畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于超聲波測(cè)距的倒車?yán)走_(dá)設(shè)計(jì) 好!

1、基于超聲波測(cè)距的倒車?yán)走_(dá)設(shè)計(jì)基于超聲波測(cè)距的倒車?yán)走_(dá)設(shè)計(jì)摘要超聲波指向性強(qiáng)，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離較遠(yuǎn)，因而超聲波經(jīng)常用于距離的測(cè)量，如測(cè)距儀和物位測(cè)量?jī)x等都可以通過(guò)超聲波來(lái)實(shí)現(xiàn)。利用超聲波檢測(cè)往往比較迅速、方便、計(jì)算簡(jiǎn)單、易于做到實(shí)時(shí)控制，并且在測(cè)量精度方面能達(dá)到工業(yè)實(shí)用的要求，因此在測(cè)距儀器的研制上也得到了廣泛的應(yīng)用。NRF24L01是由Nordic公司出品的單芯片無(wú)線收發(fā)芯片，工作于2.4GHz2.5GHz的全球免申請(qǐng)（ISM）頻率。芯片包括一個(gè)完全集成的頻率合成器，功率放大器，晶體振蕩器和調(diào)制器。發(fā)射功率和工作頻率等工作參數(shù)可以很容易的通過(guò)3線SPI端口完成。極低的電流消耗，

2、在-5dBm的輸出功率時(shí)僅為10.5mA，在接收模式時(shí)僅為18mA。掉電模式可以很容易的實(shí)現(xiàn)低功耗需求。本文提出一種采用單片機(jī)STC89C52控制NRF2401實(shí)現(xiàn)的無(wú)線距離測(cè)量系統(tǒng)。通過(guò)簡(jiǎn)單的無(wú)線通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)可靠性與功耗平衡，該系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)對(duì)距離的檢測(cè)。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠，低功耗、實(shí)時(shí)性的無(wú)線距離檢測(cè)是該設(shè)計(jì)的最大特點(diǎn)。關(guān)鍵字：?jiǎn)纹瑱C(jī) STC89C52 無(wú)線傳輸 NRF24L01 超聲波 AbstractUltrasonic point to strong, slow energy consumption, distance travel through a medium, and are of

3、ten used for distance measurement by ultrasonic, such as rangefinder and level measuring instrument can be achieved by ultrasound.Using ultrasonic testing tends to be more quickly, easily, to calculate simple, easy to do real-time control, and in terms of accuracy to meet the practical requirements

4、of industry, and in distance measuring equipment research is also widely used.nrf24l01 is a nordic company production of single-chip wireless transceiver chip, to 2.4ghz2.5ghz the world of work from the application ( ISM ) frequency.The chip includes a fully integrated frequency synthesizer, power a

5、mplifiers, crystal oscillator, and modulator. The transmitter power and frequency parameters can be easily done via the 3 - wire SPI port.Extremely low current consumption, when -5dbm output power is 10.5ma, for 18ma in receive mode only. Power off mode can easily achieve low power consumption requi

6、rements.This article presents a wireless using controlled by Single Chip Microcomputer stc89c52 nrf2401 distance measurement system. Through a simple wireless communication protocol, implementing reliability and power balance, the system can achieve the detection of distance.Simple structure, reliab

7、le, low - power wireless distance, real-time detection is the biggest feature of this design.Keywords : SCM,stc89c52, wireless transmission, nrf24l01, ultrasonic目錄摘要IAbstractII目錄III前言11 系統(tǒng)方案分析21.1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)21.1.1 主控方案21.1.2 通信方案21.1.3 測(cè)距方案21.1.4 顯示方案21.2 系統(tǒng)最終方案32 系統(tǒng)原理分析42.1 超聲波的定義42.2 超聲波測(cè)距原理42.3 超聲波測(cè)距

8、方法的選擇52.3.1 超聲波發(fā)生器52.3.2 壓電式超聲波發(fā)生器原理62.3.3 單片機(jī)超聲波測(cè)距系統(tǒng)構(gòu)成63 主要芯片介紹和系統(tǒng)模塊83.1 STC89C5283.1.1 主要功能特性93.1.2 STC89C52單片機(jī)引腳介紹103.1.3 單片機(jī)控制模塊113.2 單片2.4GHz NRF24L01無(wú)線模塊123.2.1 NRF24L01芯片概述123.2.2 引腳功能及描述133.2.3 工作模式133.2.4 工作原理143.2.5 配置字153.2.6 NRF24L01模塊原理圖163.3 US-100超聲波測(cè)距模塊163.3.1 US-100超聲波測(cè)距模塊概述173.3.2

9、接線方式173.3.3 模塊工作原理183.3.4 工作模式193.4 LED數(shù)碼管213.4 .1 LED數(shù)碼管概述213.4 .1 LED數(shù)碼管顯示224 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)234.1 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)思想234.2 主程序流程設(shè)計(jì)234.3 超聲波發(fā)生與接收子程序244.4 NRF24L01發(fā)生與接收子程序254.5 顯示子程序255 硬件電路板設(shè)計(jì)275.1 系統(tǒng)硬件原理圖275.1.1 復(fù)位電路原理圖275.1.2 時(shí)鐘電路原理圖275.1.3 NRF24L01模塊電源原理圖285.2 硬件制作286 調(diào)試說(shuō)明306.1 軟件調(diào)試306.2 硬件調(diào)試31總結(jié)32致謝33參考文獻(xiàn)34附件 部分C

