基于C語(yǔ)言的MCS-51單片機(jī)教程 課件 3項(xiàng)目3 汽車倒車報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作

項(xiàng)目3汽車倒車報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作

項(xiàng)目3汽車倒車報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作應(yīng)用系統(tǒng)功能演示

項(xiàng)目3汽車倒車報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作1項(xiàng)目設(shè)計(jì)目標(biāo)與任務(wù)系統(tǒng)方案選擇和論證23系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)與制作系統(tǒng)軟件程序設(shè)計(jì)與調(diào)試45系統(tǒng)的調(diào)試6項(xiàng)目擴(kuò)展任務(wù)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)流程

項(xiàng)目設(shè)計(jì)目標(biāo)與任務(wù)1.項(xiàng)目3汽車倒車報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作1）項(xiàng)目目標(biāo)理解超聲波模塊的工作原理。理解1602液晶的原理。掌握超聲波傳模塊和1602液晶模塊進(jìn)行讀、寫的方法。對(duì)照超聲波HC-SR04模塊和1602液晶的數(shù)據(jù)手冊(cè)，理解對(duì)它們進(jìn)行讀和寫的軟件編制方法。在完成以上4點(diǎn)目標(biāo)的基礎(chǔ)上，根據(jù)“項(xiàng)目擴(kuò)展任務(wù)”中提出的問(wèn)題和要求，以組或個(gè)人為單位，在規(guī)定時(shí)間里完成擴(kuò)展項(xiàng)目任務(wù)。

項(xiàng)目設(shè)計(jì)目標(biāo)與任務(wù)1.項(xiàng)目3汽車倒車報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作2）項(xiàng)目任務(wù)在基于單片機(jī)的汽車倒車報(bào)警系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)以下功能：能夠測(cè)量0~5M范圍內(nèi)的距離，并用1602液晶顯示當(dāng)前距離，同時(shí)利用1602液晶顯示當(dāng)前溫度值?？梢允謩?dòng)設(shè)置距離報(bào)警限值，當(dāng)距離到達(dá)限值，則報(bào)警。具有溫度補(bǔ)償功能。

項(xiàng)目3汽車倒車報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作2.系統(tǒng)方案選擇和論證測(cè)距傳感器選擇系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)項(xiàng)目3汽車倒車報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作1、測(cè)距傳感器的選擇1）激光測(cè)距傳感器

激光傳感器利用激光的方向性強(qiáng)和傳光性好的特點(diǎn)，它工作時(shí)先由激光傳感器對(duì)準(zhǔn)障礙物發(fā)射激光脈沖，經(jīng)障礙物反射后向各個(gè)方向散射，部分散射光返回到接收傳感器，能接收其微弱的光信號(hào)，從而記錄并處理光脈沖發(fā)射到返回所經(jīng)歷的時(shí)間即可測(cè)定距離，即用往返時(shí)間的一半乘以光速就能得到距離。其優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量的距離遠(yuǎn)、速度快、測(cè)量精確度高、量程范圍大，缺點(diǎn)是對(duì)人體存在安全問(wèn)題，而且制作的難度大成本也比較高。項(xiàng)目3汽車倒車報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作1、測(cè)距傳感器的選擇2）紅外線測(cè)距傳感器紅外線測(cè)距傳感器利用的就是紅外線信號(hào)在遇到障礙物其距離的不同則其反射的強(qiáng)度也不同，根據(jù)這個(gè)特點(diǎn)從而對(duì)障礙物的距離的遠(yuǎn)近進(jìn)行測(cè)量的。其優(yōu)點(diǎn)是成本低廉，使用安全，制作簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)就是測(cè)量精度低，方向性也差，測(cè)量距離近。項(xiàng)目3汽車倒車報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)項(xiàng)目3汽車倒車報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作

