毕业设计论文汽车倒泊防撞报警器的设计.doc

毕毕业业设设计计（论论文文） 题目：题目： 汽车倒泊防撞报警器的设计汽车倒泊防撞报警器的设计 I 本科毕业设计（论文）本科毕业设计（论文） 诚诚 信信 承承 诺诺 书书 本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文） 汽车倒泊防撞 报警器的设计 是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果,其 内容除了在毕业设计（论文）中特别加以标注引用,表示致谢的内容外, 本毕业设计（论文）不包含任何其他个人、集体已发表或撰写的成果作 品。 班 级： 学 号： 作者姓名： 年 月 日 I xx xx 大学大学 xx xx 学院学院 机电机电 系系 电子信息工程电子信息工程 专业专业 毕毕 业业 设设 计计论论 文文 任任 务务 书书 一、题目及专题：一、题目及专题： 、题目 汽车倒泊防撞报警器的设计 、专题 二、课题来源及选题依据二、课题来源及选题依据 由于随着科学技术和汽车工业的发展,许多汽车安全装置也得到 大力的发展.汽车上面安装防撞报警器能够极大地方便司机的驾驶,保障司 机的安全,并且能在紧急的情况下自动刹车防止汽车之间的相撞.随着人们 安全意识的提高,在汽车上安装防撞倒泊警报器将必不可少 . 三、本设计（论文或其他）应达到的要求：三、本设计（论文或其他）应达到的要求： 1.熟悉超声波的相关知识，知道超声波传感器的主要性能特性； 2.了解单片机的概念及特点，知道单片机的发展及应用范围； 3.设计两个设计方案，并选择出一个合适的设计方案。此设计中，最终选择的是基 于 AT89C51 单片机的超声波防撞报警系统。介绍一下选择该方案的原因； 4.对基于 AT89C51 单片机的超声波防撞报警系统的设计进行硬件设计，包括芯片的 选择、用 Protel 画出相应的硬件图； 5.对设计进行软件设计，包括程序流程图、中断流程图的研究及系统程序的编程； 6.对设计进行误差分析。 四、接受任务学生：四、接受任务学生： 班班 姓名姓名 II 五、开始及完成日期：五、开始及完成日期： 自自 年年 月月 日日 至至 年年 月月 日日 六、设计（论文）指导（或顾问）：六、设计（论文）指导（或顾问）： 指导教师指导教师 签名签名 签名签名 签名签名 教教研研室室主主任任 学科组组长研究所所长学科组组长研究所所长 签名签名 系主任系主任 签名签名 xxxxxxxx 年年 xxxx 月月 xxxx 日日 III 摘摘 要要 随着中国经济的高速发展和居民生活水平的不断提高,居民拥有汽车的数量越来越多。 道路上、停车场变得越来越拥挤。倒车的总次数不断增长,而汽车驾驶员视野又是非常有 限,碰撞和拖挂的事故时有发生,夜间就更不安全了。驾驶员希望能有一种汽车报警系统,在 行驶的时候能够不断测量车辆车尾与后面障碍物的距离 （或车与车的距离）, 而且能够 在仪表板上显示出来,并在不同的警示距离范围发出不同的报警信号,以提高驾驶的安全性。 实时数字显示测得的距离,在不同距离范围内能发出不同的声光报警信号。 目前超声波测距已得到广泛应用, 国内一般使用专用集成电路根据超声波测距原理设 计各种测距仪器, 但是专用集成电路的成本较高、功能单一。而以单片机为核心的测距仪 器可以实现预置、多端口检测、显示、报警等多种功能, 并且成本低、精度高、操作简单、 工作稳定可靠。能够有效的提高汽车的安全性能,保障汽车驾驶人员的安全。 本文介绍的是基于 AT89C51 单片机的超声波倒泊防撞报警器,介绍了硬件选择,软件 方案,系统基本功能,和待改进的方向。 关键词关键词：超声波；测距；报警系统；单片机 IV Abstract With China's rapid economic development and the continuous improvement of living standards of residents, the residents have an increasing number of motor vehicles. Roads, parking lots become more crowded. The total number of reversing the growing, and