精編汽車倒車防撞警報系統(tǒng)

1、目錄 摘要1第1章緒論21.1課題的目的及意義21.2倒車系統(tǒng)的分類及發(fā)展現(xiàn)狀31.3論文的主要研究內容51.4論文主要安排5第2章相關硬件簡介62.1超聲波傳感器簡介62.2單片機簡介72.2.1單片機技術的發(fā)展7第3章倒車防撞系統(tǒng)的硬件設計143.1整體設計思想143.2系統(tǒng)整體硬件電路設計143.3超聲波發(fā)射與接收部分的設計153.3.1超聲波發(fā)射部分153.3.2超聲波接受部分163.4報警部分17第4章系統(tǒng)軟件設計194.1系統(tǒng)總體程序設計194.2T0中斷服務程序204.3外部中斷0服務程序21結論23參考文獻24致謝25附錄系統(tǒng)源程序26摘要本文設計一種基于AT89C51單片機的

2、倒車防撞系統(tǒng)，搭建硬件電路，軟件通 過KeiluVision2開發(fā)環(huán)境進行編輯仿真，并下載到單片機。倒車時由倒車換擋裝 置自動接通倒車系統(tǒng)電源，系統(tǒng)上電復位，進入工作狀態(tài)。如果小于設定的安全距 離則發(fā)出報警，提醒司機注意車距。整個電路采用模塊化設計，由超聲波發(fā)射與接收、LED顯示、報警等模塊組成。單片機通過測量超聲波在空氣中的往返時間，通過程序計算即可完成距離的 測量，當距離小于設定值時發(fā)出報警。要實現(xiàn)不同距離下的報警，只需修改單片 機源程序中的設定值即可實現(xiàn)。關鍵詞倒車系統(tǒng)；單片機；超聲波傳感器第1章緒論1.1課題的目的及意義近年來，隨著汽車產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，我國的汽車

3、 數(shù)量正逐年增加，同時汽車駕駛人員中非職業(yè)汽車駕駛人員的比例也逐年增加。 在公路、街道、停車場、車庫等擁擠、狹窄的地方倒車時，駕駛員既要前瞻，又 要后顧，稍微不小心就會發(fā)生追尾事故。據(jù)相關調查統(tǒng)計，15 %的汽車碰撞事故是因倒車時汽車的后視能力不良造成的。因此。增加汽車的后視能力，研制汽車 后部探測障礙物的倒車雷達便成為近些年來的研究熱點。安全避免障礙物的前提 是快速、準確地測量障礙物與汽車之間的距離。為此，設計了以單片機為核心， 利用超聲波實現(xiàn)無接觸測距的倒車雷達系統(tǒng)。汽車倒車防撞預警系統(tǒng)即是俗稱的 倒車雷達，是汽車泊車輔助裝置。在汽車倒車時，倒車雷達采用超聲波測距原理探測 汽車尾部離障礙物

4、的距離，當汽車尾部離障礙物的距離達到探測范圍時 ，倒車雷達 通過數(shù)碼管實時動態(tài)顯示距離。當汽車尾部離障礙物的距離達到設定的安全警告 值時,倒車雷達發(fā)出報警聲，以警示駕駛員，輔助駕駛員安全倒車。隨著社會的發(fā)展，傳統(tǒng)的測距方法在很多場合已無法滿足人們的需求，例如 在井深，液位，管道長度等場合，傳統(tǒng)的測距方法根本無法完成測量的任務。還 有在很多要求實時測距的情況下，傳統(tǒng)的測距方法也很難完成測量的任務。于是， 一種新的測距方法誕生了一一非接觸測距。超聲波可用于非接觸測量，具有不受 光、電磁波以及粉塵等外界因素的干擾的優(yōu)點，是利用計算超聲波在被測物體和 超聲波探頭之間的傳輸來測量距離的，對被測目標無損害

5、。而且超聲波傳播速度 在相當大范圍內與頻率無關。超聲波的這些獨特優(yōu)點越來越受到人們的重視。目 前對于超聲波精確測距的需求也越來越大，如油庫和水箱液面的精確測量和控制, 物體內氣孔大小的檢測和機械內部損傷的檢測等。在機械制造，電子冶金，航海, 宇航，石油化工，交通等工業(yè)領域也有廣泛地應用。此外，在材料科學，醫(yī)學，生物科學等領域中也占具重要地位。1.2倒車系統(tǒng)的分類及發(fā)展現(xiàn)狀倒車系統(tǒng)從提示方式上可分為液晶、語言和聲音三種；從連接方式上，還可 分為有線和無線兩類。無線倒車系統(tǒng)與有線倒車系統(tǒng)擁有同樣功能。目前與有線 倒車系統(tǒng)相比，無線倒車系統(tǒng)的主機和顯示器采用無線傳播技術連接，避免了對 車內飾進行拆卸

