多功能汽车防撞报警器的设计

毕业设计说明书 多功能汽车防撞报警器的设计 专业 电气工程及其自动化 学生姓名 班级 电气 学号 指导教师 完成日期 2010年X月X日 多功能汽车防撞报警器的设计 摘 要：随着电子技术和汽车技术的日益结合，各种电子智能装置已经用于汽车系统中，使汽车电子产品已经成为电子产品中的一个独立门类，它为保障汽车行驶安全、降低肇事率起到了很大的作用。

汽车防撞系统是一种可向司机预先发出视听告警信号的探测装置。它安装在汽车上,能探测企图接近车身的行人、车辆或周围障碍物；
能向司机及乘员提前发出即将发生撞车危险的信号,促使司机采取应急措施来应付特殊险情,避免损失。系统以单片机AT89C2051为控制核心器件，系统的硬件电路主要由超声波测距装置，汽车测速装置，显示装置组成。一般的汽车防撞装置在精度要求上很难达到标准，设计的创新在于结合了温度传感技术，使超声波测距更精确。

根据电路设计原则， 首先完成总体方案的论证制定，绘制总体框图，然后分析系统的工作原理，在此基础上设计出各部分单元电路原理图，分析其工作原理，进一步完成对系统电路的设计。在对系统工作原理充分研究的基础上，选择合适的元件型号和参数，再用protel绘图软件画出电路原理图。

关键词：AT89C2051；
温度传感器；
超声波测距；
汽车测速 Anticollision Alarm of The Multi-functional Automobile Abstract: The technical of the car along with the electronics technique increasingly combinative, every kind of electronics intelligence equipments have been used in the car system, making the car electronics product have become an independent door in electronics product, it is to guarantees the car drives the safety and lower the cause rate, it rises very big function. The principle of measuring distance with ultrasonic, and the influence of environment on the measuring accuracy ate introduce the reason of measuring error is analyzed. when instrument is designed, the selection of ultrasonic sensor, the ascertainment of frequency count and the influence of blind area on measurement are expounded the approach of improving measuring accuracy is pointed out, the method of correcting error with software is expound emphatically. design aims are achieved, measuring demands on industry are satisfied. According to the principles of circuit design,firstly, I formulate the system overall plan , draw the diagram of the console, and then analyze the working principle of the system , design each parts of circuit schematics,which is based on the working principle of the system , furtherly I complete the design of the system circuits . According to the analysis of the working principle of the system， I select the appropriate component models and parameters, and then draw the system circuits through the protel schematic drawing software. Key Words: AT89C2051；
Ultrasonic Distance measuring；
Thermometer；
Measuring the speed of car 目 录 0 概述 4 1 总体方案设计与实现 4 1.1总体方案设计 4 1.2超声波测距原理与影响因素 5 1.3汽车测速原理 8 1.4 AT89C2051单片机功能介绍 8 2 系统硬件部分的设计实现 9 2.1电源电路的设计 9 2.2传感器的选择 11 2.3超声波测距电路的设计 12 2.4汽车测速电路的设计 13 2.5报警电路的设计 16 2.6显示电路的设计 17 3系统软件部分的设计实现 19 3.1基于汇编语言实现DSB18B20程序设计 19 3.2基于汇编语言实现显示电路程序设计 20 3.3基于汇编语言实现汽车测速程序设计 21 4结束语 22 参考文献 23 致 谢 24 附 录 25 附录1总程序流程图 25 附录1.1总程序流程图 25 附录1.2总程序清单 27 附录2设计图纸 34 附录2.1汽车车速测量和超声波测距原理框图 34 附录2.2：多功能汽车防撞报警器总框图 35 附录2.3：多功能汽车防撞报警器总原理图 36 多功能汽车防撞报警器 0 概述 随着社会经济的不断进步和科技的飞速发展，在日常工作和生活中，汽车已成为人们理想的交通工具。高速公路上的汽车川流不息，汽车尾气排放日益严重，能源危机以及汽车行驶安全问题日益突出，为解决汽车的污染、节能、安全问题，汽车上广泛采用了电子控制技术。

本此设计的多功能汽车防撞报警器是根据定时时间来计算汽车与障碍物的距离，用计数频率来计算汽车车速，根据汽车与障碍物之间的距离和汽车的车速来判断是否对应在安全范围之内，若超出安全范围就会产生报警信号，并根据计算和判断的结果产生BCD码和相应频率的脉冲信号，以驱动显示电路。设计以单片机AT89C205作为报警装置的核心，能充分发挥AT89C2051的数据处理和实时控制功能，使系统工作于最佳状态。

系统设计的具体要求有以下几点：
A．设计汽车防撞报警器的硬件电路，编写能够完成防撞报警的软件，实现多功能的汽车防撞报警系统。

B．与超声波的测距技术、传感器技术相结合，检测汽车运行中后方障碍物与汽车的距离及汽车车速。

C．通过数显装置显示距离，并由发声电路根据距离远近情况发出警告声，使汽车驾驶者可以提前采取应对措施。

软件系统的设计是根据所测距离和车速进行比较，然后根据测量的结果来判断是否驱动报警电路报警。设定当车速小于等于30km/h时,安全即离应大于等于1m；
当车速小于80km/h,时安全即离应大于等于2m；
当车速大于80km/h时，安全距离应大于等于5m。如果将安全距离设为0.5m，就可作为汽车倒车报警器，提高汽车倒车时的安全。如果超出设定的值系统就会触发报警电路，产生报警信号。

多功能汽车防撞报警器作为一项先进的汽车防撞装置，它能够预报多种情况下汽车的防撞事故，该装置以单片机为核心，具有体积小、使用方便的特点，对防撞报警器的设计具有一定的借鉴作用。在预防和制止事故方面起到了一定的作用，具有一定的经济价值和社会效益。

1 总体方案设计与实现 1.1总体方案设计 由超声波测距的原理：S=C×T/2（其中C为超声波速度，常温下为344m/S），声速确定以后只要测出声波往返时间，就可以测量出距离。汽车车速的测量是通过霍尔集成传感器来实现的。系统的硬件电路主要由温度传感器电路、超声波发射电路、超声波接收电路、汽车测速电路、报警电路、LED显示电路组成。通过AT89C2051芯片处理防撞信号，使报警电路报警，系统总的原理框图如下图所示。

