超声波倒车系统(共48页)

1、PAGE 49摘 要随着(su zhe)社会经济的发展，交通运输业日益兴旺，汽车(qch)的数量在大副攀升。交通拥挤状况也日趋严重，撞车事件屡屡发生(fshng)，造成了不可避免的人身伤亡和经济损失。针对这种情况，设计一种响应快，可靠性高且较为经济的汽车防撞报警系统势在必行，超声波测距法是最常见的一种距离测距方法，本文介绍的就是利用超声波测距法设计的一种倒车防撞报警系统。该系统分为测距模块、系统控制模块和显示报警模块，并分别对其进行方案分析，构建了防撞报警系统的系统构架和设计方案；在硬件电路中，详细阐述了运用单片机技术实现的超声波测距倒车防撞报警系统的测距实现原理，分析了以AT89C52单片机

2、为主控单元的系统硬件和软件设计，并对该系统进行了误差分析，给出了本系统的稳定性指标。关键字：汽车； 倒车； 防撞报警系统； 超声波 ； AT89C52;ABSTRACTWith the economic development and transportation thriving, the number of cars is rising in the first mate. Traffic congestion situation is getting worse, the crash occurred frequently, resulting in the inevitable los

3、s of health and wealth. Faced with this situation, it is necessary to design a fast response, high reliability, more economical vehicle collision avoidance warning system. Ultrasonic distance measurement method is the most common form. This article will describe the reverse anti-collision alarm syst

4、em designed with the ultrasonic method.The system consisted of the Distance-Measurement Module Control Module Display and Alarm Module. Firstly, the paper discussed the scheme of three modules and selected the best system scheme in the paper. Secondly it presented the theory and characters of Ultras

5、onic Distance-Measurement and analyzed the design of the hardware and the software based on the AT89C52 microcontroller. Thirdly the fuzzy control algorithm is proposed, the simulation is introduced into the system. Finally, through the experiment and error analysis, it proved the stability of the s

6、ystem.Keywords: Car; Car Reversing; Anti-collision Alarm System; Ultrasonic; AT89C52;目 录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc324540708 摘 要 PAGEREF _Toc324540708 h 1 HYPERLINK l _Toc324540709 ABSTRACT PAGEREF _Toc324540709 h 2 HYPERLINK l _Toc324540710 目 录 PAGEREF _Toc324540710 h 3 HYPERLINK l _Toc324540

7、711 1 绪论 PAGEREF _Toc324540711 h 5 HYPERLINK l _Toc324540712 1.1 超声波检测发展(fzhn)综述 PAGEREF _Toc324540712 h 5 HYPERLINK l _Toc324540713 1.2 本论文(lnwn)的主要内容，章节安排 PAGEREF _Toc324540713 h 6 HYPERLINK l _Toc324540714 1.3 本设计时间(shjin)安排 PAGEREF _Toc324540714 h 6 HYPERLINK l _Toc324540715 2 系统各组成单元方案设计 PAGERE

8、F _Toc324540715 h 7 HYPERLINK l _Toc324540716 2.1 系统硬件设计思想 PAGEREF _Toc324540716 h 7 HYPERLINK l _Toc324540717 2.2 测距系统设计 PAGEREF _Toc324540717 h 8 HYPERLINK l _Toc324540718 2.2.1 超声波测距原理 PAGEREF _Toc324540718 h 8 HYPERLINK l _Toc324540719 2.2.2 测量与控制方法 PAGEREF _Toc324540719 h 9 HYPERLINK l _Toc3245

9、40720 2.2.3 超声波发射模块 PAGEREF _Toc324540720 h 9 HYPERLINK l _Toc324540721 2.2.4 超声波检测接收电路 PAGEREF _Toc324540721 h 10 HYPERLINK l _Toc324540722 2.3 显示电路 PAGEREF _Toc324540722 h 11 HYPERLINK l _Toc324540723 2.3.1 LED数码管 PAGEREF _Toc324540723 h 11 HYPERLINK l _Toc324540724 2.3.2 LED数码管的显示方法 PAGEREF _Toc3

10、24540724 h 12 HYPERLINK l _Toc324540725 2.4 时钟电路 PAGEREF _Toc324540725 h 13 HYPERLINK l _Toc324540726 2.5 复位电路 PAGEREF _Toc324540726 h 14 HYPERLINK l _Toc324540727 2.6 电源电路 PAGEREF _Toc324540727 h 15 HYPERLINK l _Toc324540728 2.7 温度补偿 PAGEREF _Toc324540728 h 15 HYPERLINK l _Toc324540729 2.7.1 AT89C5