6、。不過由于無線倒車系統(tǒng)可能面臨手機信號、電臺收音等無線電 干擾影響其功能，使得無線倒車系統(tǒng)還沒有大面積普及，有線倒車系統(tǒng)仍是主流 倒車系統(tǒng)的報警方式，目前主要有如下幾種：(1) 人聲報警：指通過語音的方式將障礙物距離播報出來。特點是清晰準確， 不影響視覺觀察、缺點是有時延，會有一定的誤差。尤其是在車與障礙物之間的 距離變化較快時，語言來不及轉換，無法播報準確的數(shù)據(jù)。(2) 電子聲報警：指通過形象的心跳聲或者嘀嘀聲等來標識距離，特點是不影 響視覺觀察，時延小，缺點是不準確。(3) 數(shù)字顯示：指在顯示設備上動態(tài)顯示與障礙物之間的距離數(shù)值。優(yōu)點是直 觀準確。缺點是需要眼睛經(jīng)?？?，影響視覺觀察。(4)

7、 圖像顯示：指具有攝像頭的倒車雷達將車后的障礙物圖像直接顯示到視頻 設備上。優(yōu)點是誤差小，直觀準確。缺點是需要眼睛經(jīng)?？?，影響視覺觀察，而 且在不同的天氣和氣候下會有一些影響?，F(xiàn)在新型的倒車雷達還可以提供電視收 看等功能。探頭是超聲波傳感器的俗稱，也是倒車雷達最核心的器件之一。它利用超聲波原理，由裝置于車尾保險杠上的探頭發(fā)送超聲波撞擊障礙物后，反射回探頭， 從而計算出車體與障礙物之間的距離。一個探頭的正常測試范圍的夾角為90度,所以要想在整個車尾后面提供探測，至少需要2個探頭。由于每個探頭的測試范圍的夾角是固定的90度，自然會產(chǎn)生盲角，為安全起見，當然是探頭數(shù)越多，探 測能力越強。在幾年的時間

8、里，隨著技術發(fā)展和用戶需求的變化，倒車雷達經(jīng)過了大致六 代的發(fā)展。第一代：倒車時通過喇叭提醒。“倒車請注意”！想必不少人還記得這種聲音， 這就是倒車雷達的第一代產(chǎn)品，現(xiàn)在只有小部分商用車還在使用。只要司機掛上 倒檔，它就會響起，提醒周圍的人注意。從某種意義上說，它對司機并沒有直接 的幫助，不是真正的倒車雷達。價格便宜，基本屬于淘汰產(chǎn)品。第二代：采用蜂鳴器不同聲音提示駕駛員。這是倒車雷達系統(tǒng)的真正開始。 倒車時，如果車后1.8米-1.5米處有障礙物，蜂鳴器就會開始工作。蜂鳴聲越急， 表示車輛離障礙物越近。但沒有語音提示，也沒有距離顯示，雖然司機知道有障 礙物，但不能確定障礙物離車有多遠，對駕駛員

9、幫助不大。第三代：數(shù)碼波段顯示具體距離或者距離范圍。這代產(chǎn)品比第二代進步很多， 可以顯示車后障礙物離車體的距離。如果是物體，在1.8米開始顯示；如果是人，在0.9米左右的距離開始顯示。這一代產(chǎn)品有兩種顯示方式，數(shù)碼顯示產(chǎn)品顯示距 離數(shù)字，而波段顯示產(chǎn)品由三種顏色來區(qū)別：綠色代表安全距離，黃色代表警告 距離，紅色代表危險距離，必須停止倒車。第三代產(chǎn)品把數(shù)碼和波段組合在一起， 但比較實用，但安裝在車內不太美觀。第四代：液晶熒屏動態(tài)顯示。這一代產(chǎn)品有一個質的飛躍，特別是屏幕顯示 開始出現(xiàn)動態(tài)顯示系統(tǒng)。不用掛倒檔，只要發(fā)動汽車，顯示器上就會出現(xiàn)汽車圖 案以及車輛周圍障礙物的距離，色彩清晰漂亮，外表美觀

10、，可以直接粘貼在儀表 盤上，安裝很方便。不過液晶顯示器外觀雖精巧，但靈敏度較高，抗干擾能力不 強，所以誤報也較多。第五代：魔幻鏡倒車雷達。結合了前幾代產(chǎn)品的優(yōu)點，采用了最新仿生超聲雷達技術，配以高速電腦控制，可全天候準確地測知2米以內的障礙物，并以不同等級的聲音提示和直觀的顯示提醒駕駛員。魔幻鏡倒車雷達可以把后視鏡、倒 車雷達、免提電話、溫度顯示和車內空氣污染顯示等多項功能整合在一起，并設 計了語音功能。因為其外形就是一塊倒車鏡，所以可以不占用車內空間，直接安 裝在車內后視鏡的位置。而且顏色款式多樣，可以按照個人需求和車內裝飾選配。第六代：整合影音系統(tǒng)。它在第五代產(chǎn)品的基礎上新增了很多功能，屬

