电气电子毕业设计192湖南工学院超声波测距报警系统设计
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电气电子毕业设计192湖南工学院超声波测距报警系统设计,毕业设计论文
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湖南工学院 毕业设计说明书 设计课题： 超声波测距报警系统 系 部： 电气与信息工程系 专 业： 电子信息工程技术 班 级： 姓 名： 学 号： 指导老师： nts 毕业设计（ 论文）任务书 一、课题名称：超声波测距报警系统 二、设计时间： 10周 1下达任务书、学生收集资料、熟悉毕业设计课题（ 1周）； 2总体方案设计（ 2周）； 3电路设计和软件编制（ 4周）； 4电路制作和调试（ 2周）； 5编写毕业设计说明书（ 1周）； 6教师评阅设计，学生进行总结、准备答辩（ 0.5周）； 7毕业设计答辩（ 0.5周）； 三、设计任务 设计一超声波测距装置 四、技术要求 1. 超声测距传感器作用距离为 0.2-30 米。 2可以分为大、中、小三种量程。其中，小量程探测距离小于 2m，工作频率 在 60-300kHz 之间 ;中量程探测距离约为 2-lOm，工作频率在 40-60kHz之间 ;大量程探测距离约为 20-3Om，工作频率处在 16-30kHz 之间。 3 LED或 LCD显示，报警距离可设置。 4扩展功能：可用于汽车测速。 五、指导教师：雷军 六、毕业设计参考资料： 1 谢自美，电子电路设计，华中理工出版社期 2000 2单片机原理与接口技术，北航出版社， 1999.4； 3李翰荪主编，电路分析 M，北京：中央广播电视大学出版社； 4杨素行主编，模拟电子技术基础简明教程 M，北京：高 等教育出版社，1998.10； 5全国大学生电子设计竞赛作品选， 1999 年； 6电子系统设计，浙江大学出版社 2000； nts 摘 要 本设计从实验研究分析的角度，分析了 大作用 超声波测距系统的基本设计原理 。 较详细的介绍 大作用 超声波测距系统以及根据该系统设计，研制汽车倒车防撞报警器 ，现场机器人 ，以及能自动检测障碍物的距离。它是一种时实检测前方障碍物的测距系统，当达到极限位置的时候，它能发出声报警。 文章以增大超声测距系统的作用距离为主要目标，对超声换能器的机械结构、驱动电源、接收电路和信号处理算法等各个 方面，展开了研究与实验验证，设计且成功实现了大作用距离超声测距系统 。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，在这所用的测距系统利用超声波距离传感器的 “ 回声 ” 现象制成的，倒车时向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，就可以得到车到障碍物的距离。 首先，文章研究了压电效应及压电超声换能器，设计了一种大作用距离超声换能器。其次，文章通过理论推导计算，设计了一种新型超声换能器驱动电源，一种单电源、带 AGC 的回波接收电路，扩大了超声信号处理的动态范围。利用 Nl 数据采集卡搭建了超声测距系统。 关键词 ：超声波，大作用距离，新型电源， 脉冲回波法 。 nts Abstract This design from the experimental study analysis angle, hasanalyzed the major function ultrasonic ranging system basic designprinciple. The more detailed introduction major function ultrasonicranging system as well as acts according to this system design,develops the automobile back-draft proximity warner, the scene robot,as well as can the automatic detection obstacle distance. It is frontone kind of time solid examination the obstacle range measuringsystem, when achieved limiting position time, it can send out thesound to report to the police. The article increases the supersonicrange