基于单片机的超声波测距倒车雷达设计毕业设计.doc

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1、基于单片机的超声波测距倒车雷达设计 摘要随着我国经济飞速发展，越来越多的人拥有了自己的汽车，同时由泊车和倒 车所引发的事故也越来越多。这些事故常常给驾驶员带来许多麻烦，因此，有助 于驾驶员泊车和倒车的倒车雷达应运而生。倒车雷达，是汽车泊车安全辅助装置，能以声音或者更为直观的显示告知驾驶员周围障碍物的情况。本文设计了一种利用超声波测距原理研究的高性价比倒车雷达，它可以提醒驾驶员进入警戒区域，同时进行声光报警。无须占用司机的视觉资源，使司机可以把全部注意力用于观察车前及车旁的路况。超声发射部分由AT89C51单片机产生10us的高电平信号，触发测距模块；系统接收部分由接收探头拾取反射回来的信号，当

2、接收电路接收到反射信号就中断AT89C51计数器停止计数，从而得到超声波从发射到接收信号的时间差，进而计算出车与后方障碍物之间的距离，指导司机安全倒车。关键词：倒车雷达，超声波，单片机，声光报警The design of Ultrasonic ranging reverse radar based on SinglechipAbstract Along with the rapid development of economy of our country, more and more people have their own cars, as well as the parking and

3、 reversing the accident caused will be increasingly. These accidents often bring many troubles to drivers, so, the reverse radar of help drivers parking and of reversing arise at the historic moment. Reverse radar, the automobile parking safety auxiliary devices, more intuitive to told the driver of

4、 around obstacles by voice or display. This paper designs a kind of using ultrasonic ranging principle research high performance-to-price ratio reverse radar；it can remind drivers entered exclusionary area, simultaneously the acousto-optic alarm. The radar need not occupy the drivers visual resource

5、s, and can make the driver putting the whole attention to observe the passenger side of the front and roads. Ultrasonic launching 10us partly by AT89C51 produce the high level signal to triggering ranging module; System receiving part reflected by the receiving probe of the signal and when the recei

6、ving circuit receives reflected signals will interrupt AT89C51 counter stop counting. Thus obtains from the launch to receiving signal ultrasonic lag between driving, and then calculating the distance between the obstacles to instruct driver safety reverse.Key words：Reverse radar，Ultrasonic，Single-c

7、hip microcomputer，Sound-light ala目录前言1第1章 概论21.1 设计现状21.2 设计意义21.3 目前国内倒车雷达3第2章 系统整体结构设计42.1 系统整体结构框图42.2 超声波传感器介绍42.2.1 超声波传感器的特性7 2.3 超声波测距原理8第3章 系统硬件设计93.1 AT89C51芯片103.1.1 AT89C51芯片介绍103.1.2 AT89C51管脚说明.113.1.3AT89C51主要特性 133.2 电源电路133.3 复位电路153.4 时钟电路163.5 超声波测距模块HC-SR04173.5.1HC-SR04测距模块173.5.

8、2HC-SR04外型及特性183.6 74HC573芯片203.7 数码管显示及报警电路设计213.7.1 LED数码管显示213.7.2 语音报警22第4章 系统软件设计24 4.1系统主程序的设计24 4.2 测距模块的设计26 4.3 中断处理程序的设计26 4.4 显示及报警模块的设计27结论29谢 辞30参考文献31附录32 附录A:系统总电路图32 附录B:部分源程序33 前言 随着汽车的迅速增加，停车难已经是个不争的事实，狭小的停车场地常常令有车一族无所适从，稍不慎，则闯祸，烦事又烦人。虽然每辆车都有后视镜，但不可避免地都存在一个后视盲区。因此迫切需要一个装置或系统来辅助倒车过程

