车汽倒车雷达系统设计-学位论文.doc

汽车倒车雷达系统设计毕业设计论文摘要本文的内容是基于超声波测距的汽车倒车雷达系统的设计，主要是利用超声波的特点和优势，将超声波测距系统和STC89C52RC单片机结合于一体，设计出一种基于STC89C52RC单片机的汽车倒车雷达系统。本系统采用软硬件结合的方法，包括电源模块、单片机及显示模块、报警模块、超声波发射与接收模块，具有模块化和多功能化的特点。该设计的原理是超声波发射器发射一连串超声波，遇到障碍物后反射回来，由超声波接收器接收，只要能计算出超声波从发射到接收的时间，就可以通过计算子程序得出汽车与障碍物的距离，当距离小于报警距离时，发出相应的声光报警。论文概述了汽车倒车雷达系统的发展及基本原理，阐述了超声波传感器的原理及特性。对于系统的一些主要参数进行了讨论，并且在介绍超声波测距系统功能的基础上，提出了系统的总体构成。通过多种设计方案比较，得出了最佳设计方案，并对系统各个设计单元的原理进行了介绍。对组成各系统电路的芯片进行了介绍，并阐述了它们的工作原理。论文介绍了系统的软件结构，通过编程来实现系统功能。关键词：汽车倒车雷达系统；STC89C52RC；超声波测距 AUTOMOBILE-REVERSING RADAR SYSTEMAbstractThe paper is based on the ultrasonic distance reversing collision avoidance system design, mainly using ultrasound features and advantages, ultrasound ranging system and the integration with the integration STC89C52RC monolithic integrated circuit,including power supply module, SCM and display module, alarm module, ultrasonic transmitting and receiving modules, STC89C52RC monolithic integrated circuit based on the design of a reverse collision avoidance warning systems.The design principle of ultrasonic launcher is a series of ultrasonic, encounter obstacles reflected, by the ultrasonic receiver, as long as you can calculate the ultrasonic from transmitting to receiving time, calculation and program can be used cars and obstacle distance, when the distance is less than the alarm distance, sends out the corresponding sound and light alarm.The paper outlines the development and the basic principles of ultrasound tests on the principles and characteristics of ultrasound sensors. Some of the main parameters for the system were discussed, and introducing ultrasonic ranging system functions basic, the overall composition of the system. Through multiple design comparison, the best designed program drawn, and various system design modules principles