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1、毕 业 设 计(论文)题 目：基于单片机的汽车倒车雷达系统设计 班 级： 10211 学 号： 10 姓 名： 指导老师： 二一三年 五 月摘 要随着社会经济的发展交通运输业日益兴旺，汽车的数量在大副攀升。交通拥挤状况也日趋严重，撞车事件屡屡发生，造成了不可避免的人身伤亡和经济损失，针对这种情况，设计一种响应快，可靠性高且较为经济的汽车倒车防撞预警系统势在必行。本设计是利用最常见的超声波测距法来设计的一种基于单片机的汽车倒车雷达系统。本设计的主要是基于AT89C51单片机利用超声波的特点和优势，将超声波测距系统和AT89C51单片机结合于一体，设计出一种基于AT89C51单片机的汽车倒车雷达系
2、统。该系统采用软、硬件结合的方法，具有模块化和多用化的特点。本设计论文概述了超声波检测的发展及基本原理，阐述了超声波传感器的原理及特性。在超声波测距系统功能和AT89C51单片运用的基础上，提出了系统的总体构成，对系统各个设计单元的原理进行了介绍，并且对组成各单元硬件电路的主要器件做了详细说明和选择。本设计论文还介绍了系统的软件结构，并通过编程来实现系统功能和要求。关键词：汽车倒车雷达、AT89C51、超声波、测量距离、LED数码管Abstract As social and economic development of the transport industry booming, the
3、 number of cars in the first mate to climb. Traffic congestion has become increasingly serious crash occurred frequently, resulting in the inevitable personal injury and economic loss, for this situation, design a fast response, high reliability and more economical car reversing collision warning sy
4、stem is inevitable line. The most common design is the use of ultrasonic distance measurement method to design a microcontroller based car reversing radar system. The design is mainly based on AT89C51 microcontroller features and advantages of the use of ultrasound, ultrasonic ranging system and AT8
5、9C51 microcontroller combined in one design a car based on AT89C51 microcontroller reversing radar system. The system uses software and hardware combination of methods. The paper outlines the design of the development of ultrasonic testing and the basic principles expounded the principle and charact
6、eristics of ultrasonic sensors. In the ultrasonic ranging system functions and AT89C51 monolithic application, based on the overall composition of the system proposed, each of the design elements of the system were introduced the principle and hardware circuit for each unit composed of the main comp
