畢業(yè)論文文章修改部分

1、廣西科技大學(xué)鹿山學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）廣西科技大學(xué)鹿山學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4.2 HC-SR04超聲波測(cè)距模塊在性能上的特點(diǎn)HC-SR04超聲波測(cè)距模塊可提供2cm-400cm的非接觸式距離感測(cè)功能，測(cè)距精度可高達(dá)3mm，模塊包括超聲波發(fā)射器、接收器與控制電路。其基本工作原理：（1）采用IO口TRIG觸發(fā)測(cè)距，給至少10us的高電平信號(hào)；（2）模塊自動(dòng)發(fā)送8個(gè)40khz的方波，自動(dòng)檢測(cè)是否有信號(hào)返回；（3）有信號(hào)返回，通過(guò)IO口ECH0輸出一個(gè)高電平，高電平持續(xù)的時(shí)間就是超聲波從發(fā)射到返回的時(shí)間。測(cè)試距離=（高電平時(shí)間*聲速/340M/S）/2；（4）當(dāng)TRIG從0-1時(shí)，主控制板啟動(dòng)，當(dāng)超時(shí)

2、10ms時(shí)ECH0仍然沒(méi)有出現(xiàn)150us的0信號(hào)，表示沒(méi)有障礙。本模塊性能穩(wěn)定，測(cè)度距離精確，其主要特點(diǎn)：（1）超微型，只相當(dāng)于兩個(gè)發(fā)射，接收頭的面積已經(jīng)沒(méi)法再小了；（2）無(wú)盲區(qū)（10mm內(nèi)成三角形誤差較大，簡(jiǎn)單可以當(dāng)做0處理）；（3）反應(yīng)速度快，10ms的測(cè)量周期，不容易丟失高速目標(biāo)；（4）發(fā)射頭，接收頭緊靠，和被測(cè)目標(biāo)基本成直線關(guān)系；（5）模塊上有LED指示，方便觀察和測(cè)試。4.3 HC-SR04的管腳排列和電氣參數(shù)4.3.1 管腳簡(jiǎn)介HC-SR04的外形及管腳排列如圖4.2所示。（1）VCC為5V電源；（2）GND為地線；（3）TRIG觸發(fā)控制信號(hào)輸入；（4）ECH0回響信號(hào)輸出。VCC

3、TRIGECH0HC-SR04GND 圖4.2外形及管腳排列圖4.3.2 HC-SR04的電氣參數(shù) 電氣參數(shù)如表4.1所示：表4.1 電氣參數(shù)表電氣參數(shù)HC-SR04超聲波模塊工作電壓DC 5V工作電流15mA工作頻率40Hz最遠(yuǎn)射程4m最近射程2cm測(cè)量角度15度輸入觸發(fā)信號(hào)10us的TTL脈沖輸出回響信號(hào)輸出TTL電平信號(hào)，與射程成比例規(guī)格尺寸45*20*15mm4.4超聲波時(shí)序圖圖4.3超聲波時(shí)序圖此時(shí)序圖表明只需提供一個(gè)10us一上脈沖觸發(fā)信號(hào)，該模塊內(nèi)部將發(fā)出8個(gè)40kHz周期電平并檢測(cè)回波。一旦檢測(cè)到右回波信號(hào)則輸出回響信號(hào)?；仨懶盘?hào)的脈沖寬度與所測(cè)的距離成正比。由此通過(guò)發(fā)射信號(hào)到

4、收到的回響信號(hào)時(shí)間間隔可以計(jì)算得到距離。公式：uS/58=厘米或者uS/148=英寸；或是：距離=高電平時(shí)間*聲速（340M/S）/2；建議測(cè)量周期為60ms一上，以防止發(fā)射信號(hào)對(duì)回響信號(hào)的影響。5系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)5.1單片機(jī)最小系統(tǒng)5.1.1 STC89C51芯片本次設(shè)計(jì)我們所采用的是STC89C51單片機(jī)，是一種帶4k字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的低電壓、高性能COMOS8的微處理器，該器件有40引腳，速度較快，價(jià)格便宜，燒錄方便，通過(guò)串口即可下載，還可以實(shí)現(xiàn)在線編程，采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。5.1.2 復(fù)位電路 為確