introduced. On the composition of the system circuit chip introduced and elaborated the principles of their work. Papers introduced system software architecture, through programming to achieve system function.Keywords: Automobile-reversing radar system ;STC89C52RC; Ultrasonic rangingII目录摘要IAUTOMOBILE-REVERSING RADAR SYSTEMII1 概述11.1 国内外研究现状简述11.2设计的目的和意义21.3设计的任务和要求31.3.1.设计任务31.3.2设计的技术要求32 课题的方案设计与论证42.1 方案比较42.2系统整体方案设计52.3 系统整体方案的论证63 超声波测距的原理83.1超声波测距的原理83.2 发射接收时间对测量精度的影响分析83.3当地声速对测量精度的影响分析93.4测量盲区94 系统硬件设计114.1 系统设计114.2 芯片STC89C52RC介绍114.3超声波传感器154.4 超声波测距模块HC-SR04164.4.1、HC-SR04的产品特点：164.4.2、HC-SR04的电气参数：164.4.3、超声波时序图：174.5系统硬件电路的设计174.5.1 显示电路的设计184.5.2 报警电路设计194.5.3 电源电路设计204.5.4超声波接收电路设计204.5.5超声波发射电路的设计215 系统软件设计245.1超声波测距算法的程序设计245.2 主程序设计及其流程图265.3 超声波发送及接收程序285.4 程序清单29总 结36致 谢38参考文献39附录1 硬件原理图40附录2 实物图4116河南理工大学毕业设计（论文）说明书1 概述1.1 国内外研究现状简述汽车倒车雷达在车挂倒挡时开始工作，由探头、主机、显示器和报警器四部分构成，探头可以根据需要安装不同的数量，目前比较常见的是4探头(安装于后保险杠上)和6探头(2前4后)的；除一般的放置位置外，显示器也可以替代原来的后视镜并兼顾这两种功能，它可以显示多种信息。例如障碍物相对于车的距离、角度和车内外温度等(视雷达档次而定)。以4探头液晶显示屏的奥迪倒车雷达为例，它最远可以探测到196m外的障碍物，并可以显示出是由哪个探头探测到的，如果两个探头同时探测到障碍物，则会以离车最近的障碍物为准，有些显示器上还带有“车载免提功能”，其内有扬声器和麦克风，可以进行录音和放音。倒车雷达的提示方法也可以分为数码显示、声音提示和语音提示等，以博视雷达为例，其背光可通过三色变换来警告危急程度，声音提示则会通过急促程度的不同告诉驾驶员及时停车有些雷达还特别为喜欢安静的驾驶员设置了静音开关。倒车雷达的接收方式可以分为有线式和无线式两种，无线接收方式显然更省事，不必“走线”而拆装车内的原有装饰，也不受车型、车长等因素的影响，其价格自然也略高些。国外汽车倒车雷达预警系统早期大多采用红外线的发射与接收原理，不属于雷达产品， 最大的缺点是红外线易受干扰，整个系统的警示音常呈现不稳定的乱鸣状态，另外对深黑色粗糙表面物体的反应也较差。但更糟糕的是，无论是红外线发射器或接收器，只要任何一方让一层薄薄的冰雪或泥尘覆盖，系统就会失效。最近在欧美出现的一种电磁感应倒车雷达。在线路上套上一个环型的感应圈，该感应圈放置在车后的保险杠内侧，从车外完全看不出有此装置。以感应车后是否有障碍物。此种装置价格中等，并且完全隐密，但可惜的是，安装时必须卸下保险杠，而且只能探测动态物品，当车在后退行进时，可探测到物体，但车一旦停止后退行进，则任何物体都不被认可。换言之，如有任何物品贴在后保险杠，当车一旦停下再启动后，此装置并不会告知驾驶者后方有物品贴在保险杠，此车不能再后退等。德国大众公司已经将超声波测距技术应用在倒车雷达上，并且具有前视和后视功能，采用自举升压的方式驱动8路超声波传感器。 日本、美国和欧洲等国的大汽车公司都投入了相当的人力、物力，采用先进的毫米波雷达、CCD摄像机、GPS和高档微机等制成安全预警系统，使用在其所开发的高级汽车上。