基于at89s52單片機(jī)超聲波測(cè)距系統(tǒng)設(shè)計(jì)-文庫吧
2025-06-03 15:29 本頁面
【正文】 電路、超聲波發(fā)射器電路、超聲波接收器電路、及顯示電路構(gòu)成。1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 超聲測(cè)距儀是根據(jù)超聲波遇到障礙物反射回來的特性進(jìn)行測(cè)量的。超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射同時(shí)開始計(jì)時(shí)，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到反射波就立即中斷停止計(jì)時(shí)。 通過不斷檢測(cè)產(chǎn)生波發(fā)射后遇到障礙物所反射的回波，從而測(cè)出發(fā)射超聲波和接收到回波的時(shí)間差T，然后求出距離L?；镜臏y(cè)距公式為：L=(△t/2)*C式中 L——要測(cè)的距離 T——發(fā)射波和反射波之間的時(shí)間間隔 C——超聲波在空氣中的聲速，常溫下取為340m/s聲速確定后，只要測(cè)出超聲波往返的時(shí)間，即可求得距離L。超聲波測(cè)距的方法有多種，如相位檢測(cè)法、聲波幅值檢測(cè)法和渡越時(shí)間檢測(cè)法等。相位檢測(cè)法雖然精度高，但檢測(cè)范圍有限。 聲波幅值檢測(cè)法易受反射波的影響。本儀器采用超聲波渡越時(shí)間檢測(cè)法。其原理為: 檢測(cè)從超聲波發(fā)射器發(fā)出的超聲波，經(jīng)氣體介質(zhì)的傳播到接收器的時(shí)間，即渡越時(shí)間。渡越時(shí)間與氣體中的聲速相乘，就是聲波傳輸?shù)木嚯x。超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時(shí)刻的同時(shí)單片機(jī)開始計(jì)時(shí)，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到反射波就立即停止計(jì)時(shí)。 超聲波測(cè)距有以下幾個(gè)方面的發(fā)展趨勢(shì)：（1）價(jià)格比較低廉的超聲波測(cè)距儀可用于固定物位或液位的測(cè)量，適用于建筑物內(nèi)部、液位高度的測(cè)量等。（2）提高超聲波測(cè)距精度的方法，根據(jù)測(cè)距系統(tǒng)應(yīng)用具體環(huán)境的不同提高精度的方法，但基本都是圍繞著減小測(cè)量渡越時(shí)間的誤差和減小環(huán)境溫度的影響兩個(gè)方面提出的。 本設(shè)計(jì)方案思路本設(shè)計(jì)以AT89s52單片機(jī)為控制核心，產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)，超聲波發(fā)射電路，接收電路信號(hào)處理，檢測(cè)，完成時(shí)間的測(cè)量為主要設(shè)計(jì)內(nèi)容。單片機(jī)編程用引腳端口輸出超聲波換能器所需的40kHz的方波信號(hào)，去觸發(fā)超聲波發(fā)射傳感器，接收傳感器接收到微弱信號(hào)后進(jìn)行多級(jí)放大，濾波，整形，檢波，送到單片機(jī)引腳判斷低電平信號(hào)。計(jì)算測(cè)距時(shí)間采用定時(shí)器計(jì)時(shí)完成。由時(shí)間再轉(zhuǎn)化成距離顯示即可。 框圖設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)要求并綜合各方面因素，可以采用AT89S52單片機(jī)作為主控制器，用LED數(shù)碼管顯示。超聲波驅(qū)動(dòng)信號(hào)用單片機(jī)發(fā)出和接收，基于AT89S52單片機(jī)的超聲波測(cè)距儀系統(tǒng)框圖如圖11所示。超聲波測(cè)距的原理，即超聲波發(fā)生器T在某一時(shí)刻發(fā)出的一個(gè)超聲波信號(hào)，當(dāng)超聲波遇到被測(cè)物體后反射回來，就被超聲波接收器R所接收。圖 11基于AT89S52單片機(jī)的超聲波測(cè)距儀系統(tǒng)框圖2 硬件設(shè)計(jì) AT89s52單片機(jī)主要性能（1）與MCS51單片機(jī)產(chǎn)品兼容（2）8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器（3） 1000次擦寫周期（4） 全靜態(tài)操作：0Hz～33Hz（5）32個(gè)可編程I/O口線（6）三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（7）八個(gè)中斷源（8）全雙工UART串行通道（9）l 低功耗空閑和掉電模式（10）掉電后中斷可喚醒（11） 看門狗定時(shí)器圖21 AT89S52的引腳圖AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲(chǔ)器。