毕业论文-基于stc89c52单片机的智能超声波倒车雷达系统设计

毕业论文-基于stc89c52单片机的智能超声波倒车雷达系统设计内容摘要：

EM78P135 作为控制器，完成了对外部触发信号的检测、产生脉冲信号、检测回波首波信号等工作。 与此同时其还肩负着控 制电路的开启，处理超声波换能器的横向干扰，并且消除电路固定延时影响等工作。 对于本次设计，选用这种测距模块将极大减少设计的工作，降低设计的成本。 超声波探测模块 HCSR04 的电气参数如图 所示。 山东科技大学 毕业设计（ 论文 ） 10 图 HCSR04 的电气参数 HCSR04总体性能分析 由于 HCSR04 在设计上的较为周全的考虑，使得其的精度较高。 但是由于其基于性价比优先的设计思路，其采用了应用广泛、性价比较高的经典设计，即在回波接收处理电路中采用了放大、滤波、 放大、过零检测的方法。 这种方法结构简单，便于集成化、小型化，但是由于回波信号随着测量距离的变化将发生剧烈变化，这将极大增加系统的设计难度，过零检测电路的参考电压的设置将极为困难。 1. 由于空气气流的起伏、目标的形状和粗糙度不同、传感器的响应特性较差等原因，使得传感器的回波信号不是一个规则信号，有较大的不确定性，给触发阀值的设置带来难度，从而使首波的检测发生错误。 从而带来了测距的不确定性。 2. 由于测量距离、超声的入射角度、反射介质等方面的不同，使得接收换能器所获得的回波幅度相差很大。 使用单一电平阈值时， 若设置的闭值过高，则可能使较微弱回波漏触发，出现测量错误。 若阈值过低，则可能出现的测量相位误差如图 所示： 图 阈值过低时可能出现的测量相位误差 由于测距模块的集成化、小型化的设计需求，所以选用的是低压、小型换能器，其发山东科技大学 毕业设计（ 论文 ） 11 射功率较小，这就直接决定了它的测量距离的不足。 再加上换能器的发射角较大，能量不够集中，这更是减小了其探测范围。 测距能力的不足，一定程度上意味着对较近距离的小体积物体探测能力的不足。 第 4章 硬件实现及单元电路设计 单片机 STC89C52RC 单片机简介 本设计中选用的宏晶科技的 STC89C52RC 型单片机是一种低功耗、高性能、采用CMOS 工艺的 8 位微处理器，与工业标准型 80C51 单片机的指令系统和引脚完全兼容。 片内 8K Flash 存储器可在线重新编程，或使用通用的非易失性存储器编程器。 由于一般的距离测量中，距离的变化速度并不太快，而且单片机的机器周期可达 μ s 级，则其计时精度为 μ s 级，完全可以满足系统测量的要求，并且成本较低，所以本设计中选用 STC89C52RC型号的单片机。 STC89C52RC 单片机 ， 基于 STC89C51 内核 ， 是新一代增强型单片机 ， 指令代码完全兼容传统 STC89C51,速度快 8～ 12 倍 ， 带 ADC， 4 路 PWM,双串口 ， 有全球唯一 ID 号 ， 加密性好，抗干扰强。 STC89C52RC 单片机的引脚图如图 所示。 图 STC89C52RC 单片机的引脚图 STC89C52 使用经典的 MCS51 内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统 51 单片山东科技大学 毕业设计（ 论文 ） 12 机不具备的功能。 在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可 编程 Flash，使得STC89C52 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。 具有以下标准功能： 8k 字节 Flash， 512 字节 RAM， 32 位 I/O 口线，看门狗定时器，内置 4KB EEPROM， MAX810 复位电路， 3 个 16 位定时器 /计数器， 4 个外部中断，一个 7 向量 4 级中断结构（兼容传统 51 的 5 向量 2 级中断结构），全双工串行口。 另外 STC89C52 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。 最高运作频率 35MHz， 6T/12T可选。 STC89C52 单片机的基本组成框图见图。 时 钟 电 路R O M / E P R O M / F l a s h 4 K BR A M 1 2 8 BS F R 2 1 个定 时 个 / 计 数 器 2C P U总 线 控 制中 断 系 统5 个 中 断 源2 个 优 先 级串 行 口全 双 工 1 个4 个 并 行 口X T A L 2 X T A L 1R S TE AA L EP S E NP 0P 1P 2P 3V s sV c c 图 STC89C52 单片机结构图 单片机主要特性 1. 一个 8 位的微处理器 (CPU)。 2. 片内数据存储器 RAM(128B)，用以存放可以读／写的数据，如运算的中间结果、最终结果以及欲显示的数据等， SST89 系列单片机最多提供 1K 的 RAM。 3. 片内程序存储器 ROM(4KB)，用以存放程序、一些原始数据和表格。 但也有一些单片机内部不带 ROM/EPROM，如 8031， 8032， 80C31 等。 目前单片机的发展趋势是将 RAM 和 ROM 都集成在单片机里面，这样既方便了用户进行设计又提高了系统的抗干扰性。 SST 公司推出的 89 系列单片机分别集成了 16K、 32K、 64K Flash 存储器，可供用户根据需要选用。 