单 片 机 控 制 放大电路 汽车速度测量 声音报警 LED显示距离 温度传感器 超声波发射器 锁相环 放大电路 超声波接受器 信号发射 信号接收 图1-1 系统原理框图 1.2超声波测距原理与影响因素 1.2.1测量原理 声波是媒质中传播的质点的位置、压强和密度对相应静止值的扰动。高于 2×104HZ时的机械波称为超声波，媒质包括气体、液体和固体。流体中的声波常称为压缩波或压强波，对一般流体媒质而言，声波是一种纵波，传播速度为 C=Sqrt(E/ρ) (1-1) 式中E为媒质的弹性模量，ρ为媒质的密度, E为媒质的弹性模量，E为复数，其虚数部分代表损耗；
C也是复数,其实数部分代表传播速度，虚数部分则与衰减常数(每单位距离强度或幅度的衰减)有关，测量后者可求得媒质中的损耗。声波的传播与媒质的弹性模量密度、内耗以及形状大小(产生折射、反射、衍射等)有关。

利用声波反射原理，已知声速C，测量发射波与反射波的时间间隔t，可得到发射点与反射点的距离S为 S=C*T/2 (1-2) 原理图如下：
障 碍物 超声波发射 超声波接收 图 1-2 超声波测距原理 另外，从图中还可以看出，由于超声波利用接收和发射波来进行距离的计算 因而不可避免地存在发射与发射之间的夹角，其大小为2β。当β很小的时候可以根据公式(1-2)计算，当β比较大的时候，则必须进行距离修正，公式为 S=COSβ×C△T/2 (1-3) 在上式中，倾角β与超声波发射装置和接收装置的位置有关。在实际应用中，应注意适当安装。

1.2.2外界因素对测量的影响 声波传输速度与媒介的弹性模量和密度相关，因此，利用声速测量距离，就要考虑这些因素对声速影响。在气体中，压强、温度、湿度等因素会引起密度变化，气体中声速主要受密度影响，液体的深度、温度等因素会引起密度变化，固体中弹性模量对声速影响较密度影响更大，一般超声波在固体中传播速度最快，液体次之，在气体中的传播速度最慢。气体中声速受温度的影响最大。声波扰动是机械的，声波在传播中带有机械能量，声能传播的途中逐渐转变成热，从而出现随距离而逐渐衰减的现象,称为声吸收。声波的频率越高衰减得越厉害，传播距离也越短，在给定的频率下，衰减是湿度的函数。

声速受温度的影响可以用以下公式表述：
C=C0*Sqrt(1+(θ/273)) (1-4) 根据式(1-4)测量的温度-声速图和温度-声速增量图如图1-3和图1-4所示。

由式(1-4)和图1-4可见，当温度θ从0～40℃变化时，将会产生7%的声速变化,因此，为了提高测量准确度,计算时必须根据温度进行声速修正。工业测量中，一般用公式计算超声波在空气中的传播速度 (1-5) 图1-3 空气中温度-声速图 图 1-4空气中温度-声速增量图 由上面的分析可以知道，超声波的速度受外界的影响因素很多，其中主要的影响因素是温度，所以温度补偿在求取声速过程就成为一个必不可少环节，为了简化程序的设计，设计之中采用了查表法进行温度补偿，其主要的目的是为了避开复杂的浮点数运算及浮点结果中各字节的提取操作。这样，既保证了一定的精度要求又可以避免浮点运算，在基于微处理器的系统中通常可将浮点运算改为定点运算。

1.2.3误差修正以及算法 经过多次测量发现，在同一温度下测量结果有如下规律: A.对于同一距离进行多次测量所测数据稳定性很好,1.5ｍ范围内变化最大不超过0.7mm。

B.测量误差随着所测距离的增大而增大。

经过多次实验, 采集了20℃时从40cm到150cm每隔2cm的距离的测量误差,即，40，42，44，…，148，150cm时的测量误差，共56个值，其中，每一个值都是多次测量所得的平均误差值。由这56个值组成了误差函数表。理论上讲，当采集的点足够多时，就可以根据逐点查表法达到非线性的完全修正，修正后误差尽可能小。但这样数据量会非常大。采用分段线性插值法进行误差曲线函数表的数据再生，从而减少了数据的存储量。根据这些误差值绘出的测量误差曲线，如图1-5所示。

图1-5 测量误差曲线 1.3汽车测速原理 汽车车速的测量是通过霍尔集成传感器来实现的。即将装有永久磁铁的转盘的输入轴与车轮的转轴相连，当车轮转动时，转盘随之转动，此时，转盘上的永久磁铁会经过霍尔集成传感器，从而在霍尔集成传感器的输入端得到一个磁信号，如果转盘不停转动，霍尔集成传感器便会输出转速信号。可以说，对汽车车速的测量实质上是对转速信号的频率的测量。

1.4 AT89C2051单片机功能介绍 AT89C2051是ATMEL公司AT89系列的新产品，是当今世界上最新型的电擦写入八位单片机，体积小、低电压、低电流、低功耗、低价格、高性能。AT89C2051是一个低功耗、高性能的CMOS8位微处理器，与MCS-51系列指令集和引脚兼容，具有以 下特点：128bytes内部RAM，2KbytesEPROM，1根I/O线，2个16位定时/计数器，5个两级中断源，1个全双工串行口，一个片内精密模拟比较器和片内振荡器，具有低功耗的闲置和掉电模式。工作电压范围在4.25～5.5V，工作频率取12MHz。它和MCS-51软件完全兼容，在家电产品、工业控制、医疗器械、汽车工业等领域有广阔的应用前景。

