通信工程毕业设计（论文）用超声波实现智能小车中的探测系统设计

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1、毕业设计题 目 用超声波实现智能小车中的探测系统 学 院 信息科学与工程学院 专 业 通信工程 班 级 学 生 学 号 指导教师 二一 一 年 五 月 二十 日济南大学毕业设计摘 要智能小车在火灾救援等恶劣环境中比人有着诸多优势，那么研究设计一种能够代替人的一种智能化的设备就有其研究以及应用的潜在价值。智能小车中的探测系统用超声波的方法实现，超声波具有指向性强，能量消耗缓慢，传播距离较远等优点。所以再利用传感器技术和电子技术相结合的测距方案中，超声波测距是目前应用最普遍的一种，另外它也广泛应用于防盗、倒车雷达、水位测量、建筑施工工地以及一些工业现场。本课题详细介绍了超声波传感器的原理和特性，以

2、及Atmel公司的AT89C52单片机的性能和特点，并在分析了超声波测距的原理的基础上，指出了设计倒车雷达系统的思路和所需考虑的问题。给出了以AT89C52单片机为核心的低成本、高精度、微型化数字倒车雷达的硬件电路和程序设计方法。该系统电路设计合理、工作稳定、性能良好、检测速度快、计算简单、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。关键词：超声波；倒车雷达；单片机- 30 -ABSTRACTSmart car has many advantages than people in fire rescue and other harsh environment, so the re

3、search and design an intelligent devices to replace the people have the potential value of their research and applications. The detection system in Smart car is realized by Ultrasonic method. Ultrasonic wave has strong pointing to nature, slowly energy consumption, propagating distance farther, so，i

4、n ultilizing the scheme of distance finding that sensor technology and electronic technology combine together, ultrasonic wave finds range to use the most general one at present. Additional, it also applies to guard angainst theft, move backward the radar, water lever measuring, building constructio

5、n site and some industrial scenes extensively.This subject has intruduced principle and characteristic of the ultrasonic sensor in detail, and the performance and characteristic of Micro Controller Unit AT89C52 of Atmel Company, and on the basis of analyzing principle that ultrasonic wave finds rang

6、e,the systematic thinking and questions needed to consider that have pointed out that designs and finds range. It provide low cost, the hardware circuit of high accuracy, ultrasonic range finder of miniature digital display and software design method taking AT89C52 as the core. This circuit of syste

7、m is reasonable in design, working stability, performance good measuring speeding soon, calculating simple, apt to accomplish real-time control, and can reach industrys practical demand in measuring the precision.Key words : Ultrasonic wave；Micro Controller Unit；Range finding目 录摘要IABSTRACTII1 前言11.1

8、国内外研究现状及存在的问题11.2选题的目的和意义11.3 设计内容11.3.1 设计内容分析11.3.2预期设计结果22 超声波传感器32.1 超声波传感器原理和特性32.1.1 测试原理32.1.2 超声波特性42.2 超声波传感器好坏的判断检测52.3 超声波传感器检测物体的方式52.4 超声波传感器的系统结构63 AT89C52单片机简介83.1 单片机的基础知识83.1.1 单片机发展阶段83.1.2 单片机应用范围113.2 AT89C52单片机的特性113.2.1 引脚功能介绍123.2.2 定时器介绍143.2.3 中断介绍164 超声波测距系统的设计174.1 超声波测距的基

9、本原理174.2 超声波测距的硬件系统设计174.3 超声波测距的软件系统设计205 超声波测距系统的调试235.1 超声波测距硬件系统的调试235.2 超声波测距软件系统的调试24结论27参考文献28附录301 前言1.1国内外研究现状及存在的问题超声波对固体、液体的穿透本领很大，尤其是在固体中，可穿透几十米的深度。超声波碰到杂质或分界面会产生反射形成反射成回波，碰到活动的物体能产生多普勒效应。因此超声波检测广泛应用在生活生产、生物医学、国防等方面。超声波距离传感器可以广泛应用在物体位置（液位）监测、机器人防撞、各种超声波接近开关、以及防盗报警等相关领域，工作可靠，安装方便， 防水型，发射夹

10、角小，灵敏度很高，方便与工业显示仪表连接，也提供发射夹角较大的探头。在工业方面，超声波的典型应用是对金属的无损探伤和超声波测厚两种。过去，许多技术因为无法探测到物体组织内部而受到阻碍，超声波传感技术的出现改变了这种状况。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。在以后的发展中，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。1.2选题的目的和意义随着国民经济的高速发展，我国汽车的拥有量在大幅增加，造成道路拥堵，交通事故频发，给人们的生命和财产安全带来了巨大的损失，安全驾驶成为大家关注的焦点。其中汽车防撞系统(CAS

