毕业设计论文基于单片机汽车倒车测距仪的设计

《毕业设计论文基于单片机汽车倒车测距仪的设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业设计论文基于单片机汽车倒车测距仪的设计（26页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、基于单片机汽车倒车测距仪的设计 班 级 专 业 所 在 系 学 号 指导老师 目 录摘要1Abstract2第一章 绪论3第二章 超声波的介绍42.1超声波的发展史42.2 超声波的特点42.3超声效应52.4超声波的应用5第三章 单片机的介绍73.1 单片机的定义73.2 单片机的发展过程73.3 单片机的特点73.4 单片机的应用83.5 C8051F单片机的介绍8第四章 汽车倒车测距仪的硬件设计124.1 设计的思路124.2 设计的重点与难点124.3硬件设计的基本原理及原理图12第五章 超声波汽车倒车测距仪软件设计165.1 主程序编制及流程图165.2 中断服务程序的流程图及编制1

2、85.3 显示距离子程序和延时子程序185.4信号处理程序195.5程序中有关存储器，寄存器及标志位的内容及用途22第六章 总结23参考文献24致 谢25汽车倒车测距仪的设计摘要：本文利用超声波传输中距离与时间的关系采用C8051F单片机进行控制及数据处理设计出了能精确测量点间距离的超声波测距仪，利用所设计出的汽车倒车测距仪，能比较精确测量车后障碍物距离。在分析国内外单片机汽车倒车测距仪相关技术的基础上，结合最新研究成果，对基于超声波测距的倒车测距系统的研制进行了深入探讨和研究。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，构建了单片机汽车倒车测距仪构架和设计方案,在

3、硬件电路中，详细阐述了运用单片机技术实现的可视倒车预警系统的测距实现原理，分析了以单片机为主控单元的系统硬件和软件设计，并对该系统进行了试验和误差分析，给出了本系统的稳定性指标。关键词：C8051F单片机，超声波，LED,收发电路The design of car parking rangefinderAbstract:In this paper, using the relation of the ultrasonic transmission distance and time by C8051F MCU controlling and data processing design cap

4、acity points that can accurately measure the distance between the ultrasonic range finder, using the design of car parking ranger, can more accurately measure the distance between the obstacle and vehicle.SCM car parking on the analysis on the basis of rangefinders related technologies, combined wit

5、h the latest research results, Based on Ultrasonic Ranging System reversing conducted in-depth study and research. The system is divided into distance module, alarm system control module and display module, with respect to their program analysis, construction of the single chip architecture and desi

6、gn of car parking ranger program; in the hardware circuit, described in detail the use of microcomputer technology to achieve Distance visual reversing warning system implementation principle, analysis based on single chip main control unit of the system hardware and software design, and tested the

7、system and error analysis, Given the stability of the system indicators.Key words: C8051F MCU Ultrasound, LED, Transceiver Circuit基于单片机汽车倒车仪的设计第一章 绪论汽车倒车测距仪能测量并显示车辆后部障碍物离车 辆的距离,同时用间歇嘟嘟声报警,间歇时间随障碍物距 离缩短而缩短。驾驶员不但可以直接观察被显示的距 离,还可以用听觉判断车后障碍物距离的远近。特别适 用于长车身车辆倒车。仪器共有三部分组成:监控器、 接线盒与探测器。 监控器由单片计算机为核心的集成电路组成

8、,发射 ,并接收频率稳定的40kHz超声波,根据发射信号与回波 信号之问的时问差计算障碍物与车辆后部的距离。监控, 器安装在驾驶室驾驶员便于观察的位置,面板上有3位 LED数码管显示器,清晰悦目,小数点固定在第一位数后, 显示单位 利用超声测距技术与单片机设计制作出超声波汽车倒车测距仪。该系统在常见的汽车倒车预警装置的基础上采用计算机控制技术和超声波测距技术，通过显示障碍物与汽车的距离并根据其距离远近实时发出报警，解除了驾驶员泊车和起动车辆时前后左右探视所引起的困扰，提高了驾驶安全性。目前国内一般使用专用集成电路设计超声波测距仪，但是专用集成电路的成本很高，并且显示距离也比较困难，操作使用也不