7、onents of a detailed description and choices. The paper also describes the design of system software architecture, and is programmed to implement system functions and requirements. Keywords: car reversing radar, AT89C51, ultrasound, measuring distance, LED digital tube目录第一章 绪论11.1概述11.2设计目的及意义11.3测距
8、方式的分析与比较2第二章 超声波的发展及测距原理42.1超声波的发展与运用42.2超声波测距原理42.3 超声波测距在汽车上的运用62.4 超声波传感器的介绍72.4.1 超声波传感器介绍72.4.2 超声波传感器的特性8第三章 系统硬件设计103.1 系统设计的要求103.2 系统整体设计方案103.3 单片机系统介绍113.3.1 AT89C51单片机介绍113.3.2单片机的复位电路153.3.3单片机的时钟电路163.3.4 单片机的电源电路173.4 超声波发射电路233.5 超声波接收电路253.5.1 CX20106A集成电路介绍253.5.2超声波接收电路263.6 距离显示电
9、路273.7 报警电路283.7.1 音频集成功放LM386简介283.7.2 报警电路的设计30第四章 系统软件设计304.1 系统软件设计的框图304.2系统程序流程图314.3超声波发生子程序和超声波接收中断程324.4超声波测距仪的算法设计344.5显示程序354.6报警程序36结论37致谢38参考文献39附录40附录一：系统电路图40附录二：主要元器件清单41附录三：源程序42第一章 绪论1.1概述汽车倒车雷达全称叫“汽车倒车防撞雷达”，也叫“汽车泊车辅助装置”，是汽车泊车或者倒车时的安全辅助装置，由超声波传感器（俗称探头）、控制器和显示器（或蜂鸣器）等部分组成。能以声音或者更为直观
10、的显示告知驾驶员周围障碍物的情况，解除了驾驶员泊车、倒车和起动车辆时前后左右探视所引起的困扰，并帮助驾驶员扫除了视野死角和视线模糊的缺陷，提高驾驶的安全性。本毕业设计的内容是基于AT89C51单片机倒车防撞系统的设计，主要是利用超声波的特点和优势，将超声波测距系统和AT89C51单片机结合于一体，设计出一种基于AT89C51单片机的汽车倒车雷达系统。该系统采用软、硬件结合的方法，具有模块化和多用化的特点1.2设计目的及意义随着经济的飞速发展，交通运输车辆的不断增多，由此产生的交通问题越来越成为人们关注的问题。对于公路交通事故的分析表明，80%以上的车祸事由于驾驶员反应不及所引起的，超过65%的
11、车辆相撞属于追尾相撞，其余则属于侧面相撞。奔驰汽车公司对各类交通事故的研究表明：若驾驶员能够提早1S意识到有事故危险并采取相应的正确措施，则绝大多数的交通事故都可以避免。其中倒车事故由于发生的频率极高，已引起了社会和交通部门的高度重视。倒车事故发生的原因是多方面的，倒车镜有死角，驾车者目测距离有误差，视线模糊等原因造成倒车时的事故率远大于汽车前进时的事故率，尤其是非职业驾驶员以及女性更为突出。而倒车事故给车主带来许多麻烦，例如撞上别人的车、消防水笼头，如果伤及儿童更是不堪设想。有鉴于此汽车高科技产品家族中，专为汽车倒车泊位设置的“倒车雷达”应运而生。汽车倒车雷达的加装可以解决驾驶人员的后顾之忧
12、，汽车倒车雷达的设计大大降低倒车事故的发生。汽车倒车雷达能以声音或者更为直观的显示告知驾驶员周围障碍物的情况，解除驾驶员泊车和起动车辆时因前后左右探视所引起的困扰，并帮助驾驶员克服视野死角和视线模糊的缺陷，提高驾驶的安全性。倒车雷达的原理与普通雷达一样，是根据蝙蝠在黑夜里高速飞行而不会与任何障碍物相撞的原理设计开发的。通过感应装置发出超声波，然后通过反射回来的超声波来判断前方是否有障碍物，以及障碍物的距离、大小、方向、形状等。只不过由于倒车雷达体积大小及实用性的限制，目前其主要功能仅为判断障碍物与车的距离并做出提示。通常的倒车雷达主要由感应器、主机、显示设备等三部分组成。感应器发出和接受超声波
13、信号，并将接收到的信号传输到主机，再通过显示设备显示出来。感应器装在后保险杠上，以角45辐射检查目标，能探索到那些低于保险杠而司机从后窗又难以看见的障碍物并报警，如花坛、蹲在车后玩耍的儿童等。显示设备装在仪表板上，提醒驾驶员汽车据后面物体还有多少距离。到危险距离时，蜂鸣器就开始鸣叫，提示司机停车。我国倒车雷达从2000年开始起步，从最初只是奔驰、宝马等高档车的专利，发展到现在成为许多轿车的标准配置。经过多年的发展，倒车雷达系统已经历了六代技术改良，不管从结构外观上还是性能价格上，这六代产品都各有特点，其中使用较多的是数码显示、荧屏显示、防炫目、和魔幻镜倒车雷达这四种。因为，大力研究开发倒车雷达