10、語(yǔ)言程序35-39-前言隨著社會(huì)的進(jìn)步和生產(chǎn)的需要，利用無(wú)線通信進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)采集的方式應(yīng)用已經(jīng)滲透到生活各個(gè)方面。在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，由于生產(chǎn)環(huán)境惡劣，工作人員不能長(zhǎng)時(shí)間停留在現(xiàn)場(chǎng)觀察設(shè)備是否運(yùn)行正常，就需要采集數(shù)據(jù)并傳輸數(shù)據(jù)到一個(gè)環(huán)境相對(duì)好的操控室內(nèi)，這樣就會(huì)產(chǎn)生數(shù)據(jù)傳輸問題。由于廠房大、需要傳輸數(shù)據(jù)多，使用傳統(tǒng)的有線數(shù)據(jù)傳輸方式就需要鋪設(shè)很多很長(zhǎng)的通訊線，浪費(fèi)資源，占用空間，可操作性差，出現(xiàn)錯(cuò)誤換線困難。而且，當(dāng)數(shù)據(jù)采集點(diǎn)處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、所處的環(huán)境不允許或無(wú)法鋪設(shè)電纜時(shí)，數(shù)據(jù)甚至無(wú)法傳輸，此時(shí)便需要利用無(wú)線傳輸?shù)姆绞竭M(jìn)行數(shù)據(jù)采集。無(wú)線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)已經(jīng)被成功應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、軍事國(guó)防、機(jī)器人控制

11、等許多重要領(lǐng)域。凡是布線繁雜或不允許布線的場(chǎng)合都希望能通過(guò)無(wú)線方案來(lái)解決。為此，需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的接口系統(tǒng)，控制這些射頻芯片工作，完成可靠穩(wěn)定的無(wú)線數(shù)據(jù)通信，這樣的研究也變得更加有意義了。本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用了Nordic公司新推出的工作于2.4GHz頻段NRF24L01射頻芯片，由STC89C52單片機(jī)控制實(shí)現(xiàn)短距離無(wú)線數(shù)據(jù)通信。該接口設(shè)計(jì)具有成本低、傳輸速率高、軟件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單以及通信穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)。整個(gè)系統(tǒng)有發(fā)送和接收二部分，通過(guò)NRF24L01無(wú)線數(shù)據(jù)通信收發(fā)模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸。1 系統(tǒng)方案分析1.1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)1.1.1 主控方案方案一：采用傳統(tǒng)的AT89S52單片機(jī)作為主控芯片。此芯片價(jià)

12、格便宜、操作簡(jiǎn)便，低功耗。方案二：采用TI公司生產(chǎn)的MSP430F149系列單片機(jī)作為主控芯片。此單片機(jī)是一款高性能的低功耗的16位單片機(jī)，具有非常強(qiáng)大的功能，且內(nèi)置高速12位ADC。但其是TPFQ貼片封裝，不利于焊接，需要PCB制板，大大增加了成本和開發(fā)周期。方案三：采用宏晶科技有限公司的STC89C52RC單片機(jī)作為主控芯片。1.1.2 通信方案方案一：采用GSM模塊進(jìn)行通信，GSM模塊需要借助移動(dòng)衛(wèi)星或者手機(jī)卡，雖說(shuō)能夠遠(yuǎn)距離傳輸，但是其成本較大、且需要內(nèi)置SIM卡，通信過(guò)程中需要收費(fèi)，后期成本較高。方案二：采用TI公司CC2430無(wú)線通信模塊，此模塊采用Zigbee總線模式，傳輸速率可

13、達(dá)250kbps，且內(nèi)部集成高性能8051內(nèi)核。但是此模塊價(jià)格較貴，且Zigbee協(xié)議相對(duì)較為復(fù)雜。方案二：采用NRF24L01無(wú)線射頻模塊進(jìn)行通信，NRF24L01是一款高速低功耗的無(wú)線通信模塊。他能傳輸上千米的距離（加PA），采用SPI總線通信模式電路簡(jiǎn)單，操作方便。1.1.3 測(cè)距方案方案一：采用US-100超聲波測(cè)距模塊，模塊本身已經(jīng)帶溫度補(bǔ)償。具有電平觸發(fā)和串口觸發(fā)兩種工作方式，且工作穩(wěn)定可靠。方案二：采用HC-SR04超聲波測(cè)距模塊可提供2cm-400cm的非接觸式距離感測(cè)功能。1.1.4 顯示方案方案一：采用主控為ST7920的帶字庫(kù)的LCD12864來(lái)顯示信息。12864是一款

14、通用的液晶顯示屏，能夠顯示多數(shù)常用的漢字及ASCII碼，而且能夠繪制圖片，描點(diǎn)畫線，設(shè)計(jì)成比較理想的結(jié)果。方案二：采用字符液晶LCD1602顯示信息，1602是一款比較通用的字符液晶模塊，能顯示字符和數(shù)字等信息，且價(jià)格便宜，容易控制。方案三：采用LED 7段數(shù)碼顯示管顯示，其成本低，容易顯示控制，但不能顯示字符。1.2 系統(tǒng)最終方案發(fā)送端：發(fā)送端由超聲波傳感器，STC89C52單片機(jī)，NRF24L01無(wú)線射頻模塊，組成。超聲波模塊SU-100單片機(jī)STC89C52NRF2401圖1.1 發(fā)送端接收端：接收端由STC89C52單片機(jī)，NRF24L01無(wú)線射頻模塊，數(shù)碼管顯示模塊組成。單片機(jī)STC