9、是很方便，而本设计研究的测距器成本低廉，性能优良，市场前景极为广阔，对提高我国汽车工业实际水平，具有较大的时间意义，在整个倒车过程中自动测量车尾到最近障碍物的距离，并用数字显示出来，在倒车到极限距离时会发出急促的警告声，提醒驾驶员注意刹车。本设计可望成为驾驶员特别是货车以及公共汽车驾驶员的好帮手，可有效的减少和避免那些视野不良的大型汽车的如冷藏车、集装箱车、垃圾车、食品车、载货车、公共汽车等倒车交通事故，另外还特别适用于夜间辅助倒车、倒车入库以及进入停车场停车到位，甚至还能防止盗贼扒车。近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断深入，同时带动传统控制检测技术日益更新。在实时检测和自动控制的

10、单片机应用系统中，单片机往往作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构软硬件结合，加以完善。 第二章 超声波的介绍2.1超声波的发展史2.1.1 超声波的含义当物体振动时会发出声音，科学家们将每秒振动的次数称为声音的频率，他的单位是HZ。我们人类耳朵能听到声波频率为20-20000HZ，当声波的频率大于20000HZ或小于20HZ时，我们便听不到。因此我们把频率高于20000HZ的声波称为超声波。2.1.2 国际方面： 自19世纪末到20世纪初，在物理学上发现了压电效应与反压电效应之后，人们解决了利用电子学技术产生超声波的办法，从此迅速揭开了发展与推广超声技术的历史

11、篇章。 1922年，德国出现了首例超声波治疗的发明专利。 1939年发表了有关超声波治疗取得临床效果的文献报道。 40年代末期超声治疗在欧美兴起，直到1949年召开的第一次国际医学超声波学术会议上，才有了超声治疗方面的论文交流，为超声治疗学的发展奠定了基础。1956年第二届国际超声医学学术会议上已有许多论文发表，超声治疗进入了实用成熟阶段。 2.1.3 国内方面： 国内在超声治疗领域起步稍晚，于20世纪50年代初才只有少数医院开展超声治疗工作，从1950年首先在北京开始用800KHz频率的超声治疗机治疗多种疾病，至50年代开始逐步推广，并有了国产仪器。公开的文献报道始见于1957年。到了70年

12、代有了各型国产超声治疗仪，超声疗法普及到全国各大型医院。 40多年来，全国各大医院已积累了相当数量的资料和比较丰富的临床经验。特别是20世纪80年代初出现的超声体外机械波碎石术和超声外科，是结石症治疗史上的重大突破。如今已在国际范围内推广应用。高强度聚焦超声无创外科，已使超声治疗在当代医疗技术中占据重要位置。而在21世纪(HIFU)超声聚焦外科已被誉为是21世纪治疗肿瘤的最新技术。 2.2 超声波的特点(一) 超声波在传播时，方向性强，能量易于集中。 （二) 超声波能在各种不同媒质中传播，且可传播足够远的距离。(三) 超声波与传声媒质的相互作用适中，易于携带有关传声媒质状态的信息（诊断或对传声

13、媒质产生效应）。（治疗） 超声波是一种波动形式，它可以作为探测与负载信息的载体或媒介（如B超等用作诊断）。 声波同时又是一种能量形式，当其强度超过一定值时，它就可以通过与传播超声波的媒质的相互作用，去影响，改变以致破坏后者的状态，性质及结构（用作治疗）。2.3超声效应 当超声波在介质中传播时，由于超声波与介质的相互作用，使介质发生物理的和化学的变化，从而产生一系列力学的、热的、电磁的和化学的超声效应，包括以下4种效应：机械效应。超声波的机械作用可促成液体的乳化、凝胶的液化和固体的分散。当超声波流体介质中形成驻波时 ,悬浮在流体中的微小颗粒因受机械力的作用而凝聚在波节处，在空间形成周期性的堆积。

14、超声波在压电材料和磁致伸缩材料中传播时，由于超声波的机械作用而引起的感生电极化和感生磁化（见电介质物理学和磁致伸缩）。空化作用。超声波作用于液体时可产生大量小气泡 。一个原因是液体内局部出现拉应力而形成负压，压强的降低使原来溶于液体的气体过饱和，而从液体逸出，成为小气泡。另一原因是强大的拉应力把液体“撕开”成一空洞，称为空化。空洞内为液体蒸汽或溶于液体的另一种气体，甚至可能是真空。因空化作用形成的小气泡会随周围介质的振动而不断运动、长大或突然破灭。破灭时周围液体突然冲入气泡而产生高温、高压，同时产生激波。与空化作用相伴随的内摩擦可形成电荷，并在气泡内因放电而产生发光现象。在液体中进行超声处理的