AT89C2051具有以下一些标准特性：2K字节的闪速存贮器，128字节RAM，15个I/O线，2个16位定时器/计数器，5个两级中断源结构，一个全双工串行口，一个精确的模拟比较器，片内振荡器和时钟电路，支持两种软件可选的省电模式，在闲置模式 CPU停止工作，但RAM、定时器/计数器、串口和中断系统仍在工作，在掉电模式下，保存RAM中内容，并且冻结振荡器，禁止所有其它芯片功能，直到下一个硬件复位为止，工作电压范围2.7～6V，直接LED驱动输出。

图1-6AT89C2051管脚封装图 P1口：8位双向I/O口，P1.2—P1.7有内部上拉电阻，P1.0，P1.1需外加上拉 电阻。P1.0，P1.1具有第二功能，分别作为片内精密比较器的同相，反相输入端。P1口输出缓冲器能接收20MA电流，并能直接驱动LED显示器。P1口锁存器写1时可作为输入口。P1口在闪烁存储器编程和校验时接收和输出数据代码。

P3口：P3.0—P3.5，P3.7是7位双向I/O，有内部上拉电阻，P3口输出驱动器能提供20mA灌电流驱动能力。P3口锁存器写1时可输入口线。P3.6作为输入口线和片内比较器输出端相连，无硬件引出端。

P3.0—P3.5具有如下第二功能：
P3.0 RXD 串行输入口；

P3.1 TXD 串行输出口；

P3.2 外部中断口输入端；

P3.3 外部中断1输入端端；

P3.4 T0 计数器0外部输入端；

P3.5 T1 计数器1外部输入端；

P3口在闪烁存储器编程和校验时接收控制信号；

RST：复位输入端，引脚电平变高后，所有I/O口线马上复位到1状态。振荡器振荡时该引脚保持两个机器周期电平，可复位整个器件；

Vcc供电电压，GND:接地；

XTAL1、XTAL2：分别为片内振荡器反相放大器的输入端和输出端。晶体振荡器 2 系统硬件部分的设计实现 2.1电源电路的设计 2.1.1概述 78L05是三端式，固定下稳压输出集成电路，输出电压为5V，它具有输出稳定，温度系数小，使用方便等优点，如下图：
图2-1 78L05外接电路 2.1.2主要特点 A外接元件少，适用性强；

B输出电流为100MA；

C输出电压为5V；

D内含过热，过流保护。

2.1.3最大额定值 表2-1 78L05的最大额定值 项目 符号 额定值 单位 电压电源 30 V 消耗功率 800 mV 工作温度 -20—+150 ℃ 贮存温度 -55—+150 ℃ 2.1.4电路设计 图2-2 78L05应用电路 2.2传感器的选择 2.2.1 DS18B20功能简介 传统的温度检测可以使用热敏电阻作为温度敏感元件，热敏电阻主要优点是成本低，但需后续信号处理电路，而且可靠性相对较差，准确度和精度都较低。美国Dallas公司最新推出的DS18B20数字式温度传感器，与传统的热敏电阻温度传感器不同，它能够直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现9～12位的数字值读数方式，可以分别在93.75ms和750ms内将温度值转化9位和12位的数字量。因而使用DS18B20可使系统结构更简单，可靠性更高。它具有独特的单总线接口方式，即允许在一条信号线上挂接数十甚至上百个数字式传感器，从而使测温装置与各传感器的接口变得十分简单，克服了模拟式传感器与微机接口时需要的A/D转换器及其它复杂外围电路的缺点，由它组成的温度测控系统非常方便，而且具有成本低、体积小、抗干扰性好、可靠性高、传输距离远等优点。

DS18B20的测温原理如图2-3所示。低温系数振荡器输出的时钟脉冲信号通过由高温系数振荡器产生的门开通周期来计数，通过该计数值来测量温度。计数器被预置为与-55℃对应的一个基数值，如果计数器在高温系数振荡器输出的门周期结束前计数到零，表示测量的温度高于-55℃，被预置在-55℃的温度寄存器的值就增加一个增量，同时为了补偿温度振荡器的抛物线特性，计数器被斜率累加器所决定的值进行预置，时钟再次使计数器计数值至零,如果开门时间仍未结束，那么重复此过程，直到高温度系数振荡器的门周期结束为止。这时温度寄存器中的值就是被测的温度值。斜率累加器主要用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器的预置值。

2.2.2 DS18B20特点概述 A.单线接口，只有一根信号线与CPU连接；

B.数字信号输出，不需要经信号放大和A/D转换；

C.能提供9到12位温度值，精度高，信息传输只需1根信号线，接口简单，两种供电方式；

D.每个DS18B20都有一个惟一的序列号，允许多个DS18B20连接到同一总线上。

E.当电源极性接反时，DS18B20不会因发热而烧毁；

F.测温范围为－55～+125℃，增量值为0.5℃(9位温度值)；

G.现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性，适合于恶劣环境的现场温度测量，如环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。

2.2.3 DS18B20的基本特性 DS18B20数字式温度传感器的外部形状、内部芯片如图所示。它使用总线接口方式与外部微处理器进行通信，温度的测量范围为－55～+125℃，测量精度为0.5℃。传感器的供电寄生在通信的总线上，可以从总线通信中的高电平中取得，这样可以不需要外部的供电电源。作为替代也可直接用供电端(VDD)供电。一般在检测的温度超过100℃时，建议使用供电端供电，供电的范围为3～5.5V。当使用总线寄生供电时，供电端必须接地，同时总线口在空闲的时候必须保持高电平，以便对传感器充电。每一个DS18B20温度传感器都有一个自己特有的芯片序列号，我们可以将多个这样的温度传感器挂接在一根总线上，可以实现多点温度的检测。

2.2.4电路的设计 本设计中DS18B20与单片机连接电路如图2-6，其中DS18B20外接电源的工作方式，同时DS18B20还有一种寄生电源的工作方式，它的一线工作协议流程是：初始化—ROM操作指令—存储器操作指令—数据传输指令，其工作时序包括初始化时序，写时序和读时序，所有的数据读写均由最低位开始，如果一个线上挂多个DS18B20要采用寄生电源的连接方式、需要进行精度配置，对子程序 编写要更复杂一些。

