1、摘 要隨著社會經濟的發展，交通運輸業日益興旺，汽車的數量在大副攀升。交通擁擠狀況也日趨嚴重，撞車事件屢屢發生，造成了不可避免的人身傷亡和經濟損失。針對這種情況，設計一種響應快，可靠性高且較為經濟的汽車防撞報警系統勢在必行，超聲波測距法是最常見的一種距離測距方法，本文介紹的就是利用超聲波測距法設計的一種倒車防撞報警系統。該系統分為測距模塊、系統控制模塊和顯示報警模塊，并分別對其進行方案分析，構建了防撞報警系統的系統構架和設計方案；在硬件電路中，詳細闡述了運用單片機技術實現的超聲波測距倒車防撞報警系統的測距實現原理，分析了以AT89C52單片機為主控單元的系統硬件和軟件設計，并對該系統進行了誤差分

2、析，給出了本系統的穩定性指標。關鍵字：汽車； 倒車； 防撞報警系統； 超聲波 ； AT89C52;ABSTRACTWith the economic development and transportation thriving, the number of cars is rising in the first mate. Traffic congestion situation is getting worse, the crash occurred frequently, resulting in the inevitable loss of health and wealth. Fac

3、ed with this situation, it is necessary to design a fast response, high reliability, more economical vehicle collision avoidance warning system. Ultrasonic distance measurement method is the most common form. This article will describe the reverse anti-collision alarm system designed with the ultras

4、onic method.The system consisted of the Distance-Measurement Module Control Module Display and Alarm Module. Firstly, the paper discussed the scheme of three modules and selected the best system scheme in the paper. Secondly it presented the theory and characters of Ultrasonic Distance-Measurement a

5、nd analyzed the design of the hardware and the software based on the AT89C52 microcontroller. Thirdly the fuzzy control algorithm is proposed, the simulation is introduced into the system. Finally, through the experiment and error analysis, it proved the stability of the system.Keywords: Car; Car Re

6、versing; Anti-collision Alarm System; Ultrasonic; AT89C52;目 錄摘 要1ABSTRACT2目 錄31 緒論51.1 超聲波檢測發展綜述51.2 本論文的主要內容，章節安排61.3 本設計時間安排62 系統各組成單元方案設計72.1 系統硬件設計思想72.2 測距系統設計82.2.1 超聲波測距原理82.2.2 測量與控制方法92.2.3 超聲波發射模塊92.2.4 超聲波檢測接收電路102.3 顯示電路112.3.1 LED數碼管112.3.2 LED數碼管的顯示方法122.4 時鐘電路132.5 復位電路142.6 電源電路152.7

7、 溫度補償152.7.1 AT89C52與DSl8B20構成最小測溫系統162.8 硬件抗干擾163 系統硬件介紹173.1 AT89C52單片機173.1.1主要特性173.1.2 管腳說明183.1.3 振蕩器特性203.1.4 芯片擦除203.1.5 特殊功能寄存器213.1.6 引腳號功能特性213.1.7 中斷寄存器213.1.8 數據存儲器213.1.9 定時器223.1.10 中斷223.2 CX20106A的原理與應用233.3 74LS244芯片說明243.4 PNP三極管9012254 系統軟件設計254.1 超聲波測距儀的算法設計264.2 主程序264.3 超聲波發生子

8、程序和超聲波接收中斷程序294.4 顯示程序324.5 報警程序334.6 軟件抗干擾33參考文獻：35附 錄36外文資料46中文翻譯52致 謝571 緒論隨著社會經濟的發展,交通運輸業日益興旺，汽車的數量在大副攀升。交通擁擠狀況也日趨嚴重，撞車事件屢屢發生，造成了不可避免的人身傷亡和經濟損失，針對這種情況，設計一種響應快，可靠性高且較為經濟的汽車防撞報警系統勢在必行，超聲波測距法是最常見的一種距離測距方法，應用于汽車停車的前后左右防撞的近距離，低速狀況，以及在汽車倒車防撞報警系統中，超聲波作為一種特殊的聲波，同樣具有聲波傳輸的基本物理特性。超聲波測距即是利用其反射特性，當車輛后退時，超聲波距

9、離傳感器利用超聲波檢測車輛后方的障礙物位置，并利用指示燈及蜂鳴器把車輛到障礙物的距離及位置通知駕駛人員，起到安全的作用。1.1 超聲波檢測發展綜述我國無損檢測技術是從無到有，從低級階段逐漸發展到應用普及的現階段水平。超聲波檢測儀器的研制生產，也大致按此規律發展變化。五十年代，我國開始從國外引進超聲波儀器，多是笨重的電子管式儀器。如英國的 UCT-2 超聲波檢測儀，重達 24Kg，各單位積極開展試驗研究工作，在一些工程檢測中取得了較好的效果。五十年代末六十年代初，國內科研單位進口了波蘭產超聲儀，并進行仿制生產。隨后，上海同濟大學研制出 CTS-10 型非金屬超聲檢測儀，也是電子管式，儀器重約20

