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1、湄洲湾职业技术学院2013届毕业设计产品说明书湄洲湾职业技术学院新型汽车防撞报警器设计说明书系 别： 自动化工程系 年 级： 10级 专 业：电气自动化技术 姓 名： 叶青 学 号： 1101010215 导师姓名： 宋进 职 称： 讲 师 2013年5月27日9目录1.前言12.系统设计技术参数要求23.系统设计33.1系统设计总体框图33.2 各模块原理说明43.2.1AT89C51模块：43.2.2超声波谐振频率调理电路模块：73.2.3超声波回路接收处理模块：83.2.4数码管显示模块：93.3 系统总原理图说明103.4 系统印刷电路板的制作图103.5 系统的操作说明103.6 系
2、统操作注意事项10参考文献11致谢词12附录13附录一：电路总原理图13附录二：印刷电路板原理图14附录三：元件清单15附录四：系统程序16 1.前言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，那么就可以计算出从声波到目标的距离。这就是本系统的防撞报警原理。这里声波传播的介质为空气，采用不可见的超声波。接收回路中测得的超声波信号共有两个波束，第一个波束位余波信号，即超声波接收头在发射头发射信号（一组40KHz的脉冲）后，马上就接收到了超声波信号，并
3、持续一段时间。另一个波束为有效信号，即经过被测物表面反射的回波信号。超声波测距时，需要测的是开始发射到接收到信号的时间差，需要检测的有效信号为反射物反射的回波信号，故要尽量避免检测到余波信号，这也是超声波检测中存在最小测量盲区的主要原因。 软件控制脉冲发射、检测回波信号：程序采用的是脉冲测量法，由单片机引脚产生40KHz 的脉冲信号，每次测量发射的脉冲数至少要12个完整的40KHz脉冲。同时发射信号前打开计数器，进行计时；等计时到达一定值后再开启检测回波信号，以避免余波信号的干扰。采用外部中断对回波信号进行检测（回波信号送到单片机的为一序列方波脉冲）。接收到回波信号后，马上读取计数器中的数值，
4、此数据即为需要测量的时间差数据。经过处理后得到这一次测距值。假设室温下声波在空气中的传播速度是 340m/s，测量得到的声波从声源到达目标然后返回声源的时间是t秒，则距离d可以由公式(1-1)计算：d=34560(cm/s)*t(s)，因为声波经过的距离是声源与目标之间距离的两倍，声源与目标之间的距离应该是d/2。2.系统设计技术参数要求设计一个超声波测距器，可以应用于汽车倒车、建筑施工工地以及一些工业现场的位置监控，也可用于如液位、井深、管道长度的测量等场合。具体要求如下：(1)测量范围在0.5-1.11m，测量精度1cm。(2)测量时与被测物体无直接接触，能够清晰稳定地显示测量结果。3.系
5、统设计3.1系统设计总体框图单片机显示模块超声波接收器R超声波发生器T电源电路图3-1 基于单片机的超声波测距器系统框图3.2 各模块原理说明3.2.1AT89C51模块本设计采用以AT89S51为核心的最小系统，其电路图如图3-2。图3-2单片机最小系统原理图1.功能特性概括：AT89C51提供以下标准功能：40个引脚、4K Bytes Flash片内程序存储器、128Bytes的随机存取数据存储器（RAM）、32个外部双向输入/输出（I/O）口、5个中断优先级2层中断嵌套中断、2个数据指针、2个16位可编程定时/计数器、2个全双工串行通信口、看门狗（WDT）电路、片内振荡器及时钟电路。此外
6、，AT89S51可降至0Hz的静态逻辑操作,并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM、定时/计数器、串行通信口、外中断系统可继续工作。掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。2.本设计所用到管脚说明：(1) VCC:电源 (2) GND:地 (3) P0口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。 当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，P0具有内部上拉电阻。 (4) P1口：P1口是一个具有内部上拉电
7、阻的8位双向I/O口，P1输出缓冲器能驱动4个TTL 逻辑电平。对P1端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输出口使用。作输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX），具体如表3-1所示。在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。表3-1 P1口第二功能引脚号第二功能P1.0T2（定时器/计数器T2的外部计数输入） ，时钟输出P1.1T2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制）P1.5MOSI（在系统编程
8、用）P1.6MISO（在系统编程用）P1.7SCK（在系统编程用）(5) P2 口：P2 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 输出缓冲器能驱动 4个TTL 逻辑电平。对 P2 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL） 。 在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器 （例如执行MOVX DPTR）时，P2 口送出高八位地址。在这种应用中，P2 口使用很强的内部上拉发送 1。在使用8位地址（如MOVX RI）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。 在flash