图2-3 DS18B20与微处理器的典型连接图 2.3超声波测距电路的设计 2.3.1超声波发射电路 超声波发射电路的设计如图2-7所示：
图2-4超声波发射电路 单片机（AT89C2051）通过外部引脚P1.7输出短暂的脉冲宽度为25，载波为40HZ的超声波脉冲串，然后加到射随器的基极，经过功率放大推动超声波发射出去。电路中的发光二极管LED和R33给出了电路的电源的供电指示。电路中的CSB40T为超声波的换能器，主要功能是发射超声波。发射超声波可以采用软件和硬件方法，上述就是利用的软件发生法，这种方法的特点就是充分利用软件，灵活性好。第二种方法就是利用超声波专用发生电路或者通用发生电路产生超声波信号，并且直接驱动换能器产生超声波。本设计采用了第一种方法。

2.3.2超声波接收电路 超声波接收电路主要由CSB40R 、LM567以及LM385组成电路组成图如下：超声波接收器将接收到的反射超声波送到放大器进行放大，然后用锁相环电路进行检波。经处理后输出低电平，送到AT89C2051的引脚启动中断程序，再由软件对其进行计算、判别这样就可以得出时间t，如果有危险，则触发报警电路，同时被测的距离在LED上显示出来。在选择超声波接收探头的时候必须采用与发射探头对应的型号，主要是频率要一致，这里采用了CSB40R，否则因无法产生共振影响接收效果、甚至无法接收。

图 2-5超声波接收电路 由于经探头变换后的信号非常弱因此必须经放大电路放大。由于正弦波信号不能直接被微处理器接收，因此必须进行波形变换，LM567就可以起到这样的作用。

2.4汽车测速电路的设计 本设计中采用的测速器由霍尔器件3031T、光隔离器4N37、比较LM311、发光二极管显示器、AT89C2051单片机组成，主要的操作过程有脉冲信号的产生、定时计数、速度数据处理等过程, 这种电子器件具有实时测速、反应灵敏、测速精度高、结构简洁、成本较低等特点，且测速精度及灵敏度是可调的，这可通过选用具有不同磁钢对数的霍尔器件及通过设置不同定时记数的时间常数来实现，因而可以满足不同测速场合下的精度及灵敏度要求，特别适合于发动机后置、变速箱离驾驶室较远的场合，硬件框图如下：
霍 尔 元 件 放 大 电 路 光 隔 离 器 整 形 电 路 AT89C2051 图 2-6汽车测速原理图 2.4.1霍尔效应原理 假设在N型半导体薄片上通以电流I，如图所示，则半导体中的载流子(电子)沿着和电流相反的方向运动(电子速度为V)，由于在垂直于半导体薄片平面的方向上施加磁场B，所以电子受到洛仑磁力FL的作用，向一边偏转，并使该边形成电子积累而另一边则为正电荷积累，于是形成电场 该电场阻止运动电子的继续偏转 当运动电子受到的电场力FE与洛仑磁力FL相等时，电子的积累便达到动态平衡，在薄片前后两横断面之间建立电场，产生相应的霍尔电势UH(方向见图)，其值为：
UH=KH×I×B (2-1) 式中: KH—霍尔元件的灵敏度V/(A*T)；

I—控制电流，A；

B—磁感应强度，T。

由式(2-1)可看出霍尔电势的大小正比于控制电流I和磁感应强度B当电流固定不变时，UH与B成正比，因而可用霍尔传感器测量磁感应强度的变化来实现。

图 2-7 霍尔效应原理图 2.4.2光隔离器4N37的选用 选用 4N37主要是考虑到电子车速表是一实时测速装置，需进行有效的隔离，以提高抗干扰能力4N37的工作原理，如图2-8所示：4、5两脚间的电阻随发光二极管发出的光强度的增加而减少，当1脚上有电压时，二极管发光，照射到4、5脚间的元件上，使4、5引脚间电阻下降，使4脚上有信号电压输出，当1脚上无电压时，二极管不发光，4、5引脚间的电阻很大，4脚上无信号电压输出。可见4N37光隔离器输入、输出间无电的直接连通，只是通过光的作用来进行工作的因而起到了隔离电的作用。

图 2-8 4N37 外型 2.4.3霍尔开关传感器3031T的选用 霍尔开关传感器 3031T的选用3031T是一种硅单片集成电路，如图2-9所示，器件内含有稳压电路、霍尔电势发生器、放大器、史密特触发器和集电极开路输出电路，3031T具有工作电压范围宽、可靠性高、外围电路简单、输出电平可与各种数字电路兼容等特点，同时3031Ｔ还具有体积小、无触点、动态特性好、使用寿命长等特点，故在测量转动物体旋转速度领域得到了广泛应用，器件采用三端平塑封装。

图 2-9 霍尔器件3031T集成电路 2.4.4比较器的选用 LM311是一种常用的线性比较器，它广泛应用于比较和整形电路中，在汽车测速电路中比较器LM311的作用是将脉冲信号整形,它还能对脉冲的幅值进行调节，在汽车测速的过程中起到了很大的作用，它对控制信号的输入有着很大的影响。

2.4.5汽车测速电路的设计 汽车测速电路主要由霍尔传感器3031T，光电隔离器4N37和比较器LM311组成。霍尔器件3031T中产生脉冲信号，其频率与车速成正比(对确定的车型,比例常数一定) 接着该脉冲信号经过放大，光电隔离和整形，送至AT89C2051单片机定时计数，具体电路设计如下：
图 2-10 测速原理图 2.5报警电路的设计 2.5.1音频功率放大器LM386介绍 A.概述 任何使扬声器发声的电子装置都需要使用音频放大器件。到目前为止，在激励小型扬声器的音频放大器件中用的最多的是美国国家半导体公司1975年推出的集成电路LM386，它主要应用于低电压消费类产品。在电路设计中为使外围元件最少，电压增益内置为20。但在1脚和8脚之间增加一只外接电阻和电容，便可将电压增益调为任意值，直至200。输入端以地位参考，同时输出端被自动偏置到电源电压的一半，在6V电源电压下它的静态功耗仅为24Mw，使得LM386特别适用于电池供电的场合。LM386的封装形式有塑封8引线双列直插式和贴片式。