10、Hg。該儀器性能穩定，波形清晰。但當時這種儀器只有個別科研單位使用，建工部門使用不多。直至七十年代中期，因無損檢測技術仍處于試驗階段，未推廣普及，所以儀器沒有多大發展，仍使用電子管式的 UCT-2，CTS-10 型儀器。1976 年，國家建委科技司主持召開全國建筑工程檢測技術交流會后，國家建委將混凝土無損檢測技術列為重點攻關項目，組織全國 6 個單位協作攻關。從此，無損檢測技術開始進入有計劃，有目的的研究階段。隨著電子工業的飛速發展，半導體元件逐漸代替了電子管器件，更有利于無損檢測技術的推廣普及。如羅馬尼亞 N2701 型超聲波測試儀，是由晶體管分立元件組成，具有波形和數碼顯示，儀器重量 10

11、Kg。七十年代，英國 C.N.S 公司推出僅有 3.5Kg 重的 PUNDIT 便攜式超聲儀。1978 年 10 月，中國建筑科學院研制出 JC-2 型便攜式超聲波檢測儀。該儀器采用TTL 線路，數碼顯示，儀器重量為 5Kg。同期研制出的超聲檢測儀器還有 SC-2 型，CTS-25 型，SYC-2 型超聲波檢測儀。從此，我國有了自己生產的超聲波儀器，為推廣應用無損檢測技術奠定了良好的基礎。超聲波檢測技術是我國重點發展和推廣的新技術，其具有高精度，無損，非接觸等優點。目前，已經廣泛地應用在機械制造，電子冶金，航海，宇航，石油化工，交通等工業領域。此外，在材料科學，醫學，生物科學等領域中也占具重要

12、地位。國外在提高超聲波測距方面做了大量研究，國內一些學者也做了相關研究。對超聲波測距精度主要取決于所測的超聲波傳播時間和超聲波在介質中的傳播速度，二者中以傳播時間的精度影響較大，所以大部分文獻采用降低傳播時間的不確定度來提高測距精度。目前，相位探測法和聲譜輪廓分析法或二者結合起來的方法是主要的降低探測傳輸不確定度的方法。隨著檢測技術研究的不斷深入，對超聲檢測儀器的功能要求越來越高，單數碼顯示的超聲檢測儀測讀會帶來較大的測試誤差。進一步要求以后生產的超聲儀能夠具有雙顯及內帶有單板機的微處理功能。隨后具有檢測，記錄，存儲，數據處理與分析等多項功能的智能化檢測分析儀相繼研制成功。超聲儀研制呈現一派繁

13、榮景象。其中，煤炭科學研究院研制的 2000A 型超聲分析檢測儀，是一種內帶微處理器的智能化測量儀器，全部操作都處于微處理器的控制管理之下，所有測量值，處理結果，狀態信息都在顯像管上顯示出來，并可接微型打印機打印。其數字和波形都比較清晰穩定，操作簡單，可靠性高，具有斷電存儲功能，其串口可以方便用戶對儀器的測試數據進行后處理及有關程序的開發。與國內同類產品相比，設計新穎合理，功能齊全，在儀器設計上有重大突破和創新，達到了國際先進水平。1.2 本論文的主要內容，章節安排本論文第一章緒論部分主要介紹了超聲波的發展狀況，以及目前的現狀和前景。第二章系統主要硬件的介紹(一些主要元器件)。第三章系統各組成

14、單元方案設計。第四章系統軟件部分設計。1.3 本設計時間安排第01周至第02周：查閱中文及英文資料（并翻譯一篇外文資料），了解超聲波測距技術和單片機技術，收集相關資料。第03周至第03周：完成畢業設計（論文）開題報告，并開始進行畢業設計。第04周至第07周：完成超聲測距方案論證與比較設計，完成控制模塊的電路設計和方案論證；第08周至第09周：完成外圍電路和電路控制模塊的硬件設計；第10周至第12周：完成電路控制模塊的軟件設計；第13周至第15周：整理相關資料，完成畢業設計（論文）手稿及最終電腦打印的畢業論文；第16周至第16周：畢業設計（論文）答辯；2 系統各組成單元方案設計超聲波測距倒車防撞

15、報警系統主要實現汽車尾部到障礙物之間的距離測量。硬件設計包括測距系統設計(超聲波發射接收系統)、單片機控制系統設計和顯示報警系統設計。其中，測距系統由超聲波發射模塊和超聲波接收模塊構成；控制系統設計主要對AT89C52單片機系統進行設計；顯示報警系統設計主要對數據通訊、數據轉換、蜂鳴器和動態顯示電路進行設計。軟件設計采用模塊化設計思想，可使程序設計思路清晰，便于調試。2.1 系統硬件設計思想根據超聲波測距原理，以8052系列的AT89C52單片機系統為核心，開發超聲波測距系統。其硬件結構圖如圖2-1所示。單片機主控制器超聲波發射超聲波接收報警電路顯示電路圖2-1 系統硬件結構圖圖2-1為系統硬