the car driver is a very limited field of vision, collision and trailer when the accident occurred the night even more dangerous. Drivers want to have a car alarm system, when in a moving vehicle can be continuously measured and the back of the rear obstacle distance (or the distance between cars and trucks), and can be displayed in the dashboard, and alerts from different range of different alarm signals in order to improve driving safety. Real-time digital display of the distance measured in the range of different distances can be issued a different sound and light alarm signal. At present, ultrasound has been wide ranging applications, the use of domestic general ASIC design based on the principle of a variety of ultrasonic ranging range finder device, but the high cost of application specific integrated circuit, a single function. The single-chip microcomputer as the core of the range finder can be the achievement of preset, multi-port detection, display, alarm and other functions, and low-cost, high precision, simple operation, reliable work. Can effectively improve the performance of automotive safety, protect the safety of motorists. In this paper, it is based on AT89C51 microcontroller parked down anti-ultrasonic alarm system on hardware options, software programs, the basic functions of the system, and the direction to be improved. Key words: ultrasonic;distance measurement system;warning system;microcomputer V 目目 录录 1 绪论 .1 1.1 课题来源.1 1.2 科学依据.1 1.3 超声波传感器.1 1.4 超声波应用.1 1.5 超声波传感器的主要性能指标.2 1.6 研究内容.2 2 单片机基础知识.3 2.1 单片机的概念及特点3 2.2 单片机的发展3 2.3 单片机的应用4 3 设计方案 .6 3.1 备选方案.6 3.1.1 方案一：基于 AT89C2051 单片机的超声波防撞报警系统6 3.1.2 方案二：基于 AT89C51 单片机的超声波防撞报警系统7 3.2 选择方案依据.8 4 硬件设计 .9 4.1 芯片的选择9 4.1.1 控制器选择9 4.1.3 超声波接收电路13 4.1.4 LED 显示电路.15 4.1.5 高低频报警电路16 4.2 硬件图.18 4.2.1 总体结构框图18 4.2.2 系统总体硬件图19 5 软件设计 .21 5.1 程序流程图.21 5.2 中断流程图22 5.3 系统子函数.22 5.3.1 蜂鸣器报警子程序和信号灯.22 5.3.2 延时子程序.23 5.3.3 单片机初始化子程序.23 5.4 系统总程序24 6 误差分析 .28 VI 由温度产生的误差28 7 结论与展望 .29 7.1 结论.29 7.2 不足之处及未来展望.30 致谢 .31 参考文献 .32 汽车倒泊防撞警报器的设计 1 1 绪论绪论 1.1 课题来源课题来源 由于随着科学技术和汽车工业的发展,许许多多的汽车安全装置也得到大力的发展。 