11、2与DSl8B20构成最小测温系统 PAGEREF _Toc324540729 h 16 HYPERLINK l _Toc324540730 2.8 硬件抗干扰 PAGEREF _Toc324540730 h 16 HYPERLINK l _Toc324540731 3 系统硬件介绍 PAGEREF _Toc324540731 h 17 HYPERLINK l _Toc324540732 3.1 AT89C52单片机 PAGEREF _Toc324540732 h 17 HYPERLINK l _Toc324540733 3.1.1主要特性 PAGEREF _Toc324540733 h 17

12、 HYPERLINK l _Toc324540734 3.1.2 管脚说明 PAGEREF _Toc324540734 h 18 HYPERLINK l _Toc324540735 3.1.3 振荡器特性 PAGEREF _Toc324540735 h 20 HYPERLINK l _Toc324540736 3.1.4 芯片擦除 PAGEREF _Toc324540736 h 20 HYPERLINK l _Toc324540737 3.1.5 特殊功能寄存器 PAGEREF _Toc324540737 h 21 HYPERLINK l _Toc324540738 3.1.6 引脚号功能特性

13、 PAGEREF _Toc324540738 h 21 HYPERLINK l _Toc324540739 3.1.7 中断寄存器 PAGEREF _Toc324540739 h 21 HYPERLINK l _Toc324540740 3.1.8 数据存储器 PAGEREF _Toc324540740 h 21 HYPERLINK l _Toc324540741 3.1.9 定时器 PAGEREF _Toc324540741 h 22 HYPERLINK l _Toc324540742 3.1.10 中断(zhngdun) PAGEREF _Toc324540742 h 22 HYPERLI

14、NK l _Toc324540743 3.2 CX20106A的原理(yunl)与应用 PAGEREF _Toc324540743 h 23 HYPERLINK l _Toc324540744 3.3 74LS244芯片(xn pin)说明 PAGEREF _Toc324540744 h 24 HYPERLINK l _Toc324540745 3.4 PNP三极管9012 PAGEREF _Toc324540745 h 25 HYPERLINK l _Toc324540746 4 系统软件设计 PAGEREF _Toc324540746 h 25 HYPERLINK l _Toc324540

15、747 4.1 超声波测距仪的算法设计 PAGEREF _Toc324540747 h 26 HYPERLINK l _Toc324540748 4.2 主程序 PAGEREF _Toc324540748 h 26 HYPERLINK l _Toc324540749 4.3 超声波发生子程序和超声波接收中断程序 PAGEREF _Toc324540749 h 29 HYPERLINK l _Toc324540750 4.4 显示程序 PAGEREF _Toc324540750 h 32 HYPERLINK l _Toc324540751 4.5 报警程序 PAGEREF _Toc3245407

16、51 h 33 HYPERLINK l _Toc324540752 4.6 软件抗干扰 PAGEREF _Toc324540752 h 33 HYPERLINK l _Toc324540753 参考文献： PAGEREF _Toc324540753 h 35 HYPERLINK l _Toc324540754 附 录 PAGEREF _Toc324540754 h 36 HYPERLINK l _Toc324540755 外文资料 PAGEREF _Toc324540755 h 46 HYPERLINK l _Toc324540756 中文翻译 PAGEREF _Toc324540756 h

17、52 HYPERLINK l _Toc324540757 致 谢 PAGEREF _Toc324540757 h 571 绪论(xln)随着社会经济的发展,交通运输业日益兴旺，汽车的数量在大副攀升。交通拥挤状况也日趋严重，撞车事件屡屡发生，造成了不可避免的人身伤亡和经济损失，针对这种情况，设计一种响应(xingyng)快，可靠性高且较为经济的汽车防撞报警系统势在必行，超声波测距法是最常见的一种距离测距方法，应用于汽车停车的前后左右防撞的近距离，低速状况，以及在汽车倒车防撞报警系统中，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。超声波测距即是利用其反射特性，当车辆后退时，超声波距离

18、传感器利用超声波检测车辆后方的障碍物位置，并利用指示灯及蜂鸣器把车辆到障碍物的距离及位置通知驾驶人员，起到安全的作用。1.1 超声波检测发展(fzhn)综述我国无损检测技术是从无到有，从低级阶段逐渐发展到应用普及的现阶段水平。超声波检测仪器的研制生产，也大致按此规律发展变化。五十年代，我国开始从国外引进超声波仪器，多是笨重的电子管式仪器。如英国的 UCT-2 超声波检测仪，重达 24Kg，各单位积极开展试验研究工作，在一些工程检测中取得了较好的效果。五十年代末六十年代初，国内科研单位进口了波兰产超声仪，并进行仿制生产。随后，上海同济大学研制出 CTS-10 型非金属超声检测仪，也是电子管式，仪