14、等主动式汽车辅助安全装置，将减少驾驶员的负担和判断错误，对于交通安全起到重要作用。显然，此类产品的研发具有极大的现实意义和广阔的应用前景。1.3测距方式的分析与比较测距方式对系统测量精度及稳定性都有较大影响。因此选择一种合适的测距方式对系统性能提高有很大帮助。主要距离测量方式有激光测距、红外线测距、CCD摄象机和超声波测距这几种，它们各有优缺点，下面对它们各自的特点进行详细分析和比较。(1) 激光测距激光测距装置是一种光子雷达系统，主要根据激光束传播时间确定距离。具有测量时间短、量程大、精度高等优点，在许多领域得到了广泛应用。但由于激光测距受天气、接收器表面摩损和污染等影响较大，使反射的激光束
15、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，最终影响探测精度。(2) 红外线测距红外线传播时的具有不易扩散的特点，显著的热效应和较强的穿透云雾的能力，在穿越其它物质时折射率很小，所以长距离的测距仪都会考虑红外线。它主要应用于夜间行车或在军事上使用。但是它比较容易受到光源和热源影响。(3) CCD 摄像机CCD ( Charge Coupled Device)摄像机即电荷耦合器摄像机，它是一种用来模拟人眼的光电探测器。它具有尺寸小、质量轻、功耗小、噪声低、动态范围大、光计量准确等优良特性。但目前价格较高，同时由于受软件和硬件的制约，成像速度较慢。(4) 超声波测距超声波一
16、般是指频率在40KHz以上的机械波，具有穿透性较强、衰减小、反射能力强等特点，超声波测距仪器一般由发射器、接收器和信号处理装置三部分组成。超声波的谐振带宽、波束角可以通过制作工艺控制得很窄，有利于抗声波干扰设计；不受无线电频谱资源限制，易于抗电磁干扰设计。超声波测距系统成本低、性能稳定可靠，同时超声波具有聚束、定向及反射、透射等特性，应用前景好。通过对以上几种测距方式的分析比较，由于超声波指向性强、能量消耗缓慢、成本低、性能稳定可靠、在介质中传播距离远的优点，所以超声波测距方式在短距和低速测量方面比上述其它几种技术更具优越性。因此本设计采用超声波测距方式。第二章 超声波的发展及测距原理2.1超
17、声波的发展与运用一般认为，关于超声波的研究最初起始于1876年FGalton的气哨实验，这是人类首次有效产生的高频声波。由于当时电子技术发展缓慢，对超声波的研究造成了一定程度的影响，在之后的三十年中，超声波仍然是一个鲜为人知的东西。人类直到第一次世界大战才学会利用超声波，这就是利用“声纳”的原理来探测水中目标及其状态，如潜艇的位置等。40年代末期超声波治疗在欧美兴起，直到1949年召开的第一次国际医学超声波学术会议上，才有了超声治疗方面的论文交流，为超声治疗学的发展奠定了基础。医学上最早利用超声波是在1942年，奥地利医生杜西克首次用超声波技术扫描脑部结构，以后到了60年代医生们开始将超声波应
18、用于腹部器官的探测。1956年第二届国际超声医学学术会议上已有许多论文发表，超声治疗进入了实用成熟阶段。如今，由于超声波在物理化学方面的独特特性，已广泛应用于测距、测速、清洗、焊接、碎石、杀菌消毒等，在医学、军事、工业、农业上有很多的应用。2.2超声波测距原理超声波测距是通过不断检测超声波发射后遇到障碍物所反射的回波，从而测出发射和接收回波的时间差t,然后求出距离，式中的C为超声波波速。由于超声波也是一种声波，其声速C与温度有关，表2-1列出了几种不同温度下的声速。气温()05101520声速（m/s）331334337340343表2-1 几种不同温度下的声速在使用时，如果温度变化不大，则可
19、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。然而其超声波测距的时间主要有以下三种方法： 相位检测法，相位检测法虽然精度高，但检测范围有限； 声波幅值检测法，声波幅值检测法易受反射波的影响； 渡越时间检测法，渡越时间检测法的工作方式简单，直观，在硬件控制和软件设计上都非常容易实现，超声波测距一般所的采用方法。本设计采用渡越时间检测法，其主要原理是当超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到发射波就立即停止计时。其具体的算法如下：假设超声