据海外媒体报道，戴姆勒-克莱斯勒公司日前成功开发出供商用车使用的电子刹车系统，它与其他刹车系统的区别在于，其在卡车车头设有雷达感应器，感应器在车前观察四周环境，并将所有收集的信息交由一控制器加以处理，形成虚拟景象，再借助演算法的辅助来判断所发生状况是否需要利用刹车。未来两三年内这种新型刹车系统即可量产上市，但价格昂贵，其过高的成本限制了它应用的普遍性。随着我国汽车产业的高速发展，近两三年我国开始进入私家车时代，交通事故发生的频率也在增加，为提高汽车运行的安全性，倒车雷达预警系统不仅深受驾驶员的青睐，也逐渐成为汽车电子产业中新的增长点。尤其是近两年来，倒车雷达成了商家的电子新爱，众多生产防盗器的厂家纷纷涉足倒车雷达，处在我国汽车电子行业环境的繁荣背景下倒车雷达已渐渐形成一个较大的行业，而且已呈现出一派激烈竞争的态势。倒车雷达系统经历了三个阶段，六代的技术改良，从早期的倒车防撞仪，只能测试车后有限范围的障碍物，并发出警报，发展到根据距离远近程度分段报警，前两个阶段的倒车雷达一般采用专用集成电路，功能较简单。随着人们对汽车驾驶辅助系统易用性要求的提高，以及单片机价格不断下降和汽车电子系统网络化发展的要求，新型的倒车雷达都是以单片机为核心的智能测距传感系统。要求倒车雷达连续测距并显示障碍物距离，并采用不同间歇呜叫频率的声音报警提示距离，让驾驶员全神贯注地注视场景。汽车电子系统网络化发展还要求作为驾驶辅助系统子系统的倒车雷达具有通信功能，能够把数据发送到汽车总线上。如最为先进的倒车雷达系统为“智能可视倒车雷达系统”，它在车尾部撞上针孔摄像头，倒车时可以在DVD显示屏上显示车后的广角真实图像。在近日上市的由东风汽车有限公司乘用车公司推出的全新一代轿车，最引人注目的是它配备了倒车影像显示和NAVI卫星导航系统，这两项配置在同级别的轿车上可谓绝无仅有，有效提升了轿车的档次，直接将高级别汽车的智能化从概念引入了应用。在驾驶者挂入倒挡时，中控台上的液晶显示屏会自动切换画面，将车尾摄像头拍下的环境状况展示在驾驶者眼前，最大程度地方便泊车，这项功能在夜间尤其具有价值。目前市场上的倒车雷达品牌可谓是种类繁多，有铁将军、北华三松、固地、博视、奇真、台湾俊邦、豪迪等几十种品牌，价格也是几百、上千元不等，有些厂家还根据车型的不同，设计专用的倒车雷达。1.2设计的目的和意义随着汽车的普及，越来越多的家庭拥有了汽车。交通拥挤状况也随之出现，撞车事件也是经常发生，人们在享受汽车带来的乐趣和方便的同时，更加注重的是汽车的安全性，许多“追尾”事故都与车距有着密切的关系。为了解决这个安全问题，设计一种汽车倒车雷达系统势在必行。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，如测距仪和物体位移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。所以超声波测距法是一种非常简单常见的方法，应用在汽车停车的前后左右防撞的近距离测量，以及在汽车倒车雷达系统中，超声波作为一种特殊的声波，具有声波传输的基本物理特性折射，反射，干涉，衍射，散射。超声波测距是利用其反射特性，当车辆后退时，超声波测距传感器利用超声波检测车辆后方的障碍物位置，并利用LED显示出来，当到达一定距离时，系统能发出报警声，进而提醒驾驶人员，起到安全的作用。通过本课题的研究，将所学到的知识用在实践中并有所创新和进步。该设计可广泛应用在生活、军事、工业等各个领域，它需要设计者有较好的数电、模电知识，并且有一定的C语言编程能力，综合运用所学的知识实现对超声波发射与接收信号进行控制，通过单片机程序对超声波信号进行相应的分析、计算、处理最后显示在LED数码管上。1.3设计的任务和要求1.3.1.设计任务利用STC89C52RC单片机、超声波发射电路、超声波接收电路、LED显示电路、报警电路等电路组成实时超声波测距系统，实现汽车倒车距离显示与控制。1.3.2设计的技术要求(1)探测距离40-400cm(2)测量误差5%(3)倒车距离150cm时，蜂鸣器不响； 倒车距离在80cm-150cm时，蜂鸣器-嘟-嘟-嘟-嘟-断续的响； 倒车距离在40cm-80cm时，蜂鸣器-嘟-嘟-嘟-嘟较急促的响； 倒车距离在40cm时，蜂鸣器嘟嘟嘟嘟连续的响，发光二极管发光。