11、于第六代產(chǎn)品，是專門為高檔轎車生產(chǎn)的。從外觀上來看，這套系統(tǒng)比第五代產(chǎn)品更 為精致典雅；從功能上來看，它除了具備第五代產(chǎn)品的所有功能之外，還整合了 高檔轎車具備的影音系統(tǒng)，可以在顯示器上觀看 DVD影像。1.3論文的主要研究內容（1）用單片機設計一個倒車防撞系統(tǒng)，倒車防撞系統(tǒng)的設計主要包括硬件電 路的設計和軟件設計，最后實現(xiàn)倒車預警的功能。（2 ）用Protel繪制電路圖，說明電路的功能；然后軟件通過KeiluVision2開發(fā)環(huán)境進行防撞系統(tǒng)源程序的編寫，并下載到單片機器件中；搭建硬件電路， 數(shù)據(jù)通過串行口到單片機，進行超聲波測距，當距離小于設定值時實現(xiàn)報警。1.4論文主要安排第1章引言主要

12、介紹課題的目的及意義、倒車防撞系統(tǒng)的分類及發(fā)展發(fā)展現(xiàn) 狀以及論文的主要研究內容；第 2章主要介紹超聲波傳感器單片機技術的發(fā)展和 AT89C51單片機；第3章主要介紹硬件電路的設計，包括 AT89C51單片機的設 計、聲波發(fā)射與接收、報警電路的設計等；第 4章主要倒車防撞系統(tǒng)超聲波測距 報警系統(tǒng)的軟件設計，即T0中斷服務程序設計和外部中斷程序設計等。第2章相關硬件簡介2.1超聲波傳感器簡介超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器。超聲波是一種振 動頻率高于聲波的機械波，由換能晶片在電壓的激勵下發(fā)生振動產(chǎn)生的，它 具有頻率高、波長短、繞射現(xiàn)象小，特別是方向性好、能夠成為射線而定向 傳播等特點

13、。超聲波對液體、固體的穿透本領很大，尤其是在陽光不透明的 固體中，它可穿透幾十米的深度。超聲波碰到雜質或分界面會產(chǎn)生顯著反射 形成反射成回波，碰到活動物體能產(chǎn)生多普勒效應。因此超聲波檢測廣泛應 用在工業(yè)、國防、生物醫(yī)學等方面。以超聲波作為檢測手段，必須產(chǎn)生超聲波和接收超聲波。完成這種功能 的裝置就是超聲波傳感器，習慣上稱為超聲換能器，或者超聲探頭。人們能聽到聲音是由于物體振動產(chǎn)生的，它的頻率在20HZ-20KHZ 范圍內，超過20KHZ稱為超聲波，低于20HZ的稱為次聲波。常用的超聲波頻率 為幾十KHZ-幾十MHZ。超聲波是一種在彈性介質中的機械振蕩，有兩種形式：橫向振蕩（橫波） 及縱和振蕩（

14、縱波）。在工業(yè)中應用主要采用縱向振蕩。超聲波可以在氣體、 液體及固體中傳播，其傳播速度不同。另外，它也有折射和反射現(xiàn)象，并且在KHZ，傳播過程中有衰減。在空氣中傳播超聲波，其頻率較低，一般為幾十 而在固體、液體中則頻率可用得較高。在空氣中衰減較快，而在液體及固體 中傳播，衰減較小，傳播較遠。利用超聲波的特性，可做成各種超聲傳感器， 配上不同的電路，制成各種超聲測量儀器及裝置，并在通信，醫(yī)療家電等各 方面得到廣泛應用。超聲波傳感器分機械方式和電氣方式兩類，它實際上是一種換能器，在發(fā)射 端它把電能或機械能轉換成聲能，接收端則反之。本次設計超聲波傳感器采用電 氣方式中的壓電式超聲波換能器，它是利用壓

15、電晶體的諧振來工作的。它有兩個 壓電晶片和一個共振板。當它的兩極外加脈沖信號，其頻率等于壓電晶片的固有 振蕩頻率時，壓電晶片將會發(fā)生共振，并帶動共振板振動，產(chǎn)生超聲波。反之， 如果兩電極間未外加電壓，當共振板接收到超聲波時，將壓迫壓電晶片作振動， 將機械能轉換為電信號，就成為超聲波接收器。在超聲波電路中，發(fā)射端輸出一 系列脈沖方波，脈沖寬度越大，輸出的個數(shù)越多，能量越大，所能測的距離也越 遠。超聲波發(fā)射換能器與接收換能器其結構上稍有不同，使用時應分清器件上的 標志。超聲波測距的方法有多種：如往返時間檢測法、相位檢測法、聲波幅值檢測 法。本設計采用往返時間檢測法測距。其原理是超聲波傳感器發(fā)射一定

16、頻率的超 聲波，借助空氣媒質傳播，到達測量目標或障礙物后反射回來，經(jīng)反射后由超聲 波接收器接收脈沖，其所經(jīng)歷的時間即往返時間，往返時間與超聲波傳播的路程 的遠近有關。測試傳輸時間可以得出距離。假定s為被測物體到測距儀之間的距離，測得的時間為t/s，超聲波傳播速度為v/m s 4表示，則有關系式s=vt/2 ， 按照上式即可計算出所要測量的距離。2.2單片機簡介221單片機技術的發(fā)展單片機（SCM）是單片機微型計算機（SingleChipMicrocomputer）的簡稱，它是把組成微型計算機的各個功能部件：中央處理器CPU、隨機存取存儲器RAM、只讀存儲器ROM、I/O接口電路、定時/計數(shù)以及