measuring system the range coverage primarily to want the goal,to the ultrasonic transducer mechanism, actuates the power source, theaccepting circuit and the signal processing algorithm and so on eachaspect, has launched the research and the experiment confirms, thedesign also the success realized the writings with to be away from thesupersonic range measuring system. whenback-draft launches the ultrasonic wave to the vehicles behind, afterthe determination ultrasonic wave meets the time which the obstaclereturns, may obtain the vehicle to the obstacle distance. First, thearticle has studied the piezoelectric effect and the piezoelectricityultrasonic transducer, designed one kind of writings with to be awayfrom the ultrasonic transducer. Next, the article through the theoryinferential reasoning computation, designed one kind of new ultrasonictransducer to actuate the power source, supersonicrange measuring system using the Nl data acquisition card. Key word: The ultrasonic wave, the writings use the distance, newpower source, pulse echo law. nts 目 录 第 1章 绪 论 . - 7 - 1.1 超声波测距研究意义及发展概况 . - 7 - 1.1.1 超声波测距系统研究的意义 . - 7 - 1 .2 超声波特性及 超声换能器现状 . - 8 - 1 2.1 超声波及其特性 . - 8 - 1.2.2 超声换能器现状 . - 10 - 1.2.3 本课题设计目的及简介 . - 11 - 第 2章 超声波测距系统的原理及设计方案 . - 12 - 2.1超声波发生器及测距原理 . - 12 - 2.1.1 超声波发生器 . - 12 - 2.1.2、压电式超声波发生器原理 . - 12 - 2.1.3超声波测距原理 . - 13 - 2.2 方案的设计 . - 13 - 2.3 超声波的电路设计 . - 15 - 2.3.1 AT89C52 的简介 . - 15 - 2.3.2 前置放大电路 . - 17 - 2.3.3 复位电路 . - 17 - 2.3.4 时钟电路 . - 18 - 2.3.5 报警电路 . - 19 - 2.3.6键盘电路 . - 19 - 2.4 超声波发射与接收电路 . - 21 - 2.4.1 发射部分 . - 21 - 2.4.2 接收电路 . - 22 - 2.4.3 带通滤波器 . - 23 - 2.4.4温度检测电路 . - 24 - 2.4.5 发射接收模块总原理图 . - 25 - 第 3章 软件设计 . - 26 - 3.1主流程图 . - 26 - 3.2温度读取 程序 . - 27 - 3.3 LCD显示流程图 . - 28 - 3.4外中断服务程序 . - 28 - 3.5 超声波发射程序 . - 29 - 第 4章 调试说明误差分析 . - 30 - 4.1软件调试和硬件调试 . - 30 - 4.1.1软件调试 . - 30 - 4.1.2 硬件调试 . - 31 - 4.2 误差分析 . - 32 - 4.2.2 超声波波束入射角的影响 . - 32 - nts 4.2.3 超声波传播速度的影响 . - 33 - 4.3实测比较 . - 34 - 结束语 . - 35 - 参考文献 . - 36 - 附 录 1 源程序 . - 37 - 附录 2 总电路图 . - 44 - 致 谢 . - 45 - nts 第 1 章 绪 论 由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量，如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求，因此在移动机器人的研制上也得到了广泛的应用。 