2 课题的方案设计与论证2.1 方案比较 方案一：基于单片机的汽车倒车雷达系统利用单片机编程产生频率为40kHz的方波，经过发射驱动电路放大，使超声波传感器发射端震荡，发射超声波。超声波经反射物反射回来后，由传感器接收端接收，再经接收电路放大、整形，控制单片机中断口。其系统框图如图2-1所示。 发射障碍接收物接收处理发射驱动单片机复位键数字显示图2-1超声波测距系统框图这种以单片机为核心的超声波测距系统通过单片机记录超声波发射的时间和收到反射波的时间。当收到超声波的反射波时，接收电路输出端产生一个高电平，在单片机的外部中断源输入口产生一个中断请求信号，单片机响应外部中断请求，执行外部中断服务子程序，读取时间差，计算距离，结果输出给LED显示。方案二：基于CPLD的汽车倒车雷达系统这种系统采用CPLD(Complex Programmable Logic Device)器件，运用VHDL(Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language)编写程序，使用MAX+plus II软件进行软硬件设计的仿真和调试，最终实现测距功能。CPLD器件内部的宏单元是其最基本的模块，能独立地编程为D触发器、T触发器、RS触发器或JK触发器工作方式或组合逻辑工作方式。它的这种特性非常适用于本系统，可将本系统所需要的分频功能、计数功能、振荡器、七段码显示全部由MAX来实现，而只需在外部配上适当的超声波传感器、接收和发送电路，即可组成一个测量精度高、性能稳定、响应速度快且具有显示功能的汽车倒车雷达系统。本系统利用CPLD器件控制超声波的发射，并对超声波发射至接收的往返时间进行计数，将计算结果在LED上显示出来。配合使用MAX+plus II开发软件，可集设计输入、设计处理、设计校验和器件编程于一体，集成度高，开发周期短。其系统框图如图2-2所示。复位模块分频计数模块脉冲发生显示模块七段显示晶振启动复位发射传感器接收传感器接收放大整形发射放大图2-2基于CPLD的汽车倒车雷达系统框图超声波发射器向某一方向发射40kHz的超声波，在发射超声波的同时，MAX7128S内的计数器开始计数。超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就会立即返回来。超声波接收器收到反射波后就将回波信号送到CPLD，CPLD立即停止计数。CPLD所计的时间就是超声波从传感器到被测物的往返时间。超声波在空气中的传播速度如设定为332m/s，根据计数器记录的时间t，就可以计算出发射点到障碍物的距离s，即：s=332t/2。CPLD开始计数后，只要传感器收到回波，CPLD就立即停止计数，即只有最先返回的超声波才起作用，也就是说汽车倒车雷达系统总是测得离传感器最近的物体的距离。基于单片机设计的汽车倒车雷达系统具有硬件结构简单，工作可靠，准确计时，测距精度高，而且单片机控制方便，计算简单。而基于CPLD的汽车倒车雷达系统硬件复杂，在适当的测量范围内测距精度不高。因此，本文采用方案一（基于单片机设计的汽车倒车雷达系统）。2.2系统整体方案设计汽车倒车雷达系统设计是基于STC89C52RC单片机的超声信号检测的。因此初步计划是在室内小范围的测试，限定在2.5米左右。单片机（STC89C52RC）发出短暂的40KHz信号，反射后的超声波经超声波接收器作为系统的输入，锁相环对此信号进行技术判断后，把相应的计算结果送到LED显示电路显示，并进行报警。超生波发射电路通常分为调谐式和非调谐式。在调谐式电路中有调谐线圈（有时装在探头内），谐振频率由调谐电路的电感、电容决定，发射的超声脉冲频带较窄。在非调谐式电路中没有调谐元件，发射出的超声频率主要由压电晶片的固定参数决定，频带较宽。将一定频率的交流电压加到发射传感器的固有频率为40KHz，使其工作在谐振频率，达到最优的特性。发射电压从理论上说是越高越好，因为对同一支发射传感器而言，电压越高，发射的超声功率就越大，这样能够在接受传感器上接受的回波功率就比较大，对于接受电路的设计就相对简单一些。但是每一支实际的发生传感器有其工作电压的极限值，同时发射电路中的阻尼电阻决定了电路的阻尼情况。通常采用改变阻尼电阻的方法来改变发射强度。