汽车防碰撞系统的设计.docx

江苏大学微机系统与接口技术课程课程设计说明书 微型计算机课程设计说明书 微机系统与接口技术课程的设计 汽车防碰撞系统的设计学院名称： 专业班级： 学生姓名： 学生学号： 指导教师姓名： 指导教师职称： 微机系统与接口技术课程设计任务书一、 设计目的1. 建立微机系统概念，加深对微机系统的理解和认识，提高微机系统的应用能力。2. 进一步学习和掌握微机程序设计和方法，通过应用程序的编写和调试，学习程序的调试方法。3. 进一步熟悉典型微机接口芯片的使用，接口及系统与外部设备的连接方法，掌握基本微机系统的应用。二、 设计题目微机系统与接口技术课程设计交通灯装置三、 设计要求1. 以8086/8088CPU为主控单元构建微机应用系统。2. 进行应用系统的硬件设计，画出电路原理图与线路连接图。3. 进行应用系统的软件设计，画出软件流程图，写出主要控制程序。4. 根据实验条件，进行微机应用系统的部分模拟调试工作，写出调试说明。5. 整理设计说明书，列出参考文献。四、 列出使用元件和设备清单五、 完成定时计数器8253及中断控制器8259的实验，分 别写出实验报告 目录第一章 设计概况11.1设计背景11.2设计概述11.3设计思路11.3.1传感器设计11.3.2控制电路设计3第二章 控制电路硬件设计42.1硬件介绍42.1.1 核心部件8088微处理器42.1.2模数转换单元ADC080942.1.3数模转换单元DAC083252.1.4 计时芯片825352.1.5 8255A并行口扩展单元62.1.6译码器74LS13862.1.7电子音响驱动电路（蜂鸣器）72.1.8 距离传感器72.2 实际电路原理框图7第三章 模拟实验83.1模拟电路原理框图83.2模拟电路连线图8第四章 软件设计94.1 主程序流程图94.2程序代码104.3软件调试11第五章 元器件与设备清单12第六章 设计总结13第七章 参考文献13第一章 设计概况1.1设计背景随着社会经济的发展， 越来越多的人拥有了自己的私家车， 越来越多的汽车涌上了公路， 可随之而来的是交通事故也越来越多， 不少人也因此谈车色变。作为主动式车辆安全系统之一的车辆防碰撞系统受到国内外汽车研究人员的高度重视， 也取得了很多成果。防碰撞系统主要用在追尾碰撞系统、 侧防系统、 倒车雷达三个方面。其中倒车雷达技术比较成熟， 成本也比较低， 在世界各地都有广泛的应用； 追尾碰撞系统和侧防系统在世界多个知名汽车制造商也都有成功的研究与应用， 但是价格还比较高， 未能在中、 低档车中推广，还需要进一步完善、 降低成本。追尾事故在整个交通事故中占很大的比例， 如中国高速公路追尾事故数约占总事故数的 33.4% ， 美国高速公路上发生的追尾碰撞事故约占事故总数的24% 。车辆防追尾碰撞系统就是在汽车在有追尾碰撞危险时， 能立刻发出警报信号， 提醒司机及时处理，并在必要的时候自动启动制动系统， 尽量避免交通事故的发生。所以研究一种实时、 可靠、 适应性好的车辆防追尾碰撞系统是提高车辆安全的一项非常重要的内容。车辆防追尾系统就是在行驶中检测车辆前、 后方的车辆或障碍物的信息， 如己车的速度、 加速度， 相关车的速度、 加速度， 两车之间的距离等参数， 用相关的安全距离模型进行追尾碰撞判断， 做出不报警、 报警、制动处理。防追尾碰撞系统主要应用有毫米波雷达、激光测距、高精度的摄像系统测距和红外线测距。1.2设计概述本设计采用INTEL8088CPU，ADC0809模数转换芯片，DAC0832数模转换芯片，8253计时芯片，8255A并行接口电路芯片等硬件搭建汽车自动防碰撞系统。系统可实现距离测量，距离实时显示，危险距离报警，并可对发动机进行柔和制动，而不会由于急刹而对车内乘客造成伤害。本系统也可根据不同需要由乘客自主决定是否开启自动防碰撞系统，从而避免在拥挤路段行车或停车时误触发报警系统，为了保证乘客安全，防止乘客关闭系统后忘记重启系统而发生车祸，造成不必要的人身财产损失，系统加入了提醒功能，即系统关闭一段时间后为重启则会启动蜂鸣器报警。1.3设计思路1.3. 1传感器设计在现代测距系统当中，还有以下测距方法：1）毫米雷达测距毫米雷达测距能够探测多目标，多目标分辨力好，探测精度高，受天气影响小，但存在电磁干扰问题，必须防止因雷达装置相互间以及其他通信设施的电磁波干扰而发生误动作。