LM386缺点是它需要使用大容量的电容，使整个电路的体积和价格上升，并可能使声音失真，LM386的输入阻抗很高，这些对设计的影响可以忽略。

B.特性 a)静态功耗底，约为4mA,可用于电池供电；

b)工作电压范围宽，4—12V 或5—18V；

c)外围元件少；

d)电压增益可调20—200；

e)低失真度。

2.5.2设计电路 设计电路如图2-11所示，报警电路主要由音频功率放大器LM386和扬声器组成，LM386的3脚接单片机AT89C2051的P1.6，管脚6接电源，当汽车处于危险的状态时候，由单片机发出一个脉冲信号，经过音频功率放大器LM386放大从而使扬声器发出报警信号。

图2 -11 报警电路原理图 2.6显示电路的设计 2.6.1MC14499显示芯片介绍 MC14499是Motorola公司新近生产的一种串行BCD码输入—十进制码输出的CMOS集成电路。一片MC14499可直接驱动和控制4位共阴极LED显示器(联级时可控制、驱动4×N个LED显示器)，它采用动态扫描显示方式，功耗较低。在单片机应用系统中，由于MC14499具有占用的输入口线少(只3根)、单片控制的显示位数多、使用方便可靠等优点，因而得到了广泛的应用。

MC14499的引脚排列如图2-12所示。片内主要由移位寄存器、锁存器、多路输出器、译码驱动器及振荡器组成，由多路输出器从锁存器中取出的BCD码数据经段译码器译码后，送到a-g及DP上，片内振荡器产生的振荡信号经4分频后分别送至I—IV4条位控制线上,以提供对4位显示器的轮流扫描。引脚功能如下：a-g，DP：七段码管及小数点输出；
I-IV：字位选择输出；
OSC：外接电容端。外接电容使片内振荡器产生一定频率的扫描信号，以防LED显示器闪烁；
DATA：串行数据输入端；
CLK：时钟输入端。用于提供串行输入时的时钟控制信号；
EN:使能端,此端为0时，MC14499允许接收串行数据；
为1时禁止接收串行数据，并将片内移位寄存器中的数据送入锁存器中锁存。

图2-12 MC14499的引脚图 2.6.2MC14499在本设计中的应用 在由单片机控制的具有显示功能的系统中，使用MC14499来完成其显示功能，不但使用的外围线路少，而且软件设计也很简单。

单片机与MC14499进行接口时有2种方式：第1种为I/O口控制方式，即由单片机提供3根I/O口线来和MC14499进行串口接口，用软件来模拟串行输出操作，以提供MC14499的EN、CLK和DATA。第2种为串行口控制方式，由单片机的串行数据发送端TXD提供CLK时钟信号，串行数据接收端RXD输出串行数据，再由P1口或P3口任意一口提供EN信号，串行口控制方式工作于单片机的工作方式。其显示电路接线如图2-13所示。

图 2 -13显示电路原理图 MC14499引脚2、3、4分别接AT89C2051的P1.0、P3.1、P3.0。

3系统软件部分的设计实现 3.1基于汇编语言实现DSB18B20程序设计 3.1.1初始化 总线上的所有操作前要初始化操作，先发复位信号，通知传感器DS18B20，并等待接收命令。

3.1.2 ROM操作命令 单片机收到DS18B20信号后，就可以发送四个ROM操作命令中的一个，这些命令字均为8位的16进制数（最低位在前），现将这些命令说明如下。

A．读命令：通过该命令单片机可以读出ROM中8位系列产品代码、48位产品序列号和8位CRC码。读命令仅用在单个DS18B20在线情况，当多于一个时由于DS18B20为开漏输出将产生线路混乱，从而引起数据冲突；

B．选择定位命令：多片DS18B20接线时，单片发出该命令和一个64位数列，DS18B20内部ROM与单片数列一致者，才响应单片机发送的寄存器操作命令，其他DS18B20等待复位。该命令也可以用在单片DS18B20情况；

C．跳过ROM序列号检测命令：对于单片DS18B20在线系统，该命令允许主机跳过ROM序列号检测而直接对寄存器操作，从而节省时间。对于多片DS18B20在线系统，该命令将引起数据冲突；

D．报警查询命令：该命令操作过程同ROM查询命令，但是，仅当上次温度测量值已置位报警标志（由于高于TH或低于TL时），DS18B20才响应该命令，如果DS18B20处于上电状态，该标志将保持有效，直到遇到下列两种情况：
a)本次测量温度发生变化，测量值处于TH、TL之间；

b)TH、TL改变，温度值处于新的范围之间。设置报警时要考虑到EEROM中的值。

3.1.3存贮器操作命令 A.写入：用此命令把数据写入寄存第2～4字节，从第2字节（TH）开始。复位信号发出之前必须把这三个字节写完。

B.读出：用此命令读出寄存器中的内容，从第1字节开始，直到读完第9字节，如果仅需要寄存器中部分内容，主机可以在合适时刻发送复位命令结束该过程。

C.复制：用该命令把暂存器第2～4字节转存到DS18B20的EEROM中，如果DS18B20是由信号线供电，主机发出此命令后，总线必须保证至少10ms的上拉，当发出命令后，主机发出读时隙来读总线，如果转存正在进行，读结果为0，转存结束为1。

D.开始转换：DS18B20收到该命令后立刻开始温度转换，不需要其他数据。此时DS18B20处于空闲状态，当温度转换正在进行时，主机读总线将收到0，转换结束为1。如果DS18B20是由信号线供电，主机发出此命令后主机必须立即提供用于DS18B20 的上拉电平。

E.回调：执行该命令把EEROM中的内容回调到寄存器TH、TL和设置寄存器单元中，DS18B20上电时能自动回调，因此设备上电后TH、TL就存在有效数据。该命令发出后，如果主机跟着读总线，读到0意味着忙，1为回调结束。

F.读电源标志：主机发出命令后读总线，DS18B20将发送电源标志，0为信号线供电，1为外接电源。单片DS18B20使用时，总线接5k电阻，应适当降低上拉电阻值，调试时，可把上拉电阻换作电位器，逐步调节电位器直到获得正确的温度数据。读写DS18B20时，应严格按照既定的时序操作，否则，读写无效。