5、保微機(jī)系統(tǒng)中電路穩(wěn)定可靠工作，復(fù)位電路是必不可少的一部分，復(fù)位電路的基本功能是：系統(tǒng)上電時(shí)提供復(fù)位信號(hào)，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷復(fù)位信號(hào)。為可靠起見(jiàn)，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延遲才撤銷復(fù)位，以防電源開(kāi)關(guān)或電源插頭分-合過(guò)程中引起的抖動(dòng)而影響復(fù)位。當(dāng)單片機(jī)的復(fù)位引腳出現(xiàn)2個(gè)機(jī)器周期以上的高電平時(shí)，單片機(jī)就執(zhí)行復(fù)位操作。如果RST持續(xù)為高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)。所以復(fù)位引腳的電容大一點(diǎn)沒(méi)多大關(guān)系，頂多是復(fù)位時(shí)間長(zhǎng)一點(diǎn)；但如果電容太小，高電平持續(xù)時(shí)間太短，則單片機(jī)無(wú)法正常復(fù)位，就不能工作，電容通常取10UF或22UF，鋁電解電容即可。單片機(jī)的復(fù)位電路在剛接通電時(shí)，剛開(kāi)始電容是沒(méi)有電的，電容內(nèi)的

6、電阻很低，通電后，5V的電源通過(guò)電阻給電解電容進(jìn)行充電，電容兩端的電會(huì)由0V慢慢的升到4V左右（此時(shí)間很短一般小于0.3秒），正因?yàn)檫@樣，復(fù)位腳由低電位升到高電位，引起了內(nèi)部電路的復(fù)位工作；當(dāng)按下復(fù)位鍵時(shí)，電容兩端放電，電容又回到0V了，于是又進(jìn)行了一次復(fù)位工作。電路圖如圖5.1。圖5.1 復(fù)位電路5.1.3 晶振電路它是單片機(jī)系統(tǒng)正常工作的保證，如果振蕩器不起振，系統(tǒng)將會(huì)不能工作。假如振蕩器運(yùn)行不規(guī)律，系統(tǒng)執(zhí)行程序的時(shí)候就會(huì)出現(xiàn)時(shí)間上的誤差，這在通信中會(huì)體現(xiàn)的很明顯：電路將無(wú)法通信。它是由一個(gè)晶振和兩個(gè)瓷片電容組成的，晶振和瓷片電容是沒(méi)有正負(fù)的，兩個(gè)瓷片電容相連的那端一定要接地，如圖5.2所

7、示。圖5.2 晶振電路一般單片機(jī)的晶振工作于并聯(lián)諧振狀態(tài)，也可以理解為諧振電容的一部分。它是根據(jù)晶振廠家提供的晶振要求負(fù)載電容選值的，換句話說(shuō)，晶振的頻率就是在它提供的負(fù)載電容下測(cè)得的，能最大限度的保證頻率值的誤差，也能保證溫漂等誤差。機(jī)器周期:通常從內(nèi)存中讀取一個(gè)指令字的最短時(shí)間來(lái)規(guī)定CPU周期,(也就是計(jì)算機(jī)通過(guò)內(nèi)部或外部總線進(jìn)行一次信息傳輸從而完成一個(gè)或幾個(gè)微操作所需要的時(shí)間),它一般由12個(gè)時(shí)鐘周期組成。而時(shí)鐘周期=1秒/晶振頻率，因此單片機(jī)的機(jī)器周期=12秒/晶振頻率 ，補(bǔ)充其他幾個(gè)周期：指令周期（Instruction Cycle）：取出并執(zhí)行一條指令的時(shí)間?？偩€周期（BUS Cy