15、技术大多与空化作用有关。热效应。由于超声波频率高，能量大，被介质吸收时能产生显著的热效应。化学效应。超声波的作用可促使发生或加速某些化学反应。例如纯的蒸馏水经超声处理后产生过氧化氢；溶有氮气的水经超声处理后产生亚硝酸；染料的水溶液经超声处理后会变色或退色。这些现象的发生总与空化作用相伴随。超声波还可加速许多化学物质的水解、分解和聚合过程。超声波对光化学和电化学过程也有明显影响。各种氨基酸和其他有机物质的水溶液经超声处理后，特征吸收光谱带消失而呈均匀的一般吸收，这表明空化作用使分子结构发生了改变 。2.4超声波的应用超声效应已广泛用于实际，主要有如下几方面：超声检验。超声波的波长比一般声波要短，

16、具有较好的方向性，而且能透过不透明物质，这一特性已被广泛用于超声波探伤、测厚、测距、遥控和超声成像技术。超声成像是利用超声波呈现不透明物内部形象的技术 。把从换能器发出的超声波经声透镜聚焦在不透明试样上，从试样透出的超声波携带了被照部位的信息（如对声波的反射、吸收和散射的能力），经声透镜汇聚在压电接收器上，所得电信号输入放大器，利用扫描系统可把不透明试样的形象显示在荧光屏上。上述装置称为超声显微镜。超声成像技术已在医疗检查方面获得普遍应用，在微电子器件制造业中用来对大规模集成电路进行检查，在材料科学中用来显示合金中不同组分的区域和晶粒间界等。声全息术是利用超声波的干涉原理记录和重现不透明物的立

17、体图像的声成像技术，其原理与光波的全息术基本相同，只是记录手段不同而已（见全息术）。用同一超声信号源激励两个放置在液体中的换能器，它们分别发射两束相干的超声波：一束透过被研究的物体后成为物波，另一束作为参考波。物波和参考波在液面上相干叠加形成声全息图，用激光束照射声全息图，利用激光在声全息图上反射时产生的衍射效应而获得物的重现，通常用摄像机和电视机作实时观察。超声处理。利用超声的机械作用、空化作用、热效应和化学效应，可进行超声焊接、钻孔、固体的粉碎、乳化 、脱气、除尘、去锅垢、清洗、灭菌、促进化学反应和进行生物学研究等，在工矿业、农业、医疗等各个部门获得了广泛应用。基础研究。超声波作用于介质后

18、，在介质中产生声弛豫过程，声弛豫过程伴随着能量在分子各自电度间的输运过程，并在宏观上表现出对声波的吸收（见声波）。通过物质对超声的吸收规律可探索物质的特性和结构，这方面的研究构成了分子声学这一声学分支。普通声波的波长远大于固体中的原子间距，在此条件下固体可当作连续介质 。但对频率在1012赫兹以上的超声波 ，波长可与固体中的原子间距相比拟，此时必须把固体当作是具有空间周期性的点阵结构。点阵振动的能量是量子化的 ，称为声子（见固体物理学）。特超声对固体的作用可归结为特超声与热声子、电子、光子和各种准粒子的相互作用。对固体中特超声的产生、检测和传播规律的研究，以及量子液体液态氦中，声现象的研究构成

19、了近代声学的新领域量子声学。第三章 单片机的介绍3.1 单片机的定义单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。尽管它的大部分功能集成在一块小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件：CPU、内存、内部和外部总线系统，目前大部分还会具有外存。同时集成诸如通讯接口、定时器，实时时钟等外围设备。而现在最强大的单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片上。3.2 单片机的发展过程单片机技术发展十分迅速，产品种类琳琅满目。纵观整个单片机技术发展过程，可分为以下三个阶段：一单片机微机形成阶段此阶段的主要特点是：在单个芯片内完成了CPU,存储器，I/O接口，定时/