19、器重约20Hg。该仪器性能稳定，波形清晰。但当时这种仪器只有个别科研单位使用，建工部门使用不多。直至七十年代中期，因无损检测技术仍处于试验阶段，未推广普及，所以仪器没有多大发展，仍使用电子管式的 UCT-2，CTS-10 型仪器。1976 年，国家建委科技司主持召开全国建筑工程检测技术交流会后，国家建委将混凝土无损检测技术列为重点攻关项目，组织全国 6 个单位协作攻关。从此，无损检测技术开始进入有计划，有目的的研究阶段。随着电子工业的飞速发展，半导体元件逐渐代替了电子管器件，更有利于无损检测技术的推广普及。如罗马尼亚 N2701 型超声波测试仪，是由晶体管分立元件组成，具有波形和数码显示，仪器

20、重量 10Kg。七十年代，英国 C.N.S 公司推出仅有 3.5Kg 重的 PUNDIT 便携式超声仪。1978 年 10 月，中国建筑科学院研制出 JC-2 型便携式超声波检测仪。该仪器采用TTL 线路，数码显示，仪器重量为 5Kg。同期(tngq)研制出的超声检测仪器还有 SC-2 型，CTS-25 型，SYC-2 型超声波检测仪。从此，我国有了自己生产的超声波仪器，为推广应用无损检测技术奠定了良好的基础。超声波检测技术是我国重点发展和推广的新技术，其具有高精度，无损，非接触等优点。目前，已经广泛地应用在机械制造，电子冶金，航海，宇航，石油化工，交通等工业领域。此外，在材料科学，医学，生物

21、科学等领域中也占具重要地位。国外在提高超声波测距方面做了大量研究，国内一些学者也做了相关研究。对超声波测距精度主要取决于所测的超声波传播时间和超声波在介质中的传播速度，二者中以传播时间的精度影响较大(jio d)，所以大部分文献采用降低传播时间的不确定度来提高测距精度。目前，相位探测法和声谱轮廓分析法或二者结合起来的方法是主要的降低探测传输不确定度的方法。随着检测技术研究的不断深入，对超声检测仪器的功能要求越来越高，单数码显示的超声检测仪测读会带来较大的测试误差。进一步要求以后生产的超声仪能够具有双显及内带有单板机的微处理功能。随后具有检测，记录，存储，数据处理与分析等多项功能的智能化检测分析

22、仪相继(xingj)研制成功。超声仪研制呈现一派繁荣景象。其中，煤炭科学研究院研制的 2000A 型超声分析检测仪，是一种内带微处理器的智能化测量仪器，全部操作都处于微处理器的控制管理之下，所有测量值，处理结果，状态信息都在显像管上显示出来，并可接微型打印机打印。其数字和波形都比较清晰稳定，操作简单，可靠性高，具有断电存储功能，其串口可以方便用户对仪器的测试数据进行后处理及有关程序的开发。与国内同类产品相比，设计新颖合理，功能齐全，在仪器设计上有重大突破和创新，达到了国际先进水平。1.2 本论文的主要内容，章节(zhngji)安排本论文第一章绪论部分(b fen)主要介绍了超声波的发展状况，以

23、及目前的现状和前景。第二章系统(xtng)主要硬件的介绍(一些主要元器件)。第三章系统各组成单元方案设计。第四章系统软件部分设计。1.3 本设计时间安排第01周至第02周：查阅中文及英文资料（并翻译一篇外文资料），了解超声波测距技术和单片机技术，收集相关资料。第03周至第03周：完成毕业设计（论文）开题报告，并开始进行毕业设计。第04周至第07周：完成超声测距方案论证与比较设计，完成控制模块的电路设计和方案论证；第08周至第09周：完成外围电路和电路控制模块的硬件设计；第10周至第12周：完成电路控制模块的软件设计；第13周至第15周：整理相关资料，完成毕业设计（论文）手稿及最终电脑打印的毕业

24、论文；第16周至第16周：毕业设计（论文）答辩；2 系统各组成单元方案设计超声波测距倒车防撞报警系统主要实现汽车尾部到障碍物之间的距离测量。硬件设计包括测距系统设计(超声波发射接收系统)、单片机控制系统设计和显示报警系统设计。其中，测距系统由超声波发射模块和超声波接收模块构成；控制系统设计主要对AT89C52单片机系统进行设计；显示报警系统设计主要对数据通讯、数据转换、蜂鸣器和动态显示电路进行设计。软件设计采用模块化设计思想，可使程序设计思路清晰，便于调试。2.1 系统硬件设计思想根据超声波测距原理，以8052系列的AT89C52单片机系统为核心，开发超声波测距系统。其硬件结构图如图2-1所示

