f038KHz。6腳： 該腳與GND之間接入一個積分電容，標(biāo)準(zhǔn)值為330pF，如果該電容取得太大，會使探測距離變短。7腳：遙控命令輸出端，它是集電極開路的輸出方式，因此該引腳必須接上一個上拉電阻到電源端，該電阻推薦阻值為220K，沒有接收信號時該端輸出為高電平，有信號時則會下降。8腳： 電源正極，4.5V5V。 3.3單片機(jī)系統(tǒng)電路3.3.1單片機(jī)的選擇單片機(jī)自從問世以來，它一直是工業(yè)檢測、控制應(yīng)用的主角。市場上常用的單片機(jī)有Intel公司的MCS-51系列，日本松下公司的MN68

15、00系列等。其中，MCS-51由于單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)具有體積小，可靠性高，功能強(qiáng)，價格低等特點(diǎn)，很容易形成產(chǎn)品而更受青睞。89C52是由北京集成電路中心（BIDC）設(shè)計(jì)，由美國的Atmel公司生產(chǎn)八位單片機(jī)。它是一種低功耗高性能的具有8K字節(jié)可電氣燒錄及可擦除的程序ROM的八位CMOS單片機(jī)。該器件是用高密度、非易丟失存儲技術(shù)制造并且與國際工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)80C51單片機(jī)指令系統(tǒng)和引腳完全兼容。圖3.4 89C52管腳圖從使用方便與簡化電路以及其性價比等角度來考慮，89C52比較合適的。本系統(tǒng)采用CPU為89C52的單片機(jī)，89C52本身帶有8K的內(nèi)存儲器，可以在編程器上實(shí)現(xiàn)閃爍式的電擦寫達(dá)幾萬次以上，比

16、以往慣用的8031CPU外加EPROM為核心的單片機(jī)系統(tǒng)在硬件上具有更加簡單、方便等優(yōu)點(diǎn)，而且完全兼容MCS-51系列單片機(jī)的所有功能。89C52管腳圖如圖3.4所示。下面介紹89C52的主要管腳功能如下：VCC（40）：電源+5V；VSS（20）：接地；P0口（32-39）：雙向I/O口，既可作低8位地址和8位數(shù)據(jù)總線使用，也可作普通I/O口；P3口（10-17）：多用途端口，既可作普通I/O口，也可按每位定義的第二功能操作；P2口（21-28）：既可作高8位地址總線，也可作普通I/O口；P1口（1-8）： 準(zhǔn)雙向通用I/O口；RST（9）：復(fù)位信號輸入端；ALE/PROG：地址鎖存信號輸出

17、端；PSEN：內(nèi)外程序存儲器選擇線；XTAL1（19）和XTAL2（18）：外接石英晶體振蕩器。由于本課題的需要用到單片機(jī)內(nèi)部的計(jì)數(shù)器和定時器，所以在這里有必要介紹定時器/計(jì)數(shù)器的工作原理。首先，先看看定時器/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)圖：圖3.5 定時器/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)原理圖從上面定時器/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)圖中可以看出，16位的定時/計(jì)數(shù)器分別由兩個8位專用寄存器組成，即：T0由TH0和TL0構(gòu)成；T1由TH1和TL1構(gòu)成。其訪問地址依次為8AH-8DH。每個寄存器均可單獨(dú)訪問。這些寄存器是用于存放定時或計(jì)數(shù)初值的。此外，其內(nèi)部還有一個8位的定時器方式寄存器TMOD和一個8位的定時控制寄存器TCON。這些寄存器之