11、)的设计和需求显得非常重要和迫切，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。在生产生活中，很多场合如汽车倒车、机器人避障、工业测井、水库液位测量等需要自动进行非接触测距。超声波是指频率大于20 kHz的在弹性介质中产生的机械震荡波，其具有指向性强、能量消耗缓慢、传播距离相对较远等特点，因此常被用于非接触测距。由于超声波对光线、色彩和电磁场不敏感，因此超声波测距对环境有较好的适应能力，此外超声波测量在实时、精度、价格也能得到很好的折衷。因此，本题以单片机AT89C52为核心，利用一对40 kHz压电超声传感器设计一款体积较小、精度较高、价格低廉、具有温度补偿、实

12、时语音报警以及液晶显示距离的超声波倒车防撞报警系统。1.3 设计内容1.3.1 设计内容分析本课题采用AT89C52单片机和压电超声波传感器以及相应的外围电路，通过单片机中的计数器和外部中断信号调用子程序测算障碍物距离从而进一步控制智能小车中的制动系统。最终实现整个系统设计。在编写程序时主要用到c语言。在小车倒车当中如果遇到障碍物，当距离障碍物一定距离时，单片机将控制直流电动机工作方式，以实现报警提示。1.3.2 预期设计结果利用AT89C52单片机作为主控制器，结合超声波测距原理，实现倒车防撞报警的功能，并且要实现在车内能够实时的显示距离障碍物的距离，提醒驾驶员在倒车时能有效地避开可能对倒车

13、造成危害的障碍物和行人，实时显示距离,以及语音报警功能提示驾驶员，.测距范围在10CM-300CM，最后进行系统硬件和软硬件实现。对于超声波测距系统的实现采用c语言，能达到一定的精确度（可达到1cm左右），能实时显示后方障碍物距离，且价格低廉，报警效果好。2 超声波传感器2.1 超声波传感器原理和特性超声波是一种在弹性介质中的机械振荡，超声波在介质中传播可以有不同形式，它取决于介质可以承受何种作用力以及如何对介质激发超声波。通常有如下三种：纵波波型：当介质中质点振动方向与超声波的传播方向一致时，此超声波为纵波波型。任何固体介质当其体积发生交替变化时均能产生纵波。横波波型：当介质中质点的振动方向

14、与超声波垂直时，此种超声波为横波波型。由于固体介质除了能承受体积变形外，还能够承受切变变形。当其中剪切力交替作用于固体介质时均能产生横波。横波只能在固体介质中传播。表面波波型：是沿着固体表面传播的具有纵波和横波的双重性质的波。表面波可以看成是由平行于表面的纵波和垂直于横波的横波合成，振动质点的轨迹为一椭圆，在距表面1/4波长深处振幅最强，随着深度的增加很快率减，实际上离表面一个波长以上的地方，质点振动的振幅已经很微弱了。在工业中应用主要采用纵向振荡。超声波应用有三种基本类型，透射型用于遥控器，防盗报警器、自动门、接近开关等；分离式反射型用于测距、液位或料位传感器；反射型用于材料探伤、测厚传感器

15、等。2.1.1 测试原理图2.1 超声波探测设备中发射端与接收端位置示意图通过超声波发射装置发出超声波，根据接收器接到超声波时的时间差就可以知道距离了。这与雷达测距原理相似。 超声波发射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立即停止计时。超声波在空气中的传播速度为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：s=340t/2。把超声波传感器安装在适当的位置（如图2.1），对准被测物方向发射超声波，就可测量物体表面到传感器的距离。2.1.2 超声波特性（1）空气温度的影响声波行

16、程时间受气温的影响程程度为0.17%/K。也就是说40时，声速相对于20时改变了+3.4%，因此测量距离也会改变约+3.4%。但如果选用的超声波传感器中有温度补偿功能，这个影响可忽略不计。一般来说温度越高，声波中心频率越低，因此此，在宽范围环境温度下使用时，不仅在外部进行温度补偿，在传感器内部也要进行温度补偿。超声波温度特性如表2-1所示：表2-1 超声波波速与温度的关系温度（）-30-20-100102030100声速（m/s）313319325323338344349386（2）空气湿度的影响从干燥的空气到饱和湿度的空气中，声速至多增加2%。因此测量距离最大改变2%。实际中，空气湿度变化不

17、会如此大，因此此影响一般小于1%。（3）空气压力的影响在一固定地点，正常情况下气压波动为5%，会造成声速变化约0.6%。（4）气流的影响当风速大于50千米/时，声波速度及方向改变会大于3%。在使用中，只有靠近被测物表面的几厘米的气流才有可能大于20km/h，且垂直于测量方向，因此对测量结果的影响可忽略。（5）油雾的影响只要防止油雾沉在超声换能器的表面上，就可避免它的影响。（6）超声波的方向性较强，其传播特性如图2-2所示。图2-2 传感器的方向性2.2 超声波传感器好坏的检测首先给超声波传感器发射端加上一个40kHZ的方波，并用示波器观察波形频率是否正常，如果正常，再将超声波传感器接收端对准发

