基于C語言的MCS-51單片機教程 課件 3項目3 汽車倒車報警系統(tǒng)的設(shè)計與制作

項目3汽車倒車報警系統(tǒng)的設(shè)計與制作

項目3汽車倒車報警系統(tǒng)的設(shè)計與制作應(yīng)用系統(tǒng)功能演示

項目3汽車倒車報警系統(tǒng)的設(shè)計與制作1項目設(shè)計目標(biāo)與任務(wù)系統(tǒng)方案選擇和論證23系統(tǒng)硬件電路設(shè)計與制作系統(tǒng)軟件程序設(shè)計與調(diào)試45系統(tǒng)的調(diào)試6項目擴展任務(wù)系統(tǒng)的開發(fā)流程

項目設(shè)計目標(biāo)與任務(wù)1.項目3汽車倒車報警系統(tǒng)的設(shè)計與制作1）項目目標(biāo)理解超聲波模塊的工作原理。理解1602液晶的原理。掌握超聲波傳模塊和1602液晶模塊進行讀、寫的方法。對照超聲波HC-SR04模塊和1602液晶的數(shù)據(jù)手冊，理解對它們進行讀和寫的軟件編制方法。在完成以上4點目標(biāo)的基礎(chǔ)上，根據(jù)“項目擴展任務(wù)”中提出的問題和要求，以組或個人為單位，在規(guī)定時間里完成擴展項目任務(wù)。

項目設(shè)計目標(biāo)與任務(wù)1.項目3汽車倒車報警系統(tǒng)的設(shè)計與制作2）項目任務(wù)在基于單片機的汽車倒車報警系統(tǒng)，可以實現(xiàn)以下功能：能夠測量0~5M范圍內(nèi)的距離，并用1602液晶顯示當(dāng)前距離，同時利用1602液晶顯示當(dāng)前溫度值?？梢允謩釉O(shè)置距離報警限值，當(dāng)距離到達限值，則報警。具有溫度補償功能。

項目3汽車倒車報警系統(tǒng)的設(shè)計與制作2.系統(tǒng)方案選擇和論證測距傳感器選擇系統(tǒng)方案設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計項目3汽車倒車報警系統(tǒng)的設(shè)計與制作1、測距傳感器的選擇1）激光測距傳感器

激光傳感器利用激光的方向性強和傳光性好的特點，它工作時先由激光傳感器對準(zhǔn)障礙物發(fā)射激光脈沖，經(jīng)障礙物反射后向各個方向散射，部分散射光返回到接收傳感器，能接收其微弱的光信號，從而記錄并處理光脈沖發(fā)射到返回所經(jīng)歷的時間即可測定距離，即用往返時間的一半乘以光速就能得到距離。其優(yōu)點是測量的距離遠、速度快、測量精確度高、量程范圍大，缺點是對人體存在安全問題，而且制作的難度大成本也比較高。項目3汽車倒車報警系統(tǒng)的設(shè)計與制作1、測距傳感器的選擇2）紅外線測距傳感器紅外線測距傳感器利用的就是紅外線信號在遇到障礙物其距離的不同則其反射的強度也不同，根據(jù)這個特點從而對障礙物的距離的遠近進行測量的。其優(yōu)點是成本低廉，使用安全，制作簡單，缺點就是測量精度低，方向性也差，測量距離近。項目3汽車倒車報警系統(tǒng)的設(shè)計與制作總體結(jié)構(gòu)設(shè)計項目3汽車倒車報警系統(tǒng)的設(shè)計與制作

關(guān)鍵技術(shù)基于單片機的汽車倒車報警系統(tǒng)在設(shè)計時需要解決以下3個方面的問題：1）理解超聲波HC-SR04模塊的工作原理。2）理解1602液晶顯示的原理。3）對照超聲波HC-SR04模塊和1602液晶的數(shù)據(jù)手冊，理解對它們進行讀和寫的軟件編制方法。項目3汽車倒車報警系統(tǒng)的設(shè)計與制作1、最小系統(tǒng)模塊的設(shè)計2、超聲波模塊電路的設(shè)計3、1602液晶顯示電路設(shè)計4、電源模塊的電路設(shè)計系統(tǒng)硬件電路設(shè)計35、發(fā)音模塊模塊的電路設(shè)計6、溫度傳感器模塊的電路設(shè)計7、鍵盤模塊的電路設(shè)計12HR-SR04超聲波集成模塊的實物和引腳圖補充：HR-SR04超聲波集成模塊的介紹13

HR-SR04超聲波集成模塊是將超聲波發(fā)射探頭，超聲波接收探頭，CX20106A芯片電路，74LS04芯片放大電路集成到的一起的一個超聲波集成模塊。HR-SR04超聲波集成模塊的引腳排布如圖所示。各引腳的功能：VCC端口—接+5V電源；GND—接地；Trig端口—觸發(fā)控制信號輸入；Echo—回響信號輸出；14超聲波時序如上圖圖，可知HR-SR04型超聲波集成模塊的工作原理：采用I/O觸發(fā)測距，但至少要給10us的高電平信號。模塊自動發(fā)送8個40kHz的方波脈沖，并能夠自動檢測是否有信號返回。有信號返回，通過Echo輸出高電平，高電平持續(xù)的時間就是超聲波從發(fā)射到返回所用的時間，則，所測量的距離=（高電平時間×聲速）/2。151602液晶的實物圖補充：1602字符型LCD簡介1602字符型LCD簡介

