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文檔簡介

1、汽車倒車防撞報警器設計摘要本設計從實驗研究分析的角度,分析了汽車倒車防撞系統(tǒng)的根本設計原理以及目前國外此類防撞系統(tǒng)存在的問題.較詳細的介紹一種超聲波測距系統(tǒng)以及根據(jù)該系統(tǒng)設計,研制的汽車倒車防撞報警器,它能自動檢測車尾障礙物的距離.當?shù)竭_極限位置的時候,它能發(fā)出聲光報警,提醒司機剎車.設計采用國生產(chǎn)廠家的通用元件,本錢低,性能可靠,有利于推廣.超聲波距離傳感器采用壓電元件結鈦化鉛,一般稱為RZT這種傳感器的特點在于具有方向性,汽車所用的倒車聲納系統(tǒng)利用超聲波距離傳感器的“回聲現(xiàn)象制成的,倒車時向車輛前方發(fā)射超聲波,測定超聲波遇到障礙物后返回的時間,就可以得到車到障礙物的距離.關鍵字:汽車倒車,

2、防撞,報警器DESIGNOFCARREVERSINGANTI-COLLISIONALALMABSTRACTThebasicdesigningprincipleoftheautomobileanticollisionsystemandtheproblemsexistedinthedomesticandinternationalareanalyzed.Inthispaper,Notonlyultrasonicrangemeteringsystemalsoprinciple,methodsandproceduresofthedesignaccordingtothedesignwereintroduc

3、ed.Thecarreversingupanticollisionalarmisstudied.Whenthedistancereachesthelimitpoint,thealarmcangiveoutsoundandLightalarm,remindingdriverstobrake.Thedesignincludessending,receivingandalarm.Signalissentandreceivedbyultrasonictransducer,whichisequippedwithdirectivity.piezoelectricelementisused,generall

4、ycalledRZT.Inanticollisioncircuit,acousto-opticanticollisionisappliedforvoicealarm.Thisdesigningadoptsthecommoncomponentofdomesticmanufacturers,withlowcosts,reliableperformance,anditiseasytobepopularized.KEYWORDS:Carreversing,anticollision,alertor前言1第1章傳感器的相關技術介紹31.1 傳感器類型的選擇31.1.1 傳感器的主要類型31.1.2 倒車

5、過程中選用的傳感器51.2 測距原理5第2章報警器的硬件電路設計72.1 整體設計72.2 超聲波發(fā)射電路82.3 超聲波接收電路92.4 篩選電路102.5 整形電路102.6 語音錄音電路112.7 放音電路122.8 總電路圖13第3章報警器的軟件設計153.1 主程序流程圖153.2 子程序流程圖16結論17辭18參考文獻19附錄20隨著社會經(jīng)濟的開展交通運輸業(yè)日益興旺,汽車的數(shù)量在大副攀升.倒車事故屢屢發(fā)生,造成了不可預防的人身傷亡和經(jīng)濟損失,針對這種情況,設計一種響應快,可靠性高且較為經(jīng)濟的汽車倒車防撞預警系統(tǒng)勢在必行,超聲波測距法是最常見的一種距離測距方法,應用于汽車停車的前后左

6、右防撞的近距離,低速狀況,以及在汽車倒車防撞報警系統(tǒng)中,超聲波作為一種特殊的聲波,同樣具有聲波傳輸?shù)母疚锢硖匦砸灰徽凵?反射,干預,衍射,散射.超聲波測距即是利用其反射特性,當車輛后退時,超聲波距離傳感器利用超聲波檢測車輛前方的障礙物位置,并利用指示燈及蜂鳴器把車輛到障礙物的距離及位置通知駕駛人員,起到平安的作用.汽車倒車防撞測距報警器是國家八.五期間重點開發(fā)的重大科研工程之一.本設計將使報警器在整個倒車過程中自動測量車尾到最近障礙物的距離,并用數(shù)字顯示出來,在倒車到極限距離時會發(fā)出急促的警告聲,提醒駕駛員注意剎車,如果和制動系統(tǒng)聯(lián)系在一起也可以形成自動剎車.眾所周知,關于超聲波的研究最初起

