1、意或於科訪無也庇GuangDong Polytechnic Normal University單片機課程設計設計報告說明書設計題目：汽車距離自動測定系統課程名稱：單片機課程設計所在院系：機電學院姓名：路小娃班 級:13機電師學號： 2指導教師：楊永小組成員：林韓路小娃黎桂雄日 期：2015年12月23日目錄第1章 系統總體設計方案11一、設計目的及意義11二、設計報告11L設計題目：112主要功能、作用：11工主要技術性能指標：11£設計方案11色設計方案選擇12第2章硬件系統132.1 .硬件系統的基本結構和原理圖132.2 紅外收發模塊142.3 語音報警模塊142.4 LCD顯

2、示模塊152.5 AT89c52單片機概述162.6 按鍵模塊17第3章軟件設計183.1 程序流程圖18第4章 系統軟硬件調試203.2 硬件調試203.3 軟件調試203.4 測試結果繪圖204.5 調試中遇到的問題21結論22參考文獻23附錄24附錄一程序24附錄二使用元器件一覽表33附錄三心得34第1章 系統總體設計方案一、設計目的及意義1 .在學習了單片機原理及開發這門課程之后，通過理論及實踐結合的方式， 加深對理論知識的理解，啟發思維。2 .通過一個簡單、完整的設計，讓大家熟悉設計步驟，將理論應用于實際，增強 應用能力，鍛煉動手能力。3 .加深同學之間的了解，促進大家團結互助的精神

3、。二、設計報告1 .設計題目：汽車距離自動測定系統2 .主要功能、作用：1）設計一傳感器系統，要求可以測定車輛前、后方距離。2）當車輛前、后方的距離達到一定值時，自動用語音報告距離的變化：3）隨著距離的縮短，報告的聲音要有一定的節奏變化。3.主要技術性能指標：1）驅動電路的運行狀況；2）測距系統的測量準確度；3）顯示和語音播報的準確度。4.設計方案方案一1）設計紅外傳感收發模塊測距，STC12c5A60S2單片機作為主控模塊；2）設定報警閾值（設定50CM,可用鍵盤調整閾值），隨著距離的縮短，改變 蜂鳴器響的頻率實現節奏變化；3）利用AT89C52的P1 口 AD轉換功能，ISD1820語音播

4、放距離，并用 LCD 1602顯示其距離值。方案二1）超聲波測距器的系統設計，STC12c5A60s2單片機作為主控模塊；2）用動態掃描法實現LED數字顯示，超聲波驅動信號用單片機的定時器完 成；3）單片機使用P1.0端口輸出超聲波轉化器所需的40KHz方波信號ISD1820 語音播放距離，并用LED數字顯示顯示其距離值。方案三1）激光測距系統設計，STC12c5A60s2單片機作為主控模塊；2）過單片機控制CPLD計時部分開始計時及停止計時，并通過軟件計算控制 LED顯示所測得的被測物的實際距離；3） CPLD計時部分采，40MHz的脈沖信號，單個周期為2.5ns,通過P0 口調 取到單片機

5、的方便，并用LED數字顯示顯示其距離值。5.設計方案選擇我們小組考慮到紅外測距的優點是便宜，易制，安全。激光測距存在諸多缺點，例如需要注意人體安全，且 制做的難度較大，成本較高，而且光學系統需要保持干凈，否則將影響測量。超聲波測距缺點是 精度較低，且成本較高。三者經過相互比較，從經濟和我們所學的知識考慮。紅外測距對我們初學者的鍛煉是大于其 他兩者的。并且紅外測距的電路相對于其他兩者比較容易焊接，容易檢查和修改。第2章硬件系統2.1 .硬件系統的基本結構和原理圖該系統主要由AT89c52芯片，紅外測距傳感器，ISD語音模塊、LCD顯示、電源模 塊及鍵盤接口電路等組成。其主要組成構圖如下：時鐘電路

6、單片機紅外流距模塊懸他轉換電路圖2.1電路結構圖L!3GNDvcc11VCC決L2C 531 291P! 0 Pl 1 P1J Pl 5 Pi PlPLC PlRST P3 0 P3.1 P3 2 P3 5VCC POO P0.1 P0 2 POJ P0 4 P0.5 P0 6 P0?EAV ALE眼 31210Kvc<R2192_ vss T)D VO RS RW END邨).1W4II3LZvcc303556lUb.止6_J01?一 11v一X:KIK“J3g 9S_ 匚 0_-ED上胡29123三ZP/一 rQ30NTW27_28 27VCCILISD132DRd3_4P2.7Tt