15、89C52LED數(shù)碼管NRF2401圖1.2 接收端2系統(tǒng)原理分析2.1 超聲波的定義波是由某一點(diǎn)開始的擾動(dòng)所引起的，并按預(yù)定的方式傳播或傳輸?shù)狡渌c(diǎn)上。聲波是一種彈性機(jī)械波。人們所感覺到的聲音是機(jī)械波傳到人耳引起耳膜振動(dòng)的反應(yīng)，能引起人們聽覺的機(jī)械波頻率在20Hz20kHz，超聲波是頻率大于20kHz的機(jī)械波。在超聲波測(cè)距系統(tǒng)中，用脈沖激勵(lì)超聲波探頭的壓電晶片，使其產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，這種振動(dòng)在與其接觸的介質(zhì)中傳播，便形成了超聲波。2.2 超聲波測(cè)距原理最常用的超聲測(cè)距的方法是回聲探測(cè)法，超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時(shí)刻的同時(shí)計(jì)數(shù)器開始計(jì)時(shí)，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物面阻擋就立

16、即反射回來(lái)，超聲波接收器收到反射回的超聲波就立即停止計(jì)時(shí)。超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，根據(jù)計(jì)時(shí)器記錄的時(shí)間t，就可以計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)距障礙物面的距離s，即：s=340t/2。由于超聲波也是一種聲波，其聲速V與溫度有關(guān)。在使用時(shí)，如果傳播介質(zhì)溫度變化不大，則可近似認(rèn)為超聲波速度在傳播的過(guò)程中是基本不變的。如果對(duì)測(cè)距精度要求很高，則應(yīng)通過(guò)溫度補(bǔ)償?shù)姆椒▽?duì)測(cè)量結(jié)果加以數(shù)值校正。聲速確定后，只要測(cè)得超聲波往返的時(shí)間，即可求得距離。這就是超聲波測(cè)距儀的基本原理。如圖所示。圖2.1 超聲波原理H=S*cos() （2-1）=arctan(L/H) （2-2）式中:L-兩探頭之間中心距離的一半。又知

17、道超聲波傳播的距離為：2S=VT ( 2-3)式中:V超聲波在介質(zhì)中的傳播速度。 T-超聲波從發(fā)射到接收所需要的時(shí)間。將（22）、（23）代入（2-1）中得：H=0.5*VT*cosarctan(L/H) ( 2-4)其中,超聲波的傳播速度V在一定的溫度下是一個(gè)常數(shù)(例如在溫度T=30度時(shí),V=349m/s)：當(dāng)需要測(cè)量的距離H遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于L時(shí),則(2-4)變?yōu)椋篐=0.5*VT ( 2-5)所以,只要需要測(cè)量出超聲波傳播的時(shí)間t，就可以得出測(cè)量的距離H。如果測(cè)距精度要求很高，則應(yīng)該通過(guò)溫度補(bǔ)償?shù)姆椒右孕Ｕ?。?.1 超聲波波速與溫度的關(guān)系表溫度（）-30-20-10010203040聲速（m/

18、s）3133193253233383443493862.3 超聲波測(cè)距方法的選擇超聲波測(cè)距的原理一般采用渡越時(shí)間法。首先測(cè)出超聲波從發(fā)射到遇到障礙物返回所經(jīng)歷的時(shí)間，再乘以超聲波的速度就得到二倍的聲源與障礙物之間的距離。測(cè)量距離的方法有很多種，短距離的可以用尺，遠(yuǎn)距離的有激光測(cè)距等，超聲波測(cè)距適用于高精度的中長(zhǎng)距離測(cè)量。因?yàn)槌暡ㄔ跇?biāo)準(zhǔn)空氣中的傳播速度為331.45m/s，由單片機(jī)負(fù)責(zé)計(jì)時(shí)，單片機(jī)使用12.0MHz晶振，所以此系統(tǒng)的測(cè)量精度理論上可以達(dá)到毫米級(jí)。2.3.1 超聲波發(fā)生器為了研究和利用超聲波，人們已經(jīng)設(shè)計(jì)和制成了許多超聲波發(fā)生器?？傮w上講，超聲波發(fā)生器可以分為兩大類:一類是用電氣

19、方式產(chǎn)生超聲波，一類是用機(jī)械方式產(chǎn)生超聲波電氣方式包括壓電型、磁致伸縮型和電動(dòng)型等;機(jī)械方式有加爾統(tǒng)笛、液哨和氣流旋笛等。它們所產(chǎn)生的超聲波的頻率、功率和聲波特性各不相同，因而用途也各不相同。目前較為常用的是壓電式超聲波發(fā)生器。2.3.2 壓電式超聲波發(fā)生器原理壓電型超聲波傳感器的工作原理：它是利用壓電效應(yīng)的原理，壓電效應(yīng)有逆效應(yīng)和順效應(yīng)，超聲波傳感器是可逆元件，超聲波發(fā)送器就是利用壓電逆效應(yīng)的原理。所謂壓電逆效應(yīng)如圖2.2所示，是在壓電元件上施加電壓，元件就變形，即稱應(yīng)變。若在圖a所示的已極化的壓電陶瓷上施加如圖b所示極性的電壓，外部正電荷與壓電陶瓷的極化正電荷相斥，同時(shí)，外部負(fù)電荷與極化負(fù)

