汽车倒车指示仪课程设计.doc

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1、单片机课程设计论文 设计题目： 倒车指示仪 院 别： 汽车学院 专 业： 电气工程及其自动化姓名目 录一，设计任务及要求-2二，方案比较及评估论证-2三，系统原理-2四，硬件原理及电路图-2（1） 电原理图-2（2） 40kHz超声波发射电路-3（3） 报警电路-4（4） 超声波反射信号接收电路-4（5） 报警指示-5五，软件思想（含流程图、程序）以及调试记录与结果分析-5（1） 主程序与INT0中断程序-5（2） 显示与延时子程序-8（3） 信号处理程序WORK-8（4） 内RAM分配-11六，芯片资料-11七，参考资料-12八，总结-13汽车倒车指示仪一，设计任务及要求任务内容：设计一个微

2、机控制的汽车倒车指示仪，能测量并显示车辆后部障碍物离 车辆的距离，同时用间歇的“嘟嘟”声发出警报，“嘟嘟”声间隙随障 碍物距离缩短而缩短，驾驶员不但可以直接观察到检测的距离，还可以 凭听觉判断车后障碍物离车辆距离的远近；要求：（1）开机后先显示“”，并有开机指示灯。 （2）CPU发射超声波1ms，然后显示60ms；即1ms+60ms为一个工作周期， 等待回波，在次周期内完成一次探测。 （3）根据距离远近发出报警声并显示距离。障碍物距离小于1m，距离值变 化5cm更换显示，否则不更换；距离在1m以上，新值与原显示值之差大于 10cm更换，否则不更换。 （4）用三LED位数码管显示障碍物距离。二，

3、方案比较及评估论证测量距离的方法有很多种，短距离的可以用尺，远距离的有激光测距等，超声波测距适用于高精度的中长距离测量。因为超声波在标准空气中的传播速度为331.45米/秒，由单片机负责计时，单片机使用12.0M晶振，所以此系统的测量精度理论上可以达到毫米级。 由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播距离远，因而超声波可以用于距离的测量。利用超声波检测距离，设计比较方便，计算处理也较简单，并且在测量精度方面也能达到要求。三，系统原理 超声波在空气中的传播速度与声速相当，约340m/s。从发射信号到遇到障碍物反射接受，有几毫秒的时间间隔，根据这个时间可以计算出障碍物距离。这一原理很早就被人

4、认识和运用，但由于把时间换成距离需要较为复杂的电子线路，因而早期的汽车倒车防撞仪只能反映车后一定距离范围内有无障碍物，后来发展到分段报警，反映障碍物在哪一段距离范围内。随着电子技术和单片机应用技术的发展，能比较精确测量车后障碍物距离的汽车倒车测距仪终于问世了。四，硬件原理及电路图（1）电原理图图1为汽车倒车指示仪电原理图。P1口输出8段段码，低电平有效；P3.0、P3.1、P3.2输出位码，低电平有效，VT1VT3（PNP管）作为显示位码驱动；数码管选用0.5共阳高亮红色LED数码管。当P3.0、P3.1、P3.2输入低电平时，选中相应显示位；P1口输出低电平时，选中相位笔段；小数点固定在第二

5、位。P3.4控制超声波发射；P3.3接收超声波反警指示。 图1 汽车倒车测距仪电原理图（2）40kHz超声波发射电路图2为40kHz超声波发射电路。1）4011两个与非门E、F组成多谐振荡器，调节RP1可调节谐振频率。2）P3.4控制多谐振荡器的振荡。输出高电平时，电路振荡，发射40kHz超声波；输出低电平时，停发射。图2 40kHz超声波发射电路（3） 报警电路图3为嘟声音响电路。1）4011另两个与非门G、H组成多谐振荡器，谐振频率约800Hz左右，作为嘟声音频率，P3.5控制多谐振荡器振荡，高电平时发出嘟声，低电平时无声。CPU可根据距离远近控制P3.5输出方波的频率，即控制嘟声间隙时间

6、。2）LM386作为功率放大，驱动扬声器发声。图3 报警电路（4） 超声波反射信号接收电路图4为超声波遇障碍物反射信号接收电路。1）LM324三个运算放大器A、B、C组成三级回波信号放大电路。其中L1C9组成选频电路，滤除40kHz之外的干扰信号。VD2C 12组成信号半波整流滤波电路，将接收到的40kHz反射波交流信号转化成直流电压信号。2）LM324第四个运算放大器D作为电压比较器，将信号直流电压与设定的基准电压比较，信号电压大于基准电压，比较器输出正脉冲，VT5导通，P3.3接收负脉冲信号，CPU中断，记录发射信号与接收信号之间的时间，并转换为距离。 图4 障碍物反射回波接收电路（5）报