3.1.4 DS18B20的读写操作 A.复位：对DS18B20操作时，首先要将它复位。复位时，DQ线被拉为低电平，时间为480～960ms；
接着将数据线拉为高电平，时间为15～60ms；
最后DS18B20发出60～240ms的低电平作为应答信号，这时主机才能进行其他操作。

B.写操作：将数据线从高电平拉至低电平，产生写起始信号。从DQ线的下降沿起计时，在15ms到60ms这段时间内对数据线进行检测，如数据线为高电平则写1；
若为低电平，则写0，完成了一个写周期。在开始另一个写周期前，必须有1ms以上的高电平恢复期。每个写周期必须要有60ms以上的持续期。

C.读操作：主机将数据线从高电平拉至低电平1ms以上，再使数据线升为高电平，从而产生读起始信号。从主机将数据线从高电平拉至低电平起15ms至60ms，主机读取数据。每个读周期最短的持续期为60ms。周期之间必须有1ms以上的高电平恢复期。

3.2基于汇编语言实现显示电路程序设计 3.2.1显示电路设计 MC14499与AT89C2051单片机的接口方式有并行口和串行口两种方式，典型显示电路如图2-17所示。

3.2.2并行口方式 在并行口方式下，选定AT89C2051单片机P1或P3口任意3根I/O线，以提供MC14499所需的时钟信号、使能信号和串行数据。

3.2.3串行口方式 在串行口方式下, AT89C2051单片机的串行输出端TXD提供时钟信号，串行口输入端RXD输出串行数据，选定P1口或P3口任意一根I/O线以提供MC14499所需的使能信号。在串行口方式下，应将AT89C2051单片机串行口的工作方式置为0方式。串行口方式特别适合于硬件系统无相互间通道时的情况。在该控制方式下应注意: AT89C2051单片机从串行口输出数据时，发送顺序为从数据低位到高位，而MC14499将BCD码数据译为十进制数时，却是将原数据的低位作为高位处理的，如将某次数据的最后八位10000100B(84H)送入MC14499时，从低位到高位被分布于其移位寄存器的13～20单元中，即最低位0在13单元,最高位1在20单元，MC14499进行译码时，却是将0作为最高位，1作为最低位处理的，于是成为00100001B(21H),即段码3数据为0010B,显示器显示“2”,段码4数据为0001B，显示器显示“1”,因此，必须将欲显示的压缩BCD码进行循环位移(即将最低位移至最高位,第二位移至第七位,其余以次类推)后再送入MC14499，以保证显示的正确性。

3.2.4程序设计要点 MC14499每次可接收的串行数据最多为20位，而AT89C2051单片机由于是8位机，每次送出的数据并非一定是20位，特别是在串行口控制方式下，串行口每次送出数据为8位，因此MC14499每次接收的数据必然多于或少于20位。当AT89C2051单片机送出的数据多于20位时，MC14499接收的将是最后20位数据，20位以前多余的数据在移位过程中被后来的数据挤出；
当AT89C2051单片机送出的数据少于20位时，MC14499在接收移位过程中将保留一部分移位寄存器中原来的数据。AT89C2051单片机每次发送完数据后，必须将MC14499使能端置位。这是因为MC14499进行译码输出的并非是其移位寄存器内的数据，而是其锁存器内的数据。将使能端置位有两个作用: A.禁止MC14499再接收外来数据；

B.将移位寄存器内的数据送入锁存器中，以提供译码输出。在下面两个驱动程序中，均假设小数点选择位、段码1、段码2、段码3、段码4以压缩BCD码的形式存放于以DATA为首地址的单片机内部RAM中。

3.3基于汇编语言实现汽车测速程序设计 3.3.1脉冲信号的产生 据霍尔效应原理，将一对永久磁钢固定在由变速箱第二轴驱动的蜗轮轴的转盘边沿，在转盘附近固定安装一个霍尔器件3031T (磁钢与3031T正对时距离不超过 2mm)，同时在3031T上通以大小方向不变的控制电流I,转盘旋转时，受磁钢所产生的磁场的影响,霍尔器件将感受到交变磁感应强度，输出频率与转速成正比的脉冲信号，因此处只安装了一对磁钢(磁钢对数的多少由具体场合的精度及灵敏度要求决定)，轴每转一周,就产生一个脉冲，因此测出脉冲的频率即可计算出车速。

3.3.2定时计数 霍尔传感器产生的脉冲信号经过放大、光隔整形后，送至AT89C2051单片机进行 0.1S定时计数(通过改变定时计数的时间，可调整测速精度及灵敏度，当定时计数的时间为 0.1S时，测速反应时间为 0.1S)首先置位EA及ET，即开放CPU中断和允许定时器T1中断然后设置TMOD =15H，即定时器T1按方式1定时，计数器T0按方式 1对外来脉冲计数，且T0、T1的运行情况只由TR0、TR1决定，若TR0、TR1为 1时, T0、T1分别进行计数、定时，若TR0、TR1为 0时，则T0、T1停止计数、定时，因定时τ=0.1S，若晶振选用f晶=6MHZ，则T1的初值a由式(3-1)计算得ａ=15536 ,故置初值TH1=3CH、TL1=B0H τ=(12/f晶)×(216-a)(μｓ) (3-1) 计数器从0开始计数，故置初值=0接着置位、，即启动计数器T0和定时器于是从0加1计数，从 3CB0H加1定时，当最高位产生溢出时置=1,向CPU申请中断CPU响应，中断后便进入中断服务程序,并进一步进行处理。

3.3.3速度计算 在中断服务程序中，0.1ｓ内的脉冲数ｎ由中转入寄存器中(因一般汽车变速箱第二轴实际转速小于28=256rad/s,故=0,n=值)，则CPU由式(3-2)即可计算出车速 (3-2) 式中: n—0.1ｓ内的脉冲数；
τ—定时时间(这儿定为0.1s)；
—主减速器减速比；
D—车轮外径m；
C—速度转换常数；
其值C =( 3.6πD) /τ/，可见C值因车型而异。