其多用于高速公路上的防追尾碰撞。2）摄相系统测距目标摄像系统模仿人体视觉原理，测量精度高，但目前价格较高，同时受到软件和硬件制约，成像速度角慢。 3）激光测距由于激光测距受恶劣的天气，汽车的激烈震动，反射镜表面摩损，污染等因素的影响，使反射的激光束在一定功率上探测距离比可能探测的最大距离减少1/2到1/3损失很大，影响探测精度，所以它一般都应用于防追尾碰撞当中。4）红外测距它主要应用于夜间行车或在军事上使用。5）超声波测距 超声技术是一门以物理、电子、机械及材料学为基础的通用技术之一。超声技术是通过超声波产生、传播及接收的物理过程而完成的。超声波具有聚束、定向及反射、透射等特性。超声波遥控是近距离遥控中的一种实际方法，人耳能够听到的声音频率大约为20Hz-20kHz，低于20Hz和高于20kHz的声音，人耳一般都听不到，人把高于20kHz的声波称为超声波。它是一种机械振动波，可以在气体 、液体和固体中传播，在空气中的传播速度为340m/s，与光波、电磁波相比是非常缓慢的。超声波具有方向性，即传播的能量比较集中，这一点与可听见的声波不同。另外，超声波在传播途中若遇到不同的媒介，大部分能量会被反射。超声波测距的基本原理同声纳回声定位法的原理是基本相同的，超声波发生器不断发射出40kHz超声波，并给测量逻辑电路提供一个短脉冲。超声波接收器则在接受到所发射超声波遇障碍物反射回来的反射波后，也向测量逻辑电路提供一个短脉冲，再利用双稳电路把上述两个短脉冲转化为一个方脉冲。方脉冲的宽度即为两个短脉冲之间的时间间隔。测量这个方波脉冲宽度就可以确定发射器与探测物之间的距离。根据测量出输出脉冲的宽度。即测得发射超声波的时间间隔，从而就可求出汽车与障碍物之间的距离S：S=1/2（Ct） 2-1式中C超声波音速由于超声波也是声波，故C即为音速。音速为C=式中 气体的绝缘体积系数（空气为1.4） P气体的气压（海平面为1.013*108Pa） 0气体的密度（空气为1.29kg/m3） 对于1ml空气，质量为m，体积为V，密度。则 C= = 2-2对于理想气体，有 PV=RT 2-3式中 R摩尔气体常数 T绝对温度因此C=由于、R、m均为已知常数，故声速C仅与温度T有关，若温度不变，则声音在空气中的速率与气压无关。在0的空气中，C0=331.45m/s。对于任意温度下，有Ci/C0= / ,即Ci=331.45/在某一地区使用，因温度变化不大，可以认为声速是基本恒定不变的。确定了声速，只要测得超声波信号往返的时间，即可求得距离。方案的拟定条件:由于超声波也是一种声波，其声速C与温度有关，在使用时，如果温度变化不大，则可认为声速是基本不变的。如果测距精度要求很高，则应通过温度补偿的方法加以校正。声速确定后，只要测得超声波往返的时间，即可求得距离。这就是超声波测距仪的机理。其实超声波的特性与普通声音大致上没有分别，但为何我们要用超声波作测量手段？道理其实很简单，因为在测量过程中，我们会不断地发出强力的声音讯号，试想想，若这些讯号我们是听得到的话，就如汽车按喇叭、火车拉笛的声音，不断的在身旁发生，不震耳欲聋才怪。所以只有选取人们听不见，但又能音量强力的“超声波”，这样周围的群众才可装聋扮哑了。在空中，当声音鼓动空气而向前传递讯息时，遇到大小不同、软硬不一的物体时，其会产生相应强弱的反射声音，而我们以高峰值接收此反弹回来的声音，计算其反弹的时间差距，从而可了解前面物体与你的距离，由其反弹的强弱，得知物体的大小，此为超声波在空中测量的应用原理，一如在机场使用的雷达。超声波距离传感器采用压电元件锆钛化铅，一般称为RZT，这种传感器的特点在于具有方向性，传感器用蜂鸣器的纸盒为椭圆形，目的是使传感器的水平特性宽，而且垂直方向受到限制。超声波距离传感器是利用“回声”现象制成汽车所用的声纳系统，车辆发射超声波，测定超声波遇到障碍物后返回的时间，再把这一时间置换成距离再加以显示。超声波比人耳能听到的声波频率要高，具有方向性。它的功能是判定和显示车辆周围有无障碍物，障碍物到汽车的距离以及障碍物的位置。当无障碍物时，随着距离的增加，超声波逐渐衰减，也就是说根据向车前发射的超声波是否返回，可以判断检测范围内有无障碍物。