7、1)NPN3P3 5 P3« P3 7 XTAL2 JCTALl GNDSTCS9C52RCrx qP2 5P2P2 3 ”2P2 1P2.0_26>S11-3V GPNDvcc15 iLulLCD16Or時ClJL12423uSI, cc-1HL:15PEAKERIiSF:19 a>斡S32VISUB>en aC2TjNDII1IISXV-PB30pFvcc2.2 紅外收發模塊紅外發送管是用于發送信號,經過障礙物將信號反射,紅外接收管接收到反射回來 的信號,然后根據信號強弱將對應的電壓值顯示在顯示模塊上,并將此時的距離記錄下 來。然后整改程序，用紅外收發模塊進行測

8、距，就可在顯示模塊上顯示出紅外接收管 接收的信號強度對應的距離值。GP2Y0A02YK0F紅外測距傳感器20 150cmSG:D Y圖2. 3紅外傳感器結構圖圖2. 4 protel中紅外傳感器如圖2.4所示GP2Y0A02YK0F有3個端口，其中VCC接信號輸入，V0接P1 口，GND 接地線。GP2Y0A02YK0F測量范圍在20cm-150cm之間，測量誤差小于0. 5cm,是一個距 離測量傳感器單元，PSD的集成組合構成（位置敏感探測器），IRED （紅外發光二極 管）和信號原理電路。2.3 語音報警模塊2. 3.1 ISD1820可以播報實時距離圖2.5 ISD1802電路圖2. 3

9、. 2蜂鳴器及LED警示燈警報蜂鳴器，發聲元件。當距離達閾值的時候，蜂鳴器響同時用LED警示燈進行閃爍報警提示。2.4 LCD顯示模塊LCD及單片機的接口電路如圖2.7所示，單片機P0分別接D1-D7,同時接上排阻,而在排阻另一端接上vcc。單片機上的P3.4接E, P3.5接RS,單片機通過P0 口向LCD輸送數據，顯示測得的距離。值得注意的是，P0 口要接上拉電阻來保證對LCD的 成功驅動。2.5AT89C52單片機概述本次課程設計采用的是增強型8051單片機，型號STC12C5A60S2oSTC12C5A60S2/AD/PW系列單片機指令代碼完全兼容傳統8051,但速度快8-12倍。內部

10、集成MAX810專用復位電路,2路PWM, 8路 高速10位A/D轉換（250K/S,即25萬次/秒），針對電機控制，強干擾場合。圖 2. 8 STC12C5A60S2 單片機單片機的時鐘信號用來提供單片機片內各種微操作的時間基準，時鐘信號通常用兩 種電路形式得到：內部振蕩和外部振蕩。本次設計選擇在單片機外接晶體振蕩器構成內 部振蕩方式，片內高增益反向放大器及作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一 起可構成一個自激振蕩器并產生振蕩時鐘脈沖。外接晶體以及電容C2和C1構成并聯 諧振電路，它們起穩定振蕩頻率、快速起振的作用，其值均為30P左右，晶振頻率選11. 0592MHzovcc20p ut

11、NxTwTEX”C2C3X1XTAL113CRYSTAL<rtxr>XTAL2RSTFO.OXADO FO.1XAD1 FO.2XAD2 FO.3XAD3 TO.4XAD4 FO.5XAD5 FO.6XAD6 FO.7/AD7383732R1 1。吐 i1k1k23- SISIPSEN ALE EAP2.0/A8P2.1/A9P22A10P2.3FA11P2.4fA12P2.5fA13P2.6 俄14P2.7fA15212223P1.O/T2P1 1/T2EXP1 2P1.3P1 4P1.5P1.6 P1 7P3.0/RXD P3/1 /TXD P3.2JTMTCT P3.3MFT