8、cle）：也就是一個(gè)訪存儲(chǔ)器或I/O端口操作所用的時(shí)間。 時(shí)鐘周期（Clock Cycle）：又稱節(jié)拍周期，是處理操作的最基本單位。(晶振頻率的倒數(shù)，也稱T狀態(tài)) 指令周期、總線周期和時(shí)鐘周期之間的關(guān)系：一個(gè)指令周期由若干個(gè)總線周期組成，而一個(gè)總線周期時(shí)間又包含有若干個(gè)時(shí)鐘周期。一般處理器的一個(gè)機(jī)器周期由12個(gè)時(shí)鐘周期所組成。所以單片機(jī)用12M晶振，運(yùn)行速度為1M。負(fù)載電容=(Cd*Cg)/(Cd+Cg)+Cic+C6 ，跟晶振特性、單片機(jī)內(nèi)部時(shí)鐘電路等效電容有關(guān)。兩個(gè)電容的取值都是相同的，或者說(shuō)相差不大，如果相差太大，容易造成諧振的不平衡，容易造成停振或者干脆不起振。其起到一個(gè)并聯(lián)協(xié)振的作用

9、，這樣可以讓它的脈沖更平穩(wěn)與協(xié)調(diào)。5.2 驅(qū)動(dòng)顯示電路及報(bào)警電路顯示電路采用LED數(shù)碼管顯示，當(dāng)超過(guò)已設(shè)定的距離時(shí)，蜂鳴器和LED可實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能并可通過(guò)按鍵實(shí)現(xiàn)有限距離的調(diào)整。5.2.1 LED數(shù)碼管顯示電路本電路的顯示模塊主要由一個(gè)4位一體的7段LED數(shù)碼管構(gòu)成，用于顯示測(cè)量到的電壓值。它是一個(gè)共陽(yáng)極的數(shù)碼管，每一位數(shù)碼管的a,b,c,d,e,f,g和dp端都各自連接在一起，用于接收單片機(jī)的P1口產(chǎn)生的顯示段碼。S1，S2，S3，S4引腳端為其位選端，用于接收單片機(jī)的P2口產(chǎn)生的位選碼。本系統(tǒng)采用動(dòng)態(tài)掃描方式。掃描方式是用其接口電路把所有數(shù)碼管的8個(gè)比劃段ag和dp同名端連在一起，而每一個(gè)數(shù)

10、碼管的公共極COM各自獨(dú)立地受I/O線控制。CUP從字段輸出口送出字型碼時(shí)，所有數(shù)碼管接收到相同的字型碼，但究竟是哪個(gè)數(shù)碼管亮，則取決于COM端。COM端與單片機(jī)的I/O接口相連接，由單片機(jī)輸出位位選碼到I/O接口，控制何時(shí)哪一位數(shù)碼管被點(diǎn)亮。在輪流點(diǎn)亮數(shù)碼管的位掃描過(guò)程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間極為短暫。但由于人的視覺(jué)暫留現(xiàn)象，給人的印象就是一組穩(wěn)定顯示的數(shù)碼。動(dòng)態(tài)方式的優(yōu)點(diǎn)是十分明顯的，即耗電省，在動(dòng)態(tài)掃描過(guò)程中，任何時(shí)刻只有一個(gè)數(shù)碼管是處于工作狀態(tài)的。具體原理圖如圖5.3圖5.3 顯示電路5.2.2 蜂鳴器和LED報(bào)警蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、

11、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、報(bào)警器、電子玩具、汽車電子設(shè)備、電話機(jī)、定時(shí)器等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型。壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成。多諧振蕩器由晶體管或集成電路構(gòu)成，當(dāng)接通電源后（1.515V直流工作電壓），多諧振蕩器起振，暑促1.52.5kHz的音頻信號(hào)，阻抗匹配器推動(dòng)壓電蜂鳴片發(fā)聲。電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動(dòng)膜片及外殼組成。接通電源后，振蕩器產(chǎn)生的音頻信號(hào)電流通過(guò)電磁線圈，是電磁線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，振動(dòng)膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性地振動(dòng)發(fā)聲。本設(shè)計(jì)采用電磁式蜂鳴器，當(dāng)距離超出預(yù)設(shè)值時(shí)，蜂鳴器