发射部件的点脉冲电压很高，但是由于障碍物回波引起的压电晶片产生的射频电压不过几十毫伏，要对这样小的信号进行处理就必须放大到一定的幅度。接收部分就是有两级放大电路，检波电路及锁相环构成，其中包括杂波抑制电路。最终达到对回波进行放大检测，产生一个单片机（STC89C52RC）能够识别的中断信号作为回波到达的标志单片机发出启动信号，超声波模块经放大后通过超声波发射器输出；超声波接收器将接收到的超声波信号经放大器放大，启动单片机中断程序，测得时间为t，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。 2.3 系统整体方案的论证超声波测距的原理是利用超声波的发射和接收，根据超声波传播的时间来计算传播距离。实用的测距方法有两种，一种是在被测距离的两端，一端发射，另一端接收的直接波方式，适用于身高计；一种是发射波被物体反射回来后接收的反射波方式，适用于测距仪。此次设计采用反射波方式。测距仪的分辨率取决于对超声波传感器的选择。超声波传感器是一种采用压电效应的传感器，常用的材料是压电陶瓷。由于超声波在空气中传播时会有相当的衰减，衰减的程度与频率的高低成正比；而频率高分辨率也高，故短距离测量时应选择频率高的传感器，而长距离的测量时应用低频率的传感器。硬件电路的设计主要包括电源电路、单片机及其辅助电路、超声波发射和超声波检测接收电路、显示电路四部分组成。单片机采用STC89C52RC或其兼容系列。采用12MHz高精度的晶振，以获得较稳定时钟频率，减小测量误差。单片机用P1.0端口输出超声模块所需的启动信号，超声波发射探头发出40KHZ的超声波。利用外中断0口监测超声波接收电路输出的返回信号。显示电路采用实用的4位共阳LED数码管。3 超声波测距的原理3.1超声波测距的原理单片机发出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S=Ct/2 (3-1)式(3-1)中的C为超声波在空气中传播的速度。限制该系统的最大可测距离存在四个因素：超声波的幅度、反射物的质地、反射和入射声波之间的夹角以及接收换能器的灵敏度。接收换能器对声波脉冲的直接接收能力将决定最小可测距离。为了增加所测量的覆盖范围，减少测量误差，可采用多个超声波换能器分别作为多路超声波发射/接收的设计方法。波速确定后，只要测得超声波往返的时间t，即可求得距离S。其系统原理框图如图3-1所示。发射障碍接收物接收处理发射驱动单片机复位键数字显示图3-1 超声波测距系统框图单片机STC89C52RC发出短暂的40kHz信号，经放大后通过超声波换能器输出；反射后的超声波经超声波换能器作为系统的输入，锁相环对此信号锁定，产生锁定信号启动单片机中断程序，读出时间t，再由系统软件对其进行计算、判别后，相应的计算结果被送至LED数码管进行显示。3.2 发射接收时间对测量精度的影响分析采用TR40压电超声波传感器，脉冲发射由单片机控制，发射频率40KHz ，忽略脉冲电路硬件产生的延时，可知由软件生成的起始时间对于一般要求的精度是可靠的。对于接收到的回波，超声波在空气介质的传播过程中会有很大的衰减，其衰减遵循指数规律。设测量设备基准面距被测物距离为h，则空气中传播的超声波波动方程为： （3-2）由以上公式可知，超声波在传播过程中存在衰减，且超声波频率越高，衰减越快，但频率的增高有利于提高超声波的指向性。经以上分析，超声波回波的幅值在传播过程中衰减很大，收到的回波信号可能十分微弱，要想判断捕获到的第一个回波确定准确的接受时间，必须对收到的信号进行足够的放大，否则不正确的判断回波时间，会对超声波测量精度产生影响。3.3当地声速对测量精度的影响分析当地声速对超声波测距测量精度的影响远远要比收发时间的影响严重。超声波在大气中传播的速度受介质气体的温度、密度及气体分子成分的影响，即： （3-3）由上式知，在空气中，当地声速只决定于气体的温度，因此获得准确的当地气温可以有效的提高超声波测距时的测量精度。工程上常用的由气温估算当地声速的公式如下： （3-4）式中C0=331.4m/s；T为绝对温度，单位为k。 式（3-4）一般能为声速的换算提供较为准确的结果。实际情况下，温度每上升或者下降 1 , 声速将增加或者减少0.607m/s ，这个影响对于较高精度的测量是相当严重的。