12、P34/T0P35/T1P36破P2 .丁麗圖2.9 ST89C52單片機最小系統2.6按鍵模塊此模塊采用4個獨立按鍵來改變報警閾值。按鍵1 (加10CM)接PP4,按鍵2 (減 10CM)接 P05,按鍵 3 (RESET),接 Pl飛，按鍵 4 (RESET),接 Pl"。圖2.10按鍵模塊第3章軟件設計3.1程序流程圖在整個系統運行過程中。當紅外系統被啟動后，首先，對AT89c52單片機進行初 始化。然后，當AT89c52單片機接收到紅外接收電路傳輸的電壓信號后，經A/D轉換程 序，將片外的模擬信號轉換為單片機可識別的數字信號，并經電壓一距離轉換子程序, 將變化的電壓轉換為距離

13、。最后，在動態掃描LCD顯示器上顯示出來。主程序流程圖 如圖3.1所示。與設定值比較讀漓量距離圖3. 1程序流程圖紅外測距系統軟件設計主要由主程序，延時函數，顯示程序函數組成。程序開始，紅外測距主程序第一步將顯示屏1602初始化,并顯示測量開始,笫二 步導入延時程序，并顯示程序，顯示電壓和距離。其次子函數調用，讀A/D并轉換函數 得出電壓值,再調用距離計算函數，得出距離值。此時主函數中顯示函數會將電壓和距離 顯示出來，程序就此結束。此程序中多次使用調用子函數，讀A/D,距離計算函數，算術平均濾波程序構成AD值的采集和計算；LCD忙標志判斷函數，寫數據子函數，寫命令子函數，顯示數 據調整函數，字

14、符串顯示函數，顯示子函數構成顯示函數；1602初始化函數，LCD清 屏函數則構成清屏函數。不過完成程序并不是一次就能成功的，首先要先將AD采集程序寫入單片機中,進 行實驗,將固定距離所采集到的信號強度記錄下來，然后將對應的數據加入程序中，最 后通過紅外模塊進行測量,便可顯示出對應的距離值，主程序是整個程序的基礎，也是 核心。此時距離計算函數才算完成，距離計算函數實際就是測量時得出距離電壓關系, 我們反過來先拿出距離再得出電壓，舉例來說，用卷尺量50CM距離，再用紅外測距 系統來量50cM距離，這時對應50cM距離的電壓記下來。根據這個方法把其它各個 距離的電壓記下來，把這個對應關系變成計算距離

15、的函數，再測距時就可以根據這個 函數來得出距離了。主編毋茂盛 副主編張建平張素君劉行兵圖3.2單片機實物圖第4章 系統軟硬件調試4.1硬件調試紅外測距儀的制作為了使信號穩定，最好給輸入電源加上一個濾波電路，否則顯 示屏上有閃爍，不穩定，會增加誤差，但總體來說不影響結果。在本次設計中，主控 模塊是非常重要的部分，它不僅是本次設計的核心，在本次硬件調試中也遇到了問題， 接上電源的時候，顯示屏不亮，沒有任何顯示，于是我做了如下的工作：(1)檢查電源是否通電，發現指示燈亮著；(2)編程使P1為低電平，檢查到P1輸出為低;(3)檢查P0 口未接上拉電阻，接上顯示屏發亮了。在本次硬件調試中還遇到了顯示屏出

16、顯示，但顯示有很大問題，調節距離后，顯 示還是不變，檢查后發現LCD及vcc沒接好，或RS, RW, E及單片機接觸不良。4.2 軟件調試硬件電路制作完成并調試好后，便可將程序編譯好下載到單片機試運行。根據所設 計的電路參數和程序，測距儀能測的范圍為20cm150cm，測距儀最大誤差不超過 0.5cm。系統調試完后對各個距離進行多次測量，及預定值進行比較，對測量誤差進行 多次實驗分析，不斷調節器件和修改程序使其達到實際使用的測量要求。為了更方便了解電壓及距離之間的關系，我將程序做了些許修改，在顯示距離的基 礎上再把電壓也顯示出來了，這樣結果一目了然。因為電壓及距離之間的關系不是線 性關系，所用

17、用函數來表示會有誤差，于是我將此函數修改，重新測量，每個距離對 應的電壓記錄下來輸入程序，如此一來，測試更加準確，誤差更小了。4.3 測試結果繪圖圖4.1是紅外距離傳感器GP2Y0A02YK0F電壓距離關系圖，圖中所測電壓對應的不同距 離值，圖中橫坐標代表距離，縱坐標是距離電壓值，單位是cm。從圖中可以看出，電 壓及距離并不是線性關系，而是一條相對平滑的曲線。因此結果不一定十分準確，接 近此圖即可。最終的紅外測距系統可以實現20-150cm的近距離測量，測量誤差為0.5cm, 可以計算出被測物體的距離。在測量距離精度方面，還有待于改進。表4.1 電壓距離關系電壓V2. 891.941.471.

