畢業(yè)論文文章修改部分

1、廣西科技大學鹿山學院畢業(yè)設(shè)計（論文）廣西科技大學鹿山學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 4.2 HC-SR04超聲波測距模塊在性能上的特點HC-SR04超聲波測距模塊可提供2cm-400cm的非接觸式距離感測功能，測距精度可高達3mm，模塊包括超聲波發(fā)射器、接收器與控制電路。其基本工作原理：（1）采用IO口TRIG觸發(fā)測距，給至少10us的高電平信號；（2）模塊自動發(fā)送8個40khz的方波，自動檢測是否有信號返回；（3）有信號返回，通過IO口ECH0輸出一個高電平，高電平持續(xù)的時間就是超聲波從發(fā)射到返回的時間。測試距離=（高電平時間*聲速/340M/S）/2；（4）當TRIG從0-1時，主控制板啟動，當超時

2、10ms時ECH0仍然沒有出現(xiàn)150us的0信號，表示沒有障礙。本模塊性能穩(wěn)定，測度距離精確，其主要特點：（1）超微型，只相當于兩個發(fā)射，接收頭的面積已經(jīng)沒法再小了；（2）無盲區(qū)（10mm內(nèi)成三角形誤差較大，簡單可以當做0處理）；（3）反應速度快，10ms的測量周期，不容易丟失高速目標；（4）發(fā)射頭，接收頭緊靠，和被測目標基本成直線關(guān)系；（5）模塊上有LED指示，方便觀察和測試。4.3 HC-SR04的管腳排列和電氣參數(shù)4.3.1 管腳簡介HC-SR04的外形及管腳排列如圖4.2所示。（1）VCC為5V電源；（2）GND為地線；（3）TRIG觸發(fā)控制信號輸入；（4）ECH0回響信號輸出。VCC

3、TRIGECH0HC-SR04GND 圖4.2外形及管腳排列圖4.3.2 HC-SR04的電氣參數(shù) 電氣參數(shù)如表4.1所示：表4.1 電氣參數(shù)表電氣參數(shù)HC-SR04超聲波模塊工作電壓DC 5V工作電流15mA工作頻率40Hz最遠射程4m最近射程2cm測量角度15度輸入觸發(fā)信號10us的TTL脈沖輸出回響信號輸出TTL電平信號，與射程成比例規(guī)格尺寸45*20*15mm4.4超聲波時序圖圖4.3超聲波時序圖此時序圖表明只需提供一個10us一上脈沖觸發(fā)信號，該模塊內(nèi)部將發(fā)出8個40kHz周期電平并檢測回波。一旦檢測到右回波信號則輸出回響信號?；仨懶盘柕拿}沖寬度與所測的距離成正比。由此通過發(fā)射信號到

4、收到的回響信號時間間隔可以計算得到距離。公式：uS/58=厘米或者uS/148=英寸；或是：距離=高電平時間*聲速（340M/S）/2；建議測量周期為60ms一上，以防止發(fā)射信號對回響信號的影響。5系統(tǒng)硬件電路設(shè)計5.1單片機最小系統(tǒng)5.1.1 STC89C51芯片本次設(shè)計我們所采用的是STC89C51單片機，是一種帶4k字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓、高性能COMOS8的微處理器，該器件有40引腳，速度較快，價格便宜，燒錄方便，通過串口即可下載，還可以實現(xiàn)在線編程，采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。5.1.2 復位電路 為確

5、保微機系統(tǒng)中電路穩(wěn)定可靠工作，復位電路是必不可少的一部分，復位電路的基本功能是：系統(tǒng)上電時提供復位信號，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷復位信號。為可靠起見，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延遲才撤銷復位，以防電源開關(guān)或電源插頭分-合過程中引起的抖動而影響復位。當單片機的復位引腳出現(xiàn)2個機器周期以上的高電平時，單片機就執(zhí)行復位操作。如果RST持續(xù)為高電平，單片機就處于循環(huán)復位狀態(tài)。所以復位引腳的電容大一點沒多大關(guān)系，頂多是復位時間長一點；但如果電容太小，高電平持續(xù)時間太短，則單片機無法正常復位，就不能工作，電容通常取10UF或22UF，鋁電解電容即可。單片機的復位電路在剛接通電時，剛開始電容是沒有電的，電容內(nèi)的