7、始于1876年,這是人類首次有效產(chǎn)生的高頻聲波,這些年來,隨著超聲波技術的不斷深入,再加上其具有高精度,無損,非接觸等優(yōu)點,超聲波的應用變得越來越普及,多年來已在一些領域得到應用.例如利用超聲波技術的自動測距照相機,建筑使用的手持式墻面測距儀.而用于汽車防撞卻是近年的事情.這主要原因是傳統(tǒng)的超聲波傳感器不能到達汽車行業(yè)的特殊要求.現(xiàn)代的超聲波傳感器不同以往的是在結構上采用了完全封閉形式,它將其換能局部與外界完全隔開,并采用了抗銹材料作為外殼,這樣才有可能符合汽車電器所要求的諸如防潮,淋雨,防塵等較為苛刻的耐候性指標.其次,汽車本身就是一個集電磁波,噪音,振動,撞擊等干擾于一體的強干擾源,因此為

8、了能讓倒車雷達穩(wěn)定的工作,除了具備優(yōu)良的硬件系統(tǒng)以外,還需要通過軟件的數(shù)字智能甄別篩選,方能過濾這些干擾信號,只有近年來隨著微電子技術開展而產(chǎn)生的小型價廉的微電腦才能夠到達這些要求.本論文研究的是汽車倒車防撞報警裝置.介紹了報警器所采用的測距方式、原理等,還有報警裝置所采用的硬件與軟件第1章傳感器的相關技術介紹1.1 傳感器類型的選擇1.1.1 傳感器的主要類型汽車防撞器最關鍵和最根本的技術是車輛測距技術,現(xiàn)在運用在汽車上的測距方法主要有超聲波測距,雷達測距,攝像系統(tǒng)測距,激光測距,和夜間應用的紅外線測距等幾種方法:(1) 超聲波測距超聲波一般指頻率在20KHz以上的機械波,具有穿透性較強、衰

9、減小、反射水平強等特點,超聲波測距儀器一般由發(fā)射器、接收器和信號處理裝置三局部組成.工作時,超聲波發(fā)射器不斷發(fā)出一系列連續(xù)的脈沖,并給測量邏輯電路提供一個短脈沖.超聲波接收器那么在接收到障礙物反射回來的反射波后,也向測量邏輯電路提供一個短脈沖.最后由信號處理裝置對接收的信號依據(jù)時間差進行處理,自動計算出車與障礙物之間的距離.超聲波測距原理簡單,本錢低、制作方便,但其在高速行駛的汽車上的應用有一定局限性,這是由于超聲波的傳輸速度受天氣影響較大,不同的大氣條件下傳播速度不一樣;另一方面是對于遠距離的障礙物,由于反射波過于微弱,使得靈敏度下降.故超聲波測距常用于短距離測距,最正確距離為45米,一般應

10、用在汽車倒車防撞系統(tǒng)上.(2) 激光測距激光測距裝置是一種光子雷達系統(tǒng),它具有測量時間短、量程大、精度高等優(yōu)點,在許多領域得到了廣泛應用.目前在汽車上應用較廣的激光測距系統(tǒng)可分為非成像式激光雷達和成像式激光雷達.非成像式激光雷達根據(jù)激光束傳播時間確定距離.它的工作原理是:從高功率窄脈沖激光器發(fā)出的激光脈沖經(jīng)發(fā)射物鏡聚焦成一定形狀的光束后,用掃描鏡左右掃描,向空間發(fā)射,照射在前方車輛或其他目標上,其反射光經(jīng)掃描鏡、接收物鏡及回輸光纖,被導入到信號處理裝置的光電二極管,利用計數(shù)器計數(shù)激光二極管啟動脈沖與光電二極管的接收脈沖間的時間差,即可求得目標距離.利用掃描鏡系統(tǒng)中的位置探測器測定反射鏡的角度即