汽车上面安装防撞警报器能够极大的方便司机的驾驶,保障司机的安全,并且能在紧急情况 下能自动刹车防止汽车之间的相撞。随着人们安全意识的提高,在汽车上安装防撞倒泊警 报器将必不可少。 1.2 科学依据科学依据 单片机的应用日益普及,汽车的数量急剧增加,保障汽车驾驶人员的安全也变得越来越 重要了。目前在汽车警报器经过20多年的发展 ,已经历了从开始的由单片机的蜂鸣器到由 频率控制声音的急促报警到进一步的可视的智能化防撞报警系统。 汽车防撞装置主要是通过车与障碍物之间的距离,车速信号的发射与接收由信号控制 系统既是利用单片机来控制车速。并发出不同频率的报警信号。当车速与车距距离进入 比较危险的状态时,单片机自动控制发出紧急制动信号刹车,以此来达到防撞的目的。 由上述可知,汽车与障碍物的距离只有在危险距离状态才有发生碰撞的可能,汽车防撞 装置系统的设计任务主要是采集汽车与障碍物的距离和本车车速,并与当时车速下安全警 报距离与危险距离之间进行比较,判断汽车与障碍物的距离是否安全。当达到的安全警报 距离时能发出声音报警。 1.3 超声波超声波传感器传感器 用超声波作为检测手段,必须有超声波发射器和超声波接收器分别来发射和接收超声 波,完成这两种功能的器件就是超声波传感器（本设计中采用 CSB40T1 和 CSB40R1） 。超 声传感器探头的核心是其塑料外套或者金属外套中的一块压电晶片。构成晶片的材料可 以有许多种。超声波是一种振动频率高于声波的机械波（高于 20KHZ）,在电压的激励下 压电晶片发生振动产生的。超声波传感器具有以下几个特性： (1)在自身特性谐振点 40KHz 附近可获得较高的灵敏度,通常选用 40KHZ 为其工作频 率。 (2)谐振带宽、波束角可以通过制作控制得很窄,有利于抗声波干扰设计。 (3)不受无线电频谱的资源限制,易于进行抗电磁干扰设计。 (4)超声波系统成本低、性能稳定,应用前景好。 1.4 超声波应用超声波应用 超声波的频率高至 20000Hz 以上（每秒振动 20000 次以上）,由于它的频率高,因此具 有以下特点： （a）方向性好,几乎沿直线传播； （b）穿透能力强,能穿透许多电磁波不能穿透的物质； xx 大学学士学位论文 2 （c）在媒质中传播时能产生巨大的作用力,可以用来为硬质材料做切割、凿孔等,也可 以用来清洗和消毒等对于超声波的应用； 我们比较熟悉的就是医院中常用的 B 超,它是把超声波射入人体,根据人体组织对超声 波的传导和反射能力的变化来判断有无异常,如对人体脏器做病变检查、结石检查等,它具 有对人体无损伤、简便迅速的优点。 当然更多的超声波传感器是固定地安装在不同的装置上,“悄无声息”地探测人们所 需要的信号。在未来的应用中,超声波将与信息技术、新材料技术结合起来,将出现更多的 智能化、高灵敏度的超声波传感器。 超声波测距系统设计：超声波是一种在弹性介质中的机械振荡,它是由与介质相接触 的振荡源所引起的,其频率在 20000Hz 以上。由于它有指向性强、方向性好、传播能量大、 传播速度为 340m/s。超声波测距的工作原理是超声波发射探头不断地发射出 40KHz 超声 波,遇到障碍物后反射回反射波,超声波接收探头接收到反射波信号, 并将其转变为电讯号。 测出发射和接收回波的时间差 Dt,然后求出距离 S。在已知速度 C 的情况下,求出 SC*T/2（C 为超声波音速）13。 1.5 超声波传感器的主要性能指标超声波传感器的主要性能指标 （1）工作频率：工作频率就是压电晶片的共振频率。当加到它两端的交流电压的频 率和晶片的共振频率相等时,输出的能量最大,灵敏度也最高。 （2）工作温度：由于压电材料的居里点一般比较高,特别时诊断用超声波探头使用功 率较小,所以工作温度比较低,可以长时间地工作而不失效。 （3）灵敏度：主要取决于制造晶片（压电晶片）本身。机电耦合系数大,灵敏度高； 反之,灵敏度低。 1.6 研究内容研究内容 在倒车时不断测量汽车尾部与其后面障碍物的距离,并实时显示其与障碍物之间的距 离,在不同的距离范围内发出不同的报警信号,并且提高报警系统的稳定性,以提高汽车倒车 时的安全性。本文设计了一种超声波汽车倒泊防撞报警器,本报警器具有以下功能：最大 测距 4.9m,最小测距 0.1m,实时显示测得的距离；在不同的时间利用三个不同的超声波传 感器进行测距,能够有效的提高报警的稳定性。在不同的危险距离范围内发出不同的频率 报警信号,驾驶员还可以根据个人需要调整设置报警距离。利用 555 来控制蜂鸣器的发声 频率,直接运用单片机的 I/O 口控制报警器的工作。能够大大降低软件的复杂程度。该报 警器与其它报警器相比具有功能多、硬件电路简单、工作稳定可靠等优点47。 汽车倒泊防撞警报器的设计 3 2单片机基础知识单片机基础知识 2.1单片机的概念及特点单片机的概念及特点 单片机是将计算机的中央处理器（CPU） 、随机存取存储器（RAM） 、只读存储器 （ROM） 、多种输入输出接口（I/O） 、定时器/计数器（Timer/Counter） 、中断(Interruption) 系列等集成在一块芯片上,因此,被称为单片微型计算机(Single Chip Microcomputer),简称单 片机。单片机是针对控制与检测应用而设计的,又称为微控制器(Microcontroller Unit,MCU)。 另外,由于它可以很容易地嵌入到各种仪器和现场控制设备中,因此也叫嵌入式微控制器 （Embedded MCU） 。 单片机具有以下几个特点： （1）集成度高、功能强。单片机在一块芯片上集成了 CPU、RAM、ROM、I/O 接口等资源,在芯片上还包含了中断系统、串行通信接口、 定时器/计数器等功能部件,芯片功能强、体积小、集成度高。 （2）具有较高的性能价格比。单片机尽可能地把应用所需的各种资源集成 在一块芯片内,性能高,但是价格却相对低廉。 （3）抗干扰能力强。单片机是面向工业检测控制环境设计的,因此,抗噪声 干扰能力较强。程序固化在 ROM 类型的存储器中不易被破坏；许多资源集成在一 个芯片上,可靠性高。 2.2单片机的发展单片机的发展 自 20 世纪 70 年代初期单片机问世以来,它已经经历了 5 个发展阶段。 第一阶段（1971-1976）：单片机萌芽阶段； 第二阶段（1976-1980）：初级单片机阶段； 第三阶段（1980-1983）：高性能单片机阶段； 第四阶段（1983-1990）：8 位单片机巩固发展及 16 位单片机推广阶段； 第五阶段（1990-）：单片机在集成度、功能、速度、可靠性、应用领域等方面全方 位地向更高水平发展。 20 世纪 90 年代以来,在工业控制、智能仪表等应用领域,8 位单片机系列较好地兼顾 了性能和价格因素,仍然是单片机中的主流产品。目前,8 位单片机表现出多功能、多选择、 高速度、低功耗、低价格、存储容量大和 I/O 功能加强及结构兼容的特点。 （1）在单片机中采用精简指令集（RISC） ； （2）提升了指令提升速度； （3）在芯片上集成大容量的 Flash 存储器,可以实现 ISP 和 IAP 编程； （4）使用数字-模拟相混合的集成技术； （5）增加增强通信接口； （6）低电压、低功耗、低价位。 尽管目前单片机的品种很多,但在国内,Intel 公司的 MCS-51 系列单片机和与其内核 80C51 兼容的单片机应用最为广泛。 xx 大学学士学位论文 4 2.3单片机的应用单片机的应用 现在,单片机被广泛地应用到各个领域,在智能仪器仪表、家用电器和军事设备的智能 化以及实时过程控制等方面,单片机都扮演者越来越重要的角色,具有广阔的应用前景。所 下大致介绍一些典型的应用领域和应用特点。 （1）家用电器 目前,各种家用电器已普遍采用单片机控制取代传统的控制电路,如全自动洗衣机、电 冰箱、空调机、微波炉、电饭煲、电视机、录像机、手机、MP3、MP4、摄像机及其他视 频音像设备的控制器； （2）办公自动化 现在办公室中所使用的大量通信、信息产品多数都采用了单片机，如计算机系统中 的键盘译码、硬盘驱动、打印机、绘图仪、复印机、电话、传真机、考勤机、计算机等； （3）商业领域 商业营销系统广泛使用的电子秤、收款机、条形码阅读器、仓储安全检测系统、商 场的导购电子显示系统、保安系统、空气调节系统、冷冻保鲜系统等，目前已纷纷采用 单片机构成专用系统； （4）工业领域 智能仪器仪表：目前变送器、电器测量仪表普遍采用单片机应用系统替代传统的测 量系统，使测量系统具有各种智能化功能，如存储、数据处理、查找、判断、联网和语 音功能等。 智能传感器：单片机与传感器相结合可以构成智能传感器，它对经传感器初级变换 后的电量做进一步的变换、处理，输出能满足远距离传送、能与微机接口的数字信号； 工业过程控制、过程监测、工业控制器及机电一体化控制系统等，这些系统除一些 小型工控机之外，许多都是以单片机为核心的单机或多机网络系统。如工业机器人的控 制系统是由中央控制器、感觉系统、行走系统、抓举系统等节点构成的多机网络系统； （5）汽车电子 单片机用于集中显示系统、动力监测控制系统、自动驾驭系统、GPS 系统、汽车倒 泊防撞报警器的设计、通信系统以及运行监视器等； （6）航空航天与军事5 航空航天器的飞行姿态控制、参数显示、动力监测控制、通信系统、导航等以及军 事领域武器系统的控制，如战机、军舰、坦克、火炮、导弹、智能武器系统等，都要用 到单片机。 单片机应用重要的意义在于：它从根本上改变了传统控制系统的设计思想和设计方 案。从前必须由硬件实现的控制功能，现在可以通过单片机用软件方法实现，这种以软 件取代硬件并提高系统性能的控制计术，称为微控制技术。随着单片机应用技术的推广 普及，微控制技术将发挥越来越重要的作用。 汽车倒泊防撞警报器的设计 5 xx 大学学士学位论文 6 3 3 设计方案设计方案 3.1 备选方案备选方案 3.1.13.1.1 方案一：方案一：基于基于 AT89C2051AT89C2051 单片机的超声波防撞报警系统单片机的超声波防撞报警系统 (1) 硬件系统 图 3.1 AT89C2051 图 3.1AT89C2051 主要功能特性：兼容 MCS51 指令系统 15 个双向 I/O 口两个 16 位 可编程定时计数器时钟频率 024 两个外部中断源可直接驱动 LED 低功耗睡眠功能可 编程 UARL 通道 2K 可反复擦写 (1000 次可反复擦写)6 个中断源 2.76V 的宽工作电压 范围 128*8bit 内部 RAM 两个串行中断两级加密位内置一个模拟比较放大器,软件设置睡 眠和唤醒功能。 该报警器由控制系统,超声波发射电路、接收电路测速电路报警电路、LED 显示电路 组成电路原理框图超声波发射电路由 CC7555 时基电路和超声波发射探头组成,单片机 AT89C2051 的 P1.7 引脚控制 CC7555 时基电路产生 40KHZ 的频率信号给超声波发生器, 由超声波探头发射的超声波射向障碍物。利用超声波测距具有以下特点：测量灵敏度高, 穿透力强,测量速度快,测量角度大可对较大范围内的物体进行检测。 (2) 超声波发射与接收电路 超声波接收电路由超声波接收探头放大器和整形器组成,由障碍物反射回来的超声波 经接收探头变换为电脉冲信号。再由放大器整形器放大和整形后送入到单片机 AT89C2051 的 P3.2 引脚,放大器宜选用有足够增益和较低噪声的宽带放大器以保持脉冲 信号,尤其是信号前沿不发生畸变以提高测距的精度。 (3) LED 显示电路 LED 显示电路由数码管和驱动电路组成,用两个数码管显示距离,数码管采用静态显示, 由芯片 MCS14495 驱动显示 P1.4、P1.5 分别作为驱动芯片 MCS14495 的锁存信号用于 汽车倒泊防撞警报器的设计 7 控制产生的 BCD 二进制编码表示的十进制数码是显示高位还是低位。 (4) 测速电路 测速电路由传感器脉冲放大器整形器 CC7555 时基信号电路选通门组成霍尔集成传感 器将车轮转速信号变成脉冲信号输出经放大整形电路后送入选通门。由 CC7555 时基电路 产生的单位时基信号控制选通门的开与闭。以控制转速信号在单位时间内通过选通门,送 入单片机 AT89C2051 的 P3.5 引脚 控制 T1 计数器计数实现了在单位时间内的计数。 (5) 报警电路 报警电路由 CC7555 电路和扬声器组成 AT89C2051 的 P1.6 控制 CC7555 电路根据测 量结果,产生一定频率的信号驱动扬声器发出报警声在扬声器发出报警声时,时基电路 CC7555 处于暂稳态此时电源向电容充电从而使 CC7555 结束暂稳态回复到稳定状态输出 低电平。