1.1 超声波测距研究意义及发展概况 由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因 而超声波经常用于距离的测量，如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求，因此在移动机器人的研制上也得到了广泛的应用。 下面就介绍一下超声波测距研究意义及发展概况。 1.1.1 超声波测距系统研究的意义 道路交通事故是现代社会的一大公害 ,与之相关的先进安全技术研究日益受到重视。基于智能交通系统的汽车防撞系统是先进安全技术的一项重要内容 ,国内外相继开展了相关的研究 ,但迄今为止在该领域还存在许多尚未解决的问题。探 讨和研究一种在高速公路汽车防撞系统。在正常行驶时 ,该系统不报警 ,当自车与前车之间的距离小于所设定的安全距离并有可能发生碰撞时 ,该系统将发出报警信息 ,提醒驾驶员采取相应的措施 ,以避免碰撞事故的发生。高速公路汽车防撞系统的研究符合国内外汽车智能化的发展趋势 ,该系统的应用可以保证高速运行车辆的安全性 ,提高公路运输效率 ,具有广泛的应用前景和经济前景。 特别是在空气测距中，由于空气中波速较慢，其回波信号中包含的沿传播方向上的结构信息很容易检测出来，具有很高的分辨力，因而其准确度也较其它方法为高。如今，超声测距技术在国 防、汽车工业、公路监测及日常生活中也无处不在。 nts 1.1.2 超声波测距系统国内外发展的概况 迄今为止，国内外许多学者均着眼于测距传感器的研究。能够全天候工作的毫米波雷达是最为理想的测距传感器，这己是目前国际上公认的结论。超声测距传感器也可以全天候工作，而且价格低廉、便于安装使用，也是一种较为理想测距传感器。因此，倘若不考虑从国外进口价格昂贵的毫米波雷达，那么，超声传感器的作用距离问题，就成了当前开发超声测距系统的瓶颈制约。根据声学理论，超声换能器的机电能量转换效率、超声波传播过程的能量衰减和回波接收电路的处理增益是影响超声传感器作用距离的主要因素。因此，为扩大超声测距的范围，不能仅仅依赖于大功率超 声测距传感器，还必须从以下两个方面采取措施：其一、优化换能器的机械结构、电子线路和机电阻抗匹配参数，以提高换能器的机电能量转换效率；其二、增加滤波电路或采用基于微处理器的自适应噪声抵消器对回波信号进行预处理，增大后续信号处理算法的处理增益，以提高超声测距仪的输出信噪比。只有这样，才可能研制出功耗低、量程大（ 20 40m）而且价格低廉的超声测距系统。 毋庸置疑，大 作用距离超声传感器的研制成功，不仅有益于促进科技进步、加快国内超声测距系统的开发进程，而且具有相当广阔的市场前景。 1 .2 超声波特性及超声换能器现状 具备发送和接收超声波功能的装置，称为超声换能器，习惯上称为超声传感器或超声波探头。下面，简要介绍一下超声波特性和超声换能器现状。 1 2.1 超声波及其特性 超声波具有较好的指向性 频率越高，指向性越强。这在诸如探仿和水下声通讯等应用场合是主要的考虑因素。频率高时，相应地波长将变短，因而波长可与传 播超声波的试样材料的尺寸相比拟。甚至波长可远小于试样材料的尺这在厚度尺寸很小的测量应用中以及在高分辨率的探伤应用中是非常重要的。 超声波用起来很安静 ,这一点在高强度工作场合尤为重要。这些高强度的工作用可闻频率的声波来完成时往往更有效，然而遗憾的是，可闻声波工作时所产生的噪nts 声令人难以忍受，有时甚至是对人体有害的超声波的应用被严格地区分为低强度应用和高强度应用两类”。在低强度应用类中，超声波或是用来研究试样材料的特性，或是用来作为控制手段。绝大多数情况是被测材料本身经受不起结构上的持久变形或是经受不起化学特 性上的变化，才采用低强度超声波作为测试手段的。许多低强度应用场合中所用的超声波，其频率都很高，典型的工作频率是在兆赫兹的范围内，而其声功率的范围则较宽，一般可从数微瓦到数十毫瓦。在高强度应用类中，超声波通常是用来改变它所通过的物质的性质。高强度应用几乎总是在低频的情况下进行的，通常就把工作频率选在刚好高出可闻声频的上限处，而其声功率则可以从数毫瓦至上千瓦。 现代声学已经涵盖了从“ 104 1014 ” Hz 的频率范围，相当于从大约 3 小时振动一次的次声到波长短于固体中原子间距的分子热振动，即跨越了 10 “量级的宽广频段。