18、間是通過內(nèi)部總線和控制邏輯電路連接起來的。TMOD主要是用于選定定時器的工作方式；TCON主要是用于控制定時器的啟動停止，此外TCON還可以保存T0、T1的溢出和中斷標(biāo)志。當(dāng)定時器工作在計(jì)數(shù)方式時，外部事件通過引腳T0（P3.4）或T1（P3.5）輸入。當(dāng)定時器/計(jì)數(shù)器為計(jì)數(shù)工作方式時，通過引腳T0和T1對外部信號計(jì)數(shù)，外部脈沖的上升沿將觸發(fā)計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)器在每個機(jī)器周期的S5P2期間采樣引腳輸入電平。若一個機(jī)器周期采樣值為0，下一個機(jī)器周期采樣值為1，則計(jì)數(shù)器加1。此后的機(jī)器周期S3P1期間，新的計(jì)數(shù)值裝入計(jì)數(shù)器。所以檢測一個由0至1的跳變需要兩個機(jī)器周期，由于本課題所利用的是計(jì)數(shù)器T0、定時器

19、T1，并且是工作在工作方式1。所以以下重點(diǎn)介紹工作方式1的特點(diǎn)。工作方式1是16位的計(jì)數(shù)器，由TLX作為高8位和THX作為低八位由于計(jì)數(shù)器為16位，其計(jì)數(shù)范圍最大。當(dāng)啟動TX前，TLX和THX裝入計(jì)數(shù)初值，當(dāng)TLX計(jì)滿后，向THX進(jìn)位，當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)達(dá)到0FFFF后，再計(jì)一個數(shù)，則計(jì)數(shù)器產(chǎn)生溢出中斷，向CPU請求中斷，在中斷程序時THX和TLX需重新裝入初值，以便中斷返回后重新開始計(jì)數(shù)。所以，工作方式1是一種需重裝初值的計(jì)數(shù)器。由于這種方式，計(jì)數(shù)范圍大，所以在計(jì)較大數(shù)據(jù)時可采用這種工作方式。鑒于本課題的實(shí)際情況在此課題T0用來計(jì)時，當(dāng)INT0引腳出現(xiàn)低電平時，立即進(jìn)入中斷函數(shù)。進(jìn)入中斷后就立即關(guān)

20、閉計(jì)時器T0停止計(jì)時，可以用來實(shí)現(xiàn)等待計(jì)時功能。3.3.2單片機(jī)外圍電路的設(shè)計(jì)由單片機(jī)硬件設(shè)計(jì)原理可知：（1）盡可能采用功能強(qiáng)的芯片，以簡化電路；（2）留有余地，在設(shè)計(jì)硬件電路時，要考慮到將來修改、擴(kuò)展的方便。1. 時鐘電路89C52的時鐘可以兩種方式產(chǎn)生，一種是內(nèi)部方式，利用芯片內(nèi)部的振蕩電路；另一種方式為外部方式。本系統(tǒng)采用內(nèi)部時鐘電路。下面介紹內(nèi)部時鐘方式。內(nèi)部有一個用于構(gòu)成震蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成一個自激振蕩器。圖3.6是89C52片內(nèi)振蕩器電路。89C52雖然有內(nèi)部振蕩電

21、路，但要形成時鐘，必須外接元件，圖3.7是內(nèi)部時鐘方式的電路。外接晶體（在頻率穩(wěn)定性不高，而盡可能要求廉價時，可選用陶瓷諧振器）以及電容CX1和CX2構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反饋回路中。對外接電容的值雖然沒有嚴(yán)格的要求，但電容的大小會影響振蕩頻率的高低，振蕩器的穩(wěn)定性，起振的快速性和溫度的穩(wěn)定性。晶體可在1.2MHz12MHz之間任選，電容CX1和CX2的典型值在20pF100pF之間選擇，但在60pF70pF時振蕩器有較高的頻率穩(wěn)定性。典型值通常選擇為30pF左右。外接陶瓷諧振器時，CX1和CX2的典型值約為47pF。在設(shè)計(jì)印刷電路板時，晶體或陶瓷振蕩器和電容應(yīng)盡可能安裝得與單片機(jī)芯片