使扬声器停止发出报警声,直到下一次测距结束产生新的报警声。 (6) 系统的总体硬件图 图 3.2 用 89c2051 实现的系统总体的硬件图 3.1.2 方案二：基于方案二：基于 AT89C51 单片机的超声波防撞报警系统单片机的超声波防撞报警系统 该系统的硬件电路主要由单片机、超声波传感器、LED 显示模块,蜂鸣器报警模块等 组成。系统中单片机采用 ATMEL 公司的 AT89C51 作为核心控制芯片,便于系统的设计和 调试。超声波传感器是超声波测距电路中的重要元件其性能优劣直接影响到测距准确度 和可靠性。通常超声波传感器有两类：一类是发射电路和接收电路互相独立的分体式超 声波传感器,此类传感器测距有效范围比较大。另一类是同时具有发射与接收功能的收发 xx 大学学士学位论文 8 一体式超声波传感器,此类超声波测距有效范围比较小,但防尘、防水性能比较分体式超声 波传感器要好。本系统选择分体式超声波传感器。 考虑到超声波具有指向性,本系统在汽车尾部左、中,右三个部位各安装一个超声波传 感器,适当调整安装位置,可准确测量汽车后部障碍物。运用 p1.1、p1.2、P1.3 分别控制 CD4051 的 A、B、C 来控制不同超声波发射器和接收器的工作,INT0 超声波信号检测。当 完成数据测量后,测量数据进行处理,然后显示测量结果范围,当车辆离障碍物的距离超过安 全警戒线时发出报警信号。实际安装时,该系统的单片机安装在汽车的尾部。 a.超声波发射电路 超声波发射电路由超声波换能器(或称超声波振头)和超声波发生器两部分组成,电路如 所示。系统中,超声波换能器的型号为 CSB40T。它将超声波发生器提供的电信号转换为 机械振动并发射出去。40KHz 的超声波信号是利用 NE555 时基电路振荡产生的,振荡频率 约为 f=1.44(R1+2R2)*C21),通过选择 R2=1.3k 的电阻使频率达到 40KHZ。工作时,单片 机通过 I/O 口定时向超声波发生电路发出控制信号。超声波发生电路产生 40KHz 的调制 脉冲,转换为超声波信号向前方空间发射。 b.超声波接收电路 超声波接收电路采用了集成电路 LM324,LM324 采用的超声波接收电路采用了集成电 路 LM324,将接收到的超声波信号用前三极放大后,最后一级用比较器使之成为数字信号 （高电平为 5V,低电平为 0V）,当单片机接收到中断信号时,说明检测到了反射回来的超声 波,单片机就进入中断状态,开始距离计算,并将计算结果发送给单片机。 c.温度检测电路 温度测量电路基于 DS18B20（这是美国 DALLS 公司出品的数字温度传感器）其耐磨 耐碰、 体积小、使用方便、封装形式多样,适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。 基于超声波的汽车防撞报警系统的设计中,采用的是 DS18B20 数字温度传感器。温度检测 电路采用 DALLS 公司的 DS18B20 数字温度传感器。电路连接非常简单,但是必须保证时 序与单片机严格同步。DS18B20 具有 9,10,l1 和 12 位转换精度。 3.2 选择方案依据选择方案依据 由于目前市场上已经研制出超声波传感器的专用集成芯片,而且集成芯片的技术已经 相当成熟,因此,不必自己设计超声波发生与接收电路,以上两个方案各有优点,对于本项目 直接利用超声波传感器（CSB40T 和 CSB40R）,而且相对而言对于 AT89C51 单片机比较 熟悉,选用的 CD4051、ULN2801、LM324、555(多谐振荡器) 、7 段 LED 的数码管等都是 我们平时比较熟悉的芯片,而且这些芯片价格普遍比较低。因此选择方案二的性价比最高, 能用价格比较低廉的硬件来实现良好的功能,因此我们选用第二方案来实现本系统功能。 汽车倒泊防撞警报器的设计 9 4 硬件设计硬件设计 4.1芯片的选择芯片的选择 4.1.1 控制器选择控制器选择 图 4.1 AT89C51 芯片引脚 微型计算机的出现与发展已广泛应用到各行各业中,使人们的日常生活工作都发生了 重大变化,如果没有微型计算机,人们的工作生活的质量都受到很大的损失。