16、件原理圖。硬件電路的設計主要包括單片機系統及顯示報警電路、超聲波發射電路和超聲波檢測接收電路三部分。由超聲波的發射電路發射超聲波，超聲波在空氣中傳播至障礙物后發生反射，反射的回波經空氣傳播給超聲波接收換能器接收并轉換成電信號，再經濾波、放大、整形后,輸入到微處理器外部中斷口1NT0處產生中斷，計數器停止計數，測出從超聲波發射脈沖串時刻到接收回波信號時刻的差，超聲波在同溫同介質中的傳播速度由測溫系統得知，將時刻差與聲速相乘，得出距離。它的各部分電路的說明如下。(1)AT89C52單片機系統是核心部分，主要任務有：發出40KHz的脈沖信號，使其頻率與超聲波發射器的固有頻率相同，使換能器能最大效率工

17、作；T0計時；完成測距數據的計算和處理軟件干擾。(2)超聲波發射電路作用是將40KHz的脈沖信號驅動超聲波發射傳感器，發射超聲波。(3)超聲波接收電路主要包括微弱信號放大，電壓比較中斷信號輸出等部分。它是用來對接收到的回波進行放大和整形，將回波信號轉換成單片機中斷信號。(4)通過顯示電路將測距結果實時地顯示出來。(5)報警電路。當倒車距離小于安全距離時，蜂鳴器報警。2.2 測距系統設計2.2.1 超聲波測距原理單片機發出超聲波測距是通過不斷檢測超聲波發射后遇到障礙物所反射的回波，從而測出發射和接收回波的時間差t，然后求出距離S=Ct/2，式中的C為超聲波波速。限制該系統的最大可測距離存在4個因

18、素：超聲波的幅度、反射的質地、反射和入射聲波之間的夾角以及接收換能器的靈敏度。為了增加所測量的覆蓋范圍、減小測量誤差，可采用多個超聲波換能器分別作為多路超聲波發射/接收的設計方法。由于超聲波也是一種聲波，其聲速C與溫度有關。在使用時，如果溫度變化不大，則可認為聲速是基本不變的。如果測距精度要求很高，則應通過溫度補償的方法加以校正。聲速確定后，只要測得超聲波往返的時間，即可求得距離。表2-2 超聲波波速與溫度的關系表溫度（）-30-20-100102030100聲速（m/s）3133193253233383443493862.2.2 測量與控制方法聲波在其傳播介質中被定義為縱波。當聲波受到尺寸大

19、于其波長的目標物體阻擋時就會發生反射；反射波稱為回聲。假如聲波在介質中傳播的速度是已知的，而且聲波從聲源到達目標然后返回聲源的時間可以測量得到，從聲波到目標的距離就可以精確地計算出來。這就是本系統的測量原理。超聲波傳感器的結構如圖2-3所示。壓電晶片電極板共振板圖2-3 超聲波傳感器結構2.2.3 超聲波發射模塊發射電路的實現目的為超聲波發射器提供它所需要的脈沖電信號。依據電路需要，發射電路滿足下列要求：(1)驅動能力較高；(2)I/O口控制。當加載在超聲波傳感器的兩端的信號頻率與其固有頻率為同一頻率時，發生共振，電信號電能能高效率的轉化為機械聲波的機械能。一般廠家生產的超聲波傳感器標識的固有

20、頻率是40KHz，實際有偏差，如40±0.5KHz。超聲波發射電路原理圖如圖2-4所示。發射電路主要由反相器74LS04和超聲波發射換能器T構成，單片機P1.0端口輸出的40kHz的方波信號一路經一級反相器后送到超聲波換能器的一個電極，另一路經兩級反相器后送到超聲波換能器的另一個電極，用這種推挽形式將方波信號加到超聲波換能器的兩端，可以提高超聲波的發射強度。輸出端采用兩個反相器并聯，用以提高驅動能力。上拉電阻R10、R11一方面可以提高反相器74LS04輸出高電平的驅動能力，另一方面可以增加超聲波換能器的阻尼效果，縮短其自由振蕩時間。壓電式超聲波換能器是利用壓電晶體的諧振來工作的。超

21、聲波換能器內部有兩個壓電晶片和一個換能板。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，壓電晶片會發生共振，并帶動共振板振動產生超聲波，這時它就是一個超聲波發射器；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，這時它就成為超聲波接收換能器。超聲波發射換能器與接收換能器在結構上稍有不同，使用時應分清器件上的標志。圖2-4 超聲波發射電路原理圖2.2.4 超聲波檢測接收電路圖2-5 超聲波檢測接收電路超聲波接收部分采用集成芯片CX20106A，這是一款紅外線檢波接收的專用芯片，內部電路由前置放大器、自動偏置電平控制電路、限幅放大器、