關(guān)鍵技術(shù)基于單片機(jī)的汽車倒車報(bào)警系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)需要解決以下3個(gè)方面的問(wèn)題：1）理解超聲波HC-SR04模塊的工作原理。2）理解1602液晶顯示的原理。3）對(duì)照超聲波HC-SR04模塊和1602液晶的數(shù)據(jù)手冊(cè)，理解對(duì)它們進(jìn)行讀和寫的軟件編制方法。項(xiàng)目3汽車倒車報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作1、最小系統(tǒng)模塊的設(shè)計(jì)2、超聲波模塊電路的設(shè)計(jì)3、1602液晶顯示電路設(shè)計(jì)4、電源模塊的電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)35、發(fā)音模塊模塊的電路設(shè)計(jì)6、溫度傳感器模塊的電路設(shè)計(jì)7、鍵盤模塊的電路設(shè)計(jì)12HR-SR04超聲波集成模塊的實(shí)物和引腳圖補(bǔ)充：HR-SR04超聲波集成模塊的介紹13

HR-SR04超聲波集成模塊是將超聲波發(fā)射探頭，超聲波接收探頭，CX20106A芯片電路，74LS04芯片放大電路集成到的一起的一個(gè)超聲波集成模塊。HR-SR04超聲波集成模塊的引腳排布如圖所示。各引腳的功能：VCC端口—接+5V電源；GND—接地；Trig端口—觸發(fā)控制信號(hào)輸入；Echo—回響信號(hào)輸出；14超聲波時(shí)序如上圖圖，可知HR-SR04型超聲波集成模塊的工作原理：采用I/O觸發(fā)測(cè)距，但至少要給10us的高電平信號(hào)。模塊自動(dòng)發(fā)送8個(gè)40kHz的方波脈沖，并能夠自動(dòng)檢測(cè)是否有信號(hào)返回。有信號(hào)返回，通過(guò)Echo輸出高電平，高電平持續(xù)的時(shí)間就是超聲波從發(fā)射到返回所用的時(shí)間，則，所測(cè)量的距離=（高電平時(shí)間×聲速）/2。151602液晶的實(shí)物圖補(bǔ)充：1602字符型LCD簡(jiǎn)介1602字符型LCD簡(jiǎn)介

字符型液晶顯示模塊是一種專門用于顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等點(diǎn)陣式LCD，目前常用16*1，16*2，20*2和40*2行等的模塊。市面上字符液晶絕大多數(shù)都是基于HD44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的。1602LCD分為帶背光和不帶背光兩種，帶背光的比不帶背光的厚，是否帶背光在應(yīng)用中并無(wú)差別。各引腳接口說(shuō)明如下表所示:編號(hào)符號(hào)引腳說(shuō)明編號(hào)符號(hào)引腳說(shuō)明1VSS電源地9D2數(shù)據(jù)2VDD電源正極10D3數(shù)據(jù)3VL液晶顯示偏壓11D4數(shù)據(jù)4RS數(shù)據(jù)/命令選擇12D5數(shù)據(jù)5R/W讀/寫選擇13D6數(shù)據(jù)6E使能信號(hào)14D7數(shù)據(jù)7D0數(shù)據(jù)15BLA背光源正極8D1數(shù)據(jù)16BLK背光源負(fù)極1602LCD引腳功能說(shuō)明第1腳：VSS為電源。第2腳：VDD接5V正電源。第3叫：VL為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端。接電源時(shí)對(duì)比對(duì)最弱，接地時(shí)對(duì)比度最高，但對(duì)比度過(guò)高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過(guò)一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度。第4腳：RS為寄存器選擇端。高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。第5腳：R/W為讀寫信號(hào)線端。高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。當(dāng)RS和R/W共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平R/W為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng)RS為高電平R/W為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)。第6腳：E端為使能端。當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。第7～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第15腳：背光源正極。第16腳：背光源負(fù)極。項(xiàng)目3汽車倒車報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作系統(tǒng)總體硬件電路4項(xiàng)目3汽車倒車報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作系統(tǒng)軟件程序設(shè)計(jì)1.超聲波測(cè)距程序的編制