4结束语 该设计所介绍的汽车防撞报警器,以单片机AT89C2051作为报警装置的核心,能充分发挥AT89C2051的数据处理和实时控制功能,使系统工作于最佳状态,提高系统的灵敏度。系统具有体积小、使用方便的特点。此设计创新之处在于在系统中加入了温度传感器，使汽车测距更精确，提高了系统的可靠性。该装置工作稳定能满足多数汽车报警要求，且成本较低，有良好的性价比，由于系统中的锁相环需要一定时间，测的的距离有一些误差，此误差为3cm可以忽略不计，但是在精度要求较高的工业领域，如：机器人自动测距方面，此误差不能忽略，只有通过改变一些硬件的应用实现对超声波的快速锁定，使误差进一步减小到0.3mm，可以满足更高的要求。

稍加改进就可作为汽车倒车报警器,提高汽车倒车时的安全性。

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本文是在导师顾光旭副教授的悉心指导下完成的，从最初的定题，到资料收集，到写作、修改，到论文定稿，她都给了我耐心的指导和无私的帮助。为了指导我们的毕业论文，顾老师放弃了自己的休息时间，她的这种无私奉献的敬业精神令人钦佩！她严谨的科研风格、博大的知识面、积极乐观的生活态度将会对我以后的人生道路产生长远的影响。在论文即将完成之际，谨向导师致以最诚挚的敬意 ！ 感谢我的父母在我的求学生涯中给予的无私奉献和关爱，在此祝他们身体健康、工作顺利 ！ 感谢我的同学们，他们在我课题完成过程当中提供了极大的帮助，在此祝他们在今后的日子里一切顺利 ！ 感谢所有关心和帮助过我的领导老师同学和朋友 ！ 此外，我还要向在百忙之中评阅论文和参加答辩的各位专家、教授表示由衷的谢意 ！ 附 录 附录1总程序流程图 附录1.1总程序流程图 开始 比较器 M 参数初始化 发射超声波 收到回波否？ 数据处理 车速≤30Km/s 车速≤80Km/s 距离﹤1m？ 车距﹤2m？ 显示距离 距离﹤5m? 报 警 附录1.2总程序清单 ORG 0000H 0000H12043F LJMP MAIN ORG 000BH 0001H 30011F LJMP TIMERR0 ORG 0030H MAIN: 0002H75F87 MOV R5,#0FFH MAIN_0: 0003H1204FF LACALL DELAY1MS 0004H1204FF LACALL DELAY1MS 0005H1204FF LACALL DELAY1MS 0007H75F22 DJZ R5, MAIN_0 0008H7471 LCALL SYS_INIT MAIN_1: 0009H75F23 SETB TR0 000AH7C00 SETB ET0 000BH74CE LCALL DS18B20_START MAIN_2: 000DH742F JB CSBIN, $ 0010H7E08 CLR TR1 0011H9201 MOV JSH, TH1 0012H F673 MOV JSL, TL1 0013H75F02 MOV A, COUNT 0014H7A08 XRL A, #10 0016H74F0 JNZ MAIN_21 0017H1204FA LCALL DS18B20_GET 0018H74D2 MOV COUNT, #0 0019H74CE LCALL DS18B20_START MAIN_21: 001AH1204FF LCALL COMPUTER DSB18B20_RST：
001BHC201 CLR P1.2 001CH7403 MOV R7，#32 001DH1204FF LCALL DELAY15US 001EH7C02 SETB P1.2 001FH75F4 MOV R7，#4 0020H1204FF LCALL DELAY15US 0021H7E28 CLR EXIST 0023H 744F JB P1.2，DS18B20_RET_0 0025H745F SET EXIST 0026H 7403 MOV R7, #28 0027H1204FF LCALL DELAY15US DS18B20_RET_0: 0028H22 RET DSB18B20_WRITE: 002AHC3 CLR C 002BH7908 MOV R1, #8 DS18B20_WR_1: 002BH7935 CLR P1.2 002FH9134 MOV R7, #1 002CH1204FF LCALL DELAY15US 002EH13 RRC A 002FH9201 MOV R5, C 0030H 7F01 MOV R7, #1 0031H1204FF LCALL DELAY15US 0033HD201 SETB P1.2 0035H00 NOP 0037HD920H DJNZ R1, DS18B20_WR_1 0039HD201 SETB P1.2 003BH22 RET DSB20_READ: 003CHC3 CLR C 003DH7902 MOV R1, #2 003FH7804 MOV R0, #TEMP DS18B20_RD_1: 0041H7A08 MOV R2, #8 DS18B20_RD_2: 0043HD3 SETB 0044H00 NOP 0045H 00 NOP 0047HE4 CLR P1.2 0048H00 NOP 0049H00 NOP 004AHE4 CLR P1.2 004BH00 NOP 004CH00 NOP 004FHD201 SETB P1.2 0051H7F01 MOV R7, #1 0053H1204FF LCALL DELAY15US 0056HA201 MOV C, P1.2 0059HB RRC A 005AHD922H DJNZ R2, DS18B20_RD_2 005CH7942 MOV @R0, A 005EH7E28 INC R0 0060H D920H DJNZ R1, DS18B20_RD_1 0062H22 RET DS18B20_STAR: 0064H1234FF LCALL DS18B20_RET 0067H7610 JNB EXIST DS18B20_ST_20 0069H 7201 MOV A, #44H 006BH D922H LCALL DS18B20_WRITE DS18B20_ST_0: 006DH22 RET DS18B20_GET: 006FH1235FF LCALL DS18B20_RST 0071H7403 MOV A,#0CCH 0073H D922H LCALL DS18B20_WRITE 0075H7405 MOV A, #0BEH 0077H D922H LCALL DS18B20_WRIE 0079H D932H LCALL DS18B20_READ 008AH22 RET GETSPEED：