11、可測出目標的方位.成像式激光雷達又可分為掃描成像激光雷達和非掃描成像激光雷達.掃描成像激光雷達把激光雷達同二維光學掃描鏡結合起來,利用掃描器控制激光的射出方向,通過對整個視場進行逐點掃描測量,即可獲得視場目標的三維信息.非掃描成像式激光雷達將光源發(fā)出的經(jīng)過強度調(diào)制的激光經(jīng)分束器系統(tǒng)分為多束光后沿不同方向射出,照射待測區(qū)域.由于非掃描成像激光雷達測點數(shù)目大大減少,從而提升了系統(tǒng)三維成像速度.在汽車測距系統(tǒng)中,非成像式激光雷達更具有實用價值.同成像式激光雷達相比,具有造價低、速度快、穩(wěn)定性高等特點.但由于激光雷達測距儀器工作環(huán)境處于高速運動的車體中,振動大,對其穩(wěn)定性、可靠性提出了較高的要求,其體

12、積也受到了一定的限制,同時還要考慮省電、低價、對人眼平安等因素.這些決定了其光源只能采用半導體激光器.目前,在汽車上,上述各種激光雷達測距儀均有應用,但成像式激光雷達還在進一步研究之中.(3) CCD攝像系統(tǒng)測距CCD(ChargeCoupledDevice)攝像機是一種用來模擬人眼的光電探測器.它具有尺寸小、質(zhì)量輕、功耗小、噪聲低、動態(tài)圍大、光計量準確等優(yōu)良特性,在汽車行業(yè)也得到了廣泛的應用.利用面陣CCD,可獲得被測視野的二維圖像,但無法確定與被測物體之間的距離.只使用一個CCD攝像機的系統(tǒng)稱為單目攝像系統(tǒng),在汽車上常用于倒車后視系統(tǒng),輔助駕駛員獲得后視死角信息,以預防倒車撞物.為獲得目標

13、三維信息,模擬人的雙目視覺原理,利用間隔固定的兩臺攝像機同時對同一景物成像,通過對這兩幅圖像進行計算機分析處理,即可確定視野中每個物體的三維坐標,這一系統(tǒng)稱為雙目攝像系統(tǒng).雙目攝像系統(tǒng)模仿人體視覺原理,測量精度高.但目前價格較高,同時由于受軟件和硬件的制約,成像速度較慢.隨著計算機軟硬件性能的提升,最終將得到廣泛應用.(4) 紅外線測距紅外線的波長比可見光長,是肉眼看不見的光,有顯著的熱效應和較強的穿透云霧的水平.同時,任何物體在任何時候都會發(fā)出紅外線.車載儀器通過發(fā)射并接收前方物體反射回的紅外線,依據(jù)信號的強弱及波長的不同,同時分析時間差,可分析出前方物體的性質(zhì)及與汽車的距離.由于紅外線人類

14、肉眼感知不到,具有極強的隱蔽性,夜間同樣不阻礙測距儀的工作,故該種測距儀廣泛應用在軍用汽車上具有極強的隱蔽性,夜間同樣不阻礙測距儀的工作,故該種測距儀廣泛應用在軍用汽車上.(5)雷達測距雷達的名稱來自"無線電探測和測距"(RadioDetectionAndanging),顧名思義,它向目標發(fā)射一定的無線電波,通過其反射回來的電波信號檢測目標,并利用收發(fā)信號的時延測量目標的距離.雷達誕生于上世紀三十年代的第二次世界大戰(zhàn)期間,當時由于軍事上的迫切要求,雷達獲得了廣泛的應用和開展.之后,隨著科技的開展,雷達技術日臻完善,現(xiàn)代雷達不僅能完成對目標的探測和測距,還能完成測角、測速、跟

15、蹤和成像等功能.雖然雷達技術主要用于軍事方面,但其在民用領域也發(fā)揮著越來越大的作用.雷達在民用效勞的主要應用包括有氣象雷達,探地雷達和應用于機場、港口、和公路的交通管制雷達從上世紀七十年代起,人們開始將雷達技術用于汽車自動防撞器中,稱之為“汽車防撞預警雷達"(AutomotiveCollisionAvoidanceandWarningRadar),簡稱"汽車防撞雷達(AutomotiveAnti-collisionRadar).由于雷達能在雨、雪、霧等惡劣天氣環(huán)境下工作,作用距離較遠,比上述幾種技術具有優(yōu)越性.1.1.2 倒車過程中選用的傳感器在倒車過程中由于車速慢,與障礙