振动频率在 16Hz 20kHz 之间的机械波，能为人耳所闻，称为声波；低于 16Hz 的机械波，称为次声波；高于 20kHz 的机械波，称为超声波，而高于 100 MHz 的机械波，则称之为特超声波。 由于人耳听域有限，所以在自然界中似乎超声不存在，其实超声是广泛存在的。人耳听到的声音只是自然界声音的一部分，即可听声部分，而 即使是可听声部分的声音，有时仍然含有超声成分，只是人耳听不到。 比如：自然界中许多动物发出的声音中就含有超声成分，蝙蝠是最出名的。它可以利用超声进行探测洞穴、捕获昆虫，人类从 18 世纪就开始研究它，一直延续至今，并利用仿生学的原理制造出雷达等探测工具。在我国，解放前超声的研究是个空白。解放后不久，出现了很少量的超声学研究。大规模的超声研究开始于 1965 年。到目前，我国在超生学的各个领域都开展了研究和应用。有不少的项目和成果达到了国际水平。 同其它 声波一样，超声波的传播速度取决于介质密度和介质的弹性常数。在大气条件下，超声波在相同传播介质中的传播速度是一样的，而且，在相当大的频率范围内，声速是固定不变的。空气中的声波传播速度 c 可近似地表示为 10 ； C 331.416.27316.273 T 331.4+0.6T(m/s) (1.1) nts 其中 T 是空气介质的温度（ C ）。因为声波是借助于传播介质中的质点运动而传播的，其传播方向与其振动方向一致，所以空气中的声波属于纵向振动的弹性机械波。在理想介质中，描述简谐声波向 x 正方向传播的质点位移运动可表示为： S(t)=A(x)cos( t+kx)=A0eax cos( t+kx) (1.2) 式中， s (t）表示质点的位移； A0是振动初始条件决定的常数； ， t 分别表示角频率和时间； x 为声波的传播距离（也称为射程） ; k = / c 称为波数；a 为衰减系数。由此可见，在传播过程中声波的振幅 A (x)将随距离 x 的增加而呈指数形式衰减。衰减系数与声波频率及传播介质的关系为 10 2e fA (1.3)其中， A0为介质常数，在空气中， A0 2 1110 (s 12m ), f 是声波的振动频率。例如，当 超声波的振动频率为 25kHz 时， 1/ 80m 。其物理意义是：超声波在空气介质中传播，因空气分子运动摩擦等原因，能量被吸收损耗，在声波的传播距离等于 1/ 时，声波振幅将衰减到初始值的 1/e 倍。显然，声波频率愈高，声能被吸收衰减愈大，声波的传播距离愈小；反之，声波频率愈低，声能的吸收衰减愈小，声波的传播距离就愈大。声波的另一种重要的性质是：波的频率 越高，波束越窄，声波定向传播（或称为直线传播）和反射能力越强，其能量远远大于振幅相同的低频声波。 超声波的特性除了与其谐振频率有关，还与发射换能器的辐射面积有关。换能器的辐射面积越大，超声波的波束角就越小。因此，在设计大作用距离超声测距传感器时，必须选用恰当的换能器工作频率和换能器辐射面积 1.2.2 超声换能器现状 换能器就是进行能量转换的器件，是将一种形式的能量转换成另一种形式的装置。通常所说的换能器一般都是指的电声换能器。用来发射声波的换能器叫发射换能器。换能器处在发射状态时，将电能转换成机械能，再转 换成声能。用来接受声波的换能器叫接收器。换能器处在接受状态时，将声能转换成机械能，再转换成电能。一般情况下，换能器既能用来发射，也能用来接收。通常换能器都nts 有一个电的储能元件和一个机械振动系统。按照实现机电转换的物理效应的不同，可将换能器分成：电动式、电磁式、磁致伸缩式、电容式、压电式和电磁致伸缩式等。 1.2.3 本课题设计目的及简介 本次超声波测距仪的设计要求： 1. 超声测距传感器作用距离为 0.2-30 米。 2可以分为大、中、小三种量程。其中，小量程探测距离小于 2m，工作频率在 60-300kHz之 间 ;中量程探测距离约为 2-lOm，工作频率在 40-60kHz之间 ;大量程探测距离约为 20-3Om，工作频率处在 16-30kHz之间。 3 LED或 LCD 显示，报警距离可设置。 本课题以研制功耗低、体积小、作用距离大而且价格低廉的超声测距系统为目标，对超声换能器的机电特性、机械结构、发射与接收电路、机电阻抗匹配、超声测距处理方法等各个技术专题，现将论文中各个章节的主要内容简要介绍如下： 第一章以论文的研究背景与现实意义为核心，介绍了测距传感器概况，重点阐述了研制超声传感器的关键技术和各种超声波测距处 理方法，简要介绍了超声测距在各个领域的应用。 第二章具体介绍了 超声波测距系统的原理及设计方案。 和各个电路的原理图。 第三章介绍了软件设计个主要的流程图。 