22、靠近，以減少寄生電容，更好地保證振蕩器穩(wěn)定和可靠地工作。為了提高溫度穩(wěn)定性，應(yīng)采用溫度穩(wěn)定性能好的NPO高頻電容。圖3.6 89C52片內(nèi)振蕩器電路圖 圖3.7內(nèi)部時鐘方式的電路圖2. 復(fù)位電路89C52的復(fù)位輸入引腳RET（即RESET）為89C52提供了初始化的手段。有了它可以使程序從指定處開始執(zhí)行，即從程序存儲器中的0000H地址單元開始執(zhí)行程序。在89C52的時鐘電路工作后，只要在RET引腳上出現(xiàn)兩個機(jī)器周期以上的高電平時，單片機(jī)內(nèi)部則初始復(fù)位。只要RET保持高電平，則89C52循環(huán)復(fù)位。只有當(dāng)RET由高電平變成低電平以后，89C52才從0000H地址開始執(zhí)行程序。本系統(tǒng)的復(fù)位電路是采

23、用按鍵復(fù)位的電路，如圖3.8所示，是常用復(fù)位電路之一。當(dāng)89C52的ALE及PSEN兩引腳輸出高電平，RET引腳高電平到時，單片機(jī)復(fù)位。通過按動按鈕產(chǎn)生高電平復(fù)位稱手動復(fù)位。上電時，剛接通電源，電容C相當(dāng)于瞬間短路，+5V立即加到RET/VPD端，該高電平使89C52全機(jī)自動復(fù)位，這就是上電復(fù)位；若運(yùn)行過程中需要程序從頭執(zhí)行，只需按動按鈕即可。按下按鈕，則直接把+5V加到了RET/VPD端從而復(fù)位稱為手動復(fù)位。復(fù)位后，P0到P3并行I/O口全為高電平，其它寄存器全部清零，只有SBUF寄存器狀態(tài)不確定。圖3.8 按鍵電平復(fù)位電路3. 雙向總線驅(qū)動器74LS24574LS245是我們常用的芯片，用

24、來驅(qū)動LED或者其他的設(shè)備，它是8路同相三態(tài)雙向總線收發(fā)器，可雙向傳輸數(shù)據(jù)。74LS245還具有雙向三態(tài)功能，既可以輸出，也可以輸入數(shù)據(jù)。當(dāng)片選端/CE低電平有效時，DIR=“0”，信號由 B 向 A 傳輸； DIR=“1”，信號由 A 向 B 傳輸；當(dāng)/CE為高電平時，A、B均為高阻態(tài)。圖3.9 74LS245引腳圖3.3.3顯示電路的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中采用LED共陰極4封裝型顯示器顯示。LED顯示器是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)常用的輸出器件。它是由若干個發(fā)光二極管組成，當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時，相應(yīng)的一個點(diǎn)或一個筆畫點(diǎn)亮。控制不同的組合的二極管導(dǎo)通就能顯示出各種字符。共陰極顯示器的發(fā)光二極管的陰極連接在一起，當(dāng)公

25、共陰極接地時，當(dāng)某個發(fā)光二極管的陽極陰極接高電平時，發(fā)光二極管被點(diǎn)亮，相應(yīng)的段被顯示。通常將控制發(fā)光二極管發(fā)光的8位字節(jié)數(shù)據(jù)編碼稱為LED顯示的段選碼，要構(gòu)成多位LED顯示時，除需要段選線外，還需要位選線，以確定段選碼對應(yīng)的顯示位，位選線控制第幾個LED顯示，段選線則控制顯示字形。 本設(shè)計(jì)采用一個4位LED動態(tài)顯示，在位選線和段選線的共同作用下，可以使顯示器顯示各自的字符，當(dāng)然這些字符不是同時顯示的，但由于人眼存在視覺暫留，加上發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，由于掃描的速度足夠快，每位顯示的間隔時間足夠短，就可以給人同時顯示的感覺，而不會有閃爍感。猶如同時顯示一樣。段選碼用74LS245來驅(qū)動。通過軟件