18、射端，此时将示波器接到接收端，观察接收端波形，接收端波形如果是40kHZ的正弦波（幅度在mV级），移开发射端，波形紧随消失，则说明超声波传感器是好的。2.3 超声波传感器检测物体的方式（1）限定距离式超声波传感器的检测方式当发送超声波束碰到被检测物体时，仅检测电位器设定距离内物体反射波的方式，从而判断在设定距离内有无物体通过。若被检测物体的检测面为平面时，则可检测透明体。若被检测物体相对传感器的检测面为倾斜时，则有时不能检测到被测物体。若被检测物体不是平面形状，实际使用超声波传感器时一定要确认是否能检测到被测物体。（2）限定范围式超声波传感器的检测方式在距离设定范围内放置的反射板碰到发送的超声

19、波束时，则被检测物体遮挡反射板的正常反射波，若检测到反射板的反射波衰减或遮挡情况，就能判断有无物体通过。另外，检测范围也可以是由距离切换开关设定的范围。（3）穿透式超声波传感器的检测方式当物体在发送器与接收器之间通过时，检测超声波束衰减或遮挡的情况从而判断有无物体通过。这种方式的检测距离约1m，作为标准被检测物体使用100mm100mm的方形板。它与光电传感器不同，也可以检测透明体等。（4）回归反射式超声波传感器的检测方式回归反射式超声波传感器的检测方式与穿透超声波传感器的相同，主要用于发送器设置与布线困难的场合。若反射面为固定的平面物体，则可用作回归反射式超声波传感器的反射板。另外，光电传感

20、器所用的反射板同样也可以用于这种超声波传感器。这种超声波传感器可用脉冲市制的超声波替代光电传感器的光，因此，可检测透明的物体。利用超声波的传播速度比光速慢的特点，调整用门信号控制被测物体反射的超声波的检测时间，可以构成限定距离式与限定范围式超声波传感器。2.4 超声波传感器的系统结构由发送传感器(或称超声波发送器)、接收传感器(或称超声波接收器)、控制部分与电源部分组成。发送器传感器由发送器与使用直径为15mm左右的陶瓷振子换能器组成，换能器作用是将陶瓷振子的电振动能量转换成超声波能量并向空中幅射;而接收传感器由陶瓷振子换能器与放大电路组成，换能器接收超声波产生机械振动，将其变换成电能量，作为

21、传感器接收器的输出，从而对发送的超声波进行检测.而实际使用中，用发送传感器的陶瓷振子的也可以用做接收器传感器社的陶瓷振子.控制部分主要对发送器发出的脉冲链频率、占空比及稀疏调制和计数及探测距离等进行控制。若对发送传感器内谐振频率为40kHz的压电陶瓷片(双晶振子)施加40kHz高频电压，则压电陶瓷片就根据所加高频电压极性伸长与缩短，于是发送40kHz频率的超声波，其超声波以疏密形式传播(疏密程度可由控制电路调制)，其超声波波形见图2-3所示。 图2-3 超声波传感器发射端波形 根据超声波传感器等效电路与阻抗特性可知，对发送传感器而言，工作于串联谐振，即谐振频率fr处阻抗Zr最低，故能供给最大功

22、率，能用较大振动传感器；而对接收传感器而言，工作于并联谐振，即谐振频率fr处阻抗Zr最高，难供大功率，但阻抗Zr高就能得到较大振幅信号，所以fr处用作传感器其灵敏度高。智能小车捡测障碍物距离糸统超声换能器的工作方式为反射式，即发送传感器换能器发射40kHz频率的超声波，遇到障碍后反射被接收传感器的换能器接收并转换成电信号，其波形见图2-3所示，传播介质为空气。电源电路单片机外围电路AT89C52发射电路接收电路显示电路语音报警电路超声波发射换能器超声波接受换能器障碍物控制电路图2-4 超声波传感器的系统构成图此系统由单片机（AT89C52）控制，超声波传感器采用收发分体式，分别是一支超声波发射

23、换能器TCT4016T和一支超声波接收换能器TCT4016R。超声波信号通过超声波发射换能器发射至空气中，遇被测物反射后回波被超声波接收换能器接收。进行相关处理后，输入单片机的INT0脚产生中断，计算中间经历的时间，同时再根据具体的温度计算相应的声速，根据式s=v*t/2就可得出相应的距离用来显示，以实现对报警电路的控制。3 AT89C52单片机简介本课题所设计的超声波测距系统是基于单片机控制的，在介绍电路设计之前，我们先来了解一下单片机的工作原理，由于本课题采用Atmel公司的AT89C52单片机，故在本章将介绍AT89C52的特性。3.1 单片机的基础知识所谓单片机，就是一种集成在电路芯片