18、180. 98測距cm1930415162實距cm20304050604.5 調試中遇到的問題在焊接過程中一些地方出現虛焊等接觸不良的問題，導致顯示不穩定有閃爍。接 線過程中用插針接線容易導致接線松動，沒接到或者接觸不良。環境問題：紅外線在空氣介質的傳播過程中會有很大的衰減，其衰減遵循指數規律。一般情 況下能測150cm,但是空氣介質發生改變，如塵埃過多，導致紅外線強度降低，測量 發生誤差，且測量距離變小。周圍有其他輻射源，并且強度很大時會影響測量結果。對所設計的電路進行測量、校準發現其測量范圍在20cm-150cm內的平面物體做 了多次測量發現，其最大誤差為0. 5cm,且重復性好。該測距儀

19、穩定性比較高、靈敏 度比較高，測量時在紅外線測距儀周闈沒有其它物體。但是在檢測過程中會有一些不 便的地方：1 .測量時在紅外線測距儀和目標物體之間周沒有其它可阻擋的物體，由于是根據 反射能量法，且發射功率有限，反射回來的紅外線能量容易過低而無法采集，測距儀 無法測量150cm外的物體。2 .必須在干凈清新的空氣環境下測量，空氣中一旦塵埃過多，會對反射紅外線強度有 極大的干擾，最終影響計算距離的值。3 .不能夠實現不同溫度下的測距功能。4 .因為超聲波是將空氣作為媒介所以受電磁干擾比較大。紅外線測距儀的原理有兩種：一種是紅外線傳播的時間來計算出傳播距離；一種 是根據發射光的強弱可以判斷所測的距離

20、，由于接收管接收的光強是隨及發光管的距 離變化而變化的，因而，距離近則接收光強，距離遠則接收光弱。由上述的分析知，如果能夠干凈清新的空氣環境,穩定的溫度下，無其它電磁干擾, 阻擋的物體，能夠獲得較高的測量精度。參考文獻1張明峰，PIC單片機入門及實戰，北京航空航天大學出版社2竇振中，PIC單片機應用設計及實例，北京航空航天大學出版社3謝自美，電子線路綜合設計，華中科技大學出版社，2006-64康華光，電子技術基礎：模擬部分（第五版），高等教育出版社，20065潘永雄，沙河.電子線路CAD實用教程M.西安：西安電子科技大學出版社: 2007.6 51單片機C程序設計100例.7康華光主編.電子技

21、術基礎M.第四版.北京：高等教育出版社，19998單片機原理及應用實驗.武漢大學珞珈學院9一種紅外線測距技術的探討10紅外測距傳感器的原理及設計最終版11劉坤，51單片機典型應用開發范例大全中國鐵道出版社12彭偉，單片機C語言程序設計實訓一基于8051+Proteus仿真電子工業出 版社13薛小玲、劉志群、賈俊榮編著單片機接口模塊應用于開發實例詳解北 京航空航天大學出版社201014譚浩強，著C程序設計（第三版）清華大學出版社200515何橋、段清明、邱春玲編著單片機原理及應用中國鐵道出版社200416曲波肖圣兵呂建平編著工業常用傳感器選型指南清華大學出版社200217陳鴻茂編著常用電子器件簡

22、明手冊中南礦業大學出版社2001附錄附錄一程序include <REGX52.H>#definc uchar unsigned char#definc uint unsigned int#definc ADC_POWER 0x80#definc ADC_FLAG 0x10#define ADC_START 0x08#define ADC_SPEEDLL 0x00#define ADC_SPEEDL 0x20#define ADC_SPEEDH 0x40#define ADC_SPEEDHH 0x60uchar code tablet=n0123456789*1;uchar code

23、 table l=nLl=H;uchar code table3=,L2=n;uchar code table2=wSET:,r;sbit deng=P3A3;sbit lcden=P3A4;sbit lcdrs=P3A5;sbit yin=P2A4;sbit dula=P2A7;sbit keyl=P2A0;sbit key2=P2Al;sbit key3=P2A2;sbit key4=P2A3;sfr ADC_CONTR = OxBC;sfr ADC_RES = OxBD;sfr ADC_LOW2 = OxBE;sfrPLASF = 0x9D;int distance_danger=30;