单片微型计算 机是微型计算机发展中的一个重要分支,其独特的结构与性能,越来越普及地应用于国民经 济的各个领域,以下主要介绍图 4.1 中的 89C51 单片机,以及外部 I/O 口。 一、单片机的组成 单片微型计算机简称单片机,它在一块芯片上集成了各种功能部件：中央处理器 （CPU） 、随机存取存储器（RAM） 、只读存储器（ROM） 、定时器/计数器、和各种输入/ 输出（I/O）接口（如并行 I/O 口、串行 I/O 口和 A/D 转换器）等。构成一个完整的微型 计算机。 80C51 单片机的引脚描述及片外总线结构 芯片的引脚描述 CHMOS 制造工艺的 89C51 单片机采用 40 引脚的双列直插封装（DIP 方式）,在单片 机的 40 条引脚中有 2 条专用于主电源的引脚,2 条外接晶体的引脚,4 条控制与其它电源复 xx 大学学士学位论文 10 用的引脚,32 条输入/输出（I/O）引脚。 下面按其引脚功能为四部分叙述这 40 条引脚功能。电源引脚 VCC 和 VSS。其中： VCC（40 脚）接+5V 电压。VSS（20 脚）接地。接晶体引脚 XTAL1 和 XTAL2。XTAL1（19 脚）接外部晶体的一个引脚。在单片机内部,它是一个反相放大器的 输入端,这个放大器构成了片内振荡器。当采用外部振荡器时,对 CHMOS 单片机,此引脚作 为驱动端。XTAL2（18 脚）接外部晶体的另一端。在单片机内部,接至上述振荡器的反相 放大器的输出端。采用外部振荡器时,对 CHMOS 单片机,该引脚悬浮、控制或与其他电源 复用引脚 RST/VPD、ALE/PROG、PSEN 和 EA/VPP。ST/VPD（9 脚）：当振荡器运行时,在 此引脚上出现两个机器周期的高电平将使单片机复位。推荐在此引脚与 VSS 引脚接一个 约 8.2K 的下拉电阻,与 VCC 引脚之间连接一个约 10uf 的电容,以保证可靠地复位。 （1）VCC 掉电期间,此引脚可接上备用电源,以保持内部 RAM 的数据不丢失。当 VCC 主 电源下掉到低于规定的电平,而 VPD 在其规定的电压范围内,VPD 就向内部 RAM 提供备 用电源。 （2）ALE/PROG（30 脚）：当访问外部存储器时,ALE（允许地址锁存）的输出用于锁存 地址的低位字节。即使不访问外部存储器,ALE 端仍以不变的频率周期性地出现正脉冲信 号,此频率为振荡器频率的 1/6。因此,它可用作对外输出的时钟,或用于定时目的。然而要 注意的是,每当访问外部数据存储器时,将跳过一个 ALE 脉冲。ALE 端可以驱动（吸收或 输出电流）8 个 LS 型的 TTL 输入电路。对于 EPROM 型的单片机,在 EPROM 编程期间, 此引脚用于输入编程脉冲（PROG） 。 （3）RSEN（29 脚）：此脚的输出是外部程序存储器的读写选通信号。在从外部程序存 储器取令（或常数）期间,每个机器周期两次 PESN 有效。但在此期间,每当访问外部数据 存储器时,这两次有效的 PSEN 信号将不出现,PSEN 同样可以驱动（吸收或输出）8 个 LS 型的 TTL 输入。 （4）EA/VPP：当 EA 端保持高电平时,访问内部程序存储器,但在 PC（程序计数器）值超 过 0FFFH 时,将自动转向执行外部程序存储器内的程序,当 EA 保持低电平时,则只访问外部 程序存储器,不管是否有内部程序存储器,对于常用的 89C51 来说,无内部程序存储器,所以 EA 脚必须常接地,这样才能只选择外部程序存储器。对于 EPROM 型单片机,在 EPROM 编 程期间,此引脚也用于施加 21 伏的编程电源（VPP） 。输入/输出 I/O 引脚 P0、P1、P2、P3 共 32 根。 a)P0 口（39 脚32 脚）：是双向 8 位三态 I/O 口,外接存储器时,与地址总线的低 8 位 及数据总线复用,能以吸收电流的方式驱动 8 个 LSTTL 负载。 b)P1 口（1 脚8 脚）：是 8 位准双向 I/O 口。由于这种接口输出没有高阻状态,输入 也不能琐存,故不是 真正的 I/O 口。门口能驱动（吸收或输出电流）4 个 LSTTL 负载,对 8052、8032,P1.0 引脚的第二功能为 T2 定时/计数器的外部输入,P1.1 引脚的第二功能为 T2EX 捕捉、重装触发,即 T2 的外部控制端。对 EPROM 编程和程序验证时,它的接收低 8 位地址。 