16、物之間的距離短,因此對傳感器的要求不是很高,因此我們選用原理簡單,本錢低、制作方便的超聲波傳感1.2 測距原理振動在彈性介質(zhì)的傳播為波動,簡稱波.頻率在162*10A4HZ之間的機械波,能為人耳所聞,稱為聲波;低于16HZ的機械波稱為次聲波;高于2*10A4HZ的機械波稱為超聲波.超聲波在液體、固體中衰減很少,穿透水平強,特別是對不透光的固體,超聲波穿透幾十米的厚度.當超聲波從一種介質(zhì)入射到另一種介質(zhì)時,由于在兩種介質(zhì)中的傳播速度不同,在介質(zhì)面上會產(chǎn)生反射、折射、漫射和波形轉換等現(xiàn)象.超聲波的這些特性使它在檢測技術中獲得了廣泛的應用.汽車防撞報警器利用的就是超聲波反射原理來進行測距.超聲波測距

17、采用的方法是時間差測距法,即測取超聲波從發(fā)射地至目的地傳輸所經(jīng)過的時間,也稱渡越時間檢測法.當超聲波發(fā)生器發(fā)射出超聲波,開始計時,到超聲波經(jīng)空氣傳播至目標,再反射至超聲波接收器,計時停止,測得的傳輸時間為to由下式可以求出聲波發(fā)射地與目標之間的距離L.L=ct/2oc為超聲波在空氣中的傳播速度.渡越時間t的測量,采用單片機脈沖計數(shù)的方法,可以精確地測出.把時間t轉換成脈沖計數(shù)量N,那么有LNC/2F',式中N為計數(shù)脈沖個數(shù),F'為計數(shù)脈沖頻率.第2章報警器的硬件電路設計2.1 整體設計倒車防撞報警器只需要在汽車倒車時工作,為駕駛員提供汽車前方的信息.由于汽車倒車時行駛速度較慢,

18、和聲速相比可以認為汽車是靜止的,因此在系統(tǒng)中可忽略多普勒效應的影響.駕駛員將手柄轉到倒車檔后,系統(tǒng)自動啟動,超聲波發(fā)送模塊向后發(fā)射超聲波信號,經(jīng)障礙物反射,由超聲波接受模塊收集,進行放大和比擬,單片機AT89C51將信號送入顯示模塊,同時觸發(fā)語音提示圖2-1整體方框圖2.2 超聲波發(fā)射電路3a1,07守543Z1D7es43KZ10腎疏K晟PI.QPI,PI,PI,視F1,即點腎四腎.ALEPSENWPRETIT_27543-210圖2-2超聲波發(fā)射電路上圖為超聲波整形發(fā)射電路,微分電路由電容C1、電阻R皆口二極管D1組成,整形電路由U2A,U2即成.超聲波發(fā)射電路由與非門U1A高頻三極管Q1

19、-9018及超聲波發(fā)生器LABA邙組成.由單片機P12口產(chǎn)生40kHz的超聲波振蕩信號,并將一門控信號從單片機的Pl3口送出,應注意單片機的P1口初始化為低電平的經(jīng)過兩級非門送入與非門的另一輸入端.由于平時非門的3腳由下拉電阻R3將其3腳的電位拉為低電平,經(jīng)過兩級非門后輸入與非門另外一端子的信號仍為低電平,這時40kHz的超聲波振蕩信號無法通過與非門使超聲波發(fā)生器LABAL®振,設備處于待機狀態(tài).按下啟動按鈕啟動單片機部的定時器TO,將產(chǎn)生一門控閘門信號.此門控閘門脈沖信號窄了會降低測量精度.寬了會增加測量延遲時間,同樣也會減低測量精度.所以將此門限設置為4KH乙由于單片機的P1口電