20、计数器，中断系统，时钟等部件的集成。但存储器容量较小，范围寻址小，无串行接口，指令系统功能不强。二性能完善提高阶段此阶段的主要特点是：结构体系完善，性能已大大提高，面向控制的特点进一步突出。现在MCS-51已成为公认的单片机经典机种。三微控制器化阶段此阶段的主要特点是：片内面向测控系统外围电路增强，使单片机可以方便灵活地用于复杂的自动控制系统及设备。至此“微控制器的称谓更能反应单片机的本质。3.3 单片机的特点系统单片机主要有如下特点：1.有优异的性能价格比。2.集成度高、体积小、有很高的可靠性。单片机把各功能部件集成在一块芯片上，内部采用总线结构，减少了各芯片之间的连线，大大提高了单片机的可

21、靠性和抗干扰能力。另外，其体积小，对于强磁场环境易于采取屏蔽措施，适合在恶劣环境下工作。3.控制功能强。为了满足工业控制的要求，一般单片机的指令系统中均有极丰富的转移指令、I/O口的逻辑操作以及位处理功能。单片机的逻辑控制功能及运行速度均高于同一档次的微机。4.低功耗、低电压，便于生产便携式产品。5.外部总线增加了I2C（Inter-Integrated Circuit）及SPI(Serial Peripheral Interface)等串行总线方式，进一步缩小了体积，简化了结构。6.单片机的系统扩展和系统配置较典型、规范，容易构成各种规模的应用。3.4 单片机的应用 目前单片机渗透到我们生活

22、的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。 主要表现在以下几方面的应用。 1单片机在智能仪表中的应用2单片机在机电一体化中的应用 3单片机在实时控制中的应用 4单片机在分布式多机系统中的应用 5单片机在人类生活中的应用3

23、.5 C8051F单片机的介绍3.5.1 系统概述C8051F系列器件是完全集成的混合信号系统级MCU芯片，有真正的12位多通道ADC(F206),8位多通道ADC(F220/1/6)或没有ADC，每种器件都有与8051兼容的CIP-51微控制器内核和8K字节的FLASH存储器，还有硬件实现的UART和SPI串行接口，该系列器件22或32个通用I/O引脚，其中一些引脚用于数字外设接口，任何一个端口引脚都可以配置为ADC的模拟输入。采用流水线结构，单周期指令运行速度是8051的12倍，全指令集成运行速度是原来的9.5倍。片内还集成了VDD监视器，WDI,和时钟振荡器，片内FLASH存储器还具有在

24、系统重新编程能力，并可用于非易失性数据存储，可以关闭任何一个或全部外设以节省功耗。所有器件都有256字节的SRAM，F206/226/236还另有1024字节的RAM.片内JTAG调试支技功能允许使用安装在最终应用系统上的产品MCU进行非侵入式（不占用片内资源）全速系统调试。该调试系统支持观察和修改存储器和寄存器，支持断点，观察点，单步及运行和停机命令。在使用JTAG调试时，所有的模拟和数字外设都可全功能运行。每个MCU都可以在工业温度范围内用2.7V-3.6V的电压工作，有48脚TQFP和32脚LQFP封装端口I/O容许5V的输入信号。3.5.2 C8051F的特点1.高速流水线结构的805

25、1与MCS-51指令集完全兼容2.4个8位宽的I/O端口3.峰值速度达25MIPS（时钟为25MHZ时）4.全速非侵入式的在系统调试接口片内，真正12位（8051F020）,或10位C8051F02213 100KSPS的8位通道ADC带PGA和模拟多路开关。5.025MHZ的时钟频率6. 电源管理方式7可选的1024字节XRAM88K字节FLASH程序存储器9. 片内看门狗定时器，VDD监视器和温度传感器。3.5.3 C8051F单片机增加的功能在CIP-51内核的内部和外部有几项关键性的改进，提高了整体性能更易于在最终应用中使用。扩展的中断系统向CIP-51提供22个中断源，标准（8051

