【正文】 二功能 PXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） INT0（外中斷 0） INT1（外中斷 1） T0（定時(shí) /計(jì)數(shù)器 0） T1（定時(shí) /計(jì)數(shù)器 1） WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） ：復(fù)位輸入。對(duì)端口寫“ 1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流（ IIL）。 口： P1 是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 4 個(gè) TTL 邏輯門電路，對(duì)端口寫 “ 1” ，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。 口： P0 口是一組 8 位漏極開路型雙向 I/O 口，也即地址 /數(shù)據(jù)總線復(fù)用口，作為輸出口用時(shí)，每位能驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL。 AT89S51 介紹 單片機(jī)的概述 由于此單片機(jī)應(yīng)用在測(cè)距儀上，所以本設(shè)計(jì)選用 了 低功耗、低價(jià)格、小管腳 (40 腳 )的 AT89S51 單片機(jī) 。 系統(tǒng)中的發(fā)射和接收部分由單片機(jī)控制輪流工作。為解決這一問題，系統(tǒng)對(duì)不同的車輛 進(jìn)行不同的編碼調(diào)制，使每輛車只能接收到其本身發(fā)射的信號(hào)。 單脈沖發(fā)生器在振蕩器的每個(gè)周期內(nèi)都被觸發(fā)，產(chǎn)生固定脈寬的脈沖序列，來自單片機(jī)的編碼信號(hào)對(duì)脈沖序列進(jìn)行編碼調(diào)制，經(jīng)功率放大后，通過超聲換能器發(fā)射超聲波。本課題屬于近距離測(cè)量，可以采用常用 的 壓電式超聲波換能器來實(shí)現(xiàn)?？諝庵新曀倥c溫度的關(guān)系可表示為： )/( smTTc ???? (式 21) 4聲速確定后，只要測(cè)得超聲波往返的時(shí)間，即可求得距離。 由于超聲波也是一種聲波，其聲速 C 與空氣溫度有關(guān)，一般來說，溫度每升高 1 攝氏度，聲速增加 米／秒。反之，如果兩電極間未外加電壓，當(dāng)共振板接收到超聲波時(shí)，將壓迫壓電晶片作振動(dòng)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，這時(shí)它就成為超聲波接收器了。它們所產(chǎn)生的超聲波的頻率、功率和聲波特性各不相同，因而用途也各不相同。據(jù)海外媒體報(bào)道，戴姆勒 — 克萊斯勒公司日前成功開發(fā)出供商用車 (尤指卡車 )使用的電子剎車系統(tǒng)，它利用車載前視雷達(dá)感應(yīng)器探測(cè)前方景物，由車載控制器處理這一感知信息而形成虛擬景象，由此來判斷當(dāng)前路況是否需要啟動(dòng)自動(dòng)剎車裝置 。在機(jī)器人作為一種能代替人工作業(yè)的智能機(jī)器，有著廣泛的應(yīng)用前景的前提下，其關(guān)鍵技術(shù)取決于機(jī)器人視覺系統(tǒng)設(shè)計(jì)的精確與否。 （治療） 超聲波是一種波動(dòng)形式，它可以作為探測(cè)與負(fù)載信息的載體或媒介（如 B 超 等用作診斷）；超聲波同時(shí)又是一種能量形式，當(dāng)其強(qiáng)度超過一定值時(shí)，它就可以通過與傳播超聲波的媒質(zhì)的相互作用，去影響，改變以致破壞后者的狀態(tài)，性質(zhì)及結(jié)構(gòu)（用作治療）。 超聲波在液體介質(zhì)中傳播時(shí)，可在界面上產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊和空化現(xiàn)象。超聲波傳感器是利用壓電效應(yīng) 的 原理將電能和超聲波相互轉(zhuǎn)化，即在發(fā)射超聲波 的 時(shí)候，將電能轉(zhuǎn)換，發(fā)射超聲波；而在收到回波 的 時(shí)候，則將超聲振動(dòng)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。 