26、編程，先把所要顯示的數(shù)據(jù)放入存儲單元，然后把數(shù)據(jù)送入段選通對應(yīng)的地址，再選通某一個LED，逐步完成4個LED的顯示。單片機(jī)采用89C51或其兼容系列。采用12MHz高精度的晶振，以獲得較穩(wěn)定的時鐘頻率，減小測量誤差。單片機(jī)用P1.0端口輸出超聲波換能器所需的40KHz方波信號，利用外中斷0口監(jiān)測超聲波接收電路輸出的返回信號。顯示電路采用簡單實(shí)用的4位共陰LED數(shù)碼管，段碼用74LS245驅(qū)動。單片機(jī)系統(tǒng)及顯示電路如圖3.10所示。圖3.10 顯示電路3.3.4 報(bào)警電路的設(shè)計(jì)圖3.11示是蜂鳴器報(bào)警電路圖，三極管9012驅(qū)動蜂鳴器，電阻R31是起限制電流的作用，。當(dāng)P1.1輸出低電平時，蜂鳴器

27、處于工作狀態(tài)，發(fā)出報(bào)警聲。圖3.11 蜂鳴器報(bào)警電路圖第4章 倒車?yán)走_(dá)的軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)研制一臺智能儀器是一個復(fù)雜的過程，這一過程包括分析儀表的功能要求和擬定總體設(shè)計(jì)方案，確定硬件結(jié)構(gòu)和軟件算法，研制邏輯電路和編制程序，以及儀表的調(diào)試和性能的測試等等。軟件的設(shè)計(jì)應(yīng)遵循結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)原則，在總體概況設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行具體的詳細(xì)設(shè)計(jì)，功能分解，模塊劃分，細(xì)化軟件層次，優(yōu)化軟件結(jié)構(gòu)，以達(dá)到模塊功能的獨(dú)立性，執(zhí)行的高效性?？傊?，設(shè)計(jì)的程序應(yīng)該達(dá)到可讀性、可理解性、可維護(hù)性、有效性、可修改性。4.1倒車?yán)走_(dá)的軟件設(shè)計(jì)方案在單片機(jī)系統(tǒng)的程序的設(shè)計(jì)開發(fā)中，單片機(jī)就如同整個系統(tǒng)的交通中樞，而程序就是組成交通中樞的條條大

28、道，各個部分的模塊化的程序就是整個系統(tǒng)的組成成份。軟件編寫的好壞，語句運(yùn)用的是否簡潔直接關(guān)系單片機(jī)的工作效率。在各個模塊化的程序中盡量用最少的語句做最多的事情，不讓語句出現(xiàn)歧義，這樣就可以使整個程序可以在系統(tǒng)中更好的運(yùn)行，使單片機(jī)工作效率大大的提高。下面就對本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的軟件部分作些介紹。子程序包括：中斷子程序、顯示子程序、延時子程序、距離計(jì)算子程序、報(bào)警子程序。由于要實(shí)現(xiàn)很多功能，所以采用模塊化設(shè)計(jì)，下面就其主要部分分別分析。中斷子程序是將T1中斷，發(fā)生超聲波信號，同時啟動T0進(jìn)行計(jì)數(shù)。超聲波信號發(fā)送完畢后，調(diào)用延時程序，避開發(fā)射后的超聲波信號直接被接收電路所接收。然后開啟接收回波中斷。顯示

29、子程序是將數(shù)據(jù)處理的結(jié)果送顯示器顯示。延時子程序是實(shí)現(xiàn)所需功能的選擇。距離計(jì)算子程序是將單片機(jī)定時器計(jì)入的時間與超聲波傳播的速度相乘，就得到要送顯示的距離值。4.2主程序設(shè)計(jì)主程序首先是對系統(tǒng)環(huán)境初始化，設(shè)置定時器T0工作模式為16位定時計(jì)數(shù)器模式，置位總中斷允許位EA并給顯示端口P0和P2清0。然后調(diào)用超聲波發(fā)生子程序送出一個超聲波脈沖，為了避免超聲波從發(fā)射器直接傳送到接收器引起的直射波觸發(fā)，需要延時約0. l ms(這也就是超聲波測距器會有一個最小可測距離的原因)后，才打開外中斷0接收返回的超聲波信號。由于采用的是12MHz的晶振，計(jì)數(shù)器每計(jì)一個數(shù)就是1s，當(dāng)主程序檢測到接收成功的標(biāo)志位后