因此提高超声波测量精度的重中之重就是获得准确的当地声速。对于时间误差主要由发送计时点和接收计时点准确性确定，为了能够提高计时点选择的准确性，本文提出了对发射信号和接收信号通过校正的方式来实现准确计时。此外，当要求测距误差小于1mm时，假定超声波速度C=344m/s(20室温)，忽略声速的传播误差，则测距误差St0.000 002 907s，即2.907ms。根据以上计算可知，在超声波的传播速度是准确的前提下，测量距离的传播时间差值精度只要再达到微秒级，就能保证测距误差小于1mm的误差。使用的12 MHz晶体作时钟基准的STC89C52RC单片机定时器能方便的计数到1s的精度，因此系统采用STC89C52RC的定时器能保证时间误差在1mm的测量范围内。3.4测量盲区在以传感器脉冲反射方式工作的情况下，电压很高的发射电脉冲在激励传感器的同时也进入接收部分。此时，在短时间内放大器的放大倍数会降低，甚至没有放大作用，这种现象称为阻塞。不同的检测仪阻塞程度不一样。根据阻塞区内的缺陷回波高度对缺陷进行定量评价会使结果偏低，有时甚至不能发现障碍物，这时需要注意的。由于发射脉冲自身有一定的宽带，加上放大器有阻塞问题，在靠近发射脉冲一段时间范围内，所要求发现的缺陷往往不能被发现，这段距离称为盲区，具体分析如下：当发射超声波时，发射信号虽然只维持一个极短的时间，但停止施加发射信号后，探头上还存在一定余振（由于机械惯性作用）。因此，在一段较长的时间内，加在接收放大器输入端的发射信号幅值仍具有一定的幅值高度，可以达到限幅电路的限幅电平VM；另一方面，接收探头上接收到的各种反射信号却远比发射信号小，即使是离探头较近的表面反射回来的信号，也达不到限幅电路的限幅电平，当反射面离探头愈来愈远，接收和发射信号相隔时间愈来愈长，其幅值也愈来愈小。在超声波检测中，接收信号幅值需达到规定的阀值VM，亦即接收信号的幅值必须大于这一阀值才能使接收信号放大器有输入信号。在下一节里，我们将详细介绍汽车倒车雷达系统的各部分电路的设计思路及方法。4 系统硬件设计4.1 系统设计采用STC89C52RC单片机作为主控制器，用动态扫描法实现LED数字显示，超声波驱动信号用单片机的定时器和计数器来完成，汽车倒车雷达系统的系统框图如图4-1所示：发射障碍接收物接收处理发射驱动单片机复位键数字显示图4-1 超声波测距系统框图系统框图中的STC89C52RC单片机用来协调各个单元，超声波接收电路用来收集接收的信号，超声波发射电路用来发射40khz的信号，存储器用来存储接收的信号，用LED数码管显示距离。4.2 芯片STC89C52RC介绍STC89C52RC单片机是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超强抗干扰的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可以任意选择。主要特性如下：1） 增强型8051单片机，6时钟/机器周期和12时钟/机器周期可以任意选择，指令代码完全兼容传统8051.2） 工作电压：5.5V3.3V（5V单片机）/3.8V2.0V（3V单片机）3） 工作频率范围：040MHz，相当于普通8051的080MHz，实际工作频率可达48MHz4） 用户应用程序空间为8K字节5） 片上集成512字节RAM6） 通用I/O口（32个），复位后为：P1/P2/P3/P4是准双向口，需加上拉电路，P0口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O口用时，需加上拉电阻。7） ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器，可通过串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片8） 具有EEPROM功能9） 具有看门狗功能10） 共3个16位定时器/计数器。