字符型液晶顯示模塊是一種專門用于顯示字母、數(shù)字、符號等點陣式LCD，目前常用16*1，16*2，20*2和40*2行等的模塊。市面上字符液晶絕大多數(shù)都是基于HD44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的。1602LCD分為帶背光和不帶背光兩種，帶背光的比不帶背光的厚，是否帶背光在應(yīng)用中并無差別。各引腳接口說明如下表所示:編號符號引腳說明編號符號引腳說明1VSS電源地9D2數(shù)據(jù)2VDD電源正極10D3數(shù)據(jù)3VL液晶顯示偏壓11D4數(shù)據(jù)4RS數(shù)據(jù)/命令選擇12D5數(shù)據(jù)5R/W讀/寫選擇13D6數(shù)據(jù)6E使能信號14D7數(shù)據(jù)7D0數(shù)據(jù)15BLA背光源正極8D1數(shù)據(jù)16BLK背光源負極1602LCD引腳功能說明第1腳：VSS為電源。第2腳：VDD接5V正電源。第3叫：VL為液晶顯示器對比度調(diào)整端。接電源時對比對最弱，接地時對比度最高，但對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調(diào)整對比度。第4腳：RS為寄存器選擇端。高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。第5腳：R/W為讀寫信號線端。高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當(dāng)RS和R/W共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平R/W為高電平時可以讀忙信號，當(dāng)RS為高電平R/W為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。第6腳：E端為使能端。當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。第7～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第15腳：背光源正極。第16腳：背光源負極。項目3汽車倒車報警系統(tǒng)的設(shè)計與制作系統(tǒng)總體硬件電路4項目3汽車倒車報警系統(tǒng)的設(shè)計與制作系統(tǒng)軟件程序設(shè)計1.超聲波測距程序的編制

超聲波測距主要功能就是獲取的超聲波模塊測量的結(jié)果，將此結(jié)果根據(jù)DS18B20檢測到的溫度值轉(zhuǎn)化為對應(yīng)距離。超聲波測距子程序流程圖如圖所示。項目3汽車倒車報警系統(tǒng)的設(shè)計與制作1）超聲波測距的原理介紹超聲波是一種振動頻率超過20kHz的機械波，它可以沿直線方向傳播，而且傳播的方向性好，傳播的距離也較遠，在介質(zhì)中傳播時遇到障礙物在入射到它的反射面上就會產(chǎn)生反射波。由于超聲波的以上幾個特點，所以超聲波被廣泛地應(yīng)用于物體距離的測量、厚度等方面。當(dāng)進行距離的測量時，由安裝在同一水平線上的超聲波發(fā)射器和接收器完成超聲波的發(fā)射與接收，并且同時啟動定時器進行計數(shù)。首先由超聲波發(fā)射探頭向倒車的方向發(fā)射超聲波并同時啟動定時器計時，超聲波在空氣中傳播的途中一旦遇到障礙物后就會被反射回來，當(dāng)接收探頭收到反射波后就會給負脈沖到單片機使其立刻停止計時。這樣，定時器就能夠準(zhǔn)確的記錄下了超聲波發(fā)射點至障礙物之間往返傳播所用的時間t（s）。由于在常溫下超聲波在空氣中的傳播速度大約為340m/s，所以障礙物到發(fā)射探頭之間的距離可以利用公式1計算：項目3汽車倒車報警系統(tǒng)的設(shè)計與制作1）超聲波測距的原理介紹因為單片機內(nèi)部定時器的計時實際上就是對機器周期T的計數(shù)，而本設(shè)計中時鐘頻率fosc取12MHz，設(shè)計數(shù)值N，則：項目3汽車倒車報警系統(tǒng)的設(shè)計與制作2）超聲波測距程序?qū)τ贖R-SR04的操作需要：第一步：觸發(fā)HR-SR04，即需要給HR-SR04的Trig端一個持續(xù)約10us的高電平信號。這里我們用Trig_HR_SR04()函數(shù)來實現(xiàn)，具體參考程序如下。voidTrig_HR_SR04()//啟動模塊

{

TRIG=1;//啟動一次模塊

_nop_();

_nop_();

_nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_();

_nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_();

_nop_(); _nop_();

_nop_(); _nop_();