24、，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。中文“单片机”的称呼由英文名称“Single Chip Microcomputer”直接翻译而来。虽然单片机只是一个芯片，但从组成和功能上看，它已具有了微型计算机系统的含义。单片机的内部结构如图3-1所示。时序电路CPU总线控制逻辑总线存储器I/O接口图3-1 单片机内部结构单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,

25、而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。相当于一个微型的计算机，和计算机相比，单片机只缺少了I/O设备。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。3.1.1 单片机发展阶段单片机的发展经历了探索-完善-MCU化-百花齐放四个阶段。（1）芯片化探索阶段20世纪70年代，美国的Fairchild(仙童)公司首先推出了第一款单片机F8，随后Intel公司推出了影响面大、应用更广的MCS48单片机系列。MCS48单片机系列的推出标志着在工业控制领域，进入到智能化嵌入式应用的芯片形态计算机的探索

26、阶段。参与这一探索阶段的还有 Motorola、Zilog和Ti等大公司，它们都取得了满意的探索效果，确立了在SCMC的嵌入式应用中的地位。这就是Single Chip Microcomputer的诞生年代，单片机一词即由此而来。这一时期的特点是：嵌入式计算机系统的芯片集成设计；少资源、无软件，只保证基本控制功能。（2）结构体系的完善阶段在MCS-48探索成功的基础上很快推出了完善的、典型的单片机系列MCS-5l。MCS-51系列单片机的推出，标志Single Chip Microcomputer体系结构的完善。它在以下几个方面奠定了典型的通用总线型单片机的体系结构。 完善的总线结构：并行总线

27、：8位数据总线、16位地址总线及相应的控制总线，两个独立的地址空间；串行总线：通信总线，扩展总线。完善的指令系统：具有很强的位处理功能和逻辑控制功能，以满足工业控制等方面的需要；功能单元的SFR(特殊功能寄存器)集中管理。完善的MCS-51成为SCMC的经典体系结构。日后，许多电气商在MCS-51的内核和体系结构的基础上，生产出各具特色的单片机。（3）从SCMC向MCU化过渡阶段Intel公司推出的MCS96单片机，将一些用于测控系统的模数转换器(ADC)、程序运行监视器(WDT)、脉宽调制器(PWM)、高速I/O口纳入片中，体现了单片机的微控制器特征。MCS-51单片机系列向各大电气商的广泛

28、扩散，许多电气商竞相使用80C51为核，将许多测控系统中使用的电路技术、接口技术、可靠性技术应用到单片机中；随着单片机内外围功能电路的增强，强化了智能控制器特征。微控制器(Microcontrollers)成为单片机较为准确表达的名词。其特点是：满足嵌入式应用要求的外围扩展，如WDT、PWM、ADC、DAC、高速I/0等。众多计算机外围功能集成，如：提供串行扩展总线：SPI、I2C、BUS、Microwire；配置现场总线接口：CAN BUS。CMOS化，提供功耗管理功能。提供OTP供应状态，利于大规模和批量生产。（4）MCU的百花齐放阶段单片机发展到这一阶段，表明单片机已成为工业控制领域中普

29、遍采用的智能化控制工具-小到玩具、家电行业，大到车载、舰船电子系统，遍及计量测试、工业过程控制、机械电子、金融电子、商用电子、办公自动化、工业机器人、军事和航空航天等领域。为满足不同的要求，出现了高速、大寻址范围、强运算能力和多机通信能力的8位、16位、32位通用型单片机，小型廉价型、外围系统集成的专用型单片机，以及形形色色各具特色的现代单片机。可以说，单片机的发展进人了百花齐放的时代，为用户的选择提供了空间。这一时期的特点为：电气商、半导体商的普遍介入MCS-48的成功，刺激了许多半导体公司竞相研制和发展自己的单片机系列。到目前为止，世界各地厂商已相继研制出大约50个系列300多个品种的单片

30、机产品，其中较有代表性的有Motorola公司的6801、6802，Zilog公司的Z-8系列，Microchip公司的PIC系列等。此外，开本的NEC公司、日立公司也都推出了各自具有特色的单片机品种。大力发展专用单片机通用型与专用型是按某一型号单片机适用范围区分的。例如，80C51是通用型单片机，它并不是为某一种专门用途设计的单片机；而专用型单片机是针对某一类产品甚至某个产品需要而设计、生产的单片机。例如，来电显示电话中配有液晶驱动器接口的单片机和全自动洗衣机中的微控制器，都是专用单片机；特别是小家电、玩具领域的单片机，因为小封装、价格低廉一外围器件、外设接口集成度高，多数为专用单片机。提高

31、综合品质在体系结构(RISC)、电磁兼容性能(EMC)、开发环境(高级语言支持ISP、IAP等)、功耗管理等诸方面得到了提高。根据控制单元设计的方式与采用的技术不同，目前市场上的这些单片机可区分为两大类型：繁杂指令集结构(CISC架构)和精简指令集结构(RISC架构)。繁杂指令集结构 (CISC)的特点是指令数量多，寻址方式丰富，较适合初学者系统学习，如INTEL的80C51或80C196、MC68K；而精简指令集结构(RISC)具有较少的指令与寻址模式，结构简单，成本较低，执行程序的速度较快，成为单片机的后起之秀，如PIC、EM78XXX和Z86HCXX。ISP(In System Prog

