【正文】 嵌入式系統(tǒng)無疑是當前最熱門、最具有發(fā)展前景的 IT 應(yīng)用之一。嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用可以使傳統(tǒng)的電子系統(tǒng)升級成為智能化的電子產(chǎn)品，使其成為具有“生命”的現(xiàn)代化智能系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)一般應(yīng)用于對實時響應(yīng)要求較高的設(shè)備中，單片機作為嵌入式系統(tǒng)的核心部件，其應(yīng)用使電子系統(tǒng)的智能化出現(xiàn)了 意想不到的效果，常常無需對硬件資源做任何改動，只需更新系統(tǒng)軟件就能使系統(tǒng)功能升級?，F(xiàn)代社會中嵌入式系統(tǒng)無處不在，早已被應(yīng)用在國防、國民經(jīng)濟、以及人們?nèi)粘Ｉ畹母鱾€領(lǐng)域，主要可以歸納為以下幾個方面。 （ 1）軍事裝備：各種武器控制（火炮控制、彈道控制、炮彈引信等），坦克、艦船、轟炸等各種電子裝備，雷達、電子對抗、軍事通訊裝備等。 （ 2）家用電器：各種家電產(chǎn)品，如數(shù)字電視、機頂盒、數(shù)碼相機、 VCD、DVD、可視電話、洗衣機、電冰箱、手機、智能玩具等。 （ 3）工業(yè)控制：各種智能儀器儀表、數(shù)控裝置 、可編程控制器、分布式控制系統(tǒng)、工業(yè)機器人、機電一體化設(shè)備、汽車電子設(shè)備等。 （ 4）商用設(shè)備：各種收款機、 POS 系統(tǒng)、電子秤、條形碼閱讀器、商務(wù)終端、 IC 卡輸入設(shè)備、自動柜員機、防盜系統(tǒng)等。 （ 5）辦公用品：復(fù)印機、打印機、傳真機、掃描儀、手機、個人數(shù)字助理（ PDA）、變頻空調(diào)設(shè)備、通信終端、程控變換機、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等。 （ 6）醫(yī)療電子設(shè)備：各種醫(yī)療電子儀器，如 X 光機、超聲診斷儀、心臟起搏器、監(jiān)護儀器等，以及輔助診斷系統(tǒng)、專家系統(tǒng)等。 單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計包括單片機基本擴展、外圍電路設(shè)計和程序 設(shè)計、單片機應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境、系統(tǒng)可靠性設(shè)計、電磁兼容性設(shè)計等內(nèi)容。通常開發(fā)一個單片機系統(tǒng)的步驟如下： 圖 設(shè)計步驟 超聲波測距系統(tǒng)概述 在基于傳統(tǒng)的測量距離存在不可克服的缺陷。例如，液面測量就是一種距離測量，傳統(tǒng)的電極法是采用差位分布電極，通過給電或脈沖來檢測液面，電極長期浸泡于水中或其他液體中，極易被腐蝕、電解，失去靈敏性。由于超聲波具有強度大，方向性好等特點，利用超聲波測量距離就可以解決這些問題，因此超聲波測量距離技術(shù)在工業(yè)控制、勘探測量 、機器人定位和安全防范等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。 超聲波測距電路可以由傳統(tǒng)的模擬或者數(shù)字電路構(gòu)建，但是基于這些傳統(tǒng)電路構(gòu)建的系統(tǒng)往往可靠性差，調(diào)試困難，可擴展性差，所以基于單片機的超聲波測距系統(tǒng)被廣泛的應(yīng)用。通過簡單的外圍電路發(fā)生和接收超聲波，單片機通過采樣獲取到超聲波的傳播時間，用軟件來計算出距離，并且可以采集環(huán)境溫度進行測距補償，其測量電路小巧，精度高，反映速度快，可靠性好。 超聲波測距系統(tǒng)原理 超聲波傳感器 超聲波傳感器主要有電致伸縮和磁致伸縮兩類，電致伸縮采用雙壓電陶瓷晶片制成，具有 可逆特性。 壓電陶瓷片具有如下特性：當在其兩端加上大小和方向不斷變化的交流電壓時，就會產(chǎn)生“壓電效應(yīng)”，使壓電陶瓷也產(chǎn)生機械變形，這種機械變形的大小以及方向與外加電壓的大小和方向成正。也就是說，若在壓電晶片兩邊加以頻率為的交流電電壓時，它就會產(chǎn)生同頻率的機械振動，這種機械振動推動空氣的張弛，當落在音頻范圍內(nèi)時便會發(fā)出聲音。反之，如果由超聲波機械振動作用于陶瓷片使其發(fā)生微小的形變時，那么壓電晶片也會產(chǎn)生與振動頻率相同的微弱的交流信號。 