20、電荷相斥。由于相斥的作用，壓電陶瓷在厚度方向上縮短，在長(zhǎng)度方向上伸長(zhǎng)。若外部施加的極性變反，如圖c所示那樣，壓電陶瓷在厚度方向上伸長(zhǎng)，在長(zhǎng)度方向上縮短。圖2.2 壓電逆效應(yīng)圖2.3.3 單片機(jī)超聲波測(cè)距系統(tǒng)構(gòu)成單片機(jī)AT89S52發(fā)出短暫的12kHz信號(hào)，經(jīng)放大后通過(guò)超聲波換能器輸出；反射后的超聲波經(jīng)超聲波換能器作為系統(tǒng)的輸入，鎖相環(huán)對(duì)此信號(hào)鎖定，產(chǎn)生鎖定信號(hào)啟動(dòng)單片機(jī)中斷程序，讀出時(shí)間t，再由系統(tǒng)軟件對(duì)其進(jìn)行計(jì)算、判別后，相應(yīng)的計(jì)算結(jié)果被送至LCD顯示模塊進(jìn)行顯示。限制超聲波系統(tǒng)的最大可測(cè)距離存在四個(gè)因素：超聲波的幅度、反射物的質(zhì)地、溫度的高低以及接收換能器的靈敏度。接收換能器對(duì)聲波脈沖的直

21、接接收能力將決定最小可測(cè)距離。開始測(cè)量超聲波信號(hào)開定時(shí)器關(guān)定時(shí)器數(shù)據(jù)運(yùn)算顯示器接收檢測(cè)電聲換能器電聲換能器驅(qū)動(dòng)電路圖2.3 測(cè)距原理3主要芯片介紹和系統(tǒng)模塊3.1 STC89C52單片機(jī)是一種集成的電路芯塊采用了超大規(guī)模技術(shù)把具有運(yùn)算能力（如算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送、中斷處理）的微處理器（CPU）,隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），只讀程序存儲(chǔ)器（ROM），輸入輸出電路（I/O口），可能還包括定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行通信口（SCI），顯示驅(qū)動(dòng)電路（LCD或LED驅(qū)動(dòng)電路），脈寬調(diào)制電路(PWM)，模擬多路轉(zhuǎn)換及A/D轉(zhuǎn)換器等電路集成到一塊單片機(jī)上，構(gòu)成一個(gè)最小然而很完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。這些電路能在軟件的

22、控制下準(zhǔn)確快速的完成程序設(shè)計(jì)者事先規(guī)定的任務(wù)?？偟亩詥纹瑱C(jī)的特點(diǎn)可以歸納為以下幾個(gè)方面：集成度高、存儲(chǔ)容量大、外部擴(kuò)展能力強(qiáng)、控制功能強(qiáng)、低電壓、低功耗、性能價(jià)格比高、可靠性高這幾個(gè)方面。單片機(jī)有著微處理器所不具備的功能，它可以獨(dú)立地完成現(xiàn)代工業(yè)控制所要求的智能化控制功能這就是單片機(jī)的最大特點(diǎn)。然而單片機(jī)又不同于單板機(jī)，芯片在沒有開發(fā)前，它只是具備功能極強(qiáng)的超大規(guī)模集成電路，如果賦予它特定的程序，它便是一個(gè)最小的、完整的微機(jī)控制系統(tǒng)。它與單板機(jī)或個(gè)人電腦有著本質(zhì)的區(qū)別，單片機(jī)屬于芯片級(jí)應(yīng)用，需要用戶了解單片機(jī)芯片的結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)以及其它集成電路應(yīng)用技術(shù)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)所需要的理論和技術(shù)，用這樣特定

23、的芯片設(shè)計(jì)應(yīng)用程序，從而使芯片具備特定的智能STC89C52RC單片機(jī)是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051單片機(jī)，12時(shí)鐘/機(jī)器周期和6時(shí)鐘/機(jī)器周期可以任意選擇。圖3.1 單片機(jī)管腳圖3.1.1 主要功能特性增強(qiáng)型8051單片機(jī)，6時(shí)鐘/機(jī)器周期和12時(shí)鐘/機(jī)器周期可以任意選擇，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051.工作電壓：5.5V3.3V（5V單片機(jī)）/3.8V2.0V（3V單片機(jī)）工作頻率范圍：040MHz，相當(dāng)于普通8051的080MHz，實(shí)際工作頻率可達(dá)48MHz用戶應(yīng)用程序空間為8K字節(jié)片上集成512字節(jié)RAM通用I/O口（32個(gè)），復(fù)位后

24、為：P1/P2/P3/P4是準(zhǔn)雙向口/弱上拉，P0口是漏極開路輸出，作為總線擴(kuò)展用時(shí)，不用加上拉電阻，作為I/O口用時(shí)，需加上拉電阻。ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應(yīng)用可編程），無(wú)需專用編程器，無(wú)需專用仿真器，可通過(guò)串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片具有EEPROM功能具有看門狗功能共3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。即定時(shí)器T0、T1、T2外部中斷4路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)電路，Power Down模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒通用異步串行口（UART），還可用定時(shí)器軟件實(shí)現(xiàn)多個(gè)UART工作溫度范圍：-40+85（工業(yè)級(jí)）/075（商業(yè)級(jí)）3.