20、波在空气中的传播速度为，根据计时器记录的时间，发射点距障碍物的距离，如图2-1所示图2-1超声波测距原理图2-1中两探头中心距离的一半用M表示，超声波单程所走过的距离用表示，由图可得： (2-1) (2-2)将式（2-2）带入式（2-1）得： (2-3)在整个传播过程中，超声波所走过的距离为： (2-4)式中：为超声波的传播速度，为传播时间，即为超声波从发射到接收的时间。将式（2-4）带入式（2-3）可得： (2-5)当被测距离H远远大于M时，式（2-5）变为： (2-6)本设计由单片机负责计时，采用12MHZ的晶振，所以此系统的测量精度理论上可以达到毫米级。2.3 超声波测距在汽车上的运用以
21、超声波测距方式的汽车倒车倒车雷达是现在市场上倒车雷达的主流产品，甚至还配合以声音或者更为直观的数字形式动态显示周围障碍物的情况。其较早的产品是用蜂鸣器报警 ,蜂鸣声越急 ,表示车辆离障碍物越近，后继的产品可以显示车后障碍物离车体的距离。汽车防撞雷达之所以能实现防撞报警功能。汽车倒车雷达的探头主要安装于前后保险杠上，根据汽车的不同价格和品牌，探头有二、三、四、六、八、十、十二只不等。其中探头能够以最大水平120度垂直70度范围辐射，上下左右搜寻目标。一般的汽车挡位杆挂入倒挡时，倒车雷达自动开始工作，超声波这把无形尺子能够测量到那些低于保险杠而司机从后窗难以看见的障碍物（如花坛、路肩、蹲在车后玩耍
22、的小孩等），并显示距离与报警。图2-2 汽车倒车雷达示意图（后4个探头）本设计介绍的超声测距系统共有2只超声波换能器( 俗称探头) , 假设分别布置在汽车的后左、后右2个位置上。能检测倒车方向障碍物距离显示范围为0.0710.00m, 当距离小于2米时发出一定的声响, 起到提示和警戒的作用。本系统采用AT89C51单片机对两路超声波信号进行循环采集，已达到上述效果。2.4 超声波传感器的介绍2.4.1 超声波传感器介绍超声传感器是一种将其他形式的能转变为所需频率的超声能或是把超声能转变为同频率的其他形式的能的器件。由于工作频率与应用目的不同，超声传感器的结构形式是多种多样的，并且名称也有不同，
23、目前常用的超声传感器有电声型与流体动力型两大类。电声型主要有：压电传感器、 磁致伸缩传感器、静电传感器。流体动力型中包括有气体与液体两种类型的哨笛。压电传感器是超声检测中最常用的实现电能和声能相互转换的一种传感器件，是超声波检测装置的重要组成部分，其内部结构（如图2-3）由压电陶瓷晶片、锥形辐射喇叭、底座、引线、金属壳及金属网构成。其中，压电晶片是传感器的核心等组成。，当在压电晶片上加有大小和方向不断变化的交流电压（或者脉冲）时，根据压电效应，就会使压电晶片产生机械变形，这种机械变形的大小和方向在一定范围内是与外加电压的大小和方向成正比的。同理当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振
24、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，将机械能转化为电信号，这时它就成为超声波传感器。锥形辐射喇叭使发射和接收超声波能量集中，并使传感器有一定的指向角，金属壳可防止外界力量对压电陶瓷晶片及锥形辐射喇叭的损坏。金属网也是起保护作用的，但不影响发射与接收超声波。图2-3压电式超声波传感器结构图压电陶瓷晶片有一个固定的谐振频率，即中心频率 f0。发射超声波时，加在其上面的交变电压的频率要与它的固有谐振频率一致。这样，超声传感器才有较高的灵敏度。当所用压电材料不变时，改变压电陶瓷晶片的几何尺寸，就可非
25、常方便的改变其固有谐振频率。，用这一特性可制成各种频率的超声传感器。2.4.2 超声波传感器的特性超声波传感器的基本特性有频率特性和指向特性，这里以TR系列的超声波传感器的特性为例加以说明（1）频率特性 a) b)图2-4超声波传感器的频率特性图(a) 超声波传感器的声压能级 (b) 超声波传感器的灵敏度图2-4是超声波发射传感器的升压能级和灵敏度。如图（a）所示40KHz处为超声波发射传感器的中心频率，在40KHz处，超声发射传感器所产生的超声机械波最强，也就是说在40KHz处所产生的超声声压能级最高,而在40KHz两侧，声压能级迅速衰减。其频率特性（b）所示, 可见40KHz处其灵敏度最高