9、编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。 (6) P3 口：P3 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，p2 输出缓冲器能驱动 4 个TTL 逻辑电平。对 P3 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL） 。 P3口亦作为AT89C51特殊功能（第二功能）使用，如表3-2所示。 在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。表3-2 P3口第二功能引脚号第二功能P3.0RXD（串行输入）P3.1TXD（串行输出）P3.2INT0(外部中断 0)P3.3INT0(外部
10、中断 0)P3.4T0（定时器0外部输入）P3.5T1（定时器1外部输入）P3.6WR(外部数据存储器写选通) P3.7RD(外部数据存储器写选通)(7) RST:：复位输入。晶振工作时，RST脚持续2个机器周期高电平将使单片机复位。看门狗计时完成后，RST脚输出96个晶振周期的高电平。特殊寄存器AUXR(地址 8EH)上的DISRTO位可以使此功能无效。DISRTO默认状态下，复位高电平有效。 (8) ALE/PROG：地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低 8 位地址的输出脉冲。在flash编程时，此引脚（PROG）也用作编程输入脉冲。在一般情况下，ALE以晶振六分之一的
11、固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ALE脉冲将会跳过。如果需要，通过将地址为8EH的SFR的第0位置“1”，ALE操作将无效。这一位置“1”，ALE仅在执行MOVX或MOVC指令时有效。否则，ALE将被微弱拉高。这个ALE使能标志位（地址为8EH的SFR的第0位）的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。 (9)PSEN：外部程序存储器选通信号（PSEN）是外部程序存储器选通信号。当 AT89C51从外部程序存储器执行外部代码时，PSEN在每个机器周期被激活两次，而在访问外部数据存储器时，PSEN将不被激活。 (10)EA/VPP：访问
12、外部程序存储器控制信号。为使能从0000H 到FFFFH的外部程序存储器读取指令，EA必须接GND。为了执行内部程序指令，EA应该接VCC。在flash编程期间，EA也接收12伏VPP电压。 (11) XTAL1：振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。 (12) XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。3.2.2超声波谐振频率调理电路模块本模块以HD74LSO4芯片为核心的电路设计，其电路图如图3-5。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向器后送到超声波换能器的一个电极，另一路经两级反向器后送到超声波换能器的另一
13、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。输出端采两个反向器并联，用以提高驱动能力。上位电阻R10、R11一方面可以提高反向器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。其原理图如图3-3所示。图3-3 超声波谐振频率调理电路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生器；反之，如果两电极同未外加电压，当共振板接收到超声波时，将
14、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志。3.2.3超声波回路接收处理模块集成电路CX20106A是一款红外线检波接收的专用芯片，常用于电视机红外遥控接收器。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3-4)。实验证明用CX20106A接收超声波(无信号时输出高电平)，具有很好的灵敏度和较强的抗干扰能力。适当更改电容C4的大小，可以改变接收电路的灵敏度和抗干扰能力。图3-4 超声波检测接收电路3.2.4数码管显示模块本电路的显示模块主要由一个4位一体的7段LED数码管构成，用于显示测量到的电压值。它是一个共阳极的数码管，每一位数码管的a,b,c,d,e,f,g和dp端都各自连接在一起，用于接收单片机的P1口产生的显示段码。S1，S2，S3，S4引脚端为其位选端，用于接收单片机的P2口产生的位选码。本系统采用动态扫描方式。扫描方式是用其接口电路把所有数码管的8个比划段ag和dp同名端连在一起，而每一个数码管的公共极COM各自独立地受I/O线控制。CPU从字段输出口送出字型码时，所有数码管接收到相同的字型码，但究竟是哪个数码管亮，则取决于