25、。单片机主控制器超声波发射超声波接收报警电路显示电路图2-1 系统(xtng)硬件结构图图2-1为系统(xtng)硬件原理图。硬件电路的设计主要(zhyo)包括单片机系统及显示报警电路、超声波发射电路和超声波检测接收电路三部分。由超声波的发射电路发射超声波，超声波在空气中传播至障碍物后发生反射，反射的回波经空气传播给超声波接收换能器接收并转换成电信号，再经滤波、放大、整形后,输入到微处理器外部中断口1NT0处产生中断，计数器停止计数，测出从超声波发射脉冲串时刻到接收回波信号时刻的差，超声波在同温同介质中的传播速度由测温系统得知，将时刻差与声速相乘，得出距离。它的各部分电路的说明如下。(1)AT

26、89C52单片机系统是核心部分，主要任务有：发出40KHz的脉冲信号，使其频率与超声波发射器的固有频率相同，使换能器能最大效率工作；T0计时；完成测距数据的计算和处理软件干扰。(2)超声波发射电路作用是将40KHz的脉冲信号驱动超声波发射传感器，发射超声波。(3)超声波接收电路主要包括微弱信号放大，电压比较中断信号输出等部分。它是用来对接收到的回波进行放大和整形，将回波信号转换成单片机中断信号。(4)通过显示电路将测距结果实时地显示出来。(5)报警电路。当倒车距离小于安全距离时，蜂鸣器报警。2.2 测距系统(xtng)设计2.2.1 超声波测距原理(yunl)单片机发出(fch)超声波测距是通

27、过不断检测超声波发射后遇到障碍物所反射的回波，从而测出发射和接收回波的时间差t，然后求出距离S=Ct/2，式中的C为超声波波速。限制该系统的最大可测距离存在4个因素：超声波的幅度、反射的质地、反射和入射声波之间的夹角以及接收换能器的灵敏度。为了增加所测量的覆盖范围、减小测量误差，可采用多个超声波换能器分别作为多路超声波发射/接收的设计方法。由于超声波也是一种声波，其声速C与温度有关。在使用时，如果温度变化不大，则可认为声速是基本不变的。如果测距精度要求很高，则应通过温度补偿的方法加以校正。声速确定后，只要测得超声波往返的时间，即可求得距离。表2-2 超声波波速与温度的关系表温度（）-30-20

28、-100102030100声速（m/s）3133193253233383443493862.2.2 测量与控制方法声波在其传播介质中被定义为纵波。当声波受到尺寸大于其波长的目标物体阻挡时就会发生反射；反射波称为回声。假如声波在介质中传播的速度是已知的，而且声波从声源到达目标然后返回声源的时间可以测量得到，从声波到目标的距离就可以精确地计算出来。这就是本系统的测量原理。超声波传感器的结构如图2-3所示。压电晶片电极板共振板 SHAPE * MERGEFORMAT 图2-3 超声波传感器结构2.2.3 超声波发射(fsh)模块发射电路的实现目的为超声波发射器提供它所需要的脉冲电信号。依据电路需要，

29、发射电路满足下列(xili)要求：(1)驱动(q dn)能力较高；(2)I/O口控制。当加载在超声波传感器的两端的信号频率与其固有频率为同一频率时，发生共振，电信号电能能高效率的转化为机械声波的机械能。一般厂家生产的超声波传感器标识的固有频率是40KHz，实际有偏差，如400.5KHz。超声波发射电路原理图如图2-4所示。发射电路主要由反相器74LS04和超声波发射换能器T构成，单片机P1.0端口输出的40kHz的方波信号一路经一级反相器后送到超声波换能器的一个电极，另一路经两级反相器后送到超声波换能器的另一个电极，用这种推挽形式将方波信号加到超声波换能器的两端，可以提高超声波的发射强度。输出

30、端采用两个反相器并联，用以提高驱动能力。上拉电阻R10、R11一方面可以提高反相器74LS04输出高电平的驱动能力，另一方面可以增加超声波换能器的阻尼效果，缩短其自由振荡时间。压电式超声波换能器是利用压电晶体的谐振来工作的。超声波换能器内部有两个压电晶片和一个换能板。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，压电晶片会发生共振，并带动共振板振动产生超声波，这时它就是一个超声波发射器；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，将机械能转换为电信号，这时它就成为超声波接收换能器。超声波发射换能器与接收换能器在结构上稍有不同，使用时应分清器件上的标

31、志。图2-4 超声波发射电路原理图2.2.4 超声波检测接收(jishu)电路图2-5 超声波检测(jin c)接收电路超声波接收部分采用(ciyng)集成芯片CX20106A，这是一款红外线检波接收的专用芯片，内部电路由前置放大器、自动偏置电平控制电路、限幅放大器、带通滤波器、峰值检波器和整形输出电路组成。其中的前置放大器具有自动增益控制功能，可以保证在超声传感器接收较远反射信号输出微弱电压时，放大器有较高的增益，在近距离输入信号强时放大器不会过载；其带通滤波器中心频率可由芯片5脚的外接电阻调节，不需要外接电感，可避免外磁场对电路的干扰，可靠性较高。CX20106A接收超声波有很高的灵敏度和