32、ramming)和IAP(In Application Programming)方式是两种先进的实时在线开发方式。它们无须传统的开发装置，借助计算机和单片机的高性能，实现了真正的在线仿真。C语言的广泛支持单片机普遍支持C语言编程，为后来者学习和应用单片机提供了方便；高级语言减少了选型障碍，便于程序的优化、升级和交流。多种选择下的选择原则寻求最简化的单片机应用系统；尽可能选择专用单片机；综合考虑下进行合理的选择。3.1.2 单片机应用范围（1）智能产品：单片机微处理器与传统的机械产品相结合，使传统机械产品结构简化、控制智能化，构成新一代的机电一体化的产品。例如传真打字机采用单片机，可以取代近千个

33、机械器件；缝纫机采用单片机控制，可执行多功能自动操作、自动调速、控制缝纫花样的选择。（2）智能仪表：用单片机微处理器改良原有的测量、控制仪表，能使仪表数字化、智能化、多功能化、综合化。而测量仪器中的误差修正、线性化等问题也可迎刃而解。（3）测控系统：用单片机微处理器可以设计各种工业控制系统、环境控制系统、数据控制系统，例如温室人工气候控制、水闸自动控制、电镀生产线自动控制、汽轮机电液调节系统等。（4）数控型控制机：在目前数字控制系统的简易控制机中，采用单片机可提高可靠性，增强其功能、降低成本。例如在两坐标的连续控制系统中，用805l单片机微处理器组成的系统代替Z-80组台系统，在完成同样功能的

34、条件下，其程序长度可减少50，提高了执行速度。数控型控制机采用单片机后口可能改变其结构模式，例如使控制机与伺服控制分开，用单片机构成的步进电机控制器可减轻数控型控制机的负担。（5）智能接口：微电脑系统，特别是较大型的工业测控系统中，除外围装置(打印机、键盘、磁盘、CRT)外，还有许多外部通信、采集、多路分配管理、驱动控制等接口。这些外围装置与接口如果完全由主机进行管理，势必造成主机负担过重，降低执行速度，如果采用单片机进行接口的控制与管理，单片机微处理器与主机可并行上作，大大地提高了系统的执行速度。如在大型数据采集系统中，用单片机对模拟，数字转换接口进行控制不仅可提高采集速度，还可对数据进行预

35、先处理，如数字滤波、线性化处理、误差修正等。在通信接口中采用单片机可对数据进行编码译码、分配管理、接收/发送控制等。3.2 AT89C52单片机的特性功能特性描述： AT89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系统可编程 Flash存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89C52具有以下标准功能：8k字节Flash，256

36、字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89C52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。3.2.1 引脚功能介绍图3.2 AT89C52封装图GND：地。VCC：电源。P0口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。当用作为输出口时，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

37、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。 在 flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。P1口：P1口是一个具有内部上拉电阻的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）。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）和定时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX），具体如下表2

38、所示。在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。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1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。

39、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AT89C52特殊功能（第二功能）使用，如表3.1所示。在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。表3.1 P3口部分引脚的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）P3.3INT1（外部中断1）P3.4T0（定时器0外部输入）P3.5T1（定时器1外部输入）P3.6WR（外

40、部数据存储器写选通）P3.7RD（外部数据存储器读选通）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。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

41、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。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AT89C52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。EA/VPP：访问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

42、。在flash编程期间，EA也接收12伏VPP电压。XTAL1：振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。3.2.2 定时器介绍定时器计数器简称定时器，其作用主要包括产生各种时标间隔、记录外部事件的数量等，是微机中最常用、最基本的部件之一。5l系列单片机有2个16位的定时器计数器：定时器0(T0)和定时器1(T1)。T0由2个定时寄存器TH0和TL0构成，T1则由TH1和TL1构成，它们都分别映射在特殊功能寄存器中，从而可以通过对特殊功能寄存器中这些寄存器的读写来实现对这两个定时器的操作。作定时器时，每一个机器周期定时寄存器自动加l，所以定时器也可看作是

43、计量机器周期的计数器。由于每个机器周期为12个时钟振荡周期，所以定时的分辨率是时钟振荡频率的112。作计数器时，只要在单片机外部引脚T0(或T1)有从1到0电平的负跳变，计数器就自动加1。计数的最高频率一般为振荡频率的l24。工作方式：T0或T1无论用作定时器或计数器都有4种工作方式：方式0、方式1、方式2和方式3。除方式3外，T0和T1有完全相同的工作状态。（1）工作方式0：13位方式由TL1的低5位和TH1的8位构成13位计数器（TL1的高3位无效）。定时器启动后，定时或计数脉冲加到TLl的低5位，从预先设置的初值(时间常数)开始不断增1。TL1计满后，向THl进位。当TL1和THl都计满