9、，提高驾驶员倒车时候的准确性与安全性。而这个装置，就是现在已经被汽车行业广泛运用的汽车倒车雷达。本文所设计的倒车雷达预警系统主要是针对汽车倒车时人无法目测到车尾与障碍物的距离而设计开发的。该系统将微型计算机技术与超声波测距技术、传感器技术等相结合，可检测在汽车倒车时，障碍物与汽车的距离。若检测到距离在应报警范围内，则通过LED发光二极管闪烁频率的高低来表示两者之间的距离，车辆离障碍物越近，LED闪烁的频率越高，并可根据LED闪烁频率的高低，配合使用声音为驾驶员示警，闪烁频率越高，则蜂鸣器发出的声调越高，反之则越低或者不发出声音报警。汽车倒车雷达虽然现在已经被广泛运用到汽车行业，但并不妨碍本课题

10、研究的存在性和科学性，其一是目前的倒车雷达技术并不是尽善尽美的，它也有它的不足之处；其二是实现倒车雷达的方式多种多样，只有反复研究，才能设计出更简单更符合实际需要的倒车雷达系统。第一章 概论1.1设计现状 倒车雷达又称泊车辅助系统，是汽车泊车安全辅助装置，能以声音或者更为直观的显示告知驾驶员周围障碍物的情况，解除了驾驶员泊车和起动车辆时前后左右探视所引起的困扰，并帮助驾驶员扫除了视野死角和视线模糊的缺陷，提高了安全性。 倒车雷达的原理与普通雷达一样，是根据蝙蝠在黑夜里高速飞行而不会与任何障碍物相撞的原理设计开发的。由于倒车雷达体积大小及实用性的限制，目前其主要功能仅为判断障碍物与车的距离，并做

11、出提示。司机在倒车时，启动倒车雷达，在控制器的控制下，由车尾保险杠上的探头发送超声波，遇到障碍物，产生回波信号，传感器接收到回波信号后经控制器进行数据处理，从而计算出车体与障碍物之间的距离，再由显示器显示距离并发出警示信号，从而使司机倒车时不至于撞上障碍物。超声波倒车雷达系统一般由超声波传感器（俗称探头）、控制器和显示器等部分组成，现在市场上的倒车雷达大多采用超声波测距原理，驾驶者在倒车时，启动倒车雷达，在控制器的控制下，由装置于车尾保险杠上的探头发送超声波，遇到障碍物，产生回波信号，传感器接收到回波信号后经控制器进行数据处理，判断出障碍物的位置，由显示器显示距离并发出警示信号，得到及时警示，

12、从而使驾驶者倒车时做到心中有数，使倒车变得更轻松。 1.2 设计意义随着汽车的迅速增加，停车难已经是不争的事实，狭小的停车场地常常令有车一族无所适从，稍不慎，则闯祸，烦事又烦人。虽然每辆车都有后视镜，但不可避免的都存在一个后视盲区。倒车雷达是汽车泊车或者倒车时的安全辅助装置，能以声音或者更为直观的显示告知驾驶员驾驶车辆周围障碍物的情况，解除了驾驶员泊车、倒车和起动车辆时前后左右探视所引起的困扰，并帮助驾驶员扫除了使用死角和视线模糊的缺陷，提高驾驶的安全性。倒车雷达的发明是迫在眉睫的，是必不可少的设备。 1.3 目前国内倒车雷达的现状通常的倒车雷达主要由感应器、主机、显示设备等三部分组成。感应器

13、发出和接受超声波信号，并将接收到的信号传输到主机，再通过显示设备显示出来。据感应器种类不同，倒车雷达可分为粘贴式、钻孔式和悬挂式等种。粘帖式感应器后有一层胶，可直接粘在后保险杠上：钻孔式感应器是在保险杠上钻一个洞，然后把感应器嵌进去：悬挂式感应器主要用于载货车。根据显示设备种类不同，倒车雷达又可以分为数字式、颜色式和蜂鸣式等三种。数字式显示设备是一只如传呼机大小的盒子，安装在驾驶台上，直接用数字表示汽车与后面物体的距离，并可精确到1厘米，让驾驶员一目了然。经过几年的发展，倒车雷达系统已经过了数代的技术改良，不管从结构外观上，还是从性能价格上，这几代产品都各有特点，目前使用较多的是数码显示、荧屏