即定时器T0、T1、T211） 外部中断4路，下降沿中断或低电平触发电路，Power Down模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒12） 通用异步串行口（UART），还可用定时器软件实现多个UART13） 工作温度范围：-40+85（工业级）/075（商业级）14） PDIP封装STC89C52RC单片机的工作模式l 掉电模式：典型功耗0.1A,可由外部中断唤醒，中断返回后，继续执行原程序l 空闲模式：典型功耗2mAl 正常工作模式：典型功耗4mA7mAl 掉电模式可由外部中断唤醒，适用于水表、气表等电池供电系统及便携设备4-2 STC89C52RC引脚图STC89C52RC引脚功能说明VCC（40引脚）：电源电压VSS（20引脚）：接地P0端口（P0.0P0.7，3932引脚）：P0口是一个漏极开路的8位双向I/O口。作为输出端口，每个引脚能驱动8个TTL负载，对端口P0写入“1”时，可以作为高阻抗输入。在访问外部程序和数据存储器时，P0口也可以提供低8位地址和8位数据的复用总线。此时，P0口内部上拉电阻有效。在Flash ROM编程时，P0端口接收指令字节；而在校验程序时，则输出指令字节。验证时，要求外接上拉电阻。P1端口（P1.0P1.7，18引脚）：P1口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口。P1的输出缓冲器可驱动（吸收或者输出电流方式）4个TTL输入。对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这是可用作输入口。P1口作输入口使用时，因为有内部上拉电阻，那些被外部拉低的引脚会输出一个电流（）。此外，P1.0和P1.1还可以作为定时器/计数器2的外部技术输入（P1.0/T2）和定时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX）。在对Flash ROM编程和程序校验时，P1接收低8位地址。P2端口（P2.0P2.7，2128引脚）：P2口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P2的输出缓冲器可以驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，这时可用作输入口。P2作为输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流（）。在访问外部程序存储器和16位地址的外部数据存储器（如执行“MOVX DPTR”指令）时，P2送出高8位地址。在访问8位地址的外部数据存储器（如执行“MOVX R1”指令）时，P2口引脚上的内容（就是专用寄存器（SFR）区中的P2寄存器的内容），在整个访问期间不会改变。在对Flash ROM编程和程序校验期间，P2也接收高位地址和一些控制信号。P3端口（P3.0P3.7，1017引脚）：P3是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P3的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口。P3做输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输入一个电流（）。在对Flash ROM编程或程序校验时，P3还接收一些控制信号。P3口除作为一般I/O口外，还有其他一些复用功能。RST（9引脚）：复位输入。当输入连续两个机器周期以上高电平时为有效，用来完成单片机的复位初始化操作。看门狗计时完成后，RST引脚输出96个晶振周期的高电平。特殊寄存器AUXR（地址8EH）上的DISRTO位可以使此功能无效。DISRTO默认状态下，复位高电平有效。ALE/（30引脚）：地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8位地址的输出脉冲。在Flash编程时，此引脚（）也用作编程输入脉冲。在一般情况下，ALE以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ALE脉冲将会跳过。如果需要，通过将地址位8EH的SFR的第0位置“1”，ALE操作将无效。这一位置“1”，ALE仅在执行MOVX或MOV指令时有效。