_nop_(); _nop_(); _nop_(); TRIG=0;}項目3汽車倒車報警系統(tǒng)的設(shè)計與制作2）超聲波測距程序第二步：就是需要獲取從發(fā)射超聲波到接收到返回信號的時間。經(jīng)過前面一步，HR-SR04就會自動生成8個40kHz的方波脈沖，當(dāng)其遇到障礙物時，HR-SR04會自動檢測到返回信號，并且此時HR-SR04的Echo端就會產(chǎn)生高電平，高電平持續(xù)的時間就是超聲波從發(fā)射到返回所用的時間，這段時間就是我們需要獲取的時間。這里我們可以利用定時器的計數(shù)功能來實現(xiàn)。具體的參考程序如下：初始化HR_SR04：Init_HR_SR04()voidInit_HR_SR04() //初始化{

//設(shè)T0為方式1，GATE=1； TMOD=0x01; TH0=0; TL0=0; ET0=1;//允許T0中斷 EA=1;//開啟總中斷

TR0=0; }獲取時間T：Time_HR_SR04()

unsignedcharTime_HR_SR04() { unsignedchartime; while(!ECHO); //當(dāng)RX為零時等待 TR0=1;//開啟計數(shù) while(ECHO); //當(dāng)RX為1計數(shù)并等待 TR0=0;//關(guān)閉計數(shù) time=TH0*256+TL0; returntime;}

項目3汽車倒車報警系統(tǒng)的設(shè)計與制作2）超聲波測距程序第三步：計算距離。在這里設(shè)計的程序根據(jù)不同的溫度計算距離，參考程序如下：//根據(jù)不同的溫度計算距離intJS_HR_SR04(unsignedcharWD,unsignedchartime1){

intL;L=time1*(331.45+61*WD/10/100)/200/10; returnL;}

4項目3汽車倒車報警系統(tǒng)的設(shè)計與制作系統(tǒng)軟件程序設(shè)計2.顯示數(shù)據(jù)子程序的編制

顯示數(shù)據(jù)子程序的主要功能就是把超聲波模塊測量后的結(jié)果經(jīng)單片機處理完畢的距離顯示在LCD液晶顯示屏上。顯示數(shù)據(jù)子程序流程圖如圖所示。項目3汽車倒車報警系統(tǒng)的設(shè)計與制作1）1602LCD的RAM地址映射及標(biāo)準(zhǔn)字庫

1602液晶內(nèi)置了DDRAM，DDRAM就是顯示數(shù)據(jù)RAM，用來寄存待顯示的字符代碼，共有80個字節(jié)，其地址與屏幕的對應(yīng)關(guān)系如圖所示。1602液晶模塊內(nèi)部固化了字模存儲器CGROM和CGRAM。HD44780內(nèi)置了192個常用字符的字模，存放于字符產(chǎn)生器CGROM（CharacterGeneratorROM）中，另外還有8個允許用戶自定義的字符產(chǎn)生RAM，稱為CGRAM（CharacterGeneratorRAM）。思考：如果我們需要讓1602液晶屏的第二行第一列顯示1個字符“A”，該如何操作呢？項目3汽車倒車報警系統(tǒng)的設(shè)計與制作2)1602LCD的指令說明

1602液晶模塊內(nèi)部的控制器共有11條控制指令。清屏指令:清屏，光標(biāo)撤回到液晶顯示屏的左上方，將地址計數(shù)器的值設(shè)置為00H。光標(biāo)歸位指令：光標(biāo)撤回到液晶顯示屏的左上方，將地址計數(shù)器的值設(shè)置為00H，保持DDRAM的內(nèi)容不變。進入模式設(shè)置指令：光標(biāo)和顯示模式設(shè)置。其中：I/D：設(shè)置光標(biāo)移動方向：高電平右移，低電平左移；S：屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無效。項目3汽車倒車報警系統(tǒng)的設(shè)計與制作2)1602LCD的指令說明顯示開關(guān)控制指令：控制顯示器開/關(guān)、光標(biāo)顯示/關(guān)閉、光標(biāo)是否閃爍。D：D=H顯示功能開；D=L顯示功能關(guān)；C：C=H有光標(biāo)；C=L無光標(biāo)；B：B=H光標(biāo)不閃爍；B=L光標(biāo)閃爍；設(shè)定顯示屏或光標(biāo)移動方向指令：是光標(biāo)移位或使整個顯示屏移位。S/C=0R/L=0：光標(biāo)左移一格，且AC值減1；S/C=0R/L=1：光標(biāo)右移一格，且AC值加1；S/C=1R/L=0：顯示器上字符全部左移一格，但光標(biāo)不動；S/C=1R/L=1：顯示器上字符全部右移一格，但光標(biāo)不動；項目3汽車倒車報警系統(tǒng)的設(shè)計與制作2)1602LCD的指令說明功能設(shè)定指令：設(shè)定數(shù)據(jù)總線位數(shù)、顯示行數(shù)及字型。DL=0：數(shù)據(jù)總線為4位；DL=1：數(shù)據(jù)總線為8位；N=0：顯示1行；N=1：顯示2行；F=0：5X7點陣/每字符；F=1：5X10點陣/每字符設(shè)定CGRAM地址指令：設(shè)定下一個要存入數(shù)據(jù)的CGRAM地址。

從DDRAM或CGRAM讀出數(shù)據(jù)指令：讀取DDRAM或CGRAM中的內(nèi)容。

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