32、抗干扰能力，可以满足接收电路的要求。同时，使用集成电路也可以减少电路之间的相互干扰，减小电噪声。考虑到红外遥控常用的载波频率38 kHz与测距的超声波频率40 kHz较为接近，可以利用它制作超声波检测接收电路(如图2-5)。适当更改电容的大小，可以改变接收电路的灵敏度和抗干扰能力。2.3 显示电路如图2-6所示，本设计显示电路采用6位共阳LED数码管，从P0口输出段码，段码用74LS244驱动，位码用PNP三极管9012驱动。图2-6 显示(xinsh)电路2.3.1 LED数码管单片机系统(xtng)中最常用的两种显示器是发光二极管显示器(LED)和液晶显示器(LCD)。在单片机系统(xtn

33、g)中，这两种显示器有许多相似之处，这里选用LED显示器。LED(Light Emintng Diode)是当外加电压超过额定电压时发生击穿而发出可见光。LED数码管中各段发光二极管的伏安特性和普通二极管类似，只是正向压降较大，正向电阻也较大。在一定范围内，其正向电流与发光亮度成正比。由于常规的数码管起辉电流只有12mA，工作电流通常在220mA范围内，工作压降2V左右，最大极限电流也只有1030mA，所以它的输入端在5V电源或高于TTL高电平(3.5V)的电路信号相接时，一定要串加限流电阻，以免损坏器件。LED(Light-Emitting Diode,发光二极管)有七段和八段之分，也有共阴

34、和共阳两种。图2-7（a） 八段共阴数码(shm)显示管结构图图2-7 (b) 共阴LED显示管原理图图2-7（c） 共阳LED显示管原理图2.3.2 LED数码管的显示(xinsh)方法单片机驱动LED数码管有很多方法，按显示方法可分为静态显示和动态显示两种。静态显示的特点是各LED管能稳定地同时显示各自字形；动态显示是指各LED轮流地一遍一遍显示各自字符，人们由于视觉器官惰性，从而(cng r)看到的是各LED似乎在同时显示不同字形。LED显示器工作在静态显示方式下，共阴极或共阳极点连接在一起接地（低电平）或+5V（高电平）：每位的段选线（adp）与一外8位的并行口相连。静态显示电路每一位

35、可独立显示，只要在该位的段选线上保持段选码电平，该位就能保持相应的显示字符。由于每一位由一个8位输出口控制段选码，故在同一时间里每一位显示的字符可以各不相同。N位静态(jngti)显示器要求有N8根I/O口线，占用(zhn yn)I/O资源较多，因此在位数较多时往往采用动态显示方式。LED显示器工作在动态显示方式下，将所有位的段选线并联在一起，由一个8位I/O口控制，而共阴极点或共阳极点分别(fnbi)由相应的I/O口线控制。LED动态显示电路只需要两个8位I/O口。其中一个是控制段选，另一个控制位选。采用扫描显示方式，即在每一瞬间只使某一位显示相应字符。在此瞬间，段选控制I/O口输出相应字符

36、段选码，位选控制I/O口在该显示位送入选通电平（共阴极送高电平，共阳极送低电平）以保证该位显示相应字符。如此轮流，是每位显示该位应显示字符，并保持延时一段时间，以造成视觉暂留效果。这样不断循环送出相应的段选码、位选码，就可以获得视觉稳定的显示状态。静态显示和动态显示各有利弊。静态显示虽然数据显示稳定，占有很少的CPU时间，但每个显示单元都需要单独的显示驱动电路，使用的电路硬件较多，如果显示的位数比较多，硬件的开销、电源的功耗等问题将变的更加突出；动态显示需要分时显示，需要CPU时刻对显示器件进行数据刷新，显示数据有闪烁感，占用的CPU时间多，但使用的硬件少，可以大幅度地降低硬件成本和电源的功耗

37、，还可以节省线路板空间。为了减少硬件开销，提高系统可靠性并降低成本，单片机控制系统通常采用动态扫描显示。但是由于本系统所用的单片机引脚多，所以，采用了动态的显示方式。2.4 时钟电路计算机工作时，是在统一的时钟脉冲控制下一拍一拍的进行的，这个脉冲是由单片机控制器中的时序电路发出的。单片机的时序就是CPU在执行指令时所需控制信号的时间顺序。为了保证各部件间的同步工作，单片机内部电路就在惟一的时钟信号控制下严格的按时序进行工作。要给单片机提供时序要有相关的硬件电路，即振荡器和时钟电路，因此选择了内部时钟方式。图2-8 片内时钟(shzhng)电路利用芯片内部的振荡器，然后在引脚XTAL1和XTAL