25、1.2 STC89C52單片機(jī)引腳介紹VCC：STC89C52 電源正端輸入，接+5V。VSS：電源地端。XTAL1：?jiǎn)涡酒到y(tǒng)時(shí)鐘的反向放大器輸入端。XTAL2：系統(tǒng)時(shí)鐘的反向放大器輸出端，一般在設(shè)計(jì)上只要在XTAL1和XTAL2上接上一只石英振蕩晶體系統(tǒng)皆可以工作了，此外可以在兩個(gè)引腳與地之間加入一20PF的小電容，可以使系統(tǒng)更穩(wěn)定，避免噪聲干擾而死機(jī)。RESET：STC89C52的重置引腳，高電平工作，當(dāng)要對(duì)晶片重置時(shí)，只要對(duì)此引腳點(diǎn)評(píng)提升至高電平并保持兩個(gè)機(jī)器周期以上的時(shí)間，STC89C52便能完成系統(tǒng)重置的各項(xiàng)動(dòng)作，使得內(nèi)部特殊功能寄存器內(nèi)容均被設(shè)成已知狀態(tài)，并且至地址0000H處開

26、始讀入程序代碼而執(zhí)行程序。PORT0（ P0.0P0.7 ）：端口0是一個(gè)8位寬的開路電極（Open Drain）雙向輸出入端口，共有8個(gè)位，P0.0表示位0，P0.1表示位1，依此類推。其他三個(gè)I/O端口（P1、P2、P3）則不具有此電路組態(tài)，而是內(nèi)部有一提升電路，P0在當(dāng)做I/O用時(shí)可以推動(dòng)8個(gè)LS的TTL負(fù)載。如果當(dāng)EA引腳為低電平時(shí)（即取用外部程序代碼或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器），P0就以多工方式提供地址總線（A0A7）及數(shù)據(jù)總線（D0D7）。設(shè)計(jì)者必須外加一個(gè)鎖存器將端口0送出的地址鎖住成為A0A7，再配合端口2所送出的A8A15合成一個(gè)完整的16位地址總線，而定位地址到64K的外部存儲(chǔ)器空間。P

27、ORT1(P1.0P1.7)：端口1也是具有內(nèi)部提升電路的雙向I/O端口，其輸出緩沖器可以推動(dòng)4個(gè)LS TTL負(fù)載，若將端口1的輸出設(shè)為高電平，使是由此端口來(lái)輸入數(shù)據(jù)。如果是使用8052或是8032的話，P1.0又當(dāng)作定時(shí)器2的外部緩沖輸入腳，而P。1可以有T2EX功能，可以做外部中斷輸入的觸發(fā)引腳。PORT2(P2.0P2.7)：端口2是具有內(nèi)部提升電路的雙向I/O端口，每一個(gè)引腳可以推動(dòng)4個(gè)LS的TTL負(fù)載，同樣地，若將端口2的輸出設(shè)為高電平時(shí)，此端口便能當(dāng)成輸入端口來(lái)使用。P2除了當(dāng)做一般I/O端口使用外，若是在AT89S51擴(kuò)充外接程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，也提供地址總線的高字節(jié)A8A

28、15，這個(gè)時(shí)候P2便不能當(dāng)做I/O來(lái)使用了。PORT3（P3.0P3.7）：端口3也具有內(nèi)部提升電路的雙向I/O端口，其輸出緩沖器可以推動(dòng)4個(gè)TTL負(fù)載，同時(shí)還多工具有其他的額外特殊功能，包括串行通信、外部中斷控制、計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)控制及外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器內(nèi)容的讀取或?qū)懭肟刂频裙δ?。其引腳分配如下：P3.0：RXD,串行通信輸入。P3.1：TXD,串行通信輸出。P3.2：INT0,外部中斷0輸入。P3.3：INT1,外部中斷1輸入。P3.4：T0，計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器0輸入。P3.5：T1，計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器1輸入。P3.6：WR,外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的寫入信號(hào)。P3.7：RD,外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的讀取信號(hào)。3.1.3 單片機(jī)控制模

29、塊單片機(jī)控制模塊由STC89C52最小系統(tǒng)組成，其中包括單片機(jī)，晶振電路和復(fù)位電路。（1）、晶振電路晶振電路由兩個(gè)30pF電容和一個(gè)12MHz晶體振蕩器構(gòu)成，接入單片機(jī)的X1、X2引腳。（2）、復(fù)位電路單片復(fù)位端低電平有效。圖3.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)3.2 單片2.4GHz NRF24L01無(wú)線模塊3.2.1 NRF24L01芯片概述NRF24L01是一款新型單片射頻收發(fā)器件,工作于2.4 GHz2.5 GHz ISM頻段。內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制器等功能模塊,并融合了增強(qiáng)型ShockBurst技術(shù)，其中輸出功率和通信頻道可通過(guò)程序進(jìn)行配置。NRF24L01功耗低,在以-6