26、。因此，超声波发射传感器一定要使用非常接近中心频率40KHz的电压（或者脉冲）来激励。另外，超声波接收传感器的频率特性与发射传感器的频率特性类似。曲线在40KHz（波长 = 0.85cm）处最尖锐，输出电信号的振幅最大，即在40KHz处接收灵敏度最高。因此，超声波接收传感器具有很好的频率选择特性。超声接收传感器的频率特性曲线和输出端外接电阻R也有很大关系，如果R很大，频率特性是尖锐共振的，并且在这个共振频率上灵敏度很高。如果R较小，频率特性变得光滑而且有较宽的带宽，同时灵敏度也随之降低，并且最大灵敏度向稍低的频率移动。因此，超声接收传感器应与输入阻抗的前置放大器配合使用，才能有较高的接收灵敏度
27、。(2)指向特性实际的超声波传感器中的压电晶片是一个小圆片，可以把表面上每个点看成一个振荡器，辐射出一个半球而波（子波），这些子波没有指向性。但离开超声传感器的空间某一点的声压是这些子波迭加的结果（衍射），却有指向性。超声传感器的指向图由一个主瓣和几个副瓣构成，其物理意义是0度时电压最大，角度逐渐增大时，声压减小。超声传感器的指向角一般为40度到80度，本设计要求传感器的指向角为75度。图2-5是电路中选用的发射传感器的指向特性及结构。图2-5超声波传感器指向特性超声波发射电路包括超声波产生电路和超声波发射电路两个部分，探头（超声波换能器）选用压电式，可采用软件发生法和硬件发生法产生超声波。前
28、者利用软件产生40KHz的超声波信号，通过输出引脚输入至驱动器，经驱动器驱动后推动探头产生超声波。这种方法的特点是充分利用软件，灵活性好，但需要设计一个驱动电流100mA以上的驱动电路。第二种方法是利用超声波专业发生电路或通用发生电路产生超声波信号，并直接驱动换能器产生超声波。这种方法的优点是无需驱动电路，但缺点是灵活性低。本设计采用第二种方法产生40KHZ的超声波发射信号。第三章 系统硬件设计3.1 系统设计的要求此系统设计必须满足以下要求：1）基于单片机的汽车倒车雷达系统2）具有为单片机提供工作的电源及指示3）显示障碍物离汽车的距离（10米内）4）距离小于指定值时（小于2米），系统发出声音
29、预警信号3.2 系统整体设计方案本设计的应用背景是基于型号为AT89C51的单片机发出40KHz的超声波信号，超声波信号经放大后通过超声波发射器的探头发射，当遇到障碍物时则反射信号，超声波接收器探头将接收到的反射回来信号经放大器放大和滤波，送入单片机并启动机中断程序，测得时间差，再由软件进行判别、计算，得出距离数并送LED显示。若测得距离小于事先设定的数值，则发出声音预警。其系统原理图如图3-1所示：图3-1系统原理图3.3 单片机系统介绍3.3.1 AT89C51单片机介绍（1）AT89C51单片机简介AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROMFlash Programma
30、ble and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。AT89C51主要由微处理器（CPU）、数据存储器（R
31、AM）、程序存储器（ROM）、并行I/O口、串口、定时计数器、中断系统、特殊功能寄存器（SFR）组成。其结构图如3-2所示：图3-2 AT89C51结构图（2）主要特性1) 与MCS-51 兼容 2）4K字节可编程FLASH存储器3）寿命：1000写/擦循环 4）数据保留时间：10年5）全静态工作：0Hz-24MHz 6）三级程序存储器锁定7）1288位内部RAM 8）32个编程I/O线9）两个16位定时器/计数器 10）5个中断源11）可编程串行通道 12）低功耗的闲置和掉电模式13）片内振荡器和时钟电路（3）引脚及功能 图3-3 AT89C51引脚排列AT89C51单片机为40脚双列直插式
32、封装结构。其引脚排列顺序及引脚符号如图3-3所示。各引脚功能如下：1）电源及接地GND:电源接地端。Vcc:供电电压即正常运行和编程校验时为+5V电源(士10%)。2）时钟及复位信号XTAL1:是片内振荡器反相放大器及内部时钟工作电路的输入端。当采用外部振荡器为时钟源时，此脚必须接地。XTAL2:是片内振荡器反相放大器的输出端，也是内部时钟发生器的输入端。使用外部振荡器时，可由此脚引入外部时钟信号。RST:复位信号输入端，高电平有效。若此输入端保持2个机器周期（24个时钟振荡周期）以上的高电平，即可以将89C51完成复位操作。此外，RST引脚的第二功能是VPD，即备用电源的输入端。当主电源Vc