22、帶通濾波器、峰值檢波器和整形輸出電路組成。其中的前置放大器具有自動增益控制功能，可以保證在超聲傳感器接收較遠反射信號輸出微弱電壓時，放大器有較高的增益，在近距離輸入信號強時放大器不會過載；其帶通濾波器中心頻率可由芯片5腳的外接電阻調節，不需要外接電感，可避免外磁場對電路的干擾，可靠性較高。CX20106A接收超聲波有很高的靈敏度和抗干擾能力，可以滿足接收電路的要求。同時，使用集成電路也可以減少電路之間的相互干擾，減小電噪聲。考慮到紅外遙控常用的載波頻率38 kHz與測距的超聲波頻率40 kHz較為接近，可以利用它制作超聲波檢測接收電路(如圖2-5)。適當更改電容的大小，可以改變接收電路的靈敏度

23、和抗干擾能力。2.3 顯示電路如圖2-6所示，本設計顯示電路采用6位共陽LED數碼管，從P0口輸出段碼，段碼用74LS244驅動，位碼用PNP三極管9012驅動。圖2-6 顯示電路2.3.1 LED數碼管單片機系統中最常用的兩種顯示器是發光二極管顯示器(LED)和液晶顯示器(LCD)。在單片機系統中，這兩種顯示器有許多相似之處，這里選用LED顯示器。LED(Light Emintng Diode)是當外加電壓超過額定電壓時發生擊穿而發出可見光。LED數碼管中各段發光二極管的伏安特性和普通二極管類似，只是正向壓降較大，正向電阻也較大。在一定范圍內，其正向電流與發光亮度成正比。由于常規的數碼管起輝

24、電流只有12mA，工作電流通常在220mA范圍內，工作壓降2V左右，最大極限電流也只有1030mA，所以它的輸入端在5V電源或高于TTL高電平(3.5V)的電路信號相接時，一定要串加限流電阻，以免損壞器件。LED(Light-Emitting Diode,發光二極管)有七段和八段之分，也有共陰和共陽兩種。圖2-7（a） 八段共陰數碼顯示管結構圖圖2-7 (b) 共陰LED顯示管原理圖圖2-7（c） 共陽LED顯示管原理圖2.3.2 LED數碼管的顯示方法單片機驅動LED數碼管有很多方法，按顯示方法可分為靜態顯示和動態顯示兩種。靜態顯示的特點是各LED管能穩定地同時顯示各自字形；動態顯示是指各L

25、ED輪流地一遍一遍顯示各自字符，人們由于視覺器官惰性，從而看到的是各LED似乎在同時顯示不同字形。LED顯示器工作在靜態顯示方式下，共陰極或共陽極點連接在一起接地（低電平）或+5V（高電平）：每位的段選線（adp）與一外8位的并行口相連。靜態顯示電路每一位可獨立顯示，只要在該位的段選線上保持段選碼電平，該位就能保持相應的顯示字符。由于每一位由一個8位輸出口控制段選碼，故在同一時間里每一位顯示的字符可以各不相同。N位靜態顯示器要求有N×8根I/O口線，占用I/O資源較多，因此在位數較多時往往采用動態顯示方式。LED顯示器工作在動態顯示方式下，將所有位的段選線并聯在一起，由一個8位I/O

26、口控制，而共陰極點或共陽極點分別由相應的I/O口線控制。LED動態顯示電路只需要兩個8位I/O口。其中一個是控制段選，另一個控制位選。采用掃描顯示方式，即在每一瞬間只使某一位顯示相應字符。在此瞬間，段選控制I/O口輸出相應字符段選碼，位選控制I/O口在該顯示位送入選通電平（共陰極送高電平，共陽極送低電平）以保證該位顯示相應字符。如此輪流，是每位顯示該位應顯示字符，并保持延時一段時間，以造成視覺暫留效果。這樣不斷循環送出相應的段選碼、位選碼，就可以獲得視覺穩定的顯示狀態。靜態顯示和動態顯示各有利弊。靜態顯示雖然數據顯示穩定，占有很少的CPU時間，但每個顯示單元都需要單獨的顯示驅動電路，使用的電路

27、硬件較多，如果顯示的位數比較多，硬件的開銷、電源的功耗等問題將變的更加突出；動態顯示需要分時顯示，需要CPU時刻對顯示器件進行數據刷新，顯示數據有閃爍感，占用的CPU時間多，但使用的硬件少，可以大幅度地降低硬件成本和電源的功耗，還可以節省線路板空間。為了減少硬件開銷，提高系統可靠性并降低成本，單片機控制系統通常采用動態掃描顯示。但是由于本系統所用的單片機引腳多，所以，采用了動態的顯示方式。2.4 時鐘電路計算機工作時，是在統一的時鐘脈沖控制下一拍一拍的進行的，這個脈沖是由單片機控制器中的時序電路發出的。單片機的時序就是CPU在執行指令時所需控制信號的時間順序。為了保證各部件間的同步工作，單片機