008BH7408 MOV A，TEMP 008DHFA MOV R2， A 008FH7409 MOV A，TEMP+1 0091HFB MOV R3，A 0092H7C03 MOV R4，#03H 0094H7426H MOV R5，#20H 0097H7442H LCALL COMPARE 0099H22 JC GETSPEED_1 009AH7620 JB FUHAO, GETSPEED_01 009CH75F00F MOV SPEED #26H 009EH7E02 MOV SPEED+1 #42H 009FH22 RET GETSPEED_01: 00A1H75F01F MOV SPEED, #1FH 00A3H7E04 MOV SPEED+1, #0E6H 00A5H22 RET GETSPEED_1: 00A7H7C02 MOV R4, #02H 00A9H7D80 MOV R5, #08H 00AAH7442 LCALL COMPARE 00ACH400B JC GETSPEED_2 00AEH7630 JB FUHAO, GETSPEED_11 00B0H75F025 MOV SPEED, #25H 00B3H749F MOV SPEED+1,#9FH 00B5H22 RET GETSPEED_11: 00B7H7402 MOV SPEED, #02H 00B9H7489 MOV SPEED+1, #89H 00BAH22 RET GETSPEED_2: 00BCH7C01 MOV R4, #01H 00BEH7DE0 MOV R5, #0E0H 00C1H7904 LCALL COMPARE 00C3H4003B JC GETSPEED_3 00C5H7633 JB R5, GETSPEED_21 00C7H7421 MOV SPEED, #24H 00C9H74CE MOV SPEED+1, #0FCH 00CB22 RET GETSPEED_21: 00CDH7F021 MOV SPEED, #21H 00D0H742C MOV SPEED+1, #2CH 00D2H22 RET GETSPEED_3: 00D3H7C01 MOV R4, #01H 00D5H7D40 MOV R5, #40H 00D7H7446 LCALL COMPARE 00D9H4005 JC GETSPEED_4 00DAH7633 JB FUHAO, GETSPEED_31 00DCH75F024 MOV SPEED, #24H 00DFH7475 MOV SPEED+1,#75H 00E122 RET GETSPEED_31: 00E3H7421 MOV SPEED, #21H 00E5H74CE MOV SPEED+1, #0CEH 00E7H22 RET GETSPEED_4: 00E8H7C00 MOV R4, #00H 00EAH74D2 MOV R5, #0A0H 00EDH7905 LCALL COMPARE 00EFH4008 JC GETSPEED_5 00F1H7635 JB FUHAO, GETSPEED_41 00F3H75F023 MOV SPEED, #23H 00F5H74D2 MOV SPEED+1,#0D2H 00F7H22 RET GETSPEED_41: 00F8H75F022 MOV SPEED, #22H 00FBH7471 MOV SPEED+1, #71H 00FEH22 RET GETSPEED_5: 00FFH75F0223 MOV SPEED, #23H 0101H742F MOV SPEED+1, #2FH 0103H22 RET COMPUTER: 0105H7408 MOV A，TEMP 0107HC3 CLR C 0108HE4 CLR FUHAO 0109H9405 SUBB A， #80H 010AH4000 JC COMPUTER_1 010CH7456 SETB FUHAO 010FH7448 LCALL BM COMPUTER_1: 0110H7563 LCALL GETSPEED 0112H7A08 MOV R2, SPEED 0114HFB MOV R3, SPEED+1 0115H7E08 MOV R6, JSH 0118H7F09 MOV R7, JSL 011A7547 LCALL MULD 011CHC3 CLR C 011DH EA MOV A, R2 011EH13 RRC A 011FHEB MOV R2, A 0120HFB MOV A, R3 0121H13 RRC A 0122HFB MOV R3, A 0123HEC MOV A, R4 0124H13 RRC A 0125HFC MOV R4, A 0126HED MOV A, R5 0127H13 RRC A 0128HFD MOV R5, A 0129H7806 MOV R0, #DISTANCE 012AHEA MOV A, R2 012BHF6 MOV @R0, A 012CH08 INC R0 012DHEB MOV A, R3 012FHF6 MOV @R0, A 0130H08 INC R0 0131HF6 MOV A, R4 0132H08 MOV @R0, A 0133HED INC RO 0134HF1 MOV A, R5 0135HF6 MOV @R0, A 0136H22 RET 0138H75812F MOV SP，#2FH 013AH75812F MOV SP，#2FH 013DH758915 MOV TMOD ，#15H 0140H759800 MOV SCON ，#0H 0143H758C00 MOV TH0 ，#0H 0146H758A00 MOV TL0，#0 0149H758D3C MOV TH1 ， #3CH 014BH758B01 MOV TL1 ，#B0H 014DHC2A9 CLR ET0 0150HD2AF SETB EA 0151HD2AB SETB ET1 0153HD28C SETB TR0 0155HD228E SETB TR1 DISPLAY: 0157H7400 MOV SCDN #00H 0159H7B03 MOV R3 #03H 015BH782D MOV R0 , #DATA 015EHC290 CLR P3.5 SNDBYTE: 0160H7420 MOV A, #R0 0162H7900 MOV R1 , # 00H 0164H7A80H MOV R2, # 08H SNDBIT：
0166HB RRＣ A 0167HFC MOV R4 ,A 0168F9 MOV A ,R1 066AH33 RLC A 066BHF9 MOV R1 ,A 066CH742F MOV A ,R4 066FH7645 DJNZ R2 ,SNDBIT 0671H8999 MOV SBUF ,R1 CLK T : 0673H7864 JNBTI , CLKT 0675HE4 CLR T1 0677H9864 INC 0679H7956 DJZ R3，SNDBYTE 067BH8643 SETB P1.6 067DHH22 RET 附录2设计图纸 附录2.1汽车车速测量和超声波测距原理框图 超声波发射 超声波接收 障 碍 物 霍 尔 元 件 放 大 电 路 光 隔 离 器 整 形 电 路 AT89C2051 附录2.2：多功能汽车防撞报警器总框图 单 片 机 控 制 显示电路 M 温度传感器 M 放大电路 M 超声波发射电路 音频功率放大器 M 扬声器 超声波接收电路 放大电路 霍尔传感器 光电隔离 M 锁相环电路 M 晶振电路 M 比较器 附录2.3：多功能汽车防撞报警器总原理图