MA40EIS/EIR超声波发射/接收传感器超声波是一种弹性介质种的机械振荡，它两种形式；横向振荡波和纵向振荡波。超声波可以在气体，液体，固体物质中传播，但是其传播速度不同。它也有折射，反射现象，且在传播过程中椰油衰减，在气体中传播时衰减快，传播距离近；在液体固体中传播衰减慢，传播距离远。常见在空气中的传播频率为几十千赫兹，而在液体和固体中传播频率相对较高。由于超声波具有功率大，穿透力强，传播定向性好等优点，因此可以应用于很对领域，可实现加热，清洗，雾化，测距，遥控许多功能，利用超声波的的特点，可以做成各种超声波传感器.外形电路符号以及内部结构 外形 符号 内部结构1.3.2控制电路设计通过距离测量单元输出连续电压，用ADC0809芯片采集并转换为8088CPU可处理的数字量，系统将其转换为10进制后通过数码管实时显示出来。之后将采集量与设定好的安全阈值相比较来决定是否进行报警与发动机制动。若大于阈值则不影响发动机工作，当距离小于安全阈值时则对发动机制动并报警。为了避免紧急刹车对车内人员造成损伤，所以通过DAC0832芯片输出模拟量，使车速发生渐变，车速随距离的靠近而减小，进行柔和制动，并报警。考虑到道路交通情况非常复杂，难免会有难以考虑的特殊情况，为避免影响车辆正常驾驶，设计中有必要加入乘客自主选择开关以控制系统工作与否。 当系统启动开关打开时系统正常工作，当开关关闭时，系统不制动不报警。为了最大限度的保证乘客的安全，防止乘客因为关闭系统后忘记重启系统而造成车祸，系统在被关闭后启动8253芯片进行计时，计时到而开关还未重启则会报警，若设定时间内开关被打开，则不会报警。第二章 控制电路硬件设计2.1硬件介绍2.1.1 核心部件8088微处理器8088是Intel公司的微处理器，拥有20位地址总线和8位数据总线。完成对各个元件命令的控制，数据的运算和存储控制，是整个防碰撞控制控制器设计中的核心部件。2.1.2模数转换单元ADC0809ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式A/D转换器，内部结构如图所示，它由8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型A/D转换器、逐次逼近寄存器、逻辑控制和定时电路组成。2.1.3数模转换单元DAC0832DAC0832是8分辨率的D/A转换集成芯片。与微处理器完全兼容。这个DA芯片以其价格低廉、接口简单、转换控制容易等优点，在单片机应用系统中得到广泛的应用。D/A转换器由8位输入锁存器、8位DAC寄存器、8位D/A转换电路及转换控制电路构成。2.1.4 计时芯片8253intel8253是NMOS工艺制成的可编程计数器/定时器，有几种芯片型号，外形引脚及功能都是兼容的，只是工作的最高计数速率有所差异，例如8253（2.6MHz），8253-5(5MHz)8253内部有三个计数器，分别称为计数器0、计数器1和计数器2，他们的机构完全相同。每个计数器的输入和输出都决定于设置在控制寄存器中的控制字，互相之间工作完全独立。每个计数器通过三个引脚和外部联系，一个为时钟输入端CLK，一个为门控信号输入端GATE，另一个为输出端OUT。每个计数器内部有一个8位的控制寄存器，还有一个16位的计数初值寄存器CR、一个计数执行部件CE和一个输出锁存器OL。2.1.5 8255A并行口扩展单元Intel 8086/8088 系列的可编程外设接口电路（Programmable Peripheral Interface)简称 PPI，型号为8255（改进型为8255A及8255A-5），具有24条输入/输出引脚、可编程的通用并行输入/输出接口电路。它是一片使用单一+5V电源的40脚双列直插式大规模集成电路。8255A的通用性强，使用灵活，通过它CPU可直接与外设相连接。2.1.6译码器74LS13874LS138 为3 线8 线译码器，当一个选通端（E1）为高电平，另两个选通端（(/E2)和/(E3)）为低电平时，可将地址端（A0、A1、A2）的二进制编码在Y0至Y7对应的输出端以低电平译出。比如：A2A1A0=110时，则Y6输出端输出低电平信号。138译码器主要用来对各个芯片的地址进行选择。本试验箱内部连线已固定。