38、2两端跨接晶体或陶瓷谐振器，就构成(guchng)了稳定的自激振荡器，其发出的脉冲直接送入内部时钟电路如图2-8所示，外接晶振时，C1和C2值通常选择为30PF左右。C1，C2对频率有微调作用。晶体的频率范围可在1.212MHZ之间选择。在实际连接中，为了减少寄生电容，更好地保证振荡器稳定可靠地工作，振荡器和电容应尽可能安装得与单片机芯片(xn pin)靠近。2.5 复位电路由图2-9可以看出，是按键电平复位电路，相当于按复位键后复位端通过电阻与Vcc电源接通。复位是单片机的初始化操作，单片机在启动运行时，都需要先复位，其作用是使CPU和系统中其他部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始

39、工作。此复位电路的实质是一阶充放电电路，系统上电时该电路提供有效的复位信号RST（高电平）直至系统电源稳定后撤销复位信号（低电平）。因而，复位是一个很重要的操作方式。但单片机本身是不能自动进行复位的，必须配合相应的外部电路来实现。图2-9 手动复位电路2.6 电源(dinyun)电路电源电路的作用(zuyng)：给控制电路及其它电路提供电源。倒车防撞报警器作为车载(ch zi)设备，使用汽车电源。汽车上的电源有两个：汽车发电机和蓄电池。倒车防撞报警器的电源直接取自蓄电池。在发电机转速和用电负载发生较大变化时，可保持汽车电网电压的相对稳定。车辆使用的车载蓄电池标称值有两种：12V和24V。为了得

40、到需要的5V的电压，本设计选用了7805三端稳压集成电路。用78系列三端稳压集成电路来组成的稳压电源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。该系列稳压集成电路型号中的78后面的数字代表该三端集成稳压电路的输出电压。电源降压一稳压单元由三端集成稳压器7805组成(如图2-10所示)。电容用来抵消因输入线太长而产生的电感效应，防止产生自激振荡，连线不长时可以不用，容量一般在011F；用来消除高频噪声和改善输出的瞬态特性，即在负载电流变化时不致引起输出端产生较大的波动。当电路的输入端大于5V时，输出端输出稳定的5V电压。图2-10 电源降压-稳

41、压单元2.7 温度补偿通过超声波的声速与温度的理论分析，设计温度测量电路。传统的测温系统一般都是由温度传感器、AD转换、单片机处理、显示驱动芯片和LED显示组成。本测温系统则是用一线测温器件DSl8B20与AT89C52单片机共同组成了最小的测温系统。2.7.1 AT89C52与DSl8B20构成(guchng)最小测温系统在该最小测温系统中，温度(wnd)值存在单片机的内存中，需要时可以读出。AT89C52的RD用来(yn li)与DSl8B20通信，接4.7k的上拉电阻以增加该I/O的驱动能力，只需一片AT89C52就可实现DSl8B20的温度读取。简化了硬件电路，提高了系统的可靠性，而且

42、还大大地降低了系统的硬件成本。在AT89C52初始化后对DSl8B20发出转换温度值命令后，等待750ms(DSl8B20最长转换时间)，从RD口读出温度值，对读的温度值做相应的数据处理，然后实时将计算出来的某温度下超声波在介质中的速度值通过串口提供给AT89C52单片机。2.8 硬件抗干扰干扰在大多数情况下都不会造成单片机硬件的损坏，但是会对软件正常运行造成不良的影响。因此，需从硬件和软件两方面采取相应的抗干扰措施，消除干扰源，抑制干扰通道，减弱电路对噪声干扰的敏感性。从而提高单片机系统抗干扰的能力。超声波测距系统是一个集弱电、数电、模电为一体的复杂电路，为了使系统稳定、可靠的工作，主要从五

43、方面考虑。(1)抑制干扰源抑制干扰源就是尽可能的减小干扰源的du/dt，di/dt。这是抗干扰设计中最优先考虑和最重要的原则，常常会起到事半功倍的效果。减小干扰源的du/dt主要是通过在干扰源两端并联电容来实现。减小干扰源的di/dt则是在干扰源回路串联电感或电阻以及增加续流二极管来实现。抑制干扰源采用了如下措施：在总电源接入处接一个电感，再由电感接入三端稳压器件的输入脚。在电压的输出处接一个电感进入电路板的电压线路。(2)切断干扰传播路径按干扰的传播路径可分为传导干扰和辐射干扰两类。所谓传导干扰是指通过导线传播到敏感器件的干扰。高频干扰噪声和有用信号的频带不同，可以通过在导线上增加滤波器的方