17、串行通信接口等部件集成在一塊 芯片中，構成一個完整的微型計算機。單片機具有體積小、可靠性高、功能強大、 方便靈活等優(yōu)點而得到廣泛應用，主要涉及智能化儀器儀表、自動化裝置、家用 電器、醫(yī)用設備、計算機網(wǎng)絡和通信等領域。單片機自問世以來，其性能不斷提高和完善資源又能滿足很多應用場合的需要，加之單片機具有集成度高、功能強、速度快、體積小、使用方便、性能可靠、價格低廉等特點，因此，在工業(yè)控制、智能儀器儀表、數(shù)據(jù)采集和處理、通信系統(tǒng)、高級計算器、家用電器等領域的應用日益廣泛，并且正在逐步取代現(xiàn)有的多片微機應用系統(tǒng)。單片機的潛力越來越被人們所重視，特別是當前用CMOS工藝制成的各種單片機，由于功耗低，使用

18、的溫度范圍大，抗干擾能力強、能滿足一些特殊要求的應用場合，更加擴大了單片機的應用范圍，也進一步促使單片機性能的發(fā)展。單片機的應用在后PC時代得到了前所未有的發(fā)展，但對處理器的綜合性能要 求也越來越高。綜觀單片機的發(fā)展，以應用需求為目標，市場越來越細化，充分 突出以“單片”解決問題，而不像多年前以MCS51/96等處理器為中心，外擴各種接口構成各種應用系統(tǒng)。單片機系統(tǒng)作為嵌入式系統(tǒng)的一部分，主要集中在中、 低端應用領域（嵌入式高端應用主要由DSP、ARM、MIPS等高性能處理器構成）。MCS-51系列的8031推出時的功耗達630mW，而現(xiàn)在的單片機普遍都在 100mW 左右，隨著對單片機功耗要

19、求越來越低，現(xiàn)在的各個單片機制造商基本都采用了 CMOS（互補金屬氧化物半導體工藝）。象80C51就采用了 HMOS（即高 密度金屬氧化物半導體工藝）和CHMOS（互補高密度金屬氧化物半導體工藝）。CMOS雖然功耗較低，但由于其物理特征決定其工作速度不夠高，而CHMOS則具備了高速和低功耗的特點，這些特征，更適合于在要求低功耗象電池供電的應 用場合。所以這種工藝將是今后一段時期單片機發(fā)展的主要途徑?，F(xiàn)在常規(guī)的單片機普遍都是將中央處理器（CPU）、隨機存取數(shù)據(jù)存儲（RAM）、 只讀程序存儲器（ROM）、并行和串行通信接口，中斷系統(tǒng)、定時電路、時鐘電路 集成在一塊單一的芯片上，增強型的單片機集成了

20、如A/D轉換器、PMW（脈寬調制電路）、WDT（看門狗）、有些單片機將LCD（液晶）驅動電路都集成在單一的芯片 上，這樣單片機包含的單元電路就更多，功能就越強大。甚至單片機廠商還可以 根據(jù)用戶的要求量身定做，制造出具有自己特色的單片機芯片。此外，現(xiàn)在的產(chǎn) 品普遍要求體積小、重量輕，這就要求單片機除了功能強和功耗低外，還要求其 體積要小?，F(xiàn)在的許多單片機都具有多種封裝形式，其中SMD（表面封裝）越來越受歡迎，使得由單片機構成的系統(tǒng)正朝微型化方向發(fā)展。單片機技術正以驚人的速度向前發(fā)展，就已出現(xiàn)的單片機而言也正以其各自 獨特的優(yōu)點或先進的技術在進行挑戰(zhàn)，主要表現(xiàn)在以下幾個方面。1、CPU發(fā)展增加CP

21、U的字長或提高CPU的數(shù)據(jù)處理能力和運算速度。CPU 的字長已有8位、16位、32位。時鐘頻率高達20MHz的單片機也已出現(xiàn)了。還 有的8位單片機，其運算邏輯部件（ALU ）確是16位，內部采用16位數(shù)據(jù)總線。 如NEC公司PD7800系列的8位單片機，Mjtsubishi 公司的M37700系列的單 片機。它們的數(shù)據(jù)處理能力和速度比一般 8位單片機強，16位除以8位的除法用 3.0s。32位除以16位的除法用8.3s。另外，單片機內部采用雙 CPU結構也能大 大提高處理能力。由于片內有兩個 CPU能同時工作，可以更好地處理外圍設備的中斷請求，克服了單 CPU多重高速中斷響應的失效問題。如In