28、內部電路就在惟一的時鐘信號控制下嚴格的按時序進行工作。要給單片機提供時序要有相關的硬件電路，即振蕩器和時鐘電路，因此選擇了內部時鐘方式。圖2-8 片內時鐘電路利用芯片內部的振蕩器，然后在引腳XTAL1和XTAL2兩端跨接晶體或陶瓷諧振器，就構成了穩定的自激振蕩器，其發出的脈沖直接送入內部時鐘電路如圖2-8所示，外接晶振時，C1和C2值通常選擇為30PF左右。C1，C2對頻率有微調作用。晶體的頻率范圍可在1.212MHZ之間選擇。在實際連接中，為了減少寄生電容，更好地保證振蕩器穩定可靠地工作，振蕩器和電容應盡可能安裝得與單片機芯片靠近。2.5 復位電路由圖2-9可以看出，是按鍵電平復位電路，相當

29、于按復位鍵后復位端通過電阻與Vcc電源接通。復位是單片機的初始化操作，單片機在啟動運行時，都需要先復位，其作用是使CPU和系統中其他部件都處于一個確定的初始狀態，并從這個狀態開始工作。此復位電路的實質是一階充放電電路，系統上電時該電路提供有效的復位信號RST（高電平）直至系統電源穩定后撤銷復位信號（低電平）。因而，復位是一個很重要的操作方式。但單片機本身是不能自動進行復位的，必須配合相應的外部電路來實現。圖2-9 手動復位電路2.6 電源電路電源電路的作用：給控制電路及其它電路提供電源。倒車防撞報警器作為車載設備，使用汽車電源。汽車上的電源有兩個：汽車發電機和蓄電池。倒車防撞報警器的電源直接取

30、自蓄電池。在發電機轉速和用電負載發生較大變化時，可保持汽車電網電壓的相對穩定。車輛使用的車載蓄電池標稱值有兩種：12V和24V。為了得到需要的5V的電壓，本設計選用了7805三端穩壓集成電路。用78系列三端穩壓集成電路來組成的穩壓電源所需的外圍元件極少，電路內部還有過流、過熱及調整管的保護電路，使用起來可靠、方便，而且價格便宜。該系列穩壓集成電路型號中的78后面的數字代表該三端集成穩壓電路的輸出電壓。電源降壓一穩壓單元由三端集成穩壓器7805組成(如圖2-10所示)。電容用來抵消因輸入線太長而產生的電感效應，防止產生自激振蕩，連線不長時可以不用，容量一般在011µF；用來消除高頻噪聲

31、和改善輸出的瞬態特性，即在負載電流變化時不致引起輸出端產生較大的波動。當電路的輸入端大于5V時，輸出端輸出穩定的5V電壓。圖2-10 電源降壓-穩壓單元2.7 溫度補償通過超聲波的聲速與溫度的理論分析，設計溫度測量電路。傳統的測溫系統一般都是由溫度傳感器、AD轉換、單片機處理、顯示驅動芯片和LED顯示組成。本測溫系統則是用一線測溫器件DSl8B20與AT89C52單片機共同組成了最小的測溫系統。2.7.1 AT89C52與DSl8B20構成最小測溫系統在該最小測溫系統中，溫度值存在單片機的內存中，需要時可以讀出。AT89C52的RD用來與DSl8B20通信，接4.7k的上拉電阻以增加該I/O的

32、驅動能力，只需一片AT89C52就可實現DSl8B20的溫度讀取。簡化了硬件電路，提高了系統的可靠性，而且還大大地降低了系統的硬件成本。在AT89C52初始化后對DSl8B20發出轉換溫度值命令后，等待750ms(DSl8B20最長轉換時間)，從RD口讀出溫度值，對讀的溫度值做相應的數據處理，然后實時將計算出來的某溫度下超聲波在介質中的速度值通過串口提供給AT89C52單片機。2.8 硬件抗干擾干擾在大多數情況下都不會造成單片機硬件的損壞，但是會對軟件正常運行造成不良的影響。因此，需從硬件和軟件兩方面采取相應的抗干擾措施，消除干擾源，抑制干擾通道，減弱電路對噪聲干擾的敏感性。從而提高單片機系統

33、抗干擾的能力。超聲波測距系統是一個集弱電、數電、模電為一體的復雜電路，為了使系統穩定、可靠的工作，主要從五方面考慮。(1)抑制干擾源抑制干擾源就是盡可能的減小干擾源的du/dt，di/dt。這是抗干擾設計中最優先考慮和最重要的原則，常常會起到事半功倍的效果。減小干擾源的du/dt主要是通過在干擾源兩端并聯電容來實現。減小干擾源的di/dt則是在干擾源回路串聯電感或電阻以及增加續流二極管來實現。抑制干擾源采用了如下措施：在總電源接入處接一個電感，再由電感接入三端穩壓器件的輸入腳。在電壓的輸出處接一個電感進入電路板的電壓線路。(2)切斷干擾傳播路徑按干擾的傳播路徑可分為傳導干擾和輻射干擾兩類。所謂