33、c发生故障，降低到低电平规定值时，单片机自动将+5v电源接入RST端，为RAM提供备用电源，以保证存储在RAM中的信息不丢失，以使复电后能继续正常运行。3）地址锁存允许/编程信号端ALE/PROG:当89C51上电正常工作后，ALE管脚不断向外输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的六分之一。CPU访问片外存储器时，此信号作为锁存地址总线的低8位地址的控制信号。因此ALE信号可以对外输出时钟或定时信号。ALE端的负载驱动能力为8个LS型TTL。4）程序存储允许输出信号端PSEN()：在访问片外存储器时，此端定时输出脉冲作为读片外存储器的选通信号。此管脚接EPROM的OE端，PSEN端有效，即允许读
34、出EPROM/ROM中的指令码。当CPU访问外部程序存储器时，要产生两次PSEN负脉冲信号，当CPU访问内部程序存储器时，PSEN不跳变。此端驱动8个LS型TTL。5）外部程序存储器地址通话输入端/固化编程电压输入端EA()/VPP:当EA端接高电平时，CPU只访问片内EPROM并执行内部程序存储器中的指令，但在PC的值超过0FFFH时，将自动转向执行片外程序存储器内的程序。当EA端接低电平时，则CPU只访问外部EPROM并执行外部程序存储器中的指令，而不管是否有片内程序存储器。此管脚的第二功能Vpp是对89c51片内EPROM固化编程时，作为施加较高编程电压的输入端。6）输入/输出端口I/O
35、端口引脚：I/O端口P0P3（地址为80H，90H，A0H，B0H），且P0P3为四个8位特殊功能寄存器，分别为四个并行I/O端口的锁存器。它们都有字节地址，每一个端口锁存器还有位地址，所以每一条I/O线独立地用做输入或输出时，数据可以锁存；作输入时，数据可以缓冲。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P0口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的低八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须接上拉电阻。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8
36、位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为低八位地址接收。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存
37、储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如表3-1所示：引脚符号特殊功能P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2/INT0（外部中断0）P3.3/INT1（外部中断1P3.4T0（计时器0外部输入）P3.5T1（计时器1外部输入）P3.6/W
38、R（外部数据存储器写选通）P3.7/RD（外部数据存储器读选通）表3-1 P3口的特殊功能P3口同时也可以为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。3.3.2单片机的复位电路单片机的复位电路是靠外部电路实现的，其主要目的就是在上电的瞬间提供一个与正常工作状态下相反的电平。一般利用电容电压不能突变的原理，将电容与电阻串联，上电时刻，电容没有充电，两端电压为零，此时，提供复位脉冲，电源不断的给电容充电，直至电容两端电压为电源电压，电路进入正常工作状态。图3-4 复位电路当在时钟电路工作以后，只要在RESET端加上大于10ms的高电平，单片机便能实现复位。若RESET端保持高电平，单片机循环复位。单片机
39、一般要求在上电时，或者按复位键时复位。所以复位电路分为上电复位和按键复位两种。图3-4为上电和按键复位电路。复位电路的极性电容C3直接影响单片机的复位时间，一般采用1030uF，本次选用22uF。上电瞬间，RST端的电压与Vcc相同，随着电容的逐步充电，RST端的电位逐渐下降。此时。当按下按键时，RST端出现,使单片机复位。3.3.3单片机的时钟电路（1）时钟电路当使用单片机的内部时钟电路时，这两个端用来外接石英晶体和微调电容，如图3-5所示。时钟电路中，晶振的振荡频率直接影响单片机的处理速度，频率越大处理速度越快。晶体可在1.212MHz选择。起振电容一般用1533pF，本设计使用30pF，