6、電阻很低，通電后，5V的電源通過電阻給電解電容進行充電，電容兩端的電會由0V慢慢的升到4V左右（此時間很短一般小于0.3秒），正因為這樣，復位腳由低電位升到高電位，引起了內(nèi)部電路的復位工作；當按下復位鍵時，電容兩端放電，電容又回到0V了，于是又進行了一次復位工作。電路圖如圖5.1。圖5.1 復位電路5.1.3 晶振電路它是單片機系統(tǒng)正常工作的保證，如果振蕩器不起振，系統(tǒng)將會不能工作。假如振蕩器運行不規(guī)律，系統(tǒng)執(zhí)行程序的時候就會出現(xiàn)時間上的誤差，這在通信中會體現(xiàn)的很明顯：電路將無法通信。它是由一個晶振和兩個瓷片電容組成的，晶振和瓷片電容是沒有正負的，兩個瓷片電容相連的那端一定要接地，如圖5.2所

7、示。圖5.2 晶振電路一般單片機的晶振工作于并聯(lián)諧振狀態(tài)，也可以理解為諧振電容的一部分。它是根據(jù)晶振廠家提供的晶振要求負載電容選值的，換句話說，晶振的頻率就是在它提供的負載電容下測得的，能最大限度的保證頻率值的誤差，也能保證溫漂等誤差。機器周期:通常從內(nèi)存中讀取一個指令字的最短時間來規(guī)定CPU周期,(也就是計算機通過內(nèi)部或外部總線進行一次信息傳輸從而完成一個或幾個微操作所需要的時間),它一般由12個時鐘周期組成。而時鐘周期=1秒/晶振頻率，因此單片機的機器周期=12秒/晶振頻率 ，補充其他幾個周期：指令周期（Instruction Cycle）：取出并執(zhí)行一條指令的時間?？偩€周期（BUS Cy

8、cle）：也就是一個訪存儲器或I/O端口操作所用的時間。 時鐘周期（Clock Cycle）：又稱節(jié)拍周期，是處理操作的最基本單位。(晶振頻率的倒數(shù)，也稱T狀態(tài)) 指令周期、總線周期和時鐘周期之間的關(guān)系：一個指令周期由若干個總線周期組成，而一個總線周期時間又包含有若干個時鐘周期。一般處理器的一個機器周期由12個時鐘周期所組成。所以單片機用12M晶振，運行速度為1M。負載電容=(Cd*Cg)/(Cd+Cg)+Cic+C6 ，跟晶振特性、單片機內(nèi)部時鐘電路等效電容有關(guān)。兩個電容的取值都是相同的，或者說相差不大，如果相差太大，容易造成諧振的不平衡，容易造成停振或者干脆不起振。其起到一個并聯(lián)協(xié)振的作用

9、，這樣可以讓它的脈沖更平穩(wěn)與協(xié)調(diào)。5.2 驅(qū)動顯示電路及報警電路顯示電路采用LED數(shù)碼管顯示，當超過已設(shè)定的距離時，蜂鳴器和LED可實現(xiàn)報警功能并可通過按鍵實現(xiàn)有限距離的調(diào)整。5.2.1 LED數(shù)碼管顯示電路本電路的顯示模塊主要由一個4位一體的7段LED數(shù)碼管構(gòu)成，用于顯示測量到的電壓值。它是一個共陽極的數(shù)碼管，每一位數(shù)碼管的a,b,c,d,e,f,g和dp端都各自連接在一起，用于接收單片機的P1口產(chǎn)生的顯示段碼。S1，S2，S3，S4引腳端為其位選端，用于接收單片機的P2口產(chǎn)生的位選碼。本系統(tǒng)采用動態(tài)掃描方式。掃描方式是用其接口電路把所有數(shù)碼管的8個比劃段ag和dp同名端連在一起，而每一個數(shù)

10、碼管的公共極COM各自獨立地受I/O線控制。CUP從字段輸出口送出字型碼時，所有數(shù)碼管接收到相同的字型碼，但究竟是哪個數(shù)碼管亮，則取決于COM端。COM端與單片機的I/O接口相連接，由單片機輸出位位選碼到I/O接口，控制何時哪一位數(shù)碼管被點亮。在輪流點亮數(shù)碼管的位掃描過程中，每位數(shù)碼管的點亮時間極為短暫。但由于人的視覺暫留現(xiàn)象，給人的印象就是一組穩(wěn)定顯示的數(shù)碼。動態(tài)方式的優(yōu)點是十分明顯的，即耗電省，在動態(tài)掃描過程中，任何時刻只有一個數(shù)碼管是處于工作狀態(tài)的。具體原理圖如圖5.3圖5.3 顯示電路5.2.2 蜂鳴器和LED報警蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應用于計算機、