34、傳導干擾是指通過導線傳播到敏感器件的干擾。高頻干擾噪聲和有用信號的頻帶不同，可以通過在導線上增加濾波器的方法切斷高頻干擾噪聲的傳播，有時也可加隔離光耦來解決。電源噪聲的危害最大，要特別注意處理。切斷干擾源采用了如下措施：將數字部分與模擬部分完全分開，電源接入處與地線接出處一點相接地。為防止超聲波接收器與發射器輻射干擾，將其相隔8的距離平行放置。因超聲波的波束很小，如此相隔后，輻射傳播路徑可以切斷。晶振與單片機引腳盡量靠近，用地線把時鐘區隔離起來，晶振外殼接地并固定。(3)提高敏感器件的抗干擾性能在此設計中，超聲波接收器是敏感元件，在其兩端的信號稍有變化，經過放大后即為嚴重的干擾信號。提高敏感器

35、件抗干擾性能采用了如下措施：對于單片機閑置的I/O口，不要懸空，要接地或接電源。其它集成電路的閑置端在不改變系統邏輯的情況下應接地或接電源。在速度滿足要求的前提下，降低單片機的晶振和選用低速數字電路。對超聲波接收器的公共端接+2.5V處，應嚴格保證2.5V電壓的穩定，不得有波動。3 系統硬件介紹3.1 AT89C52單片機AT89C系列單片機是Atmel公司生產的一款標準型單片機。其中數字9表示內含Flash存儲器，C表示CMOS工藝。AT89C52是ATMEL公司生產的低電壓，高性能CMOS 8位單片機。片內含8K bytes的可反復擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和256 bytes 的

36、隨機存取數據存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產，與標準MCS-51指令系統及8052產品引腳兼容，片內置通用8位中央處理器（CPU）和FLASH存儲單元，功能強大AT89C52單片適用于許多較為復雜控制應用場合。AT89C52有PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等三種封裝形式，以適應不同產品的需求。3.1.1主要特性兼容MCS51指令系統8k可反復擦寫(>1000次)Flash ROM32個雙向I/O口256×8bit內部RAM3個16位可編程定時/計數器中斷時鐘頻率0-24MHz2個串行中斷可編程UART串行通道2個外部中斷源共6個中斷

37、源2個讀寫中斷口線3級加密位低功耗空閑和掉電模式軟件設置睡眠和喚醒功能AT89C52管腳圖如圖3-1所示。圖3-1 AT89C52單片機管腳圖3.1.2 管腳說明AT89C52有40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時內含2個外中斷口，3個16位可編程定時計數器，2個全雙工串行通信口，2個讀寫口線，AT89C52可以按照常規方法進行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和Flash存儲器結合在一起，特別是可反復擦寫的Flash存儲器可有效地降低開發成本。VCC：電源電壓。GND：接地。P0：P0口是一組8位漏極開路型雙向I/O口，也即地址/數據總線復用口。作為輸出口用時，每位

38、能吸收電流的方式驅動8個TTL邏輯門電路，對端口P0寫“1”時，可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數據存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉換地址（低8位）和數據總線復用，在訪問期間激活內部上拉電阻。在FLASH編程時，P0口接收指令字節，而在程序校驗時，輸出指令字節，校驗時，要求外接上拉電阻。P1口：P1口是一個帶內部上拉電阻的8位雙向I/O口，Pl口的輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因為內部存在上拉電阻某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流IIL。與AT89C51不同之處是，Pl.0和P

39、1.1還可分別作為定時/計數器2的外部計數輸入（Pl.0/T2）和輸入（P1.1/T2EX)。P2口：P2口是一個帶有內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口的輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯電路。對端口P2寫“l”，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口使用時，因為內部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流（IIL）。在訪問外部程序存儲器或16位地址的外部數據存儲器（例如執行MOVX A DPTR 指令）時，P2送出高8位地址數據。在訪問8位地址的外部數據存儲器，如執行MOVX A Ri指令）時，P2口輸出P2鎖存器的內容。FLASH編程或校

40、驗時，P2亦接收高位地址和一些控制信號。P3口：P3口是一組帶有內部上拉電阻的8位雙向I/O口。P3口輸出緩沖級可驅動(吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對P3口寫入“1”時，它們被內部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。此時，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流（IIL)。P3口除了作為一般的I/0口線外，更重要的用途是它的第二功能，如下表所示：端口引腳第二功能P3.0 RXD（串行輸入口P3.1 TXD（串行輸出口）P3.2 INTO（外中斷0P3.3 INT1（外中斷l)P3.4 TO（定時/計數器0)P3.5 Tl（定時/計數器l)P3.6 WR（外部數據存儲器寫選通）P3.7 RD（

41、外部數據存儲器讀選通）此外，P3口還接收一些用于FLASH閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號。RST：復位輸入。當振蕩器工作時，RST引腳出現兩個機器周期以上高電平將使單片機復位。ALE/PROG:當訪問外部程序存儲器或數據存儲器時，ALE(地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節。一般情況下，ALE仍以時鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當訪問外部數據存儲器時將跳過一個ALE脈沖。對Flash存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖(PROG)。PSEN：程序儲存允許PSEN輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當AT89C52由外部程