44、之后，置位T1的定时器回零标志TFl，以此表明定时时间或计数次数已到，以供查询或在打开中断的条件下，可向CPU请求中断。如需进一步定时/计数，需用指令重置时间常数。（2）工作方式1：16位方式。与工作方式0基本相同，区别仅在于工作方式1的计数器TL1和TH1组成16位计数器，从而比工作方式0有更宽的定时/计数范围。（3）工作方式2：8位自动装入时间常数方式。由TLl构成8位计数器，THl仅用来存放时间常数。启动T1前，TLl和THl装入相同的时间常数，当TL1计满后，除定时器回零标志TFl置位，具有向CPU请求中断的条件外，THl中的时间常数还会自动地装入TLl，并重新开始定时或计数。所以，工

45、作方式2是一种自动装入时间常数的8位计数器方式。由于这种方式不需要指令重装时间常数，因而操作方便，在允许的条件下，应尽量使用这种工作方式。当然，这种方式的定时计数范围要小于方式0和方式1。（4）工作方式3：2个8位方式。工作方式3只适用于定时器0。如果使定时器1为工作方式3，则定时器1将处于关闭状态。当T0为工作方式3时，TH0和TL0分成2个独立的8位计数器。其中，TL0既可用作定时器，又可用作计数器，并使用原T0的所有控制位及其定时器回零标志和中断源。TH0只能用作定时器，并使用T1的控制位TRl、回零标志TFl和中断源。通常情况下，T0不运行于工作方式3，只有在T1处于工作方式2，并不要

46、求中断的条件下才可能使用。这时，T1往往用作串行口波特率发生器，TH0用作定时器，TL0作为定时器或计数器。所以，方式3是为了使单片机有1个独立的定时器计数器、1个定时器以及1个串行口波特率发生器的应用场合而特地提供的。这时，可把定时器l用于工作方式2，把定时器0用于工作方式3下才可能使用。这时，T1往往用作串行口波特率发生器，TH0用作定时器，TL0作为定时器或计数器。所以，方式3是为了使单片机有1个独立的定时器计数器、1个定时器以及1个串行口波特率发生器的应用场合而特地提供的。这时，可把定时器l用于工作方式2，把定时器0用于工作方式3。控制寄存器：定时器计数器T0和T1有2个控制寄存器TM

47、OD和TCON，它们分别用来设置各个定时器计数器的工作方式，选择定时或计数功能，控制启动运行，以及作为运行状态的标志等。其中，TCON寄存器中另有4位用于中断系统。（1）定时器方式控制寄存器TMOD。（2）TMOD在特殊功能寄存器中，字节地址为89H，无位地址。TMOD的格式如下表3.2所示。表3.2 定时器方式控制寄存器TMOD地址D7D6D5D4D3D2D1D0TMOD（89H）GATEC/TM1M0GATEC/TM1M0定时器1定时器0由表3.2可见，TMOD的高4位用于T1，低4使用于T0，4种符号的含义如下： GATE：门控制位。GATE和软件控制位TR、外部引脚信号INT的状态，共

48、同控制定时器计数器的打开或关闭。CT：定时器计数器选择位。C/T1，为计数器方式；CT0，为定时器方式。M1M0：工作方式选择位，定时器计数器的4种工作方式由M1M0设定。M1M000：工作方式0(13位方式)。M1M001：工作方式1(16位方式)。M1M010：工作方式2(8位自动装入时间常数方式)。MlM0=11：工作方式3(2个8位方式-仅对T0)。（1）定时器控制寄存器TCON。（2）TCON在特殊功能寄存器中，字节地址为88H，位地址(由低位到高位)为88H一8FH，由于有位地址，十分便于进行位操作。（3）TCON的格式如表3.3所示。其中，TFl，TRl，TF0和TR0位用于定时

49、器计数器；IEl，ITl，IE0和IT0位用于中断系统。表3.3 定时器控制寄存器TCON地址D7D6D5D4D3D2D1D0TCON（88H）TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0TF1：定时器1溢出标志位。当字时器1计满溢出时，由硬件使TF1置“1”，并且申请中断。进入中断服务程序后，由硬件自动清“0”，在查询方式下用软件清“0”。TR1：定时器1运行控制位。由软件清“0”关闭定时器1。当GATE=1，且INT1为高电平时，TR1置“1”启动定时器1；当GATE=0，TR1置“1”启动定时器1。TF0：定时器0溢出标志。其功能及操作情况同TF1。TR0：定时器0运行控制位。其功能