44、法切断高频干扰噪声的传播，有时也可加隔离光耦来解决。电源噪声的危害最大，要特别注意处理。切断干扰源采用了如下措施：将数字部分与模拟部分完全分开，电源接入处与地线(dxin)接出处一点相接地。为防止超声波接收器与发射器辐射干扰(gnro)，将其相隔8的距离平行放置。因超声波的波束很小，如此相隔后，辐射(fsh)传播路径可以切断。晶振与单片机引脚尽量靠近，用地线把时钟区隔离起来，晶振外壳接地并固定。(3)提高敏感器件的抗干扰性能在此设计中，超声波接收器是敏感元件，在其两端的信号稍有变化，经过放大后即为严重的干扰信号。提高敏感器件抗干扰性能采用了如下措施：对于单片机闲置的I/O口，不要悬空，要接地或

45、接电源。其它集成电路的闲置端在不改变系统逻辑的情况下应接地或接电源。在速度满足要求的前提下，降低单片机的晶振和选用低速数字电路。对超声波接收器的公共端接+2.5V处，应严格保证2.5V电压的稳定，不得有波动。3 系统硬件介绍3.1 AT89C52单片机AT89C系列单片机是Atmel公司生产的一款标准型单片机。其中数字9表示内含Flash存储器，C表示CMOS工艺。AT89C52是ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS 8位单片机。片内含8K bytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和256 bytes 的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存

46、储技术生产，与标准MCS-51指令系统及8052产品引脚兼容，片内置通用8位中央处理器（CPU）和FLASH存储单元，功能强大AT89C52单片适用于许多较为复杂控制应用场合。AT89C52有PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。3.1.1主要特性兼容MCS51指令系统8k可反复(fnf)擦写(1000次)Flash ROM32个双向I/O口2568bit内部(nib)RAM3个16位可编程定时(dn sh)/计数器中断时钟频率0-24MHz2个串行中断可编程UART串行通道2个外部中断源共6个中断源2个读写中断口线3级加密位低功耗空闲和掉电模式软件设置睡

47、眠和唤醒功能AT89C52管脚图如图3-1所示。图3-1 AT89C52单片机管脚图3.1.2 管脚说明AT89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，2个读写口线，AT89C52可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。VCC：电源电压。GND：接地。P0：P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，也即地址/数据总线复用口。作为输出(shch)口用时，每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路，对端

48、口P0写“1”时，可作为(zuwi)高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换(zhunhun)地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在FLASH编程时，P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。P1口：P1口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，Pl口的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流IIL。与AT89C51不同之处是，Pl.0和P1.1还可分别作

49、为定时/计数器2的外部计数输入（Pl.0/T2）和输入（P1.1/T2EX)。P2口：P2口是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑电路。对端口P2写“l”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器（例如执行MOVX A DPTR 指令）时，P2送出高8位地址数据。在访问8位地址的外部数据存储器，如执行MOVX A Ri指令）时，P2口输出P2锁存器的内容。FLASH编程或校验时，P2亦接收

50、高位地址和一些控制信号。P3口：P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。P3口输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对P3口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。此时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流（IIL)。P3口除了作为一般的I/0口线外，更重要的用途是它的第二功能，如下表所示：端口引脚第二功能P3.0 RXD（串行输入口P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 INTO（外中断0P3.3 INT1（外中断l)P3.4 TO（定时(dn sh)/计数器0)P3.5 Tl（定时(dn sh)/计数器l)P3.6 WR（外部(wib)数据存储器写

51、选通）P3.7 RD（外部数据存储器读选通）此外，P3口还接收一些用于FLASH闪速存储器编程和程序校验的控制信号。RST：复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。ALE/PROG:当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE(地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。对Flash存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲(PROG)。PSEN：程序储存允许PSEN输出是外部程序存储器的读选通信号，当

52、AT89C52由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲。在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。EA/VPP：外部访问允许。欲使CPU仅访问外部程序存储器(地址为0000H-FFFFH)，EA端必须保持低电平(接地）。需注意的是：如果加密位LBI被编程，复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平（接Vcc端）,CPU则执行内部程序存储器中的指令。flash存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源VPP，当然这必须是该器件是使用12V编程电压VPP。XTAL1：振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端。XTAL1：振荡器反相放大器的

53、输出端。3.1.3 振荡器特性XTAL1和XTAL2分别为反相放大器的输入和输出。该反相放大器可以配置为片内振荡器。有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。3.1.4 芯片(xn pin)擦除整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过(tnggu)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(bx)被执行。此外，AT89C52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，CP

54、U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，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。3.1.5 特殊功能寄存器在AT89C52片内存储器中，80H-FFH共128个单元为特殊功能寄存器（SFR)。并非所有的地址都被定义，从80H-FFH共128个字节只有一部分被定义，还有相当一部分没有定义。对没有定义的单元读写将是无效的，读出的数位将不确定，而写入的数据也将丢失。AT89C52除了与AT89C51所有的定时/计数器0和定时/计数器1外，还增加了一个定时/计数器2。定时/计数器2的控制和状态位位于T2CON，寄存器对（RCA0