30、dBm的功率發(fā)射時(shí)，工作電流也只有9 mA;接收時(shí)，工作電流只有12.3 mA，多種低功率工作模式(掉電模式和空閑模式)使節(jié)能設(shè)計(jì)更方便。 NRF24L01主要特性如下： 1.GFSK調(diào)制； 2.硬件集成OSI鏈路層； 3.具有自動(dòng)應(yīng)答和自動(dòng)再發(fā)射功能； 4.片內(nèi)自動(dòng)生成報(bào)頭和CRC校驗(yàn)碼；5.數(shù)據(jù)傳輸率為l Mb/s或2Mb/s；6.SPI速率為0 Mb/s10 Mb/s；7.125個(gè)頻道； 8.與其他nRF24系列射頻器件相兼容； 9.QFN20引腳4 mm4 mm封裝；10.供電電壓為1.9 V3.6 V。3.2.2 引腳功能及描述NRF24L01的封裝及引腳排列如圖所示。各引腳功能如下

31、： 圖3.2 NRF24L01封裝圖CE：使能發(fā)射或接收; CSN，SCK，MOSI，MISO：SPI引腳端，微處理器可通過(guò)此引腳配置NRF24L01： IRQ：中斷標(biāo)志位；VDD：電源輸入端； VSS：電源地；XC2，XC1：晶體振蕩器引腳; VDD_PA：為功率放大器供電，輸出為1.8 V； ANT1,ANT2：天線接口；IREF：參考電流輸入。3.2.3 工作模式通過(guò)配置寄存器可將nRF241L01配置為發(fā)射、接收、空閑及掉電四種工作模式，如表所示。 待機(jī)模式1主要用于降低電流損耗，在該模式下晶體振蕩器仍然是工作的；待機(jī)模式2則是在當(dāng)FIFO寄存器為空且CE=1時(shí)進(jìn)入此模式；待機(jī)模式下，

32、所有配置字仍然保留。 在掉電模式下電流損耗最小，同時(shí)NRF24L01也不工作，但其所有配置寄存器的值仍然保留。表3.1 NRF24L01四種工作模式模式PWR_UPPRIM_RXCEFIFO寄存器狀態(tài)接收模式111-發(fā)射模式101數(shù)據(jù)在TXFIFO寄存器中發(fā)射模式1010停留在發(fā)送模式，直至數(shù)據(jù)發(fā)送完待機(jī)模式2101TXFIFO為空待機(jī)模式11-0無(wú)數(shù)據(jù)傳輸?shù)綦?-3.2.4 工作原理發(fā)射數(shù)據(jù)時(shí)，首先將NRF24L01配置為發(fā)射模式：接著把接收節(jié)點(diǎn)地址TX_ADDR和有效數(shù)據(jù)TX_PLD按照時(shí)序由SPI口寫入NRF24L01緩存區(qū)，TX_PLD必須在CSN為低時(shí)連續(xù)寫入，而TX_ADDR在發(fā)射

33、時(shí)寫入一次即可，然后CE置為高電平并保持至少10s，延遲130s后發(fā)射數(shù)據(jù);若自動(dòng)應(yīng)答開啟，那么NRF24L01在發(fā)射數(shù)據(jù)后立即進(jìn)入接收模式，接收應(yīng)答信號(hào)（自動(dòng)應(yīng)答接收地址應(yīng)該與接收節(jié)點(diǎn)地址TX_ADDR一致）。如果收到應(yīng)答，則認(rèn)為此次通信成功，TX_DS置高，同時(shí)TX_PLD從TXFIFO中清除;若未收到應(yīng)答，則自動(dòng)重新發(fā)射該數(shù)據(jù)(自動(dòng)重發(fā)已開啟)，若重發(fā)次數(shù)(ARC)達(dá)到上限，MAX_RT置高，TXFIFO中數(shù)據(jù)保留以便在次重發(fā);MAX_RT或TX_DS置高時(shí)，使IRQ變低，產(chǎn)生中斷，通知MCU。最后發(fā)射成功時(shí),若CE為低則NRF24L01進(jìn)入空閑模式1;若發(fā)送堆棧中有數(shù)據(jù)且CE為高，則進(jìn)

34、入下一次發(fā)射;若發(fā)送堆棧中無(wú)數(shù)據(jù)且CE為高，則進(jìn)入空閑模式2。 接收數(shù)據(jù)時(shí),首先將NRF24L01配置為接收模式，接著延遲130s進(jìn)入接收狀態(tài)等待數(shù)據(jù)的到來(lái)。當(dāng)接收方檢測(cè)到有效的地址和CRC時(shí)，就將數(shù)據(jù)包存儲(chǔ)在RXFIFO中，同時(shí)中斷標(biāo)志位RX_DR置高，IRQ變低，產(chǎn)生中斷，通知MCU去取數(shù)據(jù)。若此時(shí)自動(dòng)應(yīng)答開啟，接收方則同時(shí)進(jìn)入發(fā)射狀態(tài)回傳應(yīng)答信號(hào)。最后接收成功時(shí)，若CE變低，則NRF24L01進(jìn)入空閑模式1。 在寫寄存器之前一定要進(jìn)入待機(jī)模式或掉電模式。如下圖，給出SPI操作及時(shí)序圖：圖3.3 SPI讀操作圖3.4 SPI 寫操作3.2.5 配置字SPI口為同步串行通信接口，最大傳輸速率