42、序存儲器取指令（或數據）時，每個機器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個脈沖。在此期間，當訪問外部數據存儲器，將跳過兩次PSEN信號。EA/VPP：外部訪問允許。欲使CPU僅訪問外部程序存儲器(地址為0000H-FFFFH)，EA端必須保持低電平(接地）。需注意的是：如果加密位LBI被編程，復位時內部會鎖存EA端狀態。如EA端為高電平（接Vcc端）,CPU則執行內部程序存儲器中的指令。flash存儲器編程時，該引腳加上+12V的編程允許電源VPP，當然這必須是該器件是使用12V編程電壓VPP。XTAL1：振蕩器反相放大器及內部時鐘發生器的輸入端。XTAL1：振蕩器反相放大器的輸出端。3.1.3 振

43、蕩器特性XTAL1和XTAL2分別為反相放大器的輸入和輸出。該反相放大器可以配置為片內振蕩器。有輸入至內部時鐘信號要通過一個二分頻觸發器，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。3.1.4 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被重復編程以前，該操作必須被執行。此外，AT89C52設有穩態邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態邏輯，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、定時器、計數器、串口和中斷系統仍在工作

44、。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。3.1.5 特殊功能寄存器在AT89C52片內存儲器中，80H-FFH共128個單元為特殊功能寄存器（SFR)。并非所有的地址都被定義，從80H-FFH共128個字節只有一部分被定義，還有相當一部分沒有定義。對沒有定義的單元讀寫將是無效的，讀出的數位將不確定，而寫入的數據也將丟失。AT89C52除了與AT89C51所有的定時/計數器0和定時/計數器1外，還增加了一個定時/計數器2。定時/計數器2的控制和狀態位位于T2CON，寄存器對（RCA02H、RCAP2L）是定時器2在16位捕獲方式或16位自動重

45、裝載方式下的捕獲/自動重裝載寄存器。3.1.6 引腳號功能特性Pl.0 T2 （定時計數器2外部計數脈沖輸入），時鐘輸出；Pl.1 TZEX 定時計數2捕獲/重裝載觸發和方向控制。3.1.7 中斷寄存器AT89C52有6個中斷源，2個中斷優先級，IE寄存器控制各中斷位，IP寄存器中6個中斷源的每一個可定為2個優先級。3.1.8 數據存儲器AT89C52有256個字節的內部RAM，80HFFH高128個字節與特殊功能寄存器（SFR）地址是重疊的，也就是高128字節的RAM和特殊功能寄存器的地址是相同的，但物理上它們是分開的。當一條指令訪問7FH以上的內部地址單元時,指令中使用的尋址方式是不同的，

46、也即尋址方式決定是訪問高128字節RAM還是訪問特殊功能寄存器。如果指令是直接尋址方式則為訪問特殊功能寄存器。3.1.9 定時器AT89C52的定時器0和定時器1的工作方式與AT89C51相同。定時器2是一個16位定時計數器。它既可當定時器使用，也可作為外部事件計數器使用，其工作方式由特殊功能寄存器T2CON的C/T2位選擇。定時器2有三種工作方式：捕獲方式，自動重裝載（向上或向下計數）方式和波特率發生器方式，工作方式由T2CON的控制位來選擇。定時器2由兩個8位寄存器TH2和TL2組成，在定時器工作方式中，每個機器周期TL2寄存器的值加1，由于一個機器周期由12個振蕩時鐘構成，因此，計數速率

47、為振蕩頻率的1/l2。在計數工作方式時，當T2引腳上外部輸入信號產生由1至0的下降沿時，寄存器的值加1，在這種工作方式下，每個機器周期的5SP2期間，對外部輸入進行采樣。若在第一個機器周期中采到的值為1，而在下一個機器周期中采到的值為0，則在緊跟著的下一個周期的S3P1期間寄存器加l。由于識別1至0的跳變需要2個機器周期（24個振蕩周期），因此，最高計數速率為振蕩頻率的1/24。為確保采樣的正確性，要求輸入的電平在變化前至少保持一個完整周期的時間，以保證輸入信號至少被采樣一次。3.1.10 中斷AT89C52共有6個中斷向量：兩個外中斷（INT0和INT1)，3個定時器中斷（定時器0、l、2）

48、和串行口中斷。這些中斷源可通過分別設置專用寄存器IE的置位或清0來控制每一個中斷的允許或禁止。IE也有一個總禁止位EA，它能控制所有中斷的允許或禁止。定時器2的中斷是由T2CIN中的TF2和EXF2邏輯或產生的。當轉向中斷服務程序時，這些標志位不能被硬件清除，事實上，服務程序需確定是TF2或EXF2產生中斷，而由軟件清除中斷標志位。定時器0和定時器1的標志位TF0和TF1在定時器溢出那個機器周期的S5P2狀態置位，而會在下一個機器周期才查詢到該中斷標志。然而，定時器2的標志位TF2在定時器溢出的那個機器周期的S2P2狀態置位，并在同一個機器周期內查詢到該標志。3.2 CX20106A的原理與應

49、用CX20106A作為超聲波接收處理的典型電路。（當CX20106A接收到40KHz的信號時，會在第7腳產生一個低電平下降脈沖，這個信號可以接到單片機的外部中斷引腳作為中斷信號輸入）。表3-2 引腳功能與維修數據腳位序號符號功能直流電壓（V）對地電阻（K）備注開機待機紅筆接地黑筆接地1IN紅外信號輸入端1.51.2513.24.22C1增益調節端1.41.515.19.83C2檢波端2.21.2513.210.14GND接地端00005fo帶通濾波器調整端1.11.215.110.26C3積分端1.01.215.510.17OUT信號輸出端2.83.513.69.2電壓有波動8Vcc電源端5.