14、显示和魔幻镜倒车雷达这3种。本文旨在设计一种以AT89C51单片机为核心控制芯片，高性价比的倒车雷达，系统成型后，经过专业技术人员论证后可推向市场。第二章 系统整体结构设计2.1 系统总体结构框图按照系统所需功能，系统硬件结构可以划分为三大主要模块：测距系统、控制系统以及显示和语音报警系统。系统总体结构框图如图2-1所示。图2-1系统总体结构框图其中测距系统有超声波发射、接收子系统构成；控制部分以AT89C51单片机为核心，其P2.0口输出10us的触发信号制超声波发射电路产生40KHz的超声波，利用外部中断监测超声波接收电路输出的返回信号；显示报警部分由显示系统及语音系统构成，其中显示系统采

15、用简单实用的3位共阳8段数码管。2.2 超声波传感器介绍 超声波是一种频率超过 20kHz 的机械波。超声波作为一种特殊的声波，同样具有声波传输的基本物理特性反射、折射、干涉、衍射、散射。超声波具有方向性集中、振幅小、加速度大等特点，可产生较大力量，并且在不同的媒质介面，超声波的大部分能量会反射。利用超声波检测往往比较迅速，方便，易于做到实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求，主要应用于倒车雷达、建筑施工工地以及一些工业现场，例如：液位、井深、管道长度等场合。超声波测量在国防、航空航天、电力、石化、机械、材料等众多领域具有广泛的作用，它不但可以保证产品质量、保障安全，还可起到节约能源

16、、降低成本的作用。超声波与光波、电磁波、射线等检测相比，其最大特点是穿透力强，几乎可以在任何物体中传播，了解被测物体内部情况。超声检测设备还具有结构简单，成本低廉的优点，有利于工程实际使用。近十几年来，由于微机技术、现代电子技术、信号处理技术以及超声波产生和接收新技术的发展，突破了常规超声检测的限制，进一步开拓了其适用范围。超声波由于其指向性强、能量消耗缓慢、传播距离较远等优点，而经常用于距离的测量，如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。超声波测距主要应用于倒车雷达、建筑施工工地以及一些工业现场，例如液位、井深、管道长度等场合。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控

17、制，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求，因此在测控系统的研制上得到了广泛应用。 超声传感器是一种将其他形式的能转变为所需频率的超声能或是把超声能转变为同频率的其他形式的能的器件。目前常用的超声传感器有两大类，即电声型与流体动力型。电声型主要有：1 压电传感器；2 磁致伸缩传感器；3 静电传感器。流体动力型中包括有气体与液体两种类型的哨笛。由于工作频率与应用目的不同，超声传感器的结构形式是多种多样的，并且名称也有不同，例如在超声检测和诊断中习惯上都把超声传感器称作探头，而工业中采用的流体动力型传感器称为“哨”或“笛”。 压电传感器属于超声传感器中电声型的一种。探头由压电晶片、楔块、接头等组成

18、，是超声检测中最常用的实现电能和声能相互转换的一种传感器件，是超声波检测装置的重要组成部分。压电材料分为晶体和压电陶瓷两类。属于晶体的如石英，铌酸锂等，属于压电陶瓷的有锆钛酸铅，钛酸钡等。其具有下列的特性：把这种材料置于电场之中，它就产生一定的应变；相反，对这种材料施以外力，则由于产生了应变就会在其内部产生一定方向的电场。所以，只要对这种材料加以交变电场，它就会产生交变的应变，从而产生超声振动。因此，用这种材料可以制成超声传感器。 传感器的主要组成部分是压电晶片。当压电晶片受发射电脉冲激励后产生振动，即可发射声脉冲，是逆压电效应。当超声波作用于晶片时，晶片受迫振动引起的形变可转换成相应的电信号

19、，是正压电效应。前者用于超声波的发射，后者即为超声波的接收。超声波传感器一般采用双压电陶瓷晶片制成。这种超声传感器需要的压电材料较少，价格低廉，且非常适用于气体和液体介质中。在压电陶瓷上加有大小和方向不断变化的交流电压时，根据压电效应，就会使压电陶瓷晶片产生机械变形，这种机械变形的大小和方向在一定范围内是与外加电压的大小和方向成正比的。也就是说，在压电陶瓷晶片上加有频率为 f0交流电压，它就会产生同频率的机械振动，这种机械振动推动空气等媒介，便会发出超声波。如果在压电陶瓷晶片上有超声机械波作用，这将会使其产生机械变形，这种机械变形是与超声机械波一致的，机械变形使压电陶瓷晶片产生频率与超声机械波