8255A的A,B,C控制口地址分别为：FFD8H,FFD9H,FFDAH,FFDBH;ADC0809。数码管字位口地址为FFE0H字形口地址为FFDCH。ADC0809地址为FFE0H-FFE3H。DAC0832地址为FFE4H-FFE7H。8253计时器地址为FFE8H-FFEBH。2.1.7电子音响驱动电路（蜂鸣器）2.1.8 距离传感器MA40EIS超声波发射器，MA40EIR超声波接收器。超声波距离传感器采用压电元件锆钛化铅，一般称为RZT，这种传感器的特点在于具有方向性，传感器用蜂鸣器的纸盒为椭圆形，目的是使传感器的水平特性宽，而且垂直方向受到限制。超声波距离传感器是利用“回声”现象制成汽车所用的倒车声纳系统，倒车时想车辆后方发射超声波，测定超声波遇到障碍物后返回的时间，再把这一时间置换成距离再通过转换电路输出连续变化的电压。8088CPU控制单元距离传感器车速测量单元系统自保护报警单元距离显示单元制动单元ADC08098255A系统启动开关8253计时器DAC08322.2 实际电路原理框图第三章 模拟实验ADC0809DAC083282538088CPU数码管8255A模拟量开关蜂鸣器直流电机发光二极管开关3.1模拟电路原理框图3.2模拟电路连线图第四章 软件设计开始开关打开？启动ADC0809模拟量转为数字量送至al16进制数转为10进制在数码管显示设置8255A控制字采集开关量采集量100?设置8253控制字8255A输出高低电平灭灯超时？蜂鸣器报警计时停止输出数字量至DAC0832电机减速输出数字量至DAC0832电机全速运转4.1 主程序流程图YYNN4.2程序代码code segmentassume cs:code,ds:codeorg 1300hstart:mov dx,0ffe0hmov al,00hout dx,almov cx,0ffhloop $in al,dxlea bx,tablelea di,savemov di,almov al,04hmov dx,0ffddhout dx,almov al,dimov ah,00hmov bl,100div bllea bx,tablexlat tablemov dx,0ffdchout dx,almov cx,0ffhloop $mov al,02hmov dx,0ffddhout dx,almov al,ahmov bl,10mov ah,00hdiv bllea bx,tablexlatmov dx,0ffdchout dx,almov cx,0ffhloop $mov al,01hmov dx,0ffddhout dx,almov al,ahxlatmov dx,0ffdchout dx,almov cx,0ffhloop $mov dx,0ffebhmov al,30hout dx,al ;8253控制字0方式，0计数器mov dx,0ffdbh ;8255控制字 A,C输出，B输入mov al,82hout dx,almov dx,0ffd9hin al,dx ;pb0端口检查开关状态test al,01hjnz l1mov al,0ffhmov dx,0ffe8hout dx,alout dx,al ;输出计数值mov al,01h;pa0输出打开8253gatemov dx,0ffd8hout dx,almov al,0ffh;防撞系统关闭jmp l2l1:mov dx,0ffd8hmov al,00hout dx,al ;关闭8253gatemov al,di ;防撞系统开启l2:mov dx,0ffe4hout dx,aljmp starttable db 0c0h,0f9h,0a4h,0b0h,099h,092h,082h,0f8h,080h,090h,088h,083h,0c6h,0a1h,086h,08ehsave db ?code endsend start4.3软件调试1.按实验图连接线路。2.打开电源，双击“Intel8088微机试验系统”，并输入编好的程序。3.进行编译，连接，装载，如果有错误根据提示返回源程序修改，直到没有错误为止。4.运行程序：1）启动后调节模拟量旋钮，观察LED灯组，数码管和直流电机工作情况。2）拨动开关，再调节旋钮，数码管正常显