毕业论文-天车防撞系统的设计(4)

本科生课程设计（论文）

第3章 硬件电路设计

3.1 AT89C51主控制模块

本系统中所用到的主要芯片有单片机AT89C51、LCD1602、CX20106、DAC0832、74LS373。

AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能8位单片机，片内含4K bytes的可反复檫写的只读程序存储器(PERONM)和128bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器(CPU)和Flash存储单元，功能强大，性价比高，可灵活应用于各种控制领域[3]。与MCS-51产品指令系统完全兼容，4K字节可重檫写Flash闪速存储器，1000次檫写周期，全静态操作：0Hz--24MHz，三级加密程序存储器，128x8字节内部RAM，32个可编程I/O口线，2个16位定时/计数器，6个中断源，可编程串行UART通道，低功耗空闲和掉电模式。

AT89C51的结构如图3.1所示

图3.1 AT89C51的内部结构图

如图3.2所示该模块选用89C51单片机作为主控模块，利用LCD1602液晶显示实时距离。 按钮S1为复位按钮，S2为电机前进按钮，S3为电机后退按钮。

13

12345 本科生课程设计（论文） P2.0口接发光二极管 用于危险距离警示。P2.6口接蜂鸣器报警器。报警系统将在单片机检测到危险距离时启动。此时P2.6口输出高电平，三极管导通，蜂鸣器通电。X1\\X2引脚外接晶振。P0口作为输出口时必须外外接上拉电阻才能有高电平输出。 VCCR11kR21kR51KR61KR71KR81KR91KR101KR111KR121KRxGNDVSSVDDVQS2S1P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6S5R18R164.7KR174.7KP1.7RETP3.0/RXDP3.1/TXDP3.2P3.3P3.4/T0P3.5/T1P3.6/_WRC3P3.7/_RDXTAL2XTAL125PFVCCC4LED25PFCSXFERWR1WR2DGNDVCCY112MVSS89C51C5VCCP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7_EAALE_PESNP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0BELLR191kVCCILEDI0DI1DI2DI3DI4DI5DI6DI7DAC0832VCC4.7K100VCCRES2LCD1602RSR/WEDB0DB1DB2DB3DB4DB5DB6DB7LEDALEDEVCCVCC 图3.2 AT89C51控制电路 TitleSizeNumber图3.2中DAC0832 是采样频率为八位的D/A 转换器件, DAC0832 内部结构1BDate:File:27-Jun-2011H:\\毕业设计 改\\BA0D0B~1.DDB资料:芯片内有两级输入寄存器，使DAC0832 具备双缓冲、单缓冲和直通三种输2345入方式，以便适于各种电路的需要(如要求多路D/A 异步输入、同步转换等)。D/A 转换结果采用电流形式输出。要是需要相应的模拟信号，可通过一个高输入阻抗的线性运算放大器实现这个供功能。运放的反馈电阻可通过RFB 端引用片内固有电阻，海可以外接。当ALE为高电平控制调速数字信号经过DAC0832数模转换，输入到MM440中进行电机减速。只要二进制数据送到DAC0832 的数据口,则会自动把数据转为相应的电压。但电压输出一般不可能达到基准。电压.要想达到基准电压则要提高运放的电压。当基准为负是,只要提高运放的正电压就可以使输出达到基准电压了，当基准为正是,则为提高运放的负电压，一般的运放提高两伏就可以了。其他模块将在具体模块介绍中详细说明。

14

本科生课程设计（论文） 3.2 CX20106超声波接受模块 如图3.3所示使用CX20106集成电路对接收探头受到的信号进行放大、滤波。其总放大增益80db。以下是CX20106的引脚接法。 1脚：超声信号输入端，该脚的输入阻抗约为40kΩ。 2 脚：该脚与地之间连接RC串联网络，它们是负反馈串联网络的一个组成部分，改变它们的数值能改变前置放大器的增益和频率特性。增大电阻R40或减小C12,将 使负反馈量增大，放大倍数下降，反之则放大倍数增大。但C12的改变会影响到频率特性，一般在实际使用中不必改动，选用参数为 R40=4.7Ω，C12=1μF。 3脚：该脚与地之间连接检波电容，电容量大为平均值检波，瞬间相应灵敏度低；若容量小，则为峰值检波，瞬间相应灵敏度高，但检波输出的脉冲宽度变动大，易造成误动作，选用参数为3.3μf。 CX20106200kR42+510kGNDAGCOUT7330RC0123456+R40C103.3ufC11C121ufR418RC1C0INC图3.3 CX20106超声波信号接收模块 4脚：接地端。 5脚：该脚与电源间接入一个电阻，用以设置带通滤波器的中心频率f0，阻值越大，中心频率越低。取R=200kΩ时，f0≈42kHz 6脚： 该脚与地之间接一个积分电容，标准值为330pF，如果该电容取得太大，会使探测距离变短。 7脚：遥控命令输出端，它是集电极开路输出方式，因此该引脚必须接上一个上拉电阻到电源端，推荐阻值为22kΩ，没有接受信号是该端输出为高电平，有信号时则产生下降。 8脚：电源正极，4.5～5V。 15 P2.5+

本科生课程设计（论文）

3.3发射电路方案设计

单片机与超声波发生器之间接入一个驱动电路，如图3.4所示。在单片机的一个输出口接一个非门，而后接入由4个非门两两并联的电路，由于非门是有源器件，这样就使得输入倍频电路的信号能量大大提高，起到驱动电路的功能。

图3.4 超声波发射模块

3.4系统显示电路设计

使用LCD1602作为显示模块。 显示天车的实时距离。LCD1602具有一下特点：

图3.5LCD1602模块

图3.6中 VSS为电源地，VDD为供电电源，RS为输入指令输入数据控制，R/W为读写指令控制，E脚为1时读取信息下降沿时执行指令，数据线DB0~DB7接单片机P0接口。3条控制线分别接P2.1、P2.2、P2.3接口。电阻Rx用来改变

16

本科生课程设计（论文）

显示屏的对比度，Rx为5K的电位器。

图3.6 LCD1602显示模块

3.5驱动电路的设计

利用D/A转换DAC0832，把单片机数字信号转换成模拟信号。然后将该模拟信号输入西门子MM440变频器中。从而实现对三相电机的速度控制。

DAC0832 系列产品包括DAC0830、DAC0831、DAC0832，它们可以完全相互代替。它由8位输入锁存器、8位DAC寄存器、8位D/A转换电路及转换控制电路，为20脚双列直插式封装结构。DAC0832是采用CMOS工艺制成的单片直流输出型8位数/模转换器。旨在直接与8080，8048，8085，Z80及其他通用的微型处理器进行相接。存储的硅铬R-2R电阻梯形网络将参考电流分开，并为电路提供合适的温度处理特性（全范围最大线性温度误差的0.05%）。电路利用CMOS电流开关和控制逻辑来取得最少的电能损耗和最小的输出泄露电流误差。特殊的电路也能提供TTL逻辑输入电压的水平兼容。

CS：芯片选择（低电平工作）CS与ILE结合可使发挥WR1.作用。 线性误差

ILE:数据输入允许锁存信号引脚（高电平有效），与CS一起选通输入寄存器WR1。

WR1:输入寄存器写选通信号，当WR1为高电平时，输入锁存器的数据开始锁存，当ILE为高电平，同时CS和WR1为低电平，输入锁存器数据更新。

WR2:写选通信号2（低电平有效）。这个信号和XFER逻辑组合，使输入寄存器的8位数据打入DAC寄存器并开始D/A 转换。

XFER:传送控制输入线，低电平有效，使WR2工作。

17