30、，將計(jì)數(shù)器T0中的數(shù)(即超聲波來回所用的時間)按式(41)計(jì)算，即可得被測物體與測距器之間的距離，設(shè)計(jì)時取20時的聲速為344ms則有：D=(c×t)2=172TO10 000 cm (4-1) 其中TO為計(jì)數(shù)器T0的計(jì)數(shù)值。測出距離后結(jié)果將以十進(jìn)制BCD碼方式送往LED顯示，然后再發(fā)超聲波脈沖重復(fù)測量過程。圖4.1為主程序流程圖。單片機(jī)初始化發(fā)送超聲波脈沖開始時差測量子程序距離計(jì)算子程序定時中斷子程序報(bào)警子程序顯示距離NY有回波嗎？圖4.1 主程序流程圖4.3時差測量子程序超聲波發(fā)生子程序的作用是通過P1. 0端口發(fā)送2個左右超聲波脈沖信號(頻率約40KHz的方波)，脈沖寬度為12

31、s左右，同時把計(jì)數(shù)器T0打開進(jìn)行計(jì)時。超聲波發(fā)生子程序較簡單，但要求程序運(yùn)行時間準(zhǔn)確，所以采用匯編語言編程。 超聲波倒車?yán)走_(dá)主程序利用外中斷0檢測返回超聲波信號，一旦接收到返回超聲波信號(即INT0引腳出現(xiàn)低電平)，立即進(jìn)入中斷程序。進(jìn)入該中斷后就立即關(guān)閉計(jì)時器T0停止計(jì)時，并將測距成功標(biāo)志字賦值1。如果當(dāng)計(jì)時器溢出時還未檢測到超聲波返回信號，則定時器T0溢出中斷將外中斷0關(guān)閉，并將測距成功標(biāo)志宇賦值2以表示本次測距不成功。定時中斷入口開始定時器初始化發(fā)射超聲波返回停止發(fā)射NY外中斷入口開始關(guān)外部中斷讀取時間值返回結(jié)果輸出開外部中斷是否發(fā)射完畢圖4.2 超聲波發(fā)送子程序流程圖 圖4.3 時差測

32、量子程序流程圖4.4顯示子程序數(shù)據(jù)處理完后，顯示子程序開始工作，由于LED顯示為段碼的顯示，所以處理后的十進(jìn)制數(shù)要首先取段碼，然后送顯示單元。本設(shè)計(jì)的顯緩單元為40H-43H，采用一個四位LED顯示，先把要顯示的數(shù)據(jù)存入顯緩單元，然后取段碼，再把段碼送到指定的位上，用R5進(jìn)行位的選擇，顯示程序流程圖如圖4.4所示。R1:顯示緩沖區(qū)R5:最左位選碼查表取斷碼位碼送P2口斷碼送P0口開始延時1ms4位顯示完畢？返回R1+1R5-1NY圖4.4 顯示程序流程圖4.5報(bào)警子程序當(dāng)汽車與障礙物之間距離為2m時，進(jìn)入報(bào)警1；當(dāng)汽車與障礙物距離為0.51m時，進(jìn)入報(bào)警2。報(bào)警程序流程圖如圖4.5所示。開始返

33、回等于200？小于50？小于100？報(bào)警1報(bào)警2YN圖4.5 報(bào)警程序流程圖第5章 系統(tǒng)調(diào)試與分析系統(tǒng)的硬件、軟件獨(dú)調(diào)和系統(tǒng)調(diào)試是系統(tǒng)最后的步驟也是系統(tǒng)特別重要的環(huán)節(jié)，因?yàn)樵O(shè)計(jì)和開發(fā)出的系統(tǒng)是否成功，功能是否完善只有在這里才能顯現(xiàn)出來。所以為了保證設(shè)計(jì)系統(tǒng)能夠正常工作，必須對軟件和硬件部分的每一個部分進(jìn)行調(diào)試和分析。本章詳細(xì)的介紹了汽車倒車?yán)走_(dá)的硬件調(diào)試、軟件調(diào)試和軟硬聯(lián)調(diào)的過程，并對調(diào)試結(jié)果進(jìn)行了介紹和分析。5.1調(diào)試分析的一般過程本次畢業(yè)設(shè)計(jì)采用的仿真系統(tǒng)是由南京偉福實(shí)業(yè)有限公司開發(fā)的偉福仿真器進(jìn)行軟件調(diào)試的，此系統(tǒng)可以開發(fā)應(yīng)用軟件，以及對硬件電路進(jìn)行診斷、調(diào)試等。它的具體功能是可以進(jìn)行C