35、為10 Mb/s，傳輸時(shí)先傳送低位字節(jié)，再傳送高位字節(jié)。但針對(duì)單個(gè)字節(jié)而言，要先送高位再送低位。與SPI相關(guān)的指令共有8個(gè)，使用時(shí)這些控制指令由NRF24L01的MOSI輸入。相應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)信息是從MISO輸出給MCU。 nRF24L0l所有的配置字都由配置寄存器定義，這些配置寄存器可通過(guò)SPI口訪問。NRF24L01 的配置寄存器共有25個(gè)，常用的配置寄存器如表所示。 表3.2 常用配置寄存器地址（H）寄存器名稱功能00CONFIG設(shè)置24L01工作模式01EN_AA設(shè)置接收通道及自動(dòng)應(yīng)答02EN_RXADDR使能接收通道地址03SETUP_AW設(shè)置地址寬度04SETUP_RETR設(shè)置自動(dòng)

36、重發(fā)數(shù)據(jù)時(shí)間和次數(shù)07STATUS狀態(tài)寄存器，用來(lái)判定工作狀態(tài)0A0FRX_ADDR_P0P5設(shè)置接收通道地址10TX_ADDR設(shè)置接收接點(diǎn)地址1116RX_PW_P0P5設(shè)置接收通道的有效數(shù)據(jù)寬度3.2.6 NRF24L01模塊原理圖NRF24L01單端匹配網(wǎng)絡(luò)：晶振，偏置電阻，去耦電容。圖3.5 NRF24L01原理圖3.3 US-100超聲波測(cè)距模塊3.3.1 US-100超聲波測(cè)距模塊概述US-100超聲波測(cè)距模塊可實(shí)現(xiàn)2cm4.5m的非接觸測(cè)距功能，擁有2.45.5V的寬電壓輸入范圍，靜態(tài)功耗低于2mA，自帶溫度傳感器對(duì)測(cè)距結(jié)果進(jìn)行校正，同時(shí)具有GPIO，串口等多種通信方式，內(nèi)帶看門

37、狗，工作穩(wěn)定可靠。主要技術(shù)參數(shù)工作電壓： DC 2.4V - 5.5V靜態(tài)電流：小于2mA工作溫度：-20 - +70度輸出方式：電平或UART（跳線帽選擇）感應(yīng)角度：不大于15度探測(cè)距離：2cm-450cm探測(cè)精度：0.3cm+1%h.UART模式下串口配置：波特率9600，起始位1位，停止位1位，數(shù)據(jù)位8位，無(wú)奇偶校驗(yàn)，無(wú)流控制。圖3.6 超聲波模塊3.3.2 接線方式圖3.7 超聲波模塊接線端Pin接口 從左到右依次編號(hào) VCC、trig（控制端）、echo（接收端）、 GND從左到右依次編號(hào)1,2,3,4,5。它們的定義如下：1號(hào)Pin：接VCC電源（供電范圍2.4V5.5V）。2號(hào)P

38、in：當(dāng)為UART模式時(shí)，接外部電路UART的TX端；當(dāng)為電平觸發(fā)模式時(shí)，接外部電路的Trig端。3號(hào)Pin：當(dāng)為UART模式時(shí)，接外部電路UART的RX端；當(dāng)為電平觸發(fā)模式時(shí)，接外部電路的Echo端。4號(hào)Pin：接外部電路的地。5號(hào)Pin：接外部電路的地。3.3.3 模塊工作原理(1)采用IO觸發(fā)測(cè)距，給至少10us的高電平信號(hào); (2)模塊自動(dòng)發(fā)送8個(gè)40khz的方波，自動(dòng)檢測(cè)是否有信號(hào)返回；(3)有信號(hào)返回，通過(guò)IO輸出一高電平，高電平持續(xù)的時(shí)間就是超聲波從發(fā)射到返回的時(shí)間測(cè)試距離=(高電平時(shí)間*聲速(340M/S)/2;3.3.4 工作模式工作模式選擇跳線接口如圖所示。模式選擇跳線的間

39、距為2.54mm，當(dāng)插上跳線帽時(shí)為UART（串口）模式，拔掉時(shí)為電平觸發(fā)模式。圖3.8 工作模式選擇跳線接口(1)電平觸發(fā)測(cè)距工作模式在模塊上電前，首先去掉模式選擇跳線上的跳線帽，使模塊處于電平觸發(fā)模式。圖3.9 電平觸發(fā)測(cè)距的時(shí)序如圖只需要在Trig/TX管腳輸入一個(gè)10US以上的高電平，系統(tǒng)便可發(fā)出8個(gè)40KHZ的超聲波脈沖，然后檢測(cè)回波信號(hào)。當(dāng)檢測(cè)到回波信號(hào)后，模塊還要進(jìn)行溫度值的測(cè)量，然后根據(jù)當(dāng)前溫度對(duì)測(cè)距結(jié)果進(jìn)行校正，將校正后的結(jié)果通過(guò)Echo/RX管腳輸出。在此模式下，模塊將距離值轉(zhuǎn)化為340m/s時(shí)的時(shí)間值的2倍，通過(guò)Echo端輸出一高電平，可根據(jù)此高電平的持續(xù)時(shí)間來(lái)計(jì)算距離值。