40、并且电容离晶振越近越好，晶振离单片机越近越好。单片机的时钟电路如图3-5所示：图3-5 时钟电路（2）晶振的选择晶振一般分为无源晶振和有源晶振两种类型。无源晶振就是石英晶体谐振器的别称， 晶体（crystal)，有2个引脚，体积小，需借助于时钟电路才能产生振荡信号；有源晶振叫做振荡器（oscillator)，有4只引脚，体积较大，是一个完整的振荡器，其中除了石英晶体外，还有晶体管和阻容元件，因此体积较大。本设计采用无源晶体振荡器HC-49/SSMD，其产品详细参数如下：频率范围：4.0 90 MHz并联电容（C0）：7 pF Max.储存温度范围：- 40 + 85 oC老化（25）： 3 p
41、pm / year Max.驱动级：1 500 W (100 W typical)频率公差（25） 30 ppm, or specify工作温度范围：- 20 +70 oC, or specify在工作温度范围内的频率稳定度： 30 ppm, or specify负载电容：Series, 16 pF, 20 pF, 30 pF, 32 pF, or specify3.3.4 单片机的电源电路（1）直流稳压电源的工作原理查阅资料可知IntelMCS-51系列单片机的工作电压范围是：+3.3V+5.5V,一般用+5V的电源，所以本设计设计+5V的电压源为系统单片机工作。+5V的稳压电路很多种方法可
42、以得到，比如LM336-5.0的5V电源芯片，还有现在市面上的做好的+5V输出稳压电源，直接变压器输出就是可调的直流稳压电源，在这里我采用最原始的电桥变压加上LM7805整流5V稳压电源。直流稳压电源的工作流程如图3-6所示：图3-6 直流稳压电源的工作流程直流稳压电源的工作原理：1） 电源变压器降压变压器将电网220V交流电，变换成符合需要的交流电压，并送给整流电路，变压器的变比由变压器的副边电压决定。2） 整流电路利用单向导电元件，把50HZ的正弦交流电变换成脉冲的直流电压。常用的整流电路有全波整流、桥式整流等。本设计采用单相桥式整流电路，与全波整流一样，在一个周期内的正负半周都有电流流过
43、负载，而且始终是同一方向。其整流电路图如图3-7中（a）(b)所示：图3-7 整流电路及电压、电流波形设变压器二次电压U2= U2sint，当U2的正半周时，a端电位高于b端电位，V1、V3承受正向电压而导通，V2、V4因反偏而截止，电流路径为aV1RLV3b，自上而下流过RL，在RL上得到上正下负的电压。当U2的负半周时，a端电位低于b端电位，V2、V4承受正向电压而导通，V1、V3因反偏而截止，电流路径为,bV2RLV4a, 自上而下流过RL，在RL上得到上正下负的电压。这样在U2的整个周期内，都有单向脉冲的电压输出。其输出波形图如图3-7中（C）所示。3）滤波电路：虽然整流电路的输出电压
44、包含一定的直流成分，但脉动较大，为了获得平滑的直流电压，在整流电路的后面需加一个滤波电路，滤波电路可以将整流电路输出的电压的交流成分大部分加以滤除，从而得到比较平滑的直流电压。其电路图图3-8（a）所示为单相桥式整流电容滤波电路，它由电容C和负载RL并联组成设电容两端初始电压为零，并假定t=0时接通电路，U2为正半周，当U2由零上升时，V1、V3导 通，C被充电，同时电流经V1、V3向负载电阻供电。忽略二极管正向压降和变压器内阻，电容充电时间常数近似为零，因此Uo=UcU2，在U2达到最大值时，Uc也达到最大值，然后U2下降，此时，Uc U2，V1、V3截止，电容C向负载电阻RL放电，由于放电
45、时间常数=RLC一般较大，电容电压Uc按 指数规律缓慢下降，当下降到| U2|Uc时，V2、V4导通，电容C再次被充电，输出电压增大，以后重复上述充放电 过程。其输出电压波形近似为一锯齿波直流电压，如图3-8（b）所示。3） 稳压电路为了使输出的直流电压稳定，不随交流电压网电压和负载的变化而变化。整流输出的电压仍旧有较大幅度的波动对于电路中的芯片直接供电可能对芯片有所损害，使芯片不能正常的工作。避免这种不利的可能的发生,在滤波电路的后面再接一个稳压电路（如图3-9），使输出的直流电压稳定，不随交流电压网电压和负载的变化而变化，再用一个LED作为电源指示灯。图3-9稳压电路4） 单片机的电源电路图3-10单片机的电源电路及仿真单片机的电源电路如图3-10所示，由于大容量电解电容由一定的绕制电感分布电感，易引起自激振荡，形成高频干扰，因此对于市电引入的各种高频干扰的抑制能力很差。为了解决这个问题， 在电容C旁并联一只瓷介质小容量电容C5、C7用来抵消电感效应，抑制高频干扰。另外，稳压器在开环增益较高、负载较重的状态下时，由于分布参数的影响，有可能产生自激，C5、C7则兼有抑制高频振荡的作用。输出端接入电容器C4、C6，也是为了改善瞬态负载响应特性和减小高频输出阻抗。（2）电源电路中主要元件的选择1）三端稳压集成电路的选择电子产品中，常见的