24、int a;int c: int e: int bai.shi.ge;int AD_result=O;int AD_result2=0;int count=0:int beep_count=0;int distancc=0.distance2=0;void delay(uint z)(uint x,y;for(x=z;x>0;x-)for(y=l 10;y>0;y-);)void write_com(uchar com)(lcdrs=O;P0=com;delay(5);lcden=l:delay(5);lcden=0:)void write_data(uchar date)(lcd

25、rs=l;PO=date;delay(5);lcden=l:delay(5);lcden=0;)void init()lcden=0;write_com(0x38);write_com(OxOc);write_com(0x06);write_com(0x01);)void xianshi(int number,int adrcss)(write_com(0x80+adress);/84if (number>999llnumber<=0)(bai=0:shi=O;ge=0;wri te_data(tablefbai);delay(5);write_data(tableshi);del

26、ay(5);wri te_da t a( tab le ge );delay(5);)else if (number>99)(bai=number/100;shi=number% 100/10;ge=number% 100% 10; write_data(tab lefbai);delay(5);write_data(tableshi);delay(5);write_data(tablege);delay(5);)bai=O;shi=number/10;ge=numbcr%10;wri te_data(tab lebai);delay(5);write_data(tableshi);de

27、lay(5);wri te_da ta( tab le ge );delay ；)else(bai=O:shi=O;ge=number;wri te_data( tab le bai );delay(5);write_data(tableshi);delay(5);write_data(tablege);delay(5);)/write_com(0x80+0x42);void keyone()(if(key l=0&&key2=l &&key3= 1 &&a=0)(distance_danger+;a=l；)else if(keyl=l)a=0;

28、void keytwo()(if(key2=O&&key3= 1 &&key 1= 1 &&c=0)(distance_danger-;C=l;)else if(key2=l)(c=0;)void keythree()(if(key3=O&&key 1=1 &&key2= 1 &&c=0)(distance_danger=3O;e=l;)else if(key3=l)(e=0;)void InitADCO(PLASF = Oxff;ADC_RES = 0;/ADC.CONTR = ADC_POWER

29、 I ADC.SPEEDLL I ADC.START I ch;delay(2);)int AD_caculate(char ch)(int result=O;ADC CONTR &= !ADC FLAG:result=ADC_RES:/ch = 0;ADC.CONTR = ADC.POWER I ADC_SPEEDLL I ADC.START I ch;return result;)int pinjun(char ch)(int i;float sum 1=0;int he30;for(i=0;i<20;i+)(he i =AD_caculate(ch);suml+=hei;)

30、sum l=sum 1/20;return AD_caculate(ch);)void beep_tiine(int x)(becp_count+;if(beep_count>x)(beep_count=0;dula=-dula;yin=-yin;int AD_cal(int AD)(float y;if(AD>=98&&AD<140)(y=-0.0045*AD* AD+0.715*AD+3.1;)else/if(AD>=71 &&AD<=98)(y=00344* AD* AD-6554* AD+341.9;)if(y>60)

31、(y=60；)return y; /*/void beep_warning(int xgjnt yg)(if(yg<=distance_danger)(beep_time(yg*3);deng=l;)else if(xg<=distance_danger)beepjime(xg*3);/yin=-yin;deng=l;)else(dula=O;yin= 1 ;deng=O:)void niain()(int aa=0;init();InitADCO;/IE = OxaO;delay ；write_com(0x80+0x40);for(aa=0;aa<3;aa+)(write_

32、data(table laa);delay(5);)delay(5);顯示“ L2="顯示“ SET="write_com(0x80+0x48);for(aa=0;aa<3;aa+)(write_data(table3aa);delay(5);)vrite_com(0x80);for(aa=0;aa<4;aa+)wri te_data( tab lc2 aa );delay(5);)a=0;c=0;e=0;dula=O;yin=l;deng=O;while (count+;keyone()；keytwo();keythree();AD_result=pinjun(O);AD_resuIt2=pinjun( 1);distance=AD_cal(AD_result)7/distance2=AD_cal(AD_result2);beep_warning(distance,distance2);if(count>150)(delay ；xianshi(distance_dangeL0xO4);del