20、相同的电信号。图2-2压电式超声波传感器结构图压电式超声波发生器实际上是利用压电晶体的谐振来工作的，超声波发生器内部结构如图2.2所示，它有两个压电晶片和一个共振板，当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，便产生超声波。反之，如果两电极间未外加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转化为电信号，这时它就成为超声波传感器。 压电陶瓷晶片有一个固定的谐振频率，即中心频率f0。发射超声波时，加在其上面的交变电压的频率要与它的固有谐振频率一致。这样，超声传感器才有较高的灵敏度。当所用压电材料不变时，改变压电陶瓷晶片的几何

21、尺寸，就可非常方便的改变其固有谐振频率。利用这一特性可制成各种频率的超声传感器。超声波传感器的内部结构由压电陶瓷晶片、锥形辐射喇叭、底座、引线、金属壳及金属网构成，其中，压电陶瓷晶片是传感器的核心，锥形辐射喇叭使发射和接收超声波能量集中，并使传感器有一定的指向角，金属壳可以防止外界力量对压电陶瓷晶片及锥形辐射喇叭的损坏。金属网也是起保护作用的，但不影响发射与接收超声波。2.2.1 超声波传感器的特性超声波传感器的基本特性有频率特性和指向特性：1频率特性 如图 2-3是超声波发射传感器的频率特性曲线。其中，f040KHz 为超声发射传感器的中心频率，在f0处，超声发射传感器所产生的超声机械波最强

22、，也就是说在f0处所产生的超声声压能级最高。而在f0两侧，声压能级迅速衰减。因此，超声波发射传感器一定要使用非常接近中心频率f0的交流电压来激励。另外，超声波接收传感器的频率特性与发射传感器的频率特性类似。曲线在f0处曲线最尖锐，输出电信号的幅度最大，即在f0处图2-3超声波传感器频率特性曲线接收灵敏度最高。因此，超声波接收传感器具有很好的频率选择特性。超声接收传感器的频率特性曲线和输出端外接电阻R 也有很大关系，如果 R 很大，频率特性是尖锐共振的，并且在这个共振频率上灵敏度很高。如果 R 较小，频率特性变得光滑而具有较宽得带宽，同时灵敏度也随之降低。并且最大灵敏度向稍低的频率移动。因此，超

23、声接收传感器应与输入阻抗高的前置放大器配合使用，才能有较高得接收灵敏度。 2 指向特性实际的超声波传感器中的压电晶片是一个小圆片，可以把表面上每个点看成一个振荡源，辐射出一个半球面波（子波），这些子波没有指向性。但离开超声传感器的空间某一点的声压是这些子波迭加的结果（衍射），却有指向性。2.3 超声波测距原理超声测距从原理上可分为共振式、脉冲反射式两种。由于应用要求限定，在这里使用脉冲反射式，即利用超声的反射特性。超声波测距原理是通过超声波发射传感器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就停止计时。常温下超声波在空

24、气中的传播速度为 C=340m/s，根据计时器记录的时间 t，就可以计算出发射点距障碍物的距离(S)，即： （2-1） 其中，t0就是所谓的渡越时间。 可以看出主要部分有： （1）供应电能的脉冲发生器（发射电路）； （2） 使接收和发射隔离的开关部分； （3） 转换电能为声能，且将声能透射到介质中的发射传感器；（4）接收反射声能（回波）和转换声能为电信号的接收传感器；（5）接收放大器，可以使微弱的回声放大到一定幅度，并使回声激发记录设备； （6）记录/控制设备，通常控制发射到传感器中的电能，并控制声能脉冲发射到记录回波的时间，存储所要求的数据，并将时间间隔转换成距离。 在超声波测量系统中，频率