第四章主要说明了软件和硬件的设计。 第五章的重点是总结全文的主要研究成果，并指出进一步研究工作可以采取的措施和应当注意的问题。 nts 第 2 章 超声波测距系统的原理及设计方案 2.1 超声波发生器及测距原理 超声波发生器的可分几大类，本节介绍压电式发生器的原理和超声波测距的原理。 2.1.1 超声波发生器 为了研究和利用超声波，人们 已经设计和制成了许多超声波发生器。总体上讲，超声波发生器可以分为两大类：一类是用电气方式产生超声波，一类是用机械方式产生超声波。电气方式包括压电型、磁致伸缩型和电动型等；机械方式有加尔统笛、液哨和气流旋笛等。它们所产生的超声波的频率、功率和声波特性各不相同，因而用途也各不相同。目前较为常用的是压电式超声波发生器。 2.1.2、压电式超声波发生器原理 压电式超声波发生器实际上是利用压电晶体的谐振来工作的。超声波发生器内部结构如图 2-1 所示，它有两个压电晶片和一个共振板。当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶 片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，便产生超声波。反之，如果两电极间未外加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，这时它就成为超声波接收器了。 图 2-1 超声波传感器结构 nts 2.1.3 超声波测距原理 在超声探测电路中，在发射端得到输出脉冲为一系列方波，这一系列方波的宽度为发射超声与接收超声的时间间隔，显然被测物距离越大，脉冲宽度越大，输出脉冲的个数与被测距离成正比。超声测距大致有以下方法： (1)取输出脉冲的平均值电压，该电压 (电压的幅值基 本固定 )与距离成正比，测量电压即可测得距离； (2)测量输出脉冲的宽度，即发射超声波与接收超声波的时间间隔 t。因此，被测距离为 S=1/2vt。 本测量电路采用第二种方案。 由于超声波也是一种声波，其声速 C与温度有关，附表列出了几种不同温度下的声速。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。 表 2-1 温度与声速变化 2.2 方案的设计 我们做的是基于单片机的超声波测距仪。用单片机控制超声波的发射、接受电路以及进行数据处理，再用液晶显示屏进行数据的显示。因为声音的速度会随着温度的变化而改变，所以，我们增加了温控装置，即通过温度传感器（ 18B20），把当前的温度信息传给单片机，再通过一定的算法，得到当前的声音速度。操作者可以通过几个简单的按键完成测量方式的选择（实时监测、手动测量）。 由单片机产生一个信号，经过信号线 ，把信号引入到与超声波发射器相连的信号引脚上，在由 超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到温度（ o C） -30 -20 -10 0 10 20 30 100 声速（米 /秒） 313 319 325 323 338 344 349 386 nts 反射波就立即停止计时。超声波在空气中的传播速度为 340m/s，根据计时器记录的时间 t，就可以计算出发射点距障碍物的距离 (s)，即： 2/CTD 其中， D为换能器与障碍物之间的距离， C为波声传播速度， T 为超声波发射到返回的时间间距。原理框图如下： 图 2-2 总原理框图 本 次设计包含硬件设计与软件设计两部分，根据设计任务要求，采用AT89C52单片机，配置时钟电路，复位电路构成单片机最小系统，由模拟电路和数字电路构成超声波发射、接收模块。由键盘， LED显示构成人机对话通道，以及温度传感器来构成由单片机最小系统来控制的超声波测距仪，其结构框图如下： 2-3 图总结构框图 单片机最小系统 发射、接收 （模拟电路） 信号保持 （数字电路） 温度传感器 按键、LCD显示 开 始 测 量 超声波信号 开定时器 关定时 器 数据运算 显示器 接收检测 电声换能器 电声换能器 驱动电路 nts 2.3 超声波的电路设计 本系统的特点是利用单片机控制超声波的发射和对超声波自发射至接收往返时间的计时 。介绍个电路的电路图和简介。 2.3.1 AT89C52 的简介 AT89C52 是一个低电压，高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 8k bytes 的可反复擦写的只读程序存储器（ PEROM）和 256 bytes 的随机存取数据存储器（ RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准 MCS-51 指令系统，片内置通用 8 位中央处理器和 Flash 存储单元，功能强大的 AT89C52单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。 