超聲波傳感器結(jié)構(gòu)如下： 圖 元件內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖 超聲波外部結(jié)構(gòu) 超聲波測距原理 在超聲探測電路中，發(fā)射端得到輸出脈沖為一系列方波，其寬度為發(fā)射超聲的時間間隔，被測物距離越大，脈沖寬度越大，輸出脈沖個數(shù)與被測距離成正比。超聲測距大致有以下方法：① 取輸出脈沖的平均值電壓，該電壓 其幅值基本固定 與距離成正比，測量電壓即可測得距離；② 測量輸出脈沖的寬度，即發(fā)射超聲波與接收超聲波的時間間隔 t，故被測距離為 S 1／ 2vt。本測量電路采用第二種方案。由于超聲波的聲速與溫度有關(guān)，如果溫度變化不大，則可認為聲速基本不變 。如果測距精度 要求很高，則應(yīng)通過溫度補償?shù)姆椒右孕Ｕ?。超聲波測距適用于高精度的中長距離測量。因為超聲波在標準空氣中的傳播速度為 米 /秒，由單片機負責計時，單片機使用 晶振，所以此系統(tǒng)的測量精度理論上可以達到毫米級。 圖 理 第二章 系統(tǒng)主要硬件設(shè)計 系統(tǒng)硬件框圖 硬件系統(tǒng)最要包括單片機最小系統(tǒng)、超聲波發(fā)射模塊、超聲波接收模塊、溫度補償模塊、 LCD1602 顯示模塊等。 圖 系統(tǒng)硬件框圖 單片機主機系統(tǒng)電路 最小系統(tǒng) 單片機最小系統(tǒng) 引腳功能： P0 口用來送顯示信號給 LCD 的數(shù)據(jù)為， P20~P22 送命令到LCD 控制 LCD 的顯示方式。 為 DS18B20 溫度數(shù)據(jù)采集端。 AT89S51 的介紹 AT89S51 的管腳圖 （ 1）主要性能 與 MCS51 單片機產(chǎn)品兼容 8K 字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器 ?1000 次擦寫周期 全靜態(tài)操作： 0Hz～ 33Hz 三級加密程序存儲器 32 個可編程 I/O 口線 三個 16 位定時器 /計數(shù)器 八個中斷源 全雙工 UART 串行通道 低功耗空閑和掉電模式 掉電后中斷可喚醒 看門狗定時器 ?雙數(shù)據(jù)指針 掉電標識符 （ 2）管腳說明 VCC?:?電源 GND:?地 P0?口： P0 口是一個 8 位漏極開路的雙向 I/O 口。作為輸出口，每位能驅(qū)動 8 個 TTL 邏 輯電平。對 P0 端口寫“ 1”時，引腳用作高阻抗輸入。當訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時， P0 口也被作為低 8 位地址 /數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下，P0 具有內(nèi)部上拉電阻。 在 flash 編程時， P0 口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。程序校驗 時，需要外部上拉電阻。 P1?口： P1?口是一個 具有內(nèi)部上拉電阻的 8?位雙向 I/O?口， p1?輸出緩沖器能驅(qū)動 4?個 TTL?邏輯電平。對 P1?端口寫“ 1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。 此外，定時器 /計數(shù)器 2 的外部計數(shù)輸入（ ）和時器 /計數(shù)器 2 的觸發(fā)輸入（ ），具體如下表所示。 引腳號第二功能 ?T2（定時器 /計數(shù)器 T2 的外部計數(shù)輸入），時鐘輸出 ?T2EX（定時器 /計數(shù)器 T2 的捕捉 /重載觸發(fā)信號和方向控制） ?MOSI（在系統(tǒng)編程用） ?MISO（在系統(tǒng)編程用） ?SCK（在系統(tǒng)編程用） 在 flash 編程和校驗時， P1 口接收低 8 位地址字節(jié)。 P2?口： P2?口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8?位雙向 I/O?口， P2?輸出緩沖器能驅(qū)動 4?個 TTL?邏輯電平。對 P2?端口寫“ 1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入 口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。 在訪問外部程 序存儲器或用 16 位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行 MOVX?@DPTR） 時， P2?口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，P2?口使用很強的內(nèi)部上拉發(fā)送 1。在使用 8 位地址（如 MOVX?