26、只有7个中断源）允许大量的模拟和数字外设中断微控制器，一个中断驱动的系统需要较少的MCU干预，却有更高的执行效率，在设计一个多任务实时系统时，这些增加的中断源是非常有用的。MCU可有多达6个复位源;一个片内VDD监视器，一个看门狗定时器，一个时钟丢失检测器，一个由比较器0提供的电压检测器，一个软件强制复位以及外部复位引脚，/RST引脚是双向的可接受外部复位或将内部产生的上电复位信号输出到/RST引脚，通过将MONE引脚拉为高电平来使能片内VDD监视器除了VDD监视器和复位输入引脚以外，每个复位源都可以由用户软件禁止。在一次上电复位之后的MCU初始化期间，WDT可以一直被允许。C8051F020

27、内部电路包括CIP-51微控制器内核及RAM, RO, I/O口，定时/计数器。ADC, DAC, PCA, SPI和SMBVS等部件。即把计算机的基本组成单元以及模拟和数字外设集成在一个芯片上，构成一个完整的片上系统（SOS）.P/2.6P/2.7P3.7P3.6P2.3/NSSP2.2/MOSIP2.1/MISO P2.0/SCK P/2.5P/2.4/RST GNDP3.2P3.1P3.0P1.7P1.5/CPP1.6/SYSCOK3.5.5C8051F单片机的引脚图P0.4/T0P0.5/T1P0.6/T2P0.7/TIEXGNDVDDP3.4P3.5TD1TD0TMSTCKP0.3/

28、INT1P0.2/INT0P0.1/RXP0.0/TXP3.3P1.4/CP1 P1.3/CP1 P1.2/CP0P1.1/CP0P1.0/CP0+NCNCVREFNCXTAL1XTAL2VDDMONEN1 48 47 46 45 44 43 42 41 40 39 38 37 362 353 344 335 326 C8051F 317 308 299 2810 2711 2612 2513 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 图3.1 C8051F-48引脚图3.5.4 C8051F单片机引脚和封装定义引脚名称F226,F230,48F221,F231,32类

29、型说明VDD11,318数字电源GND5,6,8,139地XTAL196模拟输入为晶体或陶瓷谐振器的内部振荡电路XTAL2107模拟输出为晶体或陶瓷谐振器的激励驱动器P0.0/TX4028数字I/O口模拟输入端口0位0P0.1/RX3927数字I/O口模拟输入端口0位1P0.2/INTO3826数字I/O口模拟输入端口0位2P0.3/INTI3725数字I/O口模拟输入端口0位3P0.4/TO3624数字I/O口模拟输入端口0位4P0.5/T13523数字I/O口模拟输入端口0位5P0.6/T23422数字I/O口模拟输入端口0位6P0.7/T2EX3321数字I/O口模拟输入端口0位7P2.

30、0/SCK2416数字I/O口模拟输入端口2位0P2.1/MISO2315数字I/O口模拟输入端口2位1P2,2/MOSI2214数字I/O口模拟输入端口2位2P2.3/NSS2113数字I/O口模拟输入端口2位3P2.41511数字I/O口模拟输入端口2位4P2.51612数字I/O口模拟输入端口2位5P2.617数字I/O口模拟输入端口2位6P2.718数字I/O口模拟输入端口2位7P3.044数字I/O口模拟输入端口3位0第四章 汽车倒车测距仪的硬件设计4.1 设计的思路本系统的设计思想是采用以C8051F单片机为核心，来设计一种低成本、高精度、微型化数字显示超声波测距仪。超声波测距可测

31、出回波和发射脉冲之间的时间间隔，利用S=Ct/2就可以算出距离，再在LED上显示出来。当然还可以设置若干个键，以用来控制电路的工作状态。限制的最大可测距离存有四个因素:超声波的幅度，反射面的质地，反射面和入射声波之间的夹角以及接收换能器的灵敏度。接收换能器对声波脉冲的直接接收能力将决定最小的可测距离。根据设计要求并综合各方面因素，采用C8051F单片机作为主控制器，用动态扫描法实现LED数字显示，超声波驱动信号可以用单片机的定时器和计数器来完成。4.2 设计的重点与难点本设计的任务是设计一个超声波测距仪，可以应用于汽车倒车位置监控，也可用于如液位、井深、管道长度的测量等场合。测量范围在0.10

32、-4.00m，测量精度1cm，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，能够手工设定报警量值。系统组成的设计：各部分硬件的选取很有讲究，要十分合理。设计的难点是：1、超声波信号的接收、发射的设计2、显示电路设计3、流程图及程序的设计4.3硬件设计的基本原理及原理图4.3.1 超声波发生器由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量，如测距仪和位测量仪等都可以通过超声波来实现。利用超声波检测往往比较迅速、方便、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，因此在移动机器人研制上也得到了广泛的应用。为了使汽车能自动避障行