40、即距離值為：(高電平時(shí)間*340m/s)/2。注：因?yàn)榫嚯x值已經(jīng)經(jīng)過(guò)溫度校正，此時(shí)無(wú)需再根據(jù)環(huán)境溫度對(duì)超聲波聲速進(jìn)行校正，即不管溫度多少，聲速選擇340m/s即可。(2)串口觸發(fā)測(cè)距工作模式在模塊上電前，首先插上模式選擇跳線上的跳線帽，使模塊處于串口觸發(fā)模式。圖3.10 串口觸發(fā)測(cè)距時(shí)序圖在此模式下只需要在Trig/TX管腳輸入0X55（波特率9600），系統(tǒng)便可發(fā)出8個(gè)40KHZ的超聲波脈沖，然后檢測(cè)回波信號(hào)。當(dāng)檢測(cè)到回波信號(hào)后，模塊還要進(jìn)行溫度值的測(cè)量，然后根據(jù)當(dāng)前溫度對(duì)測(cè)距結(jié)果進(jìn)行校正，將校正后的結(jié)果通過(guò)Echo/RX管腳輸出。輸出的距離值共兩個(gè)字節(jié)，第一個(gè)字節(jié)是距離的高8位（HDate

41、），第二個(gè)字節(jié)為距離的低8位（LData），單位為毫米。即距離值為 （HData*256 +LData）mm。3.4 LED數(shù)碼管3.4 .1 LED數(shù)碼管概述Led數(shù)碼管晶、集LED數(shù)碼管、數(shù)碼管實(shí)際上是由七個(gè)發(fā)光管組成8字形構(gòu)成的，加上小數(shù)點(diǎn)就是8個(gè)。這些段分別由字母a,b,c,d,e,f,g,dp來(lái)表示。當(dāng)數(shù)碼管特定的段加上電壓后，這些特定的段就會(huì)發(fā)亮，以形成我們眼睛看到的字樣了。如：顯示一個(gè)“2”字，那么應(yīng)當(dāng)是a亮b亮g亮e亮d亮f不亮c不亮dp不亮。LED數(shù)碼管有一般亮和超亮等不同之分，也有0.5寸、1寸等不同的尺寸。小尺寸數(shù)碼管的顯示筆畫常用一個(gè)發(fā)光二極管組成，而大尺寸的數(shù)碼管由二

42、個(gè)或多個(gè)發(fā)光二極管組成，一般情況下，單個(gè)發(fā)光二極管的管壓降為1.8V左右，電流不超過(guò)30mA。發(fā)光二極管的陽(yáng)極連接到一起連接到電源正極的稱為共陽(yáng)數(shù)碼管，發(fā)光二極管的陰極連接到一起連接到電源負(fù)極的稱為共陰數(shù)碼管。常用LED數(shù)碼管顯示的數(shù)字和字符是0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F。數(shù)碼管又分為共陰極和共陽(yáng)極兩種類型，其實(shí)共陰極就是將八個(gè)LED的陰極連在一起，讓其接地，這樣給任何一個(gè)LED的另一端高電平，它便能點(diǎn)亮。而共陽(yáng)極就是將八個(gè)LED的陽(yáng)極連在一起。其原理圖如下。圖3.11 數(shù)碼管原理其中引腳圖的兩個(gè)COM端連在一起，是公共端，共陰數(shù)碼管要將其接地，共陽(yáng)數(shù)碼管將其

43、接正5伏電源。一個(gè)八段數(shù)碼管稱為一位，多個(gè)數(shù)碼管并列在一起可構(gòu)成多位數(shù)碼管，它們的段選線（即a,b,c,d,e,f,g,dp）連在一起，而各自的公共端稱為位選線。顯示時(shí)，都從段選線送入字符編碼，而選中哪個(gè)位選線，那個(gè)數(shù)碼管便會(huì)被點(diǎn)亮。3.4.2 LED數(shù)碼管顯示LED數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動(dòng)電路來(lái)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的各個(gè)段碼，從而顯示出我們要的數(shù)位，因此根據(jù)LED數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動(dòng)態(tài)式兩類。(1) 靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)：靜態(tài)驅(qū)動(dòng)也稱直流驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)是指每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè)單片機(jī)的I/O埠進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，或者使用如BCD碼二-十進(jìn)位器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是編程簡(jiǎn)單，顯示亮度

44、高，缺點(diǎn)是占用I/O埠多，如驅(qū)動(dòng)5個(gè)數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要58=40根I/O口來(lái)驅(qū)動(dòng)，要知道一個(gè)89C51單片機(jī)可用的I/O口才32個(gè)呢。故實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須增加驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，增加了硬體電路的復(fù)雜性。(2) 動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)：數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示介面是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的8個(gè)顯示筆劃a,b,c,d,e,f,g,dp 的同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極COM增加位元選通控制電路，位元選通由各自獨(dú)立的I/O線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決于單片機(jī)對(duì)位元選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯

45、示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位元就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。透過(guò)分時(shí)輪流控制各個(gè)LED數(shù)碼管的COM端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。在輪流顯示過(guò)程中，每位元數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為12ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極體的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示資料，不會(huì)有閃爍感，動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O口，而且功耗更低。4 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)4.1 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)思想一個(gè)系統(tǒng)的生命在于其內(nèi)部程序的控制，在小型嵌入式系統(tǒng)的程序編寫中應(yīng)用較多的是匯編語(yǔ)言和C語(yǔ)言。匯編語(yǔ)言雖然在對(duì)硬件的控制能力上占著一定的優(yōu)勢(shì)，但是C語(yǔ)言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，并且易學(xué)易用。因此本系統(tǒng)程序選用C語(yǔ)言編寫，采用美國(guó)Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語(yǔ)言軟件開發(fā)平臺(tái)Keil C51作為開發(fā)環(huán)境。本系統(tǒng)根據(jù)超聲波測(cè)距原理用stc89c52單