超聲波測(cè)距主要功能就是獲取的超聲波模塊測(cè)量的結(jié)果，將此結(jié)果根據(jù)DS18B20檢測(cè)到的溫度值轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)距離。超聲波測(cè)距子程序流程圖如圖所示。項(xiàng)目3汽車倒車報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作1）超聲波測(cè)距的原理介紹超聲波是一種振動(dòng)頻率超過(guò)20kHz的機(jī)械波，它可以沿直線方向傳播，而且傳播的方向性好，傳播的距離也較遠(yuǎn)，在介質(zhì)中傳播時(shí)遇到障礙物在入射到它的反射面上就會(huì)產(chǎn)生反射波。由于超聲波的以上幾個(gè)特點(diǎn)，所以超聲波被廣泛地應(yīng)用于物體距離的測(cè)量、厚度等方面。當(dāng)進(jìn)行距離的測(cè)量時(shí)，由安裝在同一水平線上的超聲波發(fā)射器和接收器完成超聲波的發(fā)射與接收，并且同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器進(jìn)行計(jì)數(shù)。首先由超聲波發(fā)射探頭向倒車的方向發(fā)射超聲波并同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器計(jì)時(shí)，超聲波在空氣中傳播的途中一旦遇到障礙物后就會(huì)被反射回來(lái)，當(dāng)接收探頭收到反射波后就會(huì)給負(fù)脈沖到單片機(jī)使其立刻停止計(jì)時(shí)。這樣，定時(shí)器就能夠準(zhǔn)確的記錄下了超聲波發(fā)射點(diǎn)至障礙物之間往返傳播所用的時(shí)間t（s）。由于在常溫下超聲波在空氣中的傳播速度大約為340m/s，所以障礙物到發(fā)射探頭之間的距離可以利用公式1計(jì)算：項(xiàng)目3汽車倒車報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作1）超聲波測(cè)距的原理介紹因?yàn)閱纹瑱C(jī)內(nèi)部定時(shí)器的計(jì)時(shí)實(shí)際上就是對(duì)機(jī)器周期T的計(jì)數(shù)，而本設(shè)計(jì)中時(shí)鐘頻率fosc取12MHz，設(shè)計(jì)數(shù)值N，則：項(xiàng)目3汽車倒車報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作2）超聲波測(cè)距程序?qū)τ贖R-SR04的操作需要：第一步：觸發(fā)HR-SR04，即需要給HR-SR04的Trig端一個(gè)持續(xù)約10us的高電平信號(hào)。這里我們用Trig_HR_SR04()函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，具體參考程序如下。voidTrig_HR_SR04()//啟動(dòng)模塊

{

TRIG=1;//啟動(dòng)一次模塊

_nop_();

_nop_();

_nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_();

_nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_();

_nop_(); _nop_();

_nop_(); _nop_();

_nop_(); _nop_(); _nop_(); TRIG=0;}項(xiàng)目3汽車倒車報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作2）超聲波測(cè)距程序第二步：就是需要獲取從發(fā)射超聲波到接收到返回信號(hào)的時(shí)間。經(jīng)過(guò)前面一步，HR-SR04就會(huì)自動(dòng)生成8個(gè)40kHz的方波脈沖，當(dāng)其遇到障礙物時(shí)，HR-SR04會(huì)自動(dòng)檢測(cè)到返回信號(hào)，并且此時(shí)HR-SR04的Echo端就會(huì)產(chǎn)生高電平，高電平持續(xù)的時(shí)間就是超聲波從發(fā)射到返回所用的時(shí)間，這段時(shí)間就是我們需要獲取的時(shí)間。這里我們可以利用定時(shí)器的計(jì)數(shù)功能來(lái)實(shí)現(xiàn)。具體的參考程序如下：初始化HR_SR04：Init_HR_SR04()voidInit_HR_SR04() //初始化{

//設(shè)T0為方式1，GATE=1； TMOD=0x01; TH0=0; TL0=0; ET0=1;//允許T0中斷 EA=1;//開(kāi)啟總中斷

TR0=0; }獲取時(shí)間T：Time_HR_SR04()

unsignedcharTime_HR_SR04() { unsignedchartime; while(!ECHO); //當(dāng)RX為零時(shí)等待 TR0=1;//開(kāi)啟計(jì)數(shù) while(ECHO); //當(dāng)RX為1計(jì)數(shù)并等待 TR0=0;//關(guān)閉計(jì)數(shù) time=TH0*256+TL0; returntime;}