25、取得太低，外界的杂音干扰较多；频率取得太高，在传播的过程中衰减较大。故在超声波测量中，常使用 40KHz 的超声波。目前超声波测量的距离一般为几米到几十米，是一种适合室内测量的方式。由于超声波发射与接收器件具有固有的频率特性，具有很高的抗干扰性能。 距离测量系统常用的频率范围为 25KHz300KHz 的脉冲压力波，发射和接收的传感器有时共用一个，或者两个是分开使用的。发射电路一般由振荡和功放两部分组成，负责向传感器输出一个有一定宽度的高压脉冲串，并由传感器转换成声能发射出去；接收放大器用于放大回声信号以便记录，同时为了使它能接收具有一定频带宽度的短脉冲信号，接收放大器要有足够的频带宽度；收/

26、发隔离则使接收装置避开强大的发射信号；记录/控制部分启动或关闭发射电路并记录发射的瞬时及接收的瞬时，并将时差换算成距离读数并加以显示或记录。第三章 系统硬件设计3.1 AT89C51芯片3.1.1 AT89C51芯片介绍 5l系列单片机中典型芯片(AT89C51)采用40引脚双列直插封装(DIP)形式，内部由CPU，4kB的ROM，256 B的RAM，2个16b的定时计数器T0和T1，4个8 b的I/O端I：IP0，P1，P2，P3，一个全双功串行通信口等组成。特别是该系列单片机片内的Flash可编程、可擦除只读存储器(EPROM)。 图3-1 AT89C51单片机结构及引脚图AT89C51是

27、一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。如图3-1所示。3.1.2 AT89C51管脚说明VCC：供电电压。GND：接地。 P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为

28、高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因

29、此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，

30、如下所示：P3口管脚备选功能：P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 /INT0（外部中断0）P3.3 /INT1（外部中断1）P3.4 T0（记时器0外部输入）P3.5 T1（记时器1外部输入）P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。1 振荡器特性：XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可

31、采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。2 芯片擦除：整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器

32、，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。3.1.3 AT89C51主要特性与MCS-51 兼容 4K字节可编程闪烁存储器 寿命：1000写/擦循环 数据保留时间：10年全静态工作：0Hz-24Hz三级程序存储器锁定128*8位内部RAM32可编程I/O线两个16位定时器/计数器5个中断源 可编程串行通道低功耗的闲置和掉电模式片内振荡器和时钟电路 。5l系列单片机提供以下功能：4 KB存储器；256 BRAM；32条I/O线；2个16b定时计数器；5个2级中断源；1个全双向的串行口以及时钟电路。空闲方式：CPU停止工作，而让RAM、定时计数器、串行口和中断系统继续工作。掉电方式：保存RA

33、M的内容，振荡器停振，禁止芯片所有的其他功能直到下一次硬件复位。5l系列单片机为许多控制提供了高度灵活和低成本的解决办法。充分利用他的片内资源，即可在较少外围电路的情况下构成功能完善的超声波测距系统。3.2 电源电路本设计使用汽车尾灯的12V电源为系统供电，但本系统适用电压为5V，需设计电源电路将其转化为5V电压。电源电路如图3-2所示。图3-2电源电路图在各种电子设备中，直流稳压电源是必不可少的组成部分，它是电子设备唯一的能量来源，稳压电源的主要任务是将50Hz 的电网电压转换成稳定的直流电压和电流，从而满足负载的需要，直流稳压电源一般由整流、滤波、稳压等环节组成。整流电路是具有但方向导电性

34、能的整流器件，将交流电压整流成单方向脉动的直流电压；滤波电路滤去单向脉动直流电压中的交流部分，保留直流成分，尽可能供给负载平滑的直流电压；稳压电路是一种自动调节电路，在交流电源电压波动或负载变化时，通过此电路使直流输出电压稳定。 桥堆2W10：将交流电压变为直流电压。整流桥堆是由四只整流硅芯片作桥式连接，外用绝缘朔料封装而成，大功率整流桥在绝缘层外添加锌金属壳包封，增强散热。整流桥品种多：有扁形、圆形、方形、板凳形（分直插与贴片）等，有GPP与O/J结构之分。最大整流电流从0.5A到100A，最高反向峰值电压从50V到1600V。三端稳压集成电路7805：用7805三端稳压器组成稳压电源输出电