AT89C52 有 40 个引脚， 32 个外部双向输入 /输出（ I/O）端口，同时内含 2个外中断口， 3 个 16 位可编程定时计数器 ,2 个全双工串行通信口， 2 个读写口线，AT89C52 可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和 Flash 存储器结合在一起，特别是可反复擦写的 Flash 存储器可有效地降低开发成本。 AT89C52芯片的管脚、引线与功能 AT89C52芯片图如图 2-4： (1)引脚信号介绍： P00 P07 ： P0口 8位双向口线 P10 P17 ： P1口 8位双向口线 图 2-4AT89C52 芯片图 nts P20 P27 ： P2口 8位双向口线 P30 P37 ： P3口 8位双向口线 EA 访问程序存储器控制信号：当 EA 信号为低电平时，对 ROM 的读操作限定在外部程序存储器；而当 EA 信号为高电平时，则对 ROM的读操作是从内部程序存储器开始，并可延至外部程序存储器。 ALE地址锁存控制信号：在系统扩展时， ALE用于控制把 P0口输出低 8位地址锁存起来，以实现低位地址和数据的隔离。此外由于 ALE是以晶振六分之一的固定频率输出的正脉冲，因此可作为外部时钟或外部定时脉冲作用。 PSEN 外部程序存储器读选取通信号：在读外部 ROM时 PSEN 有效（低电平），以实现外部 ROM单元的读操作。 XTAL1和 XTAL2外接晶体引线端：当使用芯片内部时钟时，此二引线端用于外接石英晶体和微调电容；当使用外部时钟时，用于拉外部的时钟脉冲信号。 RST复位信号：当输入的复位信号延续 2个机器周期以上高电平时即为有效，用以完成单片机的复位初始化操作。 VSS：地线 VCC： +5V电源 （ 2） P3口的第二功能如表 2-1 表 2-1 P3 口的第二功能 口线 第二功能 替代的专用功能 P3.0 RXD 串行输入口 P3.1 TXD 串行输出口 P3.2 0INT 外部中断 0 P3.3 1INT 外部中断 1 P3.4 T0 定时器 0的外部输入 P3.5 T1 定时器 1的外部输入 P3.6 WR 外部数据存储器写选通 nts 2.3.2 前置放大电路 . 考虑到超声换能器的输出电阻比较大，因此前置放大器必须有足够大的输入阻抗。前置放大电路是一个精密、高输入阻抗仪表放大器 AD620 构成的精密放大器，如图： A D 6 2 0 驱 动电 路J1D 2D pR GRC-+R e f e r e n c eoV图 2-5 前置放大电路 AD62O 是一种电阻可编程的放大器，其内部是由三运放组成的仪表放大器结构，内部的电阻经激光技术校准，整个放大器具有很高的精度和共模抑制比，其增益范围在 1 1000 之间，由管脚 1 、 8 之间的电阻调节，增益公式为： G= 1R k4.49 G （ 2.1）由 于在此采用了收发同体传感器，因而收发信号之间要产生干扰，较大的发送信号能量有可能直接进入接收电路，它要比回波大得多，因此，前级放大器会饱和，电路工作不稳定，为此，接收信号放大器的输入端要接入一对互为反向的二极管进行箱位，以保护后面的放大电路。 此外，当换能器从发射状态切换到接收状态的瞬间，其输出电压较高，但阻抗也高，易受噪声 影响，故通常需要接入一个偏流电阻凡。注意，凡的阻值不能太小，否则，换能器上的感应电荷将通过它快速地放电，从而影响超声波接收电路的灵敏度；同时，凡的值也不能取得太大，以避免外部噪声在接收电路中得到进一步的放大。实验证明，凡取 lookn 比较合适。 2.3.3 复位电路 复位电路是使单片机的 CPU 或系统中的其他部件处于某一确定的初始状态，并从这上状态开始工作。 （ 1）单片机常见的复位电路 nts 通常单片机复位电路有两种：上电复位电路，按键复位电路。上电复位电路：上电复位是单片机上电时复位操作，保证单片机上电后立即进入 规定的复位状态。它利用的是电容充电的原理来实现的。按键复位电路：它不仅具有上电复位电路的功能，同时它的操作比上电复位电路的操作要简单的多。如果要实现复位的话，只要按下 RESET 键即可。它主要是利用电阻的分压来实现的 在此设计中，采用的按键复位电路。按键复位电路如图 2-6 所示： （ 2）复位电路工作原理 上电复位要求接通电源后，单片机自动实现复位操作。上电瞬间RESET引脚获得高电平，随着电容的充电， RERST引脚的高电平将逐渐下降。 