33、走，就必须装备测距系统，以使其及时获取距障碍物的距离信息（距离和方向）。本文所介绍的超声波测距系统，就是为汽车了解其后方环境而提供一个运动距离信息。为了研究和利用超声波，人们已经设计和制成了许多超声波发生器。总体上讲，超声波发生器可以分为两大类：一类是用电气方式产生超声波，一类是用机械方式产生超声波。电气方式包括压电型、磁致伸缩型和电动型等；机械方式有加尔统笛、液哨和气流旋笛等。它们所产生的超声波的频率、功率和声波特性各不相同，因而用途也各不相同。目前较为常用的是压电式超声波发生器。4.3.2 压电式超声波发生器 压电式超声波发生器实际上是利用压电晶体的谐振来工作的。，它有两个压电晶片和一个共

34、振板。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，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，便产生超声波。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器了。 4.3.3 超声波发射器基本原理超声波超声波接收电路报警指示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 。这就是所谓的时间差

35、测距法。 超声波在空气中的传播速度与声速相当，约为340m/s.从信号放射到遇障碍物反射接收，有几毫秒至几十毫秒的时间间隔，可以根据这个时间间隔来计算出障碍物到超声波信号发射体的距离。电路流程图如图4.1所示。嘟声声响电路图4.1电路流程图4.3.4 电原理图电路如图4.2所示。图为汽车倒车测距仪的电原理图，其中3位数码管用来显示所测距离，由P1口输出8段段码，P2.0-P2.2输出3位位码。P2.6控制倒车指示灯VD1，倒车指示灯VD1亮。其它外围电路分析如下。图4.2 汽车倒车测距仪电原理图140KHZ超声波发射电路。电路如图4.3所示。4011的两个“与非”门E,F组成多谐振荡器，调节R

36、P1可调节谐振频率。P2.4口控制多谐振荡器的振荡。P2.4输出高电平时，电路振荡，发射40KHZ超声波；P2.4输出低电平时，停止发射。下图为超声波发射电路原理图图4.3 40KHZ超声波发射电路2.嘟声音响电路电路如图4.4所示。4011的另外两个“与非”门G,H组成多谐振荡器，谐振频率约为800HZ。P2.5控制多谐振荡器振荡，高电平时发出嘟声，低电平时无声。CPU可根据距离远近控制P2.5输出方波的频率，即控制嘟声的间隙时间。LM386是集成功率放大器，作为功率放大器件，驱动扬声器发声。下图为嘟声音响电路：图4.4嘟声音响电路图3.回波接收电路电路图如图4.5所示。它接收由障碍物反射回

37、来的超声波。其中，LM324的3个运算放大器A,B,C组成3级回波信号放大电路。其中L1,C9组成选频电路，滤除40KHZ以外的干扰信号。D2,C12组成信号整流滤波电路，将接收 到的40KHZ反射波交流信号转化为直流电压信号。LM324的第四个运放D作为电压比较器，将信号直流电压与设定的基准电压比较，当信号电压大于基准电压时，比较器输出正脉冲，V5导通，P0.0接收负脉冲信号，CPU中断，记录发射信号与接收信号之间的时间，并换算为距离。图4.5 回波接收电路第五章 超声波汽车倒车测距仪软件设计5.1 主程序编制及流程图5.1.1 编制要点及流程图 图5.1为主程序流程图，。开机后先显示“-”

38、亮灯并发声约0.5s，表示开始工作。T0用于记录发射至接收的时间间隔t(单位为ms)。初始化后，程序控制发射40KHZ的超声波信号，发射开始立即启动定时器0开始计时。发射时间为1ms。CPU接收回波信号后，立即产生INT0中断同时T0立即停止计数。定时器T0专门用于记录CPU发射脉冲信号前沿至回波脉冲信号前沿之间的距离t,由此时间可换算出障碍物的距离，并决定嘟声间隙。可设定T1的定时值，用来控制嘟声间隙时间和闪烁显示时间。考虑到汽车倒车测距精度不高，为了使计算简化，取空气中声速为340m/s,或34cm/ms,则障碍物距离为d=(t*34cm/ms)/2=t*17cm/ms.Y有回波否？、？N