35、压稳定，电压大小为+5V，满足单片机的工作电源需求，7805所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜。3.3 复位电路复位电路是采用手动按键电平来实现单片机系统的复位的。复位电平是通过RST端经电阻与电源VCC接通而实现的其复位电路图如图3-3所示。图3-3 复位电路图单片机的初始化操作称为复位。其主要功能是把PC初始化为0000H，使单片机从0000H单元开始执行程序。除了进入系统的正常初始化之外，当由于操作错误或程序运行出错而使系统处于死锁状态时，为解决这一问题，就需要按下复位键重新启动单片机。除PC之外，其他一些寄存器状况也会受到复位

36、操作的影响，其复位状态如表3-1所示表3-1 某些寄存器的复位状态寄存器复位状态寄存器复位状态PC0000HTCON00HACC00HTL000HPSW00HTH000HSP07HTL100HDPTR0000HTH100HP0-P3FFHSCON00HIPXX000000BSBUF不定IE0X000000BPCON0XXX0000B常见的复位电路为上电复位电路，它能有效的实现上电复位和手动复位。复位信号为高电平有效，其有效时间应持续24个振荡周期以上才能完成复位操作。在复位电路通电瞬间，由于RC的充电过程，在 RST端出现一定宽度的正脉冲，只要该正脉冲保持一定宽度，就能使单片机自动复位。以上的

37、复位电路在通电时，是通过10uF的电容充电，并在复位端口和地之间加10k欧电阻从而使复位端口能够保持高电平，并有效保持复位按键按下后能够准确复位。3.4 时钟电路单片机各种功能部件的运行都是以时钟控制信号为基准，有条不紊地一拍一拍地工作。因此，时钟频率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量影响单片机系统的稳定性。时钟电路有两种设计有两种方式，一是内部时钟方式，另一种是外部时钟方式。我采用的是内部时钟方式，其电路图如图3-4所示。图3-4 时钟电路图单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，该高增益反相放大器的输入端为单片机的XTAL1，输出端为引脚XTAL2。这两个引脚外部跨接石英振荡器

38、Y1和微调电容C1和C2，构成了稳定的自激振荡器。而电容的大小会影响振荡的频率的高低、振荡器的稳定性和起振的快速性，因此对于电容选择是很关键的，我们这次设计的时钟电路采用了所提供的33pF电容可以构成稳定的自激振荡器电路。3.5 超声波测距模块HC-SR04 本系统超声波测距模块采用HC-SR04测距模块。HC-SR04测距模块可提供2cm-400cm的非接触式距离感测功能，测距精度可达到3mm,模块包括超声波发射器、接收器和控制电路。3.5.1 HC-SR04测距模块 1采用IO口TRIG触发测距，,加至少10us的高电平信号； 2模块自动发生8个40KHZ的方波，自动检测是否有信号返回；3

39、有信号返回，通过IO口ECHO输出一个高低平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。测试距离=（高电平时间*声速（340M/S）/2.3.5.2 HC-SR04测距模块外型及特性HC-SR04的外型及引脚如图3-5所示，HC-SR04的性能参数和引脚定义分别如表3-1和表3-2所示。图3-5 HC-SR04超声波测距模块外形图表3-1 HC-SR04性能参数工作频率40MHz 工作电压DC5V工作电流15mA最远射程4m最近射程2cm测量角度15度输入触发信号10us的TTL脉冲输出回响信号输出TTL电平信号，与射程成比例规格尺寸45*20*15mm ( 宽*长*厚 )表3-2 HC-

40、SR04引脚定义引脚功能VCC5V电源GND地线GNDTRIG触发控制信号输入ECHO回路信号输出HC-SR04的超声波时序图如图3-6所示。图3-6 HC-SR04超声波时序图以上时序图表明只需要提供一个10us以上的脉冲触发信号，该模块内部将发出8个40KHZ周期电平检测回波，一旦检测到有回波信号则输出回响信号，回响信号的脉冲宽度与检测的距离成正比，由此通过发射信号到收到的回响信号时间间隔可以计算得到距离。3.6 74HC573芯片74HC573是高性能硅门CMOS器件，为八进制3态非反转透明锁存器。当锁存使能引脚LE为高时，这些器件的锁存对于数据是透明的（也就是说输出同步），当锁存使能引