50、05.04.03.8CX20106A的內部方框圖如下：圖3-3 CX20106A的內部方框圖CX20106A的引腳注釋：l腳：超聲波信號輸入端，該腳的輸入阻抗約為40k。2腳：該腳與地之間連接RC串聯網絡，它們是負反饋串聯網絡的一個組成部分，改變它們的數值能改變前置放大器的增益和頻率特性。增大電阻R或減小C，將使負反饋量增大，放大倍數下降，反之則放大倍數增大。但C的改變會影響到頻率特性，一般在實際使用中不必改動，推薦選用參數為R=4.7,C=1F。3腳：該腳與地之間連接檢波電容，電容量為平均值檢波，瞬間相應靈敏度低；若容量小，則為峰值檢波，瞬間相應靈敏度高，但檢波輸出的脈沖寬度變動大，易造成誤

51、動作，推薦參數為3.3F。4腳：接地端。5腳：該腳與電源端VCC接入一個電阻，用以設置帶通濾波器的中心頻率fo，阻值越大，中心頻率越低。例如，取R=200k時，fo42kHz,若取R=220k，則中心頻率fo38kHz。6腳：該腳與GND之間接入一個積分電容，標準值為330pF，如果該電容取得太大，會使探測距離變短。7腳：遙控命令輸出端，它是集電極開路的輸出方式，因此該引腳必須接上一個上拉電阻到電源端，該電阻推薦阻值為22k，沒有接收信號時該端輸出為高電平，有信號時則會下降。8腳：電源正極，4.5V5V。使用CX20106A集成電路對接收探頭受到的信號進行放大、濾波。其總放大增益80db。其具

52、體引腳圖如圖3-4所示。圖3-4 CX20106A的引腳圖3.3 74LS244芯片說明244內部包含8個單向三態門，分為兩組，是8路3態緩沖驅動，也叫做線驅動或者總線驅動門電路。簡單地說，它有8個輸入端，8個輸出端。同時作為總線芯片的另外一個特點是驅動能力加強了,可以提供比較大的輸出電流，所以經常用來直接驅動光耦、發光管等，也可以用于驅動微型的繼電器。其引腳圖如下圖3-5所示。電源電壓：5V。電流：IL小于26mA。圖3-5 74LS244引腳74LS244是三態總線轉換器件，一般用于總線的電平匹配問題，比如5V器件要與3.3V器件進行數據交換時，如果存在TTL電平和CMOS電平不兼容的情況

53、中間用一片244可以解決問題，244為單向傳送。74LS244輸出電流可以達到24mA，而一般TTL芯片輸出電流僅僅8mA。3.4 PNP三極管9012顯示電路采用共陽極動態顯示,所以需要PNP型的。9012、8550是PNP型,9011、9013、9014、8550均為NPN型。9012結構：PNP集電極-發射極電壓：-30V集電極-基電壓：-40V射極-基極電壓：-5V集電極電流：0.5A耗散功率：0.625W結溫：150特怔頻率：最小 150MHZ放大倍數：D64-91 E78-112 F96-135 G122-166 H144-220 I190-3009012符合驅動顯示數碼管的要求，

54、所以本設計采用PNP三極管9012。4 系統軟件設計倒車防撞報警系統的軟件設計主要由主程序、超聲波發生子程序、超聲波接收中斷程序、顯示子程序及報警子程序組成。4.1 超聲波測距儀的算法設計超聲波測距的原理為超聲波發生器T在某一時刻發出一個超聲波信號，當這個超聲波遇到被測物體后反射回來，就被超聲波接收器R所接收到。這樣只要計算出從發出超聲波信號到接收到返回信號所用的時間，就可算出超聲波發生器與反射物體的距離。距離的計算公式為：其中，d為被測物與測距儀的距離，s為聲波的來回的路程，c為聲速，t為聲波來回所用的時間。在啟動發射電路的同時啟動單片機內部的定時器T0，利用定時器的計數功能記錄超聲波發射的時間和收到反射波的時間。當收到超聲波反射波時，接收電路輸出端產生一個負跳變，在INT0端產生一個中斷請求信號，單片機響應外部中斷請求，執行外部中斷服務子程序，讀取時間差，計算距離。4.2 主程序超聲波測距儀制作和調試都較簡單，其中超聲波發射和接收采用15的超聲波換能器TCT40-15F1（T發射）和TCT40-15S1（R接收），中心頻率為40kHz，安裝時應保持兩換能器中心軸線平行并相距48cm，其余元件無特殊要求。若能將超聲波接收電路用金屬