39、开始初始化调信号处理子程序显示，等待回波中断发射。T0开始计时，延时1ms,停止发射图5.1主程序流程图5.1.2 主程序的编制;$ include (c8051f000.inc);-Org 000H LJMP MAIN ;转主程序ORG 0003H LJMP INTO ；转外部中断0ORG 001BH LJMP IT1 ；转定时器1中断;-;主程序OGR 1000HMAIN: MOV SP,#60H ；堆栈指针 MOV P1,#00H ；停显示 CLR P2.4 ；不发射超声波 SETB P2.6 ；指示亮灯 SETB P2.5 ；发嘟声 MOV 40H,#02H ；显示符号“-”进显示单元

40、 MOV 41H,#02H MOV 42H,#02H MOV 32H,#160 ；置显示循环数 LCALL DIR ；调用显示子程序 MOV IP,00000001B ；置INTO为高优先级中断 MOV XBR2,#40H ；配置弱上拉，交叉开关允许 MOV XBR1,#04H ；INTO连到P0.0 MOV OSCICN, # 06H ；选用内部晶振8MHZ MOV WDTCN, # 0DEH ；禁止看门狗 MOV WDTCN,# 0ADH MOV TM0D, #00010001B ；置T0,T1定时器方式1MOV TH1,# 0B1H ；置T1计时常数为30ms,用于控制嘟声 方波脉宽 M

41、OV TL1,#0D2H SETB TR1 ；启动T1 MOV IE,#10001001B ;T1,INT0开中断 MOV 22H,#01H ;11H-13H标志位置初值 MOV 44H,#0FFH ；置嘟声方波脉宽初值255*30ms =7.65s MOV 45H, #04H ；置闪烁间隙时间4*30ms=120ms MOV R2, #04H ；置信号计数器初值MOV R3, #04H ；置连续无回波计数器初值TLOOP: MOV THO, #00H ；T0清0 MOV TLO, #00H SETB P2.4 ；开始发射40KHZ超声波 SETB TRO ；发射后，立即启动T0开始 计时 L

42、CALL, DELAY ；延时1ms CLR P2.4 ；停止发射超声波 MOV 32H, # 20 ；置显示循环数 LCALL DIR ；调显示距离子程序，显示20*3ms LCALL WORK ；调信号处理子程序 SJMP TLOOP ；返回循环；-5.2 中断服务程序的流程图及编制 图5.2为中断服务程序的流程图，INT0中断 外部中断服务程序的编制；INTO: CLR TRO ；TO停止计数 SETB 01H ；置有回波标志T0停止取计数值置有回波标志 MOV A, 22H RL A MOV 22H, A RETI中断返回;-5.3 显示距离子程序和延时子程序;显示距离子程序 图5.2

43、中断服务程序流程图DIR: SETB P2.2 ；百位停显示 MOV P1,40H ；输出个位段码 CLR P2.0 ；个位显示 LCALL DELAY ；延时1ms DIR1: SETB P2.0 ；个位停显示 MOV P1,41H ；输出十位段码 CLR P2.1 ；十位显示 LCALL DELAY ；延时1ms DIR2: SETB P2.1 ；十位停显示 MOV P1,42H ；输出百位段码 CLR P2.2 ；百位显示 LCALL DELAY ；延时1ms DJNZ 32H,DIR ；循环显示未结束则继续 ORL P2,#00000111B ；到循环显示次数则停显示 RET;-;延时

44、子程序DELAY: MOV 30H, #10DY1: MOV 31H, #31DY2: DJNZ 31H, DY2 DJNZ 30H, DY1 RET;-5.4信号处理程序5.4.1 信号处理程序的编制要点。 信号处理首先判断有无回波信号。若连续4次无回波信号，则说明车后无障碍物，或障碍物距离较远已超出最大探测距离，此时置闪烁显示“-”并发出长嘟声。 由于CPU工作速度比倒车速度快的多，所以不需要每次收到信号后立即显示，收到信号可先存起来，存满4个信号，连同原来显示的信号共五个信号，从中筛选一个正确信号。 考虑到人的视觉特性，若每取一个信号就更换一次显示，则显示过快，人眼接受不了，反而认为仪器