50、及操作情况同TR1。IE1：外部中断1请求标志。IT1：外部中断1触发方式选择位。IE0：外部中断0请求标志。IT0：外部中断0触发方式选择位。TCON中低4位与中断有关，我们将在下节课讲中断时再给予讲解。由于TCON是可以位寻址的，因而如果只清溢出或启动定时器工作，可以用位操作命令。3.2.3 中断介绍中断系统的结构：5个中断源的符号、名称及产生的条件如下。INT0：外部中断0，由P32端口线引入，低电平或下跳沿引起。INT1：外部中断1，由P33端口线引入，低电平或下跳沿引起。T0：定时器计数器0中断，由T0计满回零引起。T1：定时器计数器l中断，由T1计满回零引起。TIRI：串行IO中断

51、，串行端口完成一帧字符发送接收后引起。4 超声波测距系统的设计4.1 超声波测距的基本原理谐振频率高于20 kHz的声波被称为超声波。超声波测距的基本工作原理是：发射探头发出超声波，在介质中传播遇到障碍物反射后再通过介质返回到接收探头，测出超声波从发射到接收所需的时间，然后根据介质中的声速，利用公式S=0.5vt就能算得从探头到障碍物的距离，式中：S为所测的距离，v为超声波在介质中的传播速度t为超声波从发到收所经过的时间。原理图如图4-1所示。本系统由超声波发射、回波信号接收、显示和发出控制信号、电源等硬件电路部分以及相应的软件部分构成。整个系统由单片机AT89C52控制，超声波传感器采用收发

52、分体式，分别是一支超声波发射换能器TCT4016T和一支超声波接收换能器TCT4016R。超声波信号通过超声波发射换能器发射至空气中，遇被测物反射后回波被超声波接收换能器接收。进行相关处理后，输入单片机的INT0脚产生中断，计算中间经历的时间，根据式S=0.5vt就可得出相应的距离用来显示，当然在一些场合也可根据需要，设置距离控制值，以控制外部电路。电源电路单片机外围电路AT89C52发射电路接收电路显示电路语音报警电路超声波发射换能器超声波接受换能器障碍物控制电路图4-1 超声波测距系统原理框图4.2 超声波测距的硬件系统设计（1）电源电路设计由于本系统是作为智能小车中的探测障碍物系统，所以

53、采用电池供电，由于单片机的工作电压在5V，故需要设计一个稳压电路。该电路考虑到用电池供电，故采用7805三端稳压器，构成稳压电路，并有电源指示灯，便于检查电路故障。电路图如图4-2所示。图4-2 电源稳压电路（2）超声波发射、接收电路设计本设计采用DYP-ME007超声波测距模块，可实现3cm-3.5m的非接触式距离测功能，包括超声波发射器、接收器与控制电路。其基本工作原理为给予此超声波测距模块一触发信号后发射超声波，当超声波投射到物体而反射回来时，模块输出一回响信号，以触发信号和回响信号间的时间差，来判定物体的距离。电气参数：电气参数DYP-ME007 超声波模块工作电压DC 5V工作电流1

54、5mA工作频率40Hz最远射程3.5m最近射程3cm输入触发信号10uS 的TTL 脉冲输出回响信号输出TTL 电平信号，与射程成比例模块接线：图4-3 为超声波测距模块的接脚图，使用上只需要5V 电源供应、0V 地线连接、触发信号输入、与回响信号输出等四支接脚。(开关信号输出端是按客户要求设定)此模块不宜带电连接，若要带电连接，则先让模块的GND 端先连接，否则会影响模块的正常工作。图4-3 超声波发射接收部分电路（左上角接P1.0口）（3）超声波温度补偿电路设计本部分采用传感器DS18B20实时温度测量，以矫正温度变化对测量精度的影响。DS18B20数字温度计是DALLAS公司生产的1Wi

55、re，即单总线器件，具有线路简单，体积小的特点。把温度测出后，带入公式：C = 331.45+0.61（米/秒）为测出的温度，即可测出。因此用它来组成一个测温系统，具有线路简单，在一根通信线，可以挂很多这样的数字温度计，十分方便。DS18B20产品的特点如下： 只要求一个端口即可实现通信。 在DS18B20中的每个器件上都有独一无二的序列号。 实际应用中不需要外部任何元器件即可实现测温。 测量温度范围在55。C到125。C之间。数字温度计的分辨率用户可以从9位到12位选择。 内部有温度上、下限告警设置。 （4）系统显示电路设计显示部分电路12864液晶屏来显示当前温度、障碍物的距离等信息，该电

56、路采用串行传送方式，从而大大节约了单片机引脚。AT12864 汉字图形点阵液晶显示模块，可显示汉字及图形，内置8192 个中文汉字（16X16 点阵）、128 个字符（8X16 点阵）及64X256 点阵显示RAM（GDRAM）。（5）系统语音报警电路设计本部分采用ISD1420语音芯片实现。 ISD1420为美国ISD公司出品的优质单片语音录放电路，由振荡器、语音存储单元、前置放大器、自动增益控制电路、抗干扰滤波器、输出放大器组成。一个最小的录放系统仅由一个麦克风、一个喇叭、两个按钮、一个电源、少数电阻电容组成。录音内容存入永久存储单元，提供零功率信息存储，这个独一无二的方法是借助于美国IS