41、脚LE变低时，符合建立时间和保存时间的数据会被锁存。74HC573芯片的引脚图如图3.8所示，功能表如表3-3所示表3-3 74HC573功能表输入D输出使能锁存使能输出QHLHHLLHLXLL不变XHX高阻图3-7 74HC573芯片引脚图3.7 数码管显示及报警电路设计3.7.1 LED数码管显示 LED是发光二极管的缩写。LED数码管里面有8只发光二极管，分别记作a、b、c、d、e、f、g、dp，其中dp为小数点，每一只发光二极管都有一根电极引到外部引脚上，而另外一只引脚就连接在一起同样也引到外部引脚上，记作公共端（COM），其中引脚的排列因不同的厂商而有所不同。LED数码管要正常显示，

42、就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们要的数位。根据LED数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类。 1. 静态显示驱动静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的I/O口进行驱动，或者使用如BCD码二-十进位解码器进行驱动。静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用I/O口多，如驱动5个数码管静态显示则需要5840个I/O口来驱动，要知道一个51单片机可用的I/O口才32个。故实际应用时必须增加解码驱动器进行驱动，增加了硬件电路的复杂性。 2. 动态显示驱动数码管动态显示界面是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数

43、码管的8个显示笔划“a、b、c、d、e、f、g、dp”的同名端连在一起，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是哪个数码管会显示出字形，取决于单片机对位元选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位元就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。透过分时轮流控制各个LED数码管的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位元数码管的点亮时间为1 ms2 ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极体的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显

44、示资料，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O口，而且功耗更低。动态扫描显示方式在数码管应用系统中应用得最为广泛，这也是我在本设计中的显示方法。共阳极与共阴极这两种方法难度差不多，考虑到我自己对于共阳极的编程更熟悉，因此在该设计中我也采用数码管共阳极的接法。 3.7.2 语音报警语音报警采用一个简单的蜂鸣器，利用单片机产生方波来控制。根据所测距离的长短来决定该方波的频率，即蜂鸣器的报警频率。语音报警电路和数码管显示电路分别如图3-8和图3-9所示。图3-8 语音报警电路图图3-9 数码管显示电路图 第四章 系统软件设计本系统的主要功能为发送超声波、对回波进行检测、

45、计算测量距离、显示测量距离、声光报警等。软件包括主程序、超声波发射子程序、INT0中断服务程序、定时器T0溢出中断程序四个主要模块组成。4.1 系统主程序的设计主程序对系统环境初始化后，首先置位回波接收标志和由单片机P2.0口输出一个高电平以启动超声波发射电路，同时启动定时器T0。然后调用计算距离子程序，根据定时器T0记录的时间计算出待测距离。接着调用显示子程序，将测出距离以十进制BCD码方式送LED显示，同时也调用声音处理程序，控制蜂鸣器的发声。最后主程序通过回波信号的接收；若标志位清零，说明接收到回波信号，则主程序返回到起始端重新置位回波接收标志位和在P2.0上发送高电平，如此往下运行，循

46、环往复。 本设计中系统的核心技术在于距离的测量，精确的测距后通过单片机来处理数据是比较容易实现的。各种信号都将干扰到测距，其中余波信号的干扰严重影响到本设计中精确的测距。接收回路中的超声波信号共有两个波束，第一个波束为余波信号，即超声波接收探头在发射探头发射信号后，马上就接收到了超声波信号。另一个波束为有效信号，即经过被物体表面反射的回波信号。 超声波在测距时，需要测的是从开始发射到接收到信号的声波往返的时间差，需要检测的有效信号为反射物体反射的回波信号，故要尽量避免检测到余波信号。所谓余波就是在刚发射超声波时直接到达接受探头的直达波，它是超声波检测中存在测量盲区的主要原因。 超声波接收电路收到回波后，比较器动作，发出有效信号，计算机通过外部中断引脚感受回波信号的到达时间，中断发生后表示已接收到回波信号，此时停止计时，并读取计数器中的数值，此数值即为需要测量的时间差的数据。由于常温下超声波在空气中的传播速度约为340m/s，所以发射点距障碍物之间