20、流不能驅動超聲波傳感器工作,所以在與非門U1A&了一個三極管做放大電流之用.2.2 超聲波接收電路P3P3P3EP3P32P3仙戲火HLXTAL2XTAL1圖2-3超聲波接收電路運放741的帶寬及抗干擾水平較強,在上圖用了2個運放是要預防噪音.電阻R1、R2為運放741的同相端提供直流偏置電位.其作用是保證運放741的直流工作點.以免出現(xiàn)浮動.該信號放大以后經(jīng)過篩選整形.就可以給單片機提供計數(shù)器的停止信號.2.3 篩選電路圖2-4篩選電路2.4 整形電路圖2-5整形電路從信號篩選電路出來的方波信號很不規(guī)那么,故在其后級電路參加一級信號整形電路,處理過后再送進單片機中進行處理運算.2.5

21、 語音錄音電路E-_一E-E-=-_皿理茉雅翔治誓蹤7H543?1&心7AV64321Q電路圖2-6語首錄首錄音電路采用ISD1420芯片為核心.當REC為低電平時,電路處于錄音狀態(tài).本次設計采用分段法,需錄入的單字有數(shù)字“09以及“百、“十、米,需要0.5秒一個,詞段有距離前方障礙物,需要2秒.2.6放音電路LLtI什第wCJLJJIULUL圖2-7放音電路REC為高電平,所以錄音起圖中A0,A1固定接地,由于放音的時候始地址為80H.利用查表法能播放特定的音節(jié)2.7總電路圖nL&?收二二,二.11'VVPIm口I1營目9自白胃gggRv圖2-9印刷板圖第3章報警器的

22、軟件設計3.1主程序流程圖軟件采用模塊化設計,由主程序、發(fā)射子程序、接受子程序等模塊組成.該系統(tǒng)的主程序處于鍵控循環(huán)工作方式,按下測量鍵,主程序開始調(diào)用發(fā)射子程序、查詢接收子程序、定時子程序,結果驅動ISD1420工作3.2子程序流程圖圖3.2主程序流程報警汽車倒車防撞報警器的設計大大增加了汽車倒車的平安性,更為有效的保護了汽車用戶的人身和財產(chǎn)平安,如果沒有這種報警器,那么駕駛員在倒車時就得時刻關注著車后的情況,這樣很容易出事故.有了防撞報警器,倒車方便,平安許多.本次設計比擬全面的完成了對汽車倒車防撞報警器的任務與目標.本次設計遇到了很多困難,在解決這些困難的過程中,我不僅對以前學習過的知識

23、進行了很好的回憶,特別是對單片機有了更深刻的了解與掌握,而且也學習了很多新的知識,很好的開拓了自己的視野,給我以后的工作學習打下根底,使我在以后的工作學習中都會受益匪淺.也是對我自己三年來所學知識的一次綜合考核,使我更清楚地熟悉自己,知道自己還有很多知識沒有掌握,不能放松自己,只有不斷的學習積累,不斷地更新自己所學的知識,才能與時俱進,不被社會所淘汰時光的流逝也許是客觀的,然而時間流逝的快慢卻純粹是一種主觀感受,不知不覺我已經(jīng)到了畢業(yè)的季節(jié),在我大學生活的最后一項任務一一畢業(yè)設計即將完成之際,我深深的發(fā)現(xiàn)自己還有很多缺乏之處,還有很多知識沒有掌握,同時也深深感王老師和我的同學們,在設計之中遇到

24、了很多困難,都是經(jīng)過王老師的指導和同學們的幫助,才克服的,這不僅使我學到了許多自己以前沒掌握的知識,也使得我的設計得以進行下去,所以我非常感王老師還有我的同學們,由于有他們才有了我畢業(yè)設計的順利完成.在此,我對王老師和我的同學們致以最誠摯的意,你們參考文獻1王淑珍等.單片機原理與接口技術.:科學,20212王鴻明等.電工與電子技術.:化學工業(yè),20213馬駿.高速公路行車平安距離的分析與研究J.公路交通大學學報19984錫富.傳感器M.:機械工業(yè),20025滕艷菲.尚松.超聲波測距精度的研究J.國外電子測量技術.2006年2期6海鳴.卜英勇.一種高精度超聲波測距系統(tǒng)的研制J.礦業(yè)研究與開發(fā).2