@RI）訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時， P2 口輸出 P2 鎖存器的內(nèi)容。 在 flash 編程和校驗時， P2 口也接收高 8 位地址字節(jié)和一些控制信號。 P3?口： P3?口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8?位雙向 I/O?口， p2?輸出緩沖器能驅(qū)動 4?個 TTL?邏輯電平。對 P3?端口寫“ 1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用 。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。 P3 口亦作為 AT89S52 特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。 引腳號第二功能 ?RXD（串行輸入） ?TXD（串行輸出） ?INT0 外部中斷 0 ?INT0 外部中斷 0 ?T0（定時器 0 外部輸入） ?T1（定時器 1 外部輸入） ?WR 外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通 ?RD 外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通 在 flash 編程和校驗時， P3 口也接收一些控制信號。 RST:?復(fù)位輸入。晶振工作時， RST 腳持續(xù) 2?個機器周期高電平將使單片機復(fù)位?？撮T狗計時完成后， RST?腳輸出 96?個晶振周期的高電平。特殊寄存器 AUXR 地址 8EH 上的 DISRTO 位可以使此功能無效。 DISRTO 默認狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。 ALE/PROG：地址鎖存控制信號（ ALE）是訪問外部程序存儲器時，鎖存低 8?位地址的輸出脈沖。在 flash 編程時，此引腳（ PROG）也用作編程輸入脈沖。在一般 情況下， ALE?以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來作為外部定時器或時鐘使用。然而，特別強調(diào)，在每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時， ALE 脈沖將會跳過。如果需要，通過將地址為 8EH 的 SFR 的第 0 位置“ 1”， ALE 操作將無效。這一位置“ 1”， ALE?僅在執(zhí)行 MOVX?或 MOVC 指令時有效。否則， ALE?將被微弱拉高。這個 ALE?使能標志位（地址為 8EH 的 SFR 的第 0 位）的設(shè)置對微控制器處于外部執(zhí)行模式下無效。 PSEN:外部程序存儲器選通信號（ PSEN）是外部程序存儲器選通信號 。當 AT89S52 從外部程序存儲器執(zhí)行外部代碼時， PSEN 在每個機器周期被激活兩次，而在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時， PSEN 將不被激活。 EA/VPP:訪問外部程序存儲器控制信號。為使能從 0000H?到 FFFFH 的外部程序存儲器 讀取指令， EA 必須接 GND。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令， EA 應(yīng)該接 VCC。 在 flash 編程期間， EA 也接收 12 伏 VPP 電壓。 XTAL1:振蕩器反相放大器和內(nèi)部時鐘發(fā)生電路的輸入端。 XTAL2:振蕩器反相放大器的輸出端。 超聲波發(fā)送電路 超聲波發(fā)生器包括超聲波產(chǎn)生電路和超聲波發(fā)射控制電路兩個部分，超聲波探頭（“也稱為超聲波換能器”）的型號選用 CSB40T（其中心頻率為 40KHz）?？梢圆捎密浖a(chǎn)生 40KHz 的超聲波信號，通過輸出引腳輸入至驅(qū)動器，經(jīng)過動器驅(qū)動后推動探頭產(chǎn)生超聲波。這種方法的特點是充分利用軟件，靈活性好，但是需要設(shè)計一個驅(qū)動電流為 100mA 以上的驅(qū)動電路。第二種方法是利用超聲波專用發(fā)生電路或通用發(fā)生電路產(chǎn)生超聲波信號，并直接驅(qū)動超聲波換能器 產(chǎn)生超聲波。這種方法的特點是無需驅(qū)動電路，但缺乏靈活性。本次我們采用第二種方法產(chǎn)生超聲波，非門可以選用 CD4069，具體電路如圖： 圖 超聲波發(fā)送電路 從圖中可知，由單片機控制輸出低電平到 555 的復(fù)位腳控制 555 電路輸出 40KHz 的頻率，當輸入的信號為高電平時，上面經(jīng)過兩級反向 CSB