45、不稳定。另外，还有一个判断是否需要更换显示值的问题。当障碍物距离小于0.5m时，距离变化1m就要及时更换;当距离在0.51m之间时，若新值与原显示值之差大于5cm则更换，否则不予更换；当距离在12m之间时，若新老值差大于10cm则更换；当距离在2m以上时，若新老值差大于20cm,则更换，否则不予更换。不更换则返回重测。流程图如图5.3:|旧距离-新距离|10m?图5.3更换显示值子程序流程图YY开始N新距离0.5m?新距离1m?新距离2m?|新距离-旧距离|20m?|旧距离-新距离|5m?更换显示值返回NYYYNY 空中有各种干扰信号，如汽车鸣笛，排气时发出的噪声。这些噪声中含有40KHZ的谐

46、波成分，被放大后可能引起显示干扰。另外，汽车运行特别是刚启动时，电源中也有许多干扰脉冲。因此，除在硬件电路中采取措施外，软件中还要加入抗干扰程序。一般可根据倒车的速度和回波信号脉宽来分析，对接收的信号进行甄别，筛选出正确信号。5.4.2信号处理程序流程图开始返回存第1，2，3个信号置闪烁显示存满4个信号有回波否？NYYNN连续4次无回波否?Y4个信号存满否？控制嘟声方波频率图5.4信号处理子程序流程图5.4.3信号处理程序WORK: JBC 01H,WORK1 ；有回波信号则转存 DJNZ R3, GORET ；无回波信号则判别“连续无回波信号”次数 MOV R3, #04H ；“连续无回波信

47、号”4次则重置初值 LCALL FLASN ；调用闪烁显示子程序GORET: RETWORK1: MOV R3, #04H ；有回波则连续无回波计数器R3重置初值 DJNZ R2, WORK2 ；不是第4个信号。转存第1，2和3信号 MOV R2, #04H ；是第4个信号，信号计数器恢复初值 MOV 56H, TLO ；存第4个信号 MOV 57H, THO MOV 22H, #01H ；标志位恢复初值 LCALL TONE ；调用计算嘟声方波脉宽及输出嘟声子程序WORK2: JB 11H,WORK21 ；1#信号标志，转存第1个信号 JB 12H,WORK22 ；2#信号标志，转存第2个信

48、号 JB 13H,WORK23 ；3#信号标志，转存第3个信号 RETWORK21:MOV 50H,TLO ；存第1个信号 MOV 51H, THO RETWORK22:MOV 52H,TLO ；存第2个信号 MOV 53H,THO RETWORK23:MOV 54H,TLO ；存第3个信号 MOV 55H,TNO RET5.5程序中有关存储器，寄存器及标志位的内容及用途寄存器：32H 扫描显示循环数 40H 个位显示符寄存器41H 十位显示符寄存器 42H 百位显示符寄存器44H 嘟声方波脉宽值 45H 闪烁显示间隙系数50H 1#信号低8位 51H 1#信号高8位52H 2#信号低8位 5

49、3H 2#信号高8位54H 3#信号低8位 55H 3#信号高8位56H 4#信号低8位 57H 4#信号高8位R2 信号计数器 R3 连续无回波计数器标志位：11H 1#信号存储标志 12H 2#信号存储标志13H 3#信号存储标志 01H 回波标志。01H=1,有回波；01H=0，无回波 参考文献1李建忠 主编 单片机原理及应用，西安电子科技大学出版社，20042李全利，单片机原理及应用技术，第二版，北京高等教育出版社，20053胡文金. 单片机应用技术实训教程.重庆大学出版社，20054夏继强. 主编， 单片机实验与实践教程.北京：北京航空航天大学出版社, 20015陈少航. 单片机实训教程,机械工业出版社，20086张毅刚 主编 , 新编MCS-51单片机应用设计, 哈尔滨工业大学出版社, 20037贾伯年.传感器技术. 南京: 东南大学出版社,20008李叶紫. MCS-51单片机应用教程. 北京: 清华大学出版社,20029马西秦. 自动检测技术. 北京: 机械工业出版社, 200210刘守亦. 单片机应用技术. 陕西: 西安电子科技大学出版社,199511李雅轩 单片机实训教程 北京航空航天大学出版社，1998