山东科技大学 毕业设计（ 论文 ） 13 4. 四个 8 位并行 I／ O 接口 P0~P3，每个口既可以用作输入，也可以用作输出。 5. 两个定时器／计数器，每个定时器／计数器都可 以设置成计数方式，用以对外部事件进行计数，也可以设置成定时方式，并可以根据计数或定时的结果实现计算机控制。 为方便设计串行通信，目前的 52 系列单片机都会提供 3 个 16 位定时器 /计数器。 6. 五个中断源的中断控制系统。 现在新推出的单片机都不只 5 个中断源，例如SST89E58RD 就有 9 个中断源。 7. 一个全双工 UART(通用异步接收发送器 )的串行 I／ O 口，用于实现单片机之间或单机与微机之间的串行通信。 8. 片内振荡器和时钟产生电路，但石英晶体和微调电容需要外接。 最高允许振荡频率为12MHz。 SST89V58RD 最高允许振荡频率达 40MHz，因而大大的提高了指令的执行速度。 STC89C52 单片机的中断系统 ： STC89C52 系列单片机的中断系统有 5 个中断源， 2 个优先级，可以实现二级中断服务嵌套。 由片内特殊功能寄存器中的中断允许寄存器 IE 控制 CPU 是否响应中断请求；由中断优先级寄存器 IP 安排各中断源的优先级；同一优先级内各中断同时提出中断请求时，由内部的查询逻辑确定其响应次序。 STC89C52 单片机的定时 /计数器 ： 在单片机应用系统中，常常会有定时控制需求，如定时输出、定时检测、定时扫描 等；也经常要对外部事件进行计数。 89C52 单片机内集成有两个可编程的定时 /计数器： T0 和T1，它们既可以工作于定时模式，也可以工作于外部事件计数模式，此外， T1 还可以作为串行口的波特率发生器。 主控制模块设计 本设计的主控制模块包括： STC89C52RC 单片机，复位电路，超声波测距模块，时钟电路。 主控制最小系统电路如图 所示。 山东科技大学 毕业设计（ 论文 ） 14 12345678RST9(RXD)10(TXD)11(INT0)12(INT1)13(T0)14(T1)15(WR)16(RD)17XTAL218XTAL119GND202122232425262728PSEN29ALE/PROG30EA/VPP313233343536373839VCC40U1U1Y112MC2 C3 VCCGNDR1410KC1 10uFVCC1234J1VCCS1P10P11P12P13P14P15P16P17P20P21P22P34P35P36P37 P23TrigEcho 图 主控制最小系统电路 电路中用到 3 个 按键 ，一个是设定键，一个加键，一个减键。 按下设置键，系统进入报警距离设置界 面，默认的报警距离是 米。 当按一下加键时，设置距离加一厘米，当按一下减键时，设置距离减一厘米。 硬件电路总设计原理图见 图 ， 从以上的分析可知在本设计中要用 到如下器件： STC89C52RC、 超声波 传感器、按键、四位数码管、蜂鸣器等一些单片机外围应用电路。 其中 D1 为 电源工作指示灯。 R1 1KR2 1KR3 1KR8 1KR9 1KR10 1KR11 1KR12 1KABCDEFGDPQ19012Q39012Q49012Q29012VCC1H3H2H4HR4 2KR5 2KR7 2KR6 2KP34P35 P36P37546231SW1sw 灰色12P2GNDR15 2K12D1发光二极管VCC12345678RST9(RXD)10(TXD)11(INT0)12(INT1)13(T0)14(T1)15(WR)16(RD)17XTAL218XTAL119GND202122232425262728PSEN29ALE/PROG30EA/VPP313233343536373839VCC40U1STC89C52Y112MC2 20C3 20VCCGNDR1410KC110uFVCCS1P10P11P12P13P14P15P16P17P20P21P22P34P35P36P37S4S3S2GNDP20 P21 P22P23B1蜂鸣器Q59012VCCGND+R132K1234P1 VCCGNDTrigEchoTrigEcho数码管驱动电路电源接口电路超声波接口按键电路E1D2DP3C4G54H62H9F10A111H12B73H8DS1SMG04_1 图 总设计电路图 山东科技大学 毕业设计（ 论文 ） 15 时钟电路的设计 本设计的时钟电路如图 所 示，时钟电路主要结合单片机内部电路产生单片机所需的时钟频 率，单片机晶振提供的时钟频率越高，那么单 片机运行速度就越快，单片机的一切指令的 执行都是建立在单片机晶振提供的时钟频 率。 Y1 为 12MHZ 晶体振荡器，单片机晶振的作用是 为系统提供基本的时钟信号 ， C2与 C3 为负 载电容。 晶振与单片机的脚XTAL2 和脚 XTAL1 构成的振荡电路中会产生谐波，这个谐波对电路的影响不大 ， 但会降低电路的时钟振荡器的稳定性。 为了电路的稳定性起见 ， 在晶振的两引脚处接入两个10pf50pf 的瓷片电容接地来削减谐波对电路的稳定性的影响 ,所以晶振所配的电容的值处在 10pf50pf 之间都可以，本设计 C2 和 C3 采用。 51 单片机最小系统晶振的振荡频率直 接影响单片机处理速度，频率越大处理速度越快，并且电容离晶振越近越好，晶振离单片机越近越好。 图 时钟电路 复位电路的设计 本设计的复位电路如图 所示，具有上电复位和按键复位两种功能，上电复位电路是由电容 C 与。