22、 tel公司的8044， 它的內部實際是由8051和SIU通信處理機組成，由SIU來管理SDLC的通信。 這樣既加快了通信處理的速度，同時，還減輕了8051的處理負擔。2、 片內存儲器的擴展，早期單片機的片內存儲器，一般 RAM為64-128字 節(jié)，ROM為1K-2K字節(jié)，尋址范圍為4K字節(jié)。新型單片機片內 RAM為256 字節(jié)，ROM 多達16K字節(jié)。如In tel公司的8052，片內ROM 位8K字節(jié)。通用 儀器公司的70120片內ROM容量為12K字節(jié)。片內ROM容量最大的是日立公 司的MC631Y為16K字節(jié)。新型單片機的群之范圍克擴大到 64K字節(jié)，甚至128K 字節(jié)（其中隨機存儲器

23、RAM容量為64K字節(jié)，只讀存儲器ROM容量為64K字節(jié)）。 早期單片機內的ROM有的采用可擦式的只讀存儲器 EPROM，然而EPROM必須 要高壓編程，紫外線可擦除，給使用帶來不便。近年來，推出的電擦除可編程只讀存儲器E2PROM可在正常工作電壓下進行讀寫，并能在斷電的情況下，保持信 息不丟失。3、 接口功能，最近的單片機，片內只有并行輸入/輸出接口、定時器/計數(shù)器， 它們的功能也較差，在實際應用中往往還要通過特殊的接口擴展功能，增加應用 系統(tǒng)結構的復雜性。近幾年來，新型單片機內的接口，無論從類型和數(shù)量上都有很大的發(fā)展。這 不僅大大提高了單片機的功能，并使系統(tǒng)的總體結構也大大簡化了。例如，有

24、些 單片機的平行I/O 口，能直接輸出大電流和高電壓，可直接用以驅動熒光顯示管（VFD）、液晶顯示管（LCD）和七段碼顯示管（LED）等。這樣就減少了應用系 統(tǒng)中的驅動器。再如有些單片機，片內含有 A/D轉換器，則在實時控制系統(tǒng)中可省掉外部A/D轉換器單片機的制造工藝直接影響其性能。早期的單片機采用PMOS工藝，隨后逐漸采用NMOS，HMOS和CMOS。目前，8位單片機中有二分之一的產(chǎn)品已經(jīng) CMOS化，16位單片機也開始推出CMOS型產(chǎn)品。為了進一步降低功耗，日立 公司的HD63705和RCA公司的CDP6805E還設有等待（Wait ）和停止（Stop） 兩種工作方式。等待方式時，振蕩器工

25、作，CPU停止，存儲器和寄存器的內容不變。停止方式時，振蕩器和CPU都停止工作，存儲器和寄存器的內容也保持不變。 等待方式時由于CPU停止工作，使單片機的功耗大為下降。停止方式時，則單片 機的功耗為最小。此外，采用CMOS工藝的單片機，其工作電源范圍較寬。如用NMOS工藝的單片機，工作電源一般為 4.5-5.5V。功耗大小與電源電壓成正比，所以降低電 源電壓即可降低功耗，但是降低電壓會降低指令執(zhí)行速度，也即降低單片機的運 算速度。故一般希望在一定速度的前提下，盡量降低工作電壓以減小功耗。隨著新型單片機片內接口電路的增多，外引腳也增多。為減少外引腳線，目 前主要采用兩種方法，其一是采用新穎的通信

26、總線以減少外引線。另外是改進外 圭寸線?；谛詢r比的考慮，決定采用AT89C51單片機來設計倒車防撞系統(tǒng)，使它能 夠模擬倒車防撞系統(tǒng)，完成初部倒車防撞系統(tǒng)的仿真。2.2.2AT89C51單片機簡介AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（ FPEROM FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低 電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。該器件采用 ATMEL高密度非易失存儲器制造 技術制造，與工業(yè)標準的 MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89S51是一種

27、高效微控制器， 為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。其接口功能如下。VCC :供電電壓。GND :接地。P0 口： P0 口為一個8位漏級開路雙向I/O 口，每腳可吸收8TTL門電流。當 P1 口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲 器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入 口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。P1 口： P1 口是一個內部提供上拉電阻的 8位雙向I/O 口，P1 口緩沖器能接 收輸出4TTL門電流。P1 口管腳寫入1后，被內部上拉為高，可用作輸入，P1 口 被外部

28、下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。在 FLASH編程 和校驗時，P1 口作為第八位地址接收。P2 口： P2 口為一個內部上拉電阻的8位雙向I/O 口，P2 口緩沖器可接收， 輸出4個TTL門電流，當P2 口被寫“1”時，其管腳被內部上拉電阻拉高，且作 為輸入。并因此作為輸入時，P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內 部上拉的緣故。P2 口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存 取時，P2 口輸出地址的高八位。在給出地址“ 1”時，它利用內部上拉優(yōu)勢，當 對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2 口輸出其特殊功能寄存器的內容。P2 口在FLASH編程和

29、校驗時接收高八位地址信號和控制信號。P3 口 ： P3 口管腳是8個帶內部上拉電阻的雙向I/O 口，可接收輸出4個TTL 門電流。當P3 口寫入“ 1”后，它們被內部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸 入，由于外部下拉為低電平，P3 口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故ALE/PROG :當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外 部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時， 將跳過一個ALE脈沖。如想禁止