57、D公司的专利-直接模拟存储技术(DAST TM)实现的。利用它，语音和音频信号被直接存储，以其原本的模拟形式进入EEPROM存储器.直接模拟存储允许使用一种单片固体电路方法完成其原本语音的再现.仅语音质量优胜,而且断电语音保护。图4-4 语音报警电路（6）系统总体设计基于上述（1）（5）所述各部分电路设计及功能，要把各部分组合起来电路才能工作，如图4-5所示。待加图4-5 系统总体电路图4.3 超声波测距的软件系统设计（1）设计思路通过编程控制P1.3口不断循环拉高，发出超声波，同时启动计数器计时，外部中断如果收到回波，此时使计数器停止计数，并在中断子函数里根据温度的不同计算出障碍物的距离，通

58、过一定的修正，最终把计算结果发送到液晶屏上，显示出当前障碍物的距离，并作出判断，发出报警提示。（2）软件流程设计在硬件电路正确无误的基础上，用软件对相应部分电路的工作状态进行控制，并通过程序对数据处理，最终使液晶屏上显示出障碍物的距离，并完成控制语音。根据所设计的系统，设计系统软件流程图如图4.7所示。开始系统初始化：液晶，定时器等启动T1并定时，开T1中断，开外部中断。进入主程序主程序中是主循环不断发射超声波外部中断回波接收成功关总中断，调用显示程序在主程序中显示距离控制语音报警电路图4.7 超声波测距系统软件流程图（3）发射、接收超声波程序的设计：本设计采用DYP-ME007超声波测距模块

59、，可实现3cm-3.5m的非接触式距离测功能，包括超声波发射器、接收器与控制电路。其基本工作原理为给予此超声波测距模块一触发信号后发射超声波，当超声波投射到物体而反射回来时，模块输出一回响信号，以触发信号和回响信号间的时间差，来判定物体的距离。 模块时序图:图4-5超声波模块时序图该超声波模块时序图如图4-5 所示。只需要提供一个短期的10uS 脉冲触发信号。该模块内部将发出8 个40kHz周期电平并检测回波。一旦检测到有回波信号则输出回响信号。回响信号是一个脉冲的宽度成正比的距离对象。可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。公式: uS/58=厘米或者uS/148=英寸。建议

60、测量周期为60ms以上，以防止发射信号对回响信号的影响.程序如下：发射程序：void getDistance()TR0=0;TH0=0;TL0=0; trig=1;/开始触发delay10us();/延时10ustrig=0;/停止触发TR0=1;/开始计时接收程序：void int0() interrupt 0 EX0=0;/外部中断0关闭TR0=0;/停止计时distance=(TH0*256+TL0)*(f_temp*0.61+331.45)/2000); /单位mm，EX0=1;/外部中断0允许 （4）语音报警程序设计本部分采用ISD1420语音芯片实现。首先设定地址，录取报警提示声音

61、，当检测到有障碍物里的近时，从地址读取录音并播放已达到提醒报警的功能。此处为方便起见可以从0地址初开始录入。（5）显示程序设计本部分采用12864串行发送方式并显示，主要显示当前温度和目前车离障碍物的距离，以协助司机安全倒车。其时序如图：图4.6 12864液晶时序图由时序图可见，RS=1实现写数据操作；RS=实现写命令操作。RW=0时为写操作时间，此时E=1，开始传输数据，E=0数据传输结束。具体程序详见附录。5 超声波测距系统的调试5.1 超声波测距硬件系统的调试语音报警电路调试图5-1 超声波模块时序图ISD1110/ISD1420 系列内置了若了干操作模式，可用最少的外围器件实现最多的

62、功能。操作模 式也由地址端控制；当 A7 和 A6 都为 1 时，其它地址端置高就选择某个（或某几个）模式。因为操 作模式和直接寻址互相排斥。操作模式可由微控制器，也可由硬件实现。使用操作模式有两点注意： （1）所有操作最初都是从 0 地址，即存储空间的起始端开始。后续操作根据所选用的模式可从其 它的地址开始。此外，A4 模式中，当电路由录转为放时地址计数器复位为 0，而由放转为录则不复 位。（2）当控制信号（/PLAYL、/PLAYE 或/REC）变低，同时 A6 和 A7 为高时，执行操作模式。 这种操作模式一直有效，除非控制信号再次由高变低，芯片重新锁存当前的地址/模式端电平，然后 执行相应操作。 表 5-1 操作模式简表A0（信息检索）快速跳过信息而不必知道其确切的地址。控制端每输入一个低脉冲，内部地址 计数器就跳到下一条信息。此模式仅用于放音，通常与 A4 同时使用 A1（EOM 删除） 使分段信息变为一条信息，仅在