这个ALE能使标志位（地址位8EH的SFR的第0位）的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。（29引脚）：外部程序存储器选通信号（）是外部程序存储器选通信号。当STC89C52RC从外部程序存储器执行外部代码时，在每个机器周期被激活两次，而访问外部数据存储器时，将不被激活。/VPP（31引脚）：访问外部程序存储器控制信号。为使能从0000H到FFFFH的外部程序存储器读取指令，必须接GND。注意方式1时，将内部锁定位RESET。为了执行内部程序指令，应该接VCC。在Flash编程期间，也接收12伏VPP电压。XTAL1（19引脚）：振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。XTAL2（18引脚）：振荡器反相放大器的输入端。4.3超声波传感器超声波传感器是应用传感器头部的压振陶瓷的振动，产生高频(人耳听不见)声波来进行感应的，假如这声波碰到了某个物体反射回来，传感器就能接收到回波。传感器依据声波波长和发射及接收回波的时间差就能肯定传感器探头与物体之间的间隔。总体上讲，超声波发生器可分为两大类：一类是用电气方式产生的超声波，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。他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，利用压电效应的原理，压电效应有逆变效应和顺变效应，超声波传感器是可逆元件，超声波发送器就是利用压电逆变效应的原理。所谓压电逆变效应，是在压电元件上施加电压，元件就变形，即称应变。若在已极化的压电陶瓷上施加正极性的电压，外部正电荷与压电陶瓷的极化正电荷相斥。由于相斥的作用，压电陶瓷在厚度方向上缩短，在长度方向上伸长。若外部施加的极性相反，压电陶瓷在厚度方向上伸长，在长度方向上缩短。超声波传感器采用双晶振子，即把双压电陶瓷片以相反极化方向粘在一起，在长度方向上，一片伸长，另一片就缩短。在双晶振子的两面涂敷薄膜电极，其上面用引线通过金属板(振动板)接到一个电极端，下面用引线直接接到另一个电极端。双晶振子为正方形，正方形的左右两边由圆弧形凸起部分支撑着。这两处的支点就成为振子振动的节点。金属板的中心有圆锥形振子。发送超声波时，圆锥形振子有较强的方向性，因而能高效率地发送超声波；接收超声波时，超声波的振动集中于振子的中心，所以能产生高效率的高频电压。采用双晶振子的超声波传感器,若在发送器的双晶振子(谐振频率为40kHz)上施加40kHz的高频电压，压电陶瓷片就根据所加的高频电压极性伸长与缩短，于是就能发送40kHz频率的超声波。超声波以疏密波形式传播，传送给超声波接收器。超声波接收器是利用压电效应的原理，即在压电元件的特定方向上施加压力，元件就发生应变，则产生一面为正极，另一面为负极的电压。若接收到发送器发送的超声波，振子就以发送超声波的频率进行振动，于是，就产生与超声波频率相同的高频电压，当然这种电压是非常小的，必须采用放大器放大。4.4 超声波测距模块HC-SR044.4.1、HC-SR04的产品特点：HC-SR04 超声波测距模块可提供 40cm-400cm 的非接触式距离感测功能；模块包括超声波发射器、接收器与控制电路。 基本工作原理：(1)采用 I/O 口 TRIG 触发测距，给至少 10us 的高电平信号； (2)模块自动发送 8 个 40khz 的方波，自动检测是否有信号返回； (3)有信号返回，通过I/O 口 ECHO 输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。测试距离=(高电平时间*声速(340m/s)/2；4.4.2、HC-SR04的电气参数：4-1 HC-SR04电气参数表电气参数HC-SR04 超声波模块工作电压DC 5 V工作电流15mA工作频率40Hz最远射程4m最近射程40cm测量角度15 度输入触发信号10us 的 TTL 脉冲输出回响信号输出 TTL 电平信号，与射程成比例规格尺寸45*20*15mm河南理工大学毕业设计（论文）说明书4.4.3、超声波时序图：4-3 超声波时序图一个 10us 以上脉冲触发信号，该模块内部将发出 8 个 40kHz 周期电平并检测回波。一旦检测到有回波信号