30、ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時，ALE 只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。 如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE禁止，置位無效。PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機 器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的 /PSEN信號 將不出現(xiàn)。RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時當8051通電，時鐘電路開始工作，在RESET引腳上出現(xiàn)24個時鐘周期以上 的高電平，系統(tǒng)即初始復位。初始化后，程序計數(shù)器PC指向0000H，P0-P3輸出口全部為高電平，堆棧指鐘寫

31、入 07H，其它專用寄存器被清“ 0”。RESET由高 電平下降為低電平后，系統(tǒng)即從 0000H地址開始執(zhí)行程序。然而，初始復位不改 變RAM （包括工作寄存器R0-R7 ）的狀態(tài)。表2-18051 的初始態(tài)特殊功能寄存器初始態(tài)特殊功能寄存器初始態(tài)ACC00HB00H不管是否有內部程序存儲器。注意加密方式 1時，/EA將內部鎖定為RESET;當 /EA端保持高電平時，此間內部程序存儲器。在 FLASH編程期間，此引腳也用于 施加12V編程電源（VPP）。XTAL1 :反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。XTAL2 :來自反向振蕩器的輸出。振蕩器特性：XTAL1和XTAL2分別為反向放

32、大器的輸入和輸出。 該反向放大 器可以配置為片內振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅 動器件，XTAL2應不接。有余輸入至內部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因 此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。芯片擦除：整個PEROM陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號 組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全 被寫“ 1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復編程以前，該操作必須被執(zhí)行此外，AT89S51設有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持 兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU停止工作。但RAM，定

33、時器，計數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的內容并且凍結振蕩 器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復位為止。第3章倒車防撞系統(tǒng)的硬件設計3.1整體設計思想如圖3-1所示，本系統(tǒng)硬件部分由AT89C51控制器、超聲波發(fā)射電路、接收 電路、聲音報警電路和LCD顯示電路組成。當?shù)管嚂r，發(fā)射和接收電路工作，經(jīng) 過AT89C51數(shù)據(jù)處理將車尾距離障礙物的距離顯示在 LCD,如果距離小于系統(tǒng)設 定值時，報警電路會鳴叫預警，提醒司機注意車距。其中AT89C51是主控芯片，支持在線下載程序，方便調試，有 8kB的Flash、32個I/O 口、三個16位定時/ 計數(shù)器、八個中斷源、全雙工

34、 UART串行口和看門狗定時器等，既滿足了本系統(tǒng) 的設計要求，也滿足了日后擴展的需求。圖3-1系統(tǒng)整體設計示意圖3.2系統(tǒng)整體硬件電路設計系統(tǒng)硬件電路如3-2圖所示，本設計采用 AT89C51單片機，P1.0端口接超 聲波發(fā)射電路。P1.0引腳輸出的將是軟件方式產(chǎn)生的 40kHz方波，而P3.2(INT0) 則被用來接收回波。P2.0引腳接蜂鳴器電路，P2.4到P2.7接4個LED數(shù)碼管。 當系統(tǒng)通電后指示電路的發(fā)光二極管將會點亮，指示系統(tǒng)處在正常工作狀態(tài)。單 片機的9引腳接復位電路，當系統(tǒng)出現(xiàn)錯誤，程序出現(xiàn)死循環(huán)時，按下復位按鈕 電路會重新開始正常工作。圖3-2系統(tǒng)硬件電路圖3.3超聲波發(fā)射

35、與接收部分的設計3.3.1超聲波發(fā)射部分超聲波發(fā)射部分是為了讓超聲波發(fā)射換能器TCT40 - 16T能向外界發(fā)出40kHz左右的方波脈沖信號。40kHz左右的方波脈沖信號的產(chǎn)生通常有兩種方法： 采用硬件如由555振蕩產(chǎn)生或軟件如單片機軟件編程輸出，本系統(tǒng)采用后者。編 程由單片機P1.0端口輸出40kHz左右的方波脈沖信號，由于單片機端口輸出功 率不夠，40kHz方波脈沖信號分成兩路，送給一個由74HC04組成的推挽式電路進行功率放大以便使發(fā)射距離足夠遠，滿足測量距離要求，最后送給超聲波發(fā)送 換能器TCT40 - 16T以聲波形式發(fā)射到空氣中。發(fā)射部分的電路如圖3-3所示，圖中輸出端上拉電阻 R

36、31，R32，一方面可以提高反向器74HC04輸出高電平的 驅動能力，另一方面可以增加超聲換能器的阻尼效果，縮短其自由振蕩的時間。圖3-3超聲波發(fā)射電路3.3.2超聲波接受部分TCT40 16T發(fā)射超聲波的在空氣中傳播，遇到障礙物就會返回，超聲波接 收部分是為了將反射波(回波)順利接收到超聲波接收換能器 TCT40 16R進行轉 換變成電信號，并對此電信號進行放大、濾波、整形等處理后，這里用索尼公司 生產(chǎn)的集成芯片CX20106，得到一個負脈沖送給單片機的 P3.2(INT0)引腳，以產(chǎn) 生一個中斷。接收部分的電路如圖3-4所示，可以看到，集成芯片CX20106在接 收部分電路中起了很大的作用