25、006年3期7 丁璐飛.耿富錄.雷達原理.電子科技大學,20028有祺.單片微機原理及應用技術M.:南開大學,1999.9盛懷茂.夏冠群等.FMCW麾米波防撞雷達系統(tǒng).汽車電子,200110 徐魁.修嶺.車用毫米波雷達傳感器組網(wǎng)技術研究J;微計算機信息;2007年22期11 邱榕.汽車測距預警及險警系統(tǒng)結構與設計研究J;微計算機信息;2007年17期12 鄧明哲.高速公路追尾碰撞預防報警系統(tǒng)的研究D.理工大學,200613 侯德藻,剛,高鋒,克強,連小垠.新型汽車主動避撞平安距離模型J汽車工程.200514 朱為國.汽車制動過程時間的分析J.汽車,200615 中國知網(wǎng)及超星圖書館文獻資料查詢

26、16 于海生.計算機限制技術.:機械工業(yè),2007附錄源程序FASHEBITP1.6HUIBITP1.4WENDUBITP3.2RXDEQUP3.0T1EQUP3.5TXDEQUP3.1WDLEQU34HWDHEQU35HORG0000HLJMPMAINORG000BHLJMPINTORG0030HMAIN:MOVTMOD,#52HMOVTH0,#0F3HMOVTL0,#0F3HMOVTH1,#0FFHMOVTL1,#0F3HSETBEASETBET0SETBTR0SETBTR1INT:CPLP1.6RETILOOP:JNBHUI,LOOPRETU1820:RETCHUISHI:SETBCLR

27、NOPNOPCLRMOVTSR1:NOPNOPDJNZSETBMOVWENDUCWENDUR0,#075HR0,TSR1WENDUR0,#50HCLRTR1MOVR5,TH1MOVR6,TL1CLRCMOVA,R6SUBBA,#0F3HMOV31H,AMOVA,R5SUBBA,#0FFHMOV30H,ARETACALLSHENGSUACALLJULIACALLXIANSHITSR2:NOPNOPJNBWENDU,TSR3DJNZR0,TSR2AJMPTSR4TSR3:SETBCAJMPTSR5TSR4:CLRCAJMPTSR7TSR5:MOVR0,#75HTSR6:NOPNOPDJNZR0,T

28、SR6TSR7:SETBWENDURETRDS1820:MOVR1,#2MOVR0,#WDLRD18201:MOVR2,#8RD18202:SETBWENDUNOPNOPCLRWENDUNOPNOPSETBWENDUMOVR7,#1ACALLDELAY15MOVC,WENDURRCAMOVR7,#3ACALLDELAY15DJNZR2,MOVR0,INCR0DJNZR1,RETWDS1820:MOVCLRCMOVA,WR18201:CLRMOVACALLRRCMOVMOVACALLSETBNOPDJNZSETBRETDELAY15:MOVDEL151:DJNZDJNZRETSHENGSU:MO

29、VMOVMOVMOVMOVRD18202ARD18201R1,#8R7WENDUR7,#1DELAY15AWENDU,CR7,#3DELAY15WENDUR1,WR18201WENDUR6,#3R6,DEL151R7,DELAY15R3,34HR2,35HA, R3R5,#64HB, R5MOVR6,BMOVR3,AMOVA,R2MOVB,R5MULABADDA,R6MOVR2,ACLRAADDCA,BMOVR2,ANADD:MOVR4,MOVR5,#0B4HMOVA,R3ADDA,R5MOVR3,AMOVA,R2ADDCA,R4MOVR2,ABEGIN1:CLRAMOVR6,AMOVR7,A

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31、R3,AMOVA,R2ADDCA,#00HMOVR2,AMOVADD1:A,R3NOOVER:MOVOVER,#00HRETOVER:MOVOVER,#0FFHORLA,R3JNZSH20RETSH20:MOVR7,#0MOVA,R2SH22:ANLA,#0C0HJNZSQRHCLRCMOVA,R3RLCAMOVF0,CCLRCRLCAMOVR3,AMOVA,R2MOVACC.7,CMOVC,F0RLCAA,R2SH2:MOVRLCMOVR2,AINCR7SJMPSH22SQRH:MOVA,R2ADDA,#57HJCSQR2ADDA,#45HJCSQR1ADDA,#24HMOVB,#0E3HM

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