c)P2 口（21 脚28 脚）：是 8 位准双向 I/O 口。在访问外部存储器时,它可以作为扩 展电路高 8 位地址总线送出高 8 位地址,在对 EPROM 编程和程序验证期间,它的接收高 8 位地址。P2 可以驱动（吸收或输出电流）4 个 LSTTL 负载。是复用双功能口,P3 能驱动 汽车倒泊防撞警报器的设计 11 （吸收或输出电流）4 个 LSTTL 负载。作为第一功能用时,就作为普通的 I/O 口用,功能和 操作方法与 P1 口相同。 d)P3 口（10 脚17 脚）：是 8 位准双向 I/O 口,在 89C51 中,这 8 个引脚还用于专门功 能,值得强调的是,P3 口的每一条引脚都可以独立定义第一功能的输入输出或第二功能。 4.1.2 超声波发射电路 单片机 AT89C51 单片机通过 P1.1、P1.2、P1.3 引脚来控制 CD4051 的输出端 1、2、3 口,通过 ULN2801(达林顿反向驱动器)来增大电流进而驱动超声波发射器 （CSB40T）然后单片机不停的检测 INT0 引脚,当 INTO 引脚电平由高电平变为低电平时 就认为超声已返回,通过单片机 T0 计数器所计的数据就是超声波所经历的时间,通过编程 换算可得出超声波和障碍物间的距离,由单片机处理后通过 P0.0-P0.7 口送出待显示的信号 并且通过 2 位数码管显示所测的距离。 (a)压电式超声波传感器： 常用的超声波发生器可以分为二大类,一是用电气方式产生超声波,如变磁阻式、电 容式、磁电式、压电式等超声波发生器；二是用机械方式产生超声波,有加尔统笛、液哨 和气流旋笛等。它们产生的超声波的频率、功率和声波特性各不相同。这里采用第一类 中的压电式超声波发生器,是利用压电晶体的电致伸缩现象,即压电效应。目前的压电式 具有以下三个优点： （1）灵敏度和分辨率高,线性范围比较大,结构简单、牢固,可靠性好,寿命长； （2）体积小,重量轻,刚度、强度、承载能力和测量范围比较大,动态响应频带宽,动态误差 小； （3）易于大量生产,便于选用,使用和校准方便,并且便于近测和遥测； 常用的压电材料有石英晶体、压电陶瓷等。在压电材料切片上施加一定频率的交变 电压,当外加信号频率等于压电晶片的固有频率时,会产生电致伸缩振动,产生共振,并带动 共振板振动,产生超声波。 超声波的频率越高,指向性越好,但是考虑到如果频率过高会使得衰减过快,使测量距离 不够。综合考虑可以选用超声波的频率 f=40kHz,波长=085cm,此时接收时可以有较高的 灵敏度。 (b) 超声波发射器的工作原理 超声波发射及驱动电路,多谐振荡器产生 40kHz 的振荡源,为了控制振荡的产生或者停 止,将 555 的 4 号端口作为一个输入端作为控制端 C,当 C=“0”时,振荡停止,反之 C=“1”时,产 生振荡。将 C 端与 AT89C51 单片机的 P1.0 口连接后,就可通过单片机对 p1.0 口来控制 555 的工作,进而控制超声波传感器的发射。由于单片机的时钟频率远远高于 40KHZ,故可 以实现使得 P1.0 口的电平的频率高于 40KHZ。 由于超声波传播的距离和超声波的振幅成正比的关系,所以可以适当地放大发射的功 率,可以提高超声波的传播距离。使用 ULN2801（达林顿反向驱动器）组成的驱动电路能 够增大电流从而增大发射的功率,这样就能够使传输的距离达到实际的需要（即远大于设 定的 10M）89。 xx 大学学士学位论文 12 图 4.2 CD4051 的芯片引脚图 单八路模拟开关 CD4051,CD4051 引脚功能见表 4-2。CD4051 相当于一个单刀八掷开 关,开关接通哪一通道,由输入的 3 位地址码 ABC 来决定。 “INH”是禁止端,当 “INH”=1 时, 各通道均不接通。此外,CD4051 还设有另外一个电源端 VEE,以作为电平位移时使用,从而 使得通常在单组电源供电条件下工作的 CMOS 电路所提供的数字信号能直接控制这种多 路开关,并使这种多路开关可传输峰峰值达 15V 的交流信号。例如,若模拟开关的供电电 源 VDD=5V,VSS=0V,当 VEE=5V 时,只要对此模拟开关施加 05V 的数字控制信号, 就可控制幅度范围为5V5V 的模拟信号。真值表如表 4-3 中所示： 表 4-3 CD4051 的真值表 I