34、PU仿真，可以單步、跟蹤、斷點(diǎn)和全速運(yùn)行，而且，程序的編譯過程中，可以對設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行自診斷，并自動給出故障原因。同時用戶調(diào)試程序時，可以通過窗口觀察寄存器的工作狀況，以便及時發(fā)現(xiàn)和排除編程中可能出現(xiàn)的錯誤?？梢钥闯?，該仿真系統(tǒng)是款功能強(qiáng)大，實(shí)用性強(qiáng)的仿真系統(tǒng)。調(diào)試與分析的過程一般包括電路原理的調(diào)試、程序的調(diào)試及它們的聯(lián)機(jī)調(diào)試過程。一旦系統(tǒng)的工作總框圖確定之后，電路原理圖和程序的設(shè)計(jì)工作就可以齊頭并進(jìn)。硬件電路的調(diào)試可以先采用某種信號作為激勵，然后通過檢查電路能否得到預(yù)期的響應(yīng)來驗(yàn)證電路是否正常。通常采用的方法是通過編制一些小的調(diào)試程序分別對相應(yīng)各硬件單元電路的功能進(jìn)行檢查，而整個系統(tǒng)硬件功能必

35、須在硬件和軟件設(shè)計(jì)完成之后才能進(jìn)行。軟件程序也是先按模塊分別調(diào)試，然后再連接起來進(jìn)行總調(diào)。它只有在相應(yīng)的硬件系統(tǒng)中調(diào)試，才能最后證明其正確性。5.2硬件調(diào)試該課題的硬件電路部分占了整個過程很大的比例。單片機(jī)的外圍電路、傳感器電路是本次設(shè)計(jì)的主要硬件電路。下面主要介紹傳感器電路、顯示電路在本次設(shè)計(jì)調(diào)試的方法與過程。通過示波器檢測單片機(jī)P1.0端口輸出的信號是否為超聲波換能器所需的40 KHz方波信號，經(jīng)過對P1.0端口的檢測，該端口的輸出信號滿足設(shè)計(jì)要求。當(dāng)焊接好顯示電路之后，先對硬件一些明顯錯誤進(jìn)行排查，首先在集成電路器件未插入電路板之前，用萬用表仔細(xì)檢查線路，查看連線是否連接正常，防止電源短

36、路。檢查系統(tǒng)的總線是否存在相互之間短路或于其他信號線的短路，直至線路問題正確無誤。其次對器件進(jìn)行檢查，方法是用面包板逐個檢查器件的邏輯狀態(tài)是否正常，確保器件工作正常。在上述工作完成后，接通電源，看LED顯示的狀態(tài)，如全亮則表示LED顯示正常，否則需要進(jìn)一步排查錯誤。當(dāng)確認(rèn)焊接無誤后，就可以進(jìn)行軟件的檢查。5.3軟件調(diào)試軟件的調(diào)試是利用偉福軟件，模塊化調(diào)試，通過觀察存儲單元數(shù)據(jù)的變化，查找并解決程序的語法和邏輯錯誤，具體的調(diào)試步驟如下：1. 把系統(tǒng)的各個模塊在仿真軟件中逐個調(diào)試，如中斷模塊、顯示模塊、數(shù)據(jù)處理模塊等。2. 對各個需要賦值模塊調(diào)試時，賦入初值，單步調(diào)試，觀察仿真器窗口，看輸出結(jié)果是否為設(shè)計(jì)時想要的結(jié)果。3. 把各個模塊組合起來，全速運(yùn)行，