12、就會(huì)發(fā)出報(bào)警生硬。電磁式蜂鳴器的發(fā)聲原理是電流通過(guò)電磁線圈，是電磁線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)來(lái)驅(qū)動(dòng)振動(dòng)膜發(fā)聲的，因此需要一定的電流才能驅(qū)動(dòng)它，單片機(jī)IO引腳輸出的電流較小，單片機(jī)輸出的TTL電平基本上驅(qū)動(dòng)不了蜂鳴器，因此需要增加一個(gè)電流放大的電路，即通過(guò)一個(gè)PNP型三極管8550來(lái)放大驅(qū)動(dòng)蜂鳴器。原理圖見(jiàn)圖5.3。而LED電路是由一個(gè)發(fā)光二極管和電阻組成，因?yàn)長(zhǎng)ED一般工作在5ma到20ma，所以選擇1K電阻進(jìn)行限流。如圖5.4所示。圖5.4 蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路5.3 HC-RS04超聲波測(cè)距原理超聲波測(cè)距是借助于超聲脈沖回波渡越時(shí)間法來(lái)實(shí)現(xiàn)的，設(shè)超聲波脈沖由傳感器發(fā)出到接收所經(jīng)歷的時(shí)間為t，超聲波在空氣中的傳

13、播速度為c，則從傳感器到目標(biāo)物體的距離D可用下式求出：D=ct/2。其系統(tǒng)框圖如圖5.5所示。定時(shí)器控制計(jì)算傳輸調(diào)制40k振蕩超聲波發(fā)射計(jì)時(shí)增益放大超聲波接收障礙物圖5.5 系統(tǒng)框圖基本原理：經(jīng)發(fā)射器發(fā)射出長(zhǎng)約6mm，頻率為40khz的超聲波信號(hào)。此信號(hào)被物體反射回來(lái)由接收頭接收，接收頭實(shí)質(zhì)上是一種壓電效應(yīng)的換能器。它接收到信號(hào)后產(chǎn)生mV級(jí)的微弱電壓信號(hào)。5.4 按鍵設(shè)置電路單片機(jī)鍵盤有獨(dú)立鍵盤和矩陣式鍵盤兩種：獨(dú)立鍵盤每一個(gè)I/O口上只接一個(gè)按鍵，按鍵的另一端接電源或接地（一般接地），這種接法程序比較簡(jiǎn)單且系統(tǒng)更加穩(wěn)定；而矩陣式鍵盤式接法程序比較復(fù)雜，但是占用的I/O少。根據(jù)本設(shè)計(jì)的需要這里

14、選用了獨(dú)立式鍵盤接法。獨(dú)立式鍵盤的實(shí)現(xiàn)方法是利用單片機(jī)I/O口讀取口的電平高低來(lái)判斷是否有鍵按下。將常開(kāi)按鍵的一端接地，另一端接一個(gè)I/O口，程序開(kāi)始時(shí)將此I/O口置于高電平，平時(shí)無(wú)鍵按下時(shí)I/O口保護(hù)高電平。當(dāng)有鍵按下時(shí)，此I/O口與地短路迫使I/O口為低電平。按鍵釋放后，單片機(jī)內(nèi)部的上拉電阻使I/O口仍然保持高電平。我們所要做的就是在程序中查尋此I/O口的電平狀態(tài)就可以了解我們是否有按鍵動(dòng)作了。在用單片機(jī)對(duì)鍵盤處理的時(shí)候涉及到了一個(gè)重要的過(guò)程，那就是鍵盤的去抖動(dòng)。這里說(shuō)的抖動(dòng)是機(jī)械的抖動(dòng)，是當(dāng)鍵盤在未按到按下的臨界區(qū)產(chǎn)生的電平不穩(wěn)定正?，F(xiàn)象，并不是我們?cè)诎存I時(shí)通過(guò)注意可以避免的。這種抖動(dòng)一般10200毫秒之間，這種不穩(wěn)定電平的抖動(dòng)時(shí)間對(duì)于人來(lái)說(shuō)太快了，而