7、警指示P3.6控制报警指示灯。当障碍物距离小于某一数值（例 50cm）时，输出高电平，VT4导通，发光二极管VD1导通。此输出端也可作为安全距离自动制动的控制端。五，软件思想（含流程图、程序）以及调试记录与结果分析1， 主程序与INT0中断程序图5为主程序流程框图。程序在初始化以后，发射40kHz超声波1ms，并立即启动定时/计数器T0，CPU接收到回波信号后，立即中断，T0停。定时/计数器T0专用于记录CPU发射脉冲信号的前沿至回波脉冲信号前沿之间的时间，这个时间就作为换算障碍物距离和控制嘟声间隙的数据。由于汽车倒车测距精度要求不高，为简化计算，取超声波传播速度为340m/s，考虑到信号来回

8、，速度为170/s，即17cm/ms。因此障碍物距离d=T017cm/ms，相对误差可达2%以内。开始初始化发射1ms显示、T0计时等待回波中断有回波否?信号处理图5主 程 序 流 程 图（1） 主程序ORG 0000H ;复位地址 LJMP MAIN ;复位转主程序 ORG 0013H ;INT1中断入口地址 LJMP LINT1 ; 转INT1中断 ORG 001BH ;T1中断入口地址 LJMP IT1 ;转TI中断 ORG 0100H ;主程序首地址 MAIN:MOV SP,#60H ;置堆栈指针 MOV P1.#0FFH ;停显示 CLR P3.4 ;不发射 SET P3.6 ;灯亮

9、 SET P3.5 ;开机发嘟声 MOV 40H,#7EH ;显示符号“- - -”显示单元 MOV 41H,#7EH ; MOV 42H,#7EH ; MOV 32H,#160 ;置显示循环数 LCALL DIR ;调用显示子程序 MOV IP,#00000100B ;置INT1为高优先级 MOV TMOD,#00010001B ;置T0、T1定时器方式 MOV TH1,#9EH ;置T1时间常数25ms。用于控制嘟声方波脉宽 MOV TL1,#58H ; SETB TR1 ;T1运行 MOV IE,#10001100B ;INT1、T1开中 MOV 20H,#00H ;各标志位清零 MOV

10、 21H,#00H ; MOV 22H,#00H ; MOV 23H,#00H ; MOV 44H,#FFH ;置嘟声方波初值255255ms=6.375s MOV 45H,#04H ;置闪烁间隙时间425ms=0.1s MOV R2,#04H ;置信号计数器初值 MOV R3,#04H ;置连续无回波信号计数器初值 TLOOP:MOV TH0,#00H ;T0值清零 MOV TL0,#00H ; SETB P3.4 ;开始发射40kHz超声波 SETB TR0 ;启动T0，开始计时 LCALL DELAY ;延时1ms,即发射1ms CLR P3.4 ;停发射 MOV 32H,#20 ;置显

11、示循环数 LCALL DIP ;显示3ms20=60ms LCALL WORK ;信息与数据处理 SJMP TLOOP ;循环（2）INT1中断服务子程序 LINT1:CLR TR0 ；T0停止计数 SETB 01H ；信息与数据处理 MOV A, 22H RL A MOV 22H, A RETI 2，显示与延时子程序（1） 扫描显示程序 DIR: SETB P3.2 ;百位停显示 MOV P1,40H ;输出个位段码 CLR P3.0 ;个位显示 LCALL DELAY ;延时1ms DIR1: SETB P3.0 ;个位停显示 MOV P1,41H ;输出十位段码 CLR P3.1 ;十位

12、显示 LCALL DELAY ;延时1ms DIR2: SETB P3.1 ;十位显示 MOV P1,42H ;输出百位段码 CLR P3.2 ;百位显示 LCALL DELAY ;延时1ms DJNZ 32H,DIR ;循环显示结束否?未结束，结束 ORL P3,#00000111B ;循环显示结束，停显示 RET ;每一位显示1ms，显示3位共3ms，作为一个循环。用32H控制循环次数，显示时间由32H决定，在调用DIR前先赋值给32H。 （2） 延迟子程序 DELAY: MOV 30H,#10 ;置外循环数 DY1: MOV 31H,#48 ;置内循环数 DY2: DJNZ 31H,DY

13、2 ;2机周 DJNZ 30H,DY1 ;2机周 RET ;2机周 延时时间：T=(482+2+2)10+2+2=1004机周=1004us1ms。3，信号处理程序WORK图6为信号处理程序WORK流程图。WORK有回波否?连续4次无回波?删选正确信号闪烁显示计算距离刷新显示值控制嘟声方波频率返回4个信号存满否?否有NYNY图6 信号处理程序流程图说明如下：1)信号处理首先判断有否回波信号。01H=0，无回波信号，若连续4次无回波信号，说明车后无障碍或障碍物距离较远，超过最大探测距离，此时置闪烁“”，并发出长嘟声。2)由于CPU工作速度比倒车速度快得多，所以不需要每次收到信号后立即显示。收到信