RERST引脚的高电平只要能保持足够的时间（ 2个机器周期），单片机就可以进行 复位操作。 上电与按键均有效的复位电路不仅在上电时可以自动复位，而且在单片机运行期间，利用按键也可以完成复位操作。 故本设计选用第二种上电复位与按键均有效的各单位电路。 2.3.4 时钟电路 时钟电路用于产生单片机工作所需要的时钟信号，而时序所研究的是指令执行中各信号之间的相互关系。单片机本身就如一个复杂的同步时序电路，为了保证同步工作方式的实现，电路应在唯一的时钟信号控制下严格地作。 （ 1）时钟信号的产生 单片机内部有一个高增益反相放大器，其输入端为芯片引脚 XTAL1，其输出端为引脚 XTAL2。而在芯片 的外部， XTAL1 和 XTAL2 之间跨接晶体振荡器和微调电容，从而构成一个稳定的自激振荡器。 图 2-6 复位电路图 nts 电容器 C1和 C2 的作用是稳定频率和快速起振，电容值的范围在 5pF 30pF,典型值为 30pF。晶振的频率通常选择两种 6MHz和 12MHz。只要在单片机的 XTAL1 和XTAL2 引脚外接晶体振荡器就构成了自激振荡器并在单片机内部产生时钟脉冲信号。 （ 2）时钟振荡电路如图 2-7 所示： 2.3.5 报警电路 把 “ 单片机系统 ” 区域中的 P1.0 端口用导线连接到 “ 音频放大模块 ” 区域中的 SPK IN 端口上 ， 在 “ 音频放大模块 ” 区域中的 SPK OUT 端口上接上一个 8欧或者是 16欧的喇叭 。音频放大模块由 LM386 组成。报警电路如图 2-8所示： V c c3274 8156I N +I N -B Y P A S SG N DV SV o u tG A I NG A I NL M 3 8 6U 4P1 . 0R 81 0 kR 94 7 0R 1 01 0C 60 . 0 4 7 u FC 4 1 0 u FC 50 . 1 u FC 74 7 u F图 2-8 报警电路 当 LED 显示所测定的转速超过限定的的速度时 报警 信号 从 P1.0 端口输出，产生方波频率 ， 方波从 P1.0 输出 0.2 秒，接着 0.2 秒从 P1.0 输出电平信号， 经音频放大模块 放大，送入喇叭产生 报警声 。 2.3.6 键盘电路 键盘电路是很多设计中很重要的组成部 分。它主要是输入设备。 单片机应用系统中键盘有独立式和行列式两种。 独立式键盘：独立式键盘中，每个按键占用一根 I/O 口线，每个按键电路相对独立。 I/O 口通过按键与地相连， I/O 口有上拉电阻，无键按下时，引脚端为1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um be r R e vi s i onS i z eBD a t e : 5- M a y - 2004 S he e t of F i l e : C : D oc um e nt s a nd S e t t i ngs 123 M y D oc um e nt s M y D e s i gn.ddbD r a w n B y :C130pFC230pFY16M H zX T A L 2X T A L 1图 2-7 时钟振荡电路 nts 高电平，有键按下时，引脚电平被拉低。 I/O 口内部有上拉电阻时，外部可不接上拉电阻。 行列式键盘：行列式键盘键数比较多，从按一个键到键功能被执行主要包括两项工作：一是键的识别，即在键盘中找出被按的是那一个键，另一项是键功能的实现，第一项是接口电路来实现的，而第二项是通过执行中断服务程序来实现的。具体来说 ，键盘借口应完成以下操作功能： 键盘扫描，以判断是否有键按下。 键识别，以来确定闭和键的行列位置。 产生闭和键的键码。 排除多键，串键以及抖动。 本次设计中采用的是独立式键盘，键盘电路图如图 2-9 所示： 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um be r R e vi s i onS i z eBD a t e : 29 - M a y - 20 07 S he e t of F i l e : C : D oc um e nt s a nd S e t t i ng s A dm i ni s t r a t or 桌面 超声波测距 .D D BD r a w n B y :E A / V P31X119X218R E S E T9RD17WR16I N T 012I N T 113T014T115P 101P 112
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