11、打印機、復印機、報警器、電子玩具、汽車電子設(shè)備、電話機、定時器等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型。壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成。多諧振蕩器由晶體管或集成電路構(gòu)成，當接通電源后（1.515V直流工作電壓），多諧振蕩器起振，暑促1.52.5kHz的音頻信號，阻抗匹配器推動壓電蜂鳴片發(fā)聲。電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動膜片及外殼組成。接通電源后，振蕩器產(chǎn)生的音頻信號電流通過電磁線圈，是電磁線圈產(chǎn)生磁場，振動膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性地振動發(fā)聲。本設(shè)計采用電磁式蜂鳴器，當距離超出預設(shè)值時，蜂鳴器

12、就會發(fā)出報警生硬。電磁式蜂鳴器的發(fā)聲原理是電流通過電磁線圈，是電磁線圈產(chǎn)生磁場來驅(qū)動振動膜發(fā)聲的，因此需要一定的電流才能驅(qū)動它，單片機IO引腳輸出的電流較小，單片機輸出的TTL電平基本上驅(qū)動不了蜂鳴器，因此需要增加一個電流放大的電路，即通過一個PNP型三極管8550來放大驅(qū)動蜂鳴器。原理圖見圖5.3。而LED電路是由一個發(fā)光二極管和電阻組成，因為LED一般工作在5ma到20ma，所以選擇1K電阻進行限流。如圖5.4所示。圖5.4 蜂鳴器驅(qū)動電路5.3 HC-RS04超聲波測距原理超聲波測距是借助于超聲脈沖回波渡越時間法來實現(xiàn)的，設(shè)超聲波脈沖由傳感器發(fā)出到接收所經(jīng)歷的時間為t，超聲波在空氣中的傳

13、播速度為c，則從傳感器到目標物體的距離D可用下式求出：D=ct/2。其系統(tǒng)框圖如圖5.5所示。定時器控制計算傳輸調(diào)制40k振蕩超聲波發(fā)射計時增益放大超聲波接收障礙物圖5.5 系統(tǒng)框圖基本原理：經(jīng)發(fā)射器發(fā)射出長約6mm，頻率為40khz的超聲波信號。此信號被物體反射回來由接收頭接收，接收頭實質(zhì)上是一種壓電效應的換能器。它接收到信號后產(chǎn)生mV級的微弱電壓信號。5.4 按鍵設(shè)置電路單片機鍵盤有獨立鍵盤和矩陣式鍵盤兩種：獨立鍵盤每一個I/O口上只接一個按鍵，按鍵的另一端接電源或接地（一般接地），這種接法程序比較簡單且系統(tǒng)更加穩(wěn)定；而矩陣式鍵盤式接法程序比較復雜，但是占用的I/O少。根據(jù)本設(shè)計的需要這里

14、選用了獨立式鍵盤接法。獨立式鍵盤的實現(xiàn)方法是利用單片機I/O口讀取口的電平高低來判斷是否有鍵按下。將常開按鍵的一端接地，另一端接一個I/O口，程序開始時將此I/O口置于高電平，平時無鍵按下時I/O口保護高電平。當有鍵按下時，此I/O口與地短路迫使I/O口為低電平。按鍵釋放后，單片機內(nèi)部的上拉電阻使I/O口仍然保持高電平。我們所要做的就是在程序中查尋此I/O口的電平狀態(tài)就可以了解我們是否有按鍵動作了。在用單片機對鍵盤處理的時候涉及到了一個重要的過程，那就是鍵盤的去抖動。這里說的抖動是機械的抖動，是當鍵盤在未按到按下的臨界區(qū)產(chǎn)生的電平不穩(wěn)定正常現(xiàn)象，并不是我們在按鍵時通過注意可以避免的。這種抖動一般10200毫秒之間，這種不穩(wěn)定電平的抖動時間對于人來說太快了，而