14、号可先存起来，存满4个信号连同原来显示的信号，共5个信号，从中筛选出一个正确信号。3)因为空中有各种干扰信号，如喇叭的鸣叫声，汽车废汽排除声，在这些噪声中也含有40kHz的谐波成分，被接收放大后，可引起干扰。另外。汽车运行，特别是刚起动时，电源中也有许多干扰脉冲。除在硬件电路中采取措施外，在软件中还需要加入抗干扰程序，甄别和删除，一般可根据倒车的速度和回波信号脉宽来分析判别。4)连续取4个信号的原因，出了抗干扰外，还因为人的视觉特性。若每取一个信号，立即更换显示。更换显示过快，人的眼睛受不了。61ms4=244ms,约4次/s，驾驶员来不及看，反而觉得仪器工作不稳定。所以在更换显示值子程序中还

15、有一个判断是否需要更换值子程序中还有一个判断是否需要更换显示值的子程序，其流程图为图7。障碍物距离小于1m,距离值变化5cm就要及时更换显示；距离在距离在1m以上，新老差值大于10cm更换，否则不更换。不更换即返回重测。信号处理程序如下： WORK：JBC 01H,WORK1 ;有回波信号，转存信号 DJNZ R3,GORET ;无回波信号，判别连续无回波信号数次 MOV R3,#04H ;连续无回波计数器恢复初值 LCALL FLASH ;调用闪烁显示子程序GORET: RET ;WORK1: MOV R3,#04H ;有回波，连续无回波计数器恢复初值 DJNZ R2,WORK2 ;未存满4

16、个信号，转存信号 MOV R2,#04H ;存满4个信号，信号计数器恢复原值 MOV 56H,TL0 ;存第4个信号 MOV 57H,TH0 ; LCALL SORT ;调用信号排序子程序 LCALL RIGHT ;调用筛选正确信号子程序 LCALL TRAS ;调用更换显示子程序 LCALL TONE ;调用计算嘟声方波脉宽子程序RET ;WORK2: JBC 11H,WORK21 ;1#信号标志，转存第1个信号 JBC 12H,WORK22 ;2#信号标志，转存第2个信号 JBC 13H,WORK23 ;3#信号标志，转存第3个信号 RET ;待添加的隐藏文字内容1WORK2: MOV 5

17、0H,TL0 ;存第1个信号 MOV 51H,TH0 ;RET ;WORK22: MOV 52H,TL0 ;存第2个信号 MOV 53H,TH0 ; RET ;WORK23: MOV 54H,TL0 ;存第3个信号MOV 55H,TH0 ;RET ;4，内RAM分配为便于阅读已列出的程序，将有关寄存器内容及用途说明如下： 30H：延时子程序外循环数 31H： 延时子程序内循环数 32H：扫描显示循环数 40H：个位显示符寄存器 41H：十位显示符寄存器 42H：百位显示符寄存器 44H：嘟声方波脉冲宽值 45H：闪烁显示间隙时间 50H：1#信号低8位 51H：1#信号高8位 52H：2#信号

18、低8位 53H：2#信号高8位 54H：3#信号低8位 55H：3#信号高8位 56H：4#信号低8位 57H：4#信号高8位 R2： 回波信号计数器 R3： 连续无回波计数器 标志位： P3.4：40kHz超声波发射控制位 P3.5：嘟声控制位 P3.6：STOP灯控制位 11H： 1#信号存储标志 01H： 2#信号存储标志 13H： 信号存储标志 01H： 回波标志，01H=1有回波，01H=0无回波。 六，芯片资料CD4011引脚图（4与非门）通用型低功耗集成四运放LM324七，参考资料1杨永 王晓军 李玉忠：微型计算机原理及应用 化学工业出版社 20102金篆芷 王明时:现代传感器技

19、术M.电子工业出版社 1995.331335 3路锦正 王建勤 杨绍国 赵珂 赵太飞:超声波测距仪的设计J.传感器技术 20024贾伯年：传感器技术 东南大学出版社 20005马西秦.：自动检测技术 机械工业出版社 2002八，总结从开始接到设计题目到电路图的设计，再到设计报告的完成，每走一步对我来说都是新的尝试与挑战。在这段时间里，我学到了很多知识也有很多感受。这次课程设计使我开始了自主的学习和试验，查看相关的资料和书籍，让自己头脑中模糊的概念逐渐清晰，使自己非常稚嫩作品一步步完善起来，每一次改进都是我学习的收获，每一次的成功都会让我兴奋好一段时间。这次做课程设计的经历使我终身受益，我感受到做课程设计是要真真正正用心去做的一件事情，是真正的自己学习的过程和研究的过程，没有学习就不可能有研究的能力，没有自己的研究，就不会有所突破，那也就不叫课程设计了。希望这次的经历能让我在以后工作中激励我继续进步。