使用Atmel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32 位I/O 口線，看門狗定時(shí)器，2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，AT89S52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。圖21電路原理圖單片機(jī)采用AT89S52，系統(tǒng)用12MHz高精度晶振得到較為穩(wěn)定的時(shí)鐘頻率以減小測(cè)量誤差。，利用外中斷0檢測(cè)接收返回的超聲波信號(hào)，顯示電路采用常用的七段數(shù)碼管，電路原理圖如圖21所示。發(fā)射電路主要由74LS04和超聲波換能器構(gòu)成。超聲波接收采用的是常用于電視機(jī)紅外遙控接收器的芯片CX20106A?？紤]到紅外遙控常用的載波頻率38kHz于測(cè)距超聲波40kHz較為接近，可以利用它作為超聲波檢測(cè)電路。實(shí)驗(yàn)證明其具有很高的靈敏度和較強(qiáng)的抗干擾能力。適當(dāng)改變超聲波接收探頭兩端電容的大小，可以改變接收電路的靈敏度和抗干擾能力?？撮T狗型復(fù)位電路主要利用CPU正常工作時(shí),定時(shí)復(fù)位計(jì)數(shù)器,使得計(jì)數(shù)器的值不超過某一值。當(dāng)CPU不能正常工作時(shí),由于計(jì)數(shù)器不能被復(fù)位,因此其計(jì)數(shù)會(huì)超過某一值,從而產(chǎn)生復(fù)位脈沖,使得CPU恢復(fù)正常工作狀態(tài)。典型應(yīng)用的Watchdog復(fù)位電路如圖7所示。此復(fù)位電路的可靠性主要取決于軟件設(shè)計(jì),即將定時(shí)向復(fù)位電路發(fā)出脈沖的程序放在何處。一般設(shè)計(jì),將此段程序放在定時(shí)器中斷服務(wù)子程序中。然而,有時(shí)這種設(shè)計(jì)仍然會(huì)引起程序走飛或工作不正常。原因主要是：當(dāng)程序“走飛”發(fā)生時(shí)定時(shí)器初始化以及開中斷之后的話,這種“走飛”情況就有可能不能由Watchdog復(fù)位電路校正回來。因?yàn)槎〞r(shí)器中斷一真在產(chǎn)生,即使程序不正常,Watchdog也能被正常復(fù)位。為此提出定時(shí)器加預(yù)設(shè)的設(shè)計(jì)方法。即在初始化時(shí)壓入堆棧一個(gè)地址,在此地址內(nèi)執(zhí)行的是一條關(guān)中斷和一條死循環(huán)語句。在所有不被程序代碼占用的地址盡可能地用子程序返回指令RET代替。這樣,當(dāng)程序走飛后,其進(jìn)入陷阱的可能性將大大增加。而一旦進(jìn)入陷阱,定時(shí)器停止工作并且關(guān)閉中斷,從而使Watchdog復(fù)位電路會(huì)產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位脈沖將CPU復(fù)位。當(dāng)然這種技術(shù)用于實(shí)時(shí)性較強(qiáng)的控制或處理軟件中有一定的困難 單片機(jī)晶振電路原理單片機(jī)晶振電路原理及作用單片機(jī)系統(tǒng)里都有晶振，在單片機(jī)系統(tǒng)里晶振作用非常大，全程叫晶體振蕩器，他結(jié)合單片機(jī)內(nèi)部電路產(chǎn)生單片機(jī)所需的時(shí)鐘頻率，單片機(jī)晶振提供的時(shí)鐘頻率越高，那么單片機(jī)運(yùn)行速度就越快，單片接的一切指令的執(zhí)行都是建立在單片機(jī)晶振提供的時(shí)鐘頻率。在通常工作條件下，普通的晶振頻率絕對(duì)精度可達(dá)百萬分之五十。高級(jí)的精度更高。有些晶振還可以由外加電壓在一定范圍內(nèi)調(diào)整頻率，稱為壓控振蕩器（VCO）。晶振用一種能把電能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化的晶體在共振的狀態(tài)下工作，以提供穩(wěn)定，精確的單頻振蕩。單片機(jī)晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時(shí)鐘信號(hào)。通常一個(gè)系統(tǒng)共用一個(gè)晶振，便于各部分保持同步。有些通訊系統(tǒng)的基頻和射頻使用不同的晶振，而通過電子調(diào)整頻率的方法保持同步。晶
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