項(xiàng)目3汽車倒車報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作2）超聲波測(cè)距程序第三步：計(jì)算距離。在這里設(shè)計(jì)的程序根據(jù)不同的溫度計(jì)算距離，參考程序如下：//根據(jù)不同的溫度計(jì)算距離intJS_HR_SR04(unsignedcharWD,unsignedchartime1){

intL;L=time1*(331.45+61*WD/10/100)/200/10; returnL;}

4項(xiàng)目3汽車倒車報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作系統(tǒng)軟件程序設(shè)計(jì)2.顯示數(shù)據(jù)子程序的編制

顯示數(shù)據(jù)子程序的主要功能就是把超聲波模塊測(cè)量后的結(jié)果經(jīng)單片機(jī)處理完畢的距離顯示在LCD液晶顯示屏上。顯示數(shù)據(jù)子程序流程圖如圖所示。項(xiàng)目3汽車倒車報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作1）1602LCD的RAM地址映射及標(biāo)準(zhǔn)字庫(kù)

1602液晶內(nèi)置了DDRAM，DDRAM就是顯示數(shù)據(jù)RAM，用來(lái)寄存待顯示的字符代碼，共有80個(gè)字節(jié)，其地址與屏幕的對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖所示。1602液晶模塊內(nèi)部固化了字模存儲(chǔ)器CGROM和CGRAM。HD44780內(nèi)置了192個(gè)常用字符的字模，存放于字符產(chǎn)生器CGROM（CharacterGeneratorROM）中，另外還有8個(gè)允許用戶自定義的字符產(chǎn)生RAM，稱為CGRAM（CharacterGeneratorRAM）。思考：如果我們需要讓1602液晶屏的第二行第一列顯示1個(gè)字符“A”，該如何操作呢？項(xiàng)目3汽車倒車報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作2)1602LCD的指令說(shuō)明

1602液晶模塊內(nèi)部的控制器共有11條控制指令。清屏指令:清屏，光標(biāo)撤回到液晶顯示屏的左上方，將地址計(jì)數(shù)器的值設(shè)置為00H。光標(biāo)歸位指令：光標(biāo)撤回到液晶顯示屏的左上方，將地址計(jì)數(shù)器的值設(shè)置為00H，保持DDRAM的內(nèi)容不變。進(jìn)入模式設(shè)置指令：光標(biāo)和顯示模式設(shè)置。其中：I/D：設(shè)置光標(biāo)移動(dòng)方向：高電平右移，低電平左移；S：屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無(wú)效。項(xiàng)目3汽車倒車報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作2)1602LCD的指令說(shuō)明顯示開(kāi)關(guān)控制指令：控制顯示器開(kāi)/關(guān)、光標(biāo)顯示/關(guān)閉、光標(biāo)是否閃爍。D：D=H顯示功能開(kāi)；D=L顯示功能關(guān)；C：C=H有光標(biāo)；C=L無(wú)光標(biāo)；B：B=H光標(biāo)不閃爍；B=L光標(biāo)閃爍；設(shè)定顯示屏或光標(biāo)移動(dòng)方向指令：是光標(biāo)移位或使整個(gè)顯示屏移位。S/C=0R/L=0：光標(biāo)左移一格，且AC值減1；S/C=0R/L=1：光標(biāo)右移一格，且AC值加1；S/C=1R/L=0：顯示器上字符全部左移一格，但光標(biāo)不動(dòng)；S/C=1R/L=1：顯示器上字符全部右移一格，但光標(biāo)不動(dòng)；項(xiàng)目3汽車倒車報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作2)1602LCD的指令說(shuō)明功能設(shè)定指令：設(shè)定數(shù)據(jù)總線位數(shù)、顯示行數(shù)及字型。DL=0：數(shù)據(jù)總線為4位；DL=1：數(shù)據(jù)總線為8位；N=0：顯示1行；N=1：顯示2行；F=0：5X7點(diǎn)陣/每字符；F=1：5X10點(diǎn)陣/每字符設(shè)定CGRAM地址指令：設(shè)定下一個(gè)要存入數(shù)據(jù)的CGRAM地址。

從DDRAM或CGRAM讀出數(shù)據(jù)指令：讀取DDRAM或CGRAM中的內(nèi)容。

項(xiàng)目3汽車倒車報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作2