55、2H、RCAP2L）是定时器2在16位捕获方式或16位自动重装载方式下的捕获/自动重装载寄存器。3.1.6 引脚号功能特性Pl.0 T2 （定时计数器2外部计数脉冲输入），时钟输出；Pl.1 TZEX 定时计数2捕获/重装载触发和方向控制。3.1.7 中断寄存器AT89C52有6个中断源，2个中断优先级，IE寄存器控制各中断位，IP寄存器中6个中断源的每一个可定为2个优先级。3.1.8 数据(shj)存储器AT89C52有256个字节的内部RAM，80HFFH高128个字节与特殊(tsh)功能寄存器（SFR）地址是重叠的，也就是高128字节的RAM和特殊功能寄存器的地址是相同的，但物理上它们是

56、分开的。当一条指令访问7FH以上的内部地址(dzh)单元时,指令中使用的寻址方式是不同的，也即寻址方式决定是访问高128字节RAM还是访问特殊功能寄存器。如果指令是直接寻址方式则为访问特殊功能寄存器。3.1.9 定时器AT89C52的定时器0和定时器1的工作方式与AT89C51相同。定时器2是一个16位定时计数器。它既可当定时器使用，也可作为外部事件计数器使用，其工作方式由特殊功能寄存器T2CON的C/T2位选择。定时器2有三种工作方式：捕获方式，自动重装载（向上或向下计数）方式和波特率发生器方式，工作方式由T2CON的控制位来选择。定时器2由两个8位寄存器TH2和TL2组成，在定时器工作方式

57、中，每个机器周期TL2寄存器的值加1，由于一个机器周期由12个振荡时钟构成，因此，计数速率为振荡频率的1/l2。在计数工作方式时，当T2引脚上外部输入信号产生由1至0的下降沿时，寄存器的值加1，在这种工作方式下，每个机器周期的5SP2期间，对外部输入进行采样。若在第一个机器周期中采到的值为1，而在下一个机器周期中采到的值为0，则在紧跟着的下一个周期的S3P1期间寄存器加l。由于识别1至0的跳变需要2个机器周期（24个振荡周期），因此，最高计数速率为振荡频率的1/24。为确保采样的正确性，要求输入的电平在变化前至少保持一个完整周期的时间，以保证输入信号至少被采样一次。3.1.10 中断AT89C

58、52共有6个中断向量：两个外中断（INT0和INT1)，3个定时器中断（定时器0、l、2）和串行口中断。这些中断源可通过分别设置专用寄存器IE的置位或清0来控制每一个中断的允许或禁止。IE也有一个总禁止位EA，它能控制所有中断的允许或禁止。定时器2的中断是由T2CIN中的TF2和EXF2逻辑或产生的。当转向中断服务程序时，这些标志位不能被硬件清除，事实上，服务程序需确定(qudng)是TF2或EXF2产生中断，而由软件清除中断标志位。定时器0和定时器1的标志位TF0和TF1在定时器溢出那个机器周期的S5P2状态置位，而会在下一个(y )机器周期才查询到该中断标志。然而，定时器2的标志位TF2在

59、定时器溢出的那个机器周期的S2P2状态置位，并在同一个机器周期内查询到该标志。3.2 CX20106A的原理(yunl)与应用CX20106A作为超声波接收处理的典型电路。（当CX20106A接收到40KHz的信号时，会在第7脚产生一个低电平下降脉冲，这个信号可以接到单片机的外部中断引脚作为中断信号输入）。表3-2 引脚功能与维修数据脚位序号符号功能直流电压（V）对地电阻（K）备注开机待机红笔接地黑笔接地1IN红外信号输入端1.51.2513.24.22C1增益调节端1.41.515.19.83C2检波端2.21.2513.210.14GND接地端00005fo带通滤波器调整端1.11.215

60、.110.26C3积分端1.01.215.510.17OUT信号输出端2.83.513.69.2电压有波动8Vcc电源端5.05.04.03.8CX20106A的内部方框图如下：图3-3 CX20106A的内部(nib)方框图CX20106A的引脚注释(zhsh)：l脚：超声波信号(xnho)输入端，该脚的输入阻抗约为40k。2脚：该脚与地之间连接RC串联网络，它们是负反馈串联网络的一个组成部分，改变它们的数值能改变前置放大器的增益和频率特性。增大电阻R或减小C，将使负反馈量增大，放大倍数下降，反之则放大倍数增大。但C的改变会影响到频率特性，一般在实际使用中不必改动，推荐选用参数为R=4.7,