37、。CX20106是一款應用廣泛的紅外線檢波接收的專 用芯片，其具有功能強、性能優(yōu)越、外圍。接口簡單、成本低等優(yōu)點，由于紅外遙控常用的載波頻率38kHz與測距的超聲波頻率40kHz比較接近，而且CX20106 內部設置的濾波器中心頻率f0五可由其5腳外接電阻調節(jié)，阻值越大中心頻率越 低，范圍為3060kHz，故本次設計用它來做接收電路。CX20106內部由前置放 大器、限幅放大器、帶通濾波器、檢波器、積分器及整形電路構成。工作過程如 下：接收的回波信號先經(jīng)過前置放大器和限幅放大器，將信號調整到合適幅值的 矩形脈沖，由濾波器進行頻率選擇，濾除干擾信號，再經(jīng)整形，送給輸出端7腳。當接收到與CX201

38、06濾波器中心頻率相符的回波信號時，其輸出端7腳就輸出低 電平，而輸出端7腳直接接到AT89S52的INT0引腳上，以觸發(fā)中斷。若頻率有 一些誤差，可調節(jié)芯片引腳5的外接電阻R42，將濾波器的中心頻率設置在40kHz， 就可達到理想的效果。圖3-4超聲波接收電路3.4報警部分報警部分主要利用蜂鳴器進行報警。當有一定頻率的信號輸入時，首先經(jīng)過三極管對信號進行放大，然后傳至蜂鳴器報警，報警部分的電路圖如圖3-5所示。圖3-5報警電路第4章系統(tǒng)軟件設計4.1系統(tǒng)總體程序設計圖4-1主程序流程圖本系統(tǒng)的程序設計采用模塊化的設計，由主程序、超聲波發(fā)射子程序、超聲波接收子程序、報警子程序以及顯示子程序組成

39、，主程序流程圖如上圖4-1所示。系統(tǒng)軟件編制時應考慮相關硬件的連線，同時還要進行存儲空間、寄存器以及定時器和外部中斷引腳的分配和使用。本設計中P1.0引腳連接到7HC04推挽放大電路再連接到超聲波發(fā)射傳感器，P1.0引腳輸出的將是軟件方式產(chǎn)生的 40kHz方波，而P3.2(INT0)則被用來接收回波。定時器 T1，T0均工作在工作方 式1，為16位計數(shù)，T1定時器被用來開啟一次測距過程以它的溢出為標志開始一 個發(fā)射測量循環(huán)，T0定時器是用來計算脈沖往返時間，它們的初值均設為 04.2T0中斷服務程序圖4-2中斷程序流程圖T0中斷程序流程圖如圖4-2所示，本設計中40kHz方波信號的產(chǎn)生采用軟件

40、方式實現(xiàn)：控制P1.0 口輸出12 us的高電平，再輸出13 us的低電平，這樣得到一個周期的40kHz的脈沖，再循環(huán)發(fā)送8次。在CPU停止發(fā)送脈沖群后，由 于電阻尼，換能器不能立即停止發(fā)送超聲波，在一段時間內仍然會發(fā)送，故這段 時間內不可立即開啟INTO接收回波，要等待一段后以避免發(fā)送端的部分直射波未 經(jīng)被測物就直接繞射到接收端，這段被稱為“虛假反射波”。從發(fā)射開始一直到“虛假反射波”結束這段時間，不開放INTO中斷申請，可有效躲避干擾，但也會 造成測試的“盲區(qū)”。本次設為1ms，才允許外部中斷0中斷，若在探測中有效探 測范圍內發(fā)射的超聲波未遇障礙物，無返回波，外部中斷0不產(chǎn)生中斷申請信號，

41、或 者是進入探測盲區(qū)，外部中斷0產(chǎn)生的中斷申請不被受理，則定時器T1計時到定時 器TO產(chǎn)生中斷，在TO中斷服務程序中，用三位BCD碼999（三位十進制數(shù)最大值 999cm）置夠四組數(shù)據(jù)。若顯示緩沖區(qū)的四組數(shù)據(jù)都是999時，則對應字形段碼顯示“-”。打車開始丄ED數(shù)碼顯示器就顯示“-.-”，表明在安全距離內沒有障礙 物;若發(fā)出報警聲后，又顯示“ -”，表明進入了探測盲區(qū)。4.3外部中斷0服務程序外部中斷0服務程序流程圖如圖4-3所示。單片機一旦接收到返回超聲波信 號（即 INT0引腳由高電平跳變?yōu)榈碗娖剑?，立即進入外部中斷0服務程序。首先停止 定時器T1計時,禁止外部中斷0中斷。然后將定時器T1

42、中的數(shù)N,也即將超聲波 往返所用的時間 N（單位：g）,按式 S=CT/2=（346 XN X10-6”2=173 XN -10000 計 算，即得被測物的距離（單位:cm）,將計算結果以百位、十位、個位 BCD碼方式送入 比較大小的緩沖區(qū)，以備比較大小使用。然后等送入顯示單元，顯示距離。停止T1計時禁止外部中讀時間值計算距離結果存比較大小緩沖區(qū)圖4-3外部中斷程序流程圖結論本文詳細論述了使用單片機設計倒車防撞系統(tǒng)超聲波測距系統(tǒng)的方法，并給出了核心的程序，完成了基于單片機的倒車防撞預警系統(tǒng)。通過汽車倒車防撞警 報系統(tǒng)，當汽車倒車時，LED實時顯示距離障礙物的距離，當距離小于設定值時 給出報警。

43、單片機倒車防撞系統(tǒng)的誤差主要來自于發(fā)射探頭，此外電子元器件自 身的時延、干擾等也造成一定影響?？梢愿鶕?jù)具體場合，選擇合適功率的探頭， 以及調整程序中脈沖的頻率、寬度和個數(shù)等提高精度或測量距離，擴大系統(tǒng)的應 用范圍。通過這個題目，我不僅將自己本科期間所學的單片機方面的理論知識應用到 實際的系統(tǒng)設計中，并且對將來的工作也是一個極大的鼓舞和很好的經(jīng)驗積累。 在完成畢業(yè)設計的過程中，我重新拾回課本的知識，重溫了C語言和匯編語言編程思想，自己的編程能力也得到了很大的鍛煉與提高，也加深了對單片機理論知 識的理解。參考文獻1 何希才傳感器及其應用電路M 北京:電子工業(yè)出版社，2008 .2 華兵.MCS-5

44、1單片機原理應用J 武漢華中科技大學出版社，2010:5 .3 樓燃苗，李光飛.51系列單片機設計實例M.北京:航空航天大學出版社,2003 .4 張謙琳超聲波檢測原理和方法J 北京：中國科技大學出版社，2007:10 .蘇偉，鞏壁建超聲波測距誤差分析J 傳感器技術，2007:3 .徐淑華，程退安，姚萬生單片機微型機原理及應用J 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社，2008:6 .7 蘇長贊紅外線與超聲波遙控J 北京：人民郵電出版社，2003:7 .8 李華.MCU-51系列單片機實用接口技術 J 北京航空航天大學出版社，2010:6 .9 樊昌元，丁義元.高精度測距雷達研究J.電子測量與儀器學報，

45、2000:10 .10 陳光東.單片機微型計算機原理與接口技術（第二版）J.武漢：華中理工大學 出版社，2009:4 .11 Xilinxlnc . DataBook2001M . Xilinx,2001:47-58.12 Kesterw . Tostre ngthe nthea nti-jammi ngabilityofsi ngle-chipmicrocomputersystem.BurlingtonM . Elservier,2005 .13 晗曉，袁慧梅.單片機系統(tǒng)的印制板設計與抗干擾技術M.電子工藝技術，2010:6 .14 占操，梁厚琴，曹燕.單片機系統(tǒng)中的軟件抗干擾技術J.電子技

46、術， 2003:3 .致謝在論文完成之際，我要特別感謝我的指導老師吳曉艷老師的精心指導和細心 教學。在我撰寫論文的過程中，吳老師傾注了大量的心血和汗水，無論是在論文 的選題、構思和資料的收集方面，還是在論文的研究方法以及成文定稿方面，我 都得到了吳曉艷老師細心的指導和無私的幫助。在設計過程中我遇到了很多困難 和棘手的問題，吳老師都用她的經(jīng)驗和學識一一給我解答，讓我在撰寫論文中得到了明確的思路。在論文的寫作過程中，也得到了許多同學和朋友的寶貴建議，在 此一并致以誠摯的謝意。感謝所有關心、支持、幫助過我的良師益友。最后，向在百忙中抽出時間對本文進行評審并提出寶貴意見的各位指導老師表示衷心地感謝！附

47、錄系統(tǒng)源程序#in clude<reg51.H>sbitk 1= P3A4;sbitcsbout=P1A0;/超聲波發(fā)送sbitcsbi nt=P3A2;；超聲波接收sbitbg=P3A3;#defi neLEDPOsbitLED仁P2A4;/LED控制sbitLED2=P2A5;/LED控制sbitLED3=P2A6;/LED控制sbitbj=P2A0；報警#defi necsbc0.0347顯示標un sig nedcharcl,mqzd,csbs,csbds,buffer3,xm1,xm2,xm0,jpjs;un sig nedcharco nvert10=0x18,0x7b

48、,0x2c,0x29,0x4b,0x89,0x88,0x3b, 0x08,0x09;/09 段碼un sig nedin ts,t,i,xx,j,sj1,sj2,sj3,mqs,sx1;voidcsbcj();voiddelay(j);/ 延時函數(shù)voidscanLED(); 顯示函數(shù)voidtimeToBuffer();顯示轉換函數(shù)voidkeysca n();voidk1cl();voidk2cl();voidk3cl();voidk4cl();voidoffmsd();voidmai n() 主函數(shù)EA=1;/開中斷TMOD=0x11; 設定時器0為計數(shù)，設定時器1定時ET0=1;/定時器0中斷允許ET1=1;/定時器1中斷允許TH0=0x00;TLO=OxOO;TH仁 0x9E;TL1= 0x