超聲波是指頻率高于 20KHz 的 機(jī)械波。 系統(tǒng)組成的設(shè)計(jì)：各部分硬件的選取很有講究，要十分合理。接收換能器對(duì)聲波脈沖的直接接收能力將決定最小的可測(cè)距離。 本 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想是采用以 AT89S51 單片機(jī)為核心，來設(shè)計(jì)一種低成本、高 精度、微型化數(shù)字顯示超聲波測(cè)距儀。 ultrasonic 。 關(guān)鍵詞 ：測(cè)距儀 。本系統(tǒng)具有易檢測(cè)、 軟件功能完善， 工作可靠、準(zhǔn)確度高等優(yōu)點(diǎn)。 摘要 由于現(xiàn)代生產(chǎn)要求，人們發(fā)現(xiàn)需要實(shí)現(xiàn)無接觸式的生產(chǎn)測(cè)距，而超聲波測(cè)距是一種性能良好的測(cè)距方式，主要應(yīng)用于倒車?yán)走_(dá)、工地以及一些工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，本文設(shè)計(jì)了一種以 AT89S51單片機(jī)為核心的低成本、高精度、微型化 LED 顯示超聲波測(cè)距儀，并使用一些常用芯片如：74LS04 等。 本文論述了單片機(jī)技術(shù)研制成功的超聲波測(cè)距儀 的基本原理，測(cè)量計(jì)算方法，實(shí)現(xiàn)方案。 超聲波 。sensor。 超聲波測(cè)距可測(cè)出回波和發(fā)射脈沖之間的時(shí)間間隔，利用 S=Ct/2 就可以算出距離，再在 LED 上顯示出來。 根據(jù)設(shè)計(jì)要求并綜合各方面因素，采用 AT89S51 單片機(jī)作為主控制器，用動(dòng)態(tài)掃描法實(shí)現(xiàn) LED 數(shù)字顯示，超聲波驅(qū)動(dòng)信號(hào)可以用單片機(jī)的定時(shí)器和計(jì)數(shù)器來完成。 設(shè)計(jì)的難點(diǎn)是： 超聲波信號(hào)的接收 、 發(fā)射的設(shè)計(jì) 顯示 電路設(shè)計(jì) 流程圖及程序的設(shè)計(jì) 2第 2 章 超聲波測(cè)距的原理 什么是超聲波 聲波是物體機(jī)械振動(dòng)狀態(tài)（或能量）的 傳播形式。為了以超聲波作為檢測(cè)手段，必須產(chǎn)生超生波和接收超聲波。 超聲波的特性及特點(diǎn) 超聲波具有如下特性： 超聲波可在氣體、液體、固體、固熔體等介質(zhì)中有效傳播。 超聲波 具有 的特點(diǎn) ： 超聲波在傳播時(shí)，方向性強(qiáng)，能量易于集中。超聲波以直線方式傳播，頻率越高，繞射能力越弱，但反射能力越強(qiáng)，為此， 利用超聲波的這種性質(zhì)就可制成超聲波傳感器。超聲波傳感器以其價(jià)格低廉、硬件容易實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用作測(cè)距傳感器，實(shí)現(xiàn)定位以及環(huán)境建模。 超聲波發(fā)生器 為了研究和利用超聲波，人們已經(jīng)設(shè)計(jì)和制成了許多超聲波發(fā)生器。目前較為常用的是壓電式超聲波發(fā)生器。 超聲波測(cè)距的原理 超聲波測(cè)距 的 原理一般采用渡越時(shí)間法 TOF（ time of flight） 。下表列出了幾種溫度下的聲速： 表 聲速與 溫度的關(guān)系表 溫度（攝氏度） － 30 － 20 － 10 0 10 20 30 100 聲速（米／秒） 313 319 325 323 338 344 349 386 在使用時(shí)，如果溫度變化不大，則可認(rèn)為聲速 C 是基本不變的，計(jì)算時(shí)取 C 為 340m/s。 由于超聲波指向性強(qiáng)，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播距離遠(yuǎn)，因而超聲波可以用于距離 的測(cè)量。 利用超聲波測(cè)距原理，測(cè)量低速行 駛車輛與飛機(jī)的距離，當(dāng)車輛與飛機(jī)的距離小于安全距離時(shí)，發(fā)出聲光報(bào)警，并顯示車輛與飛機(jī)之間的距離，提醒駕駛員及時(shí)采取減速、制動(dòng)等措施，從而達(dá)到避免車輛與飛機(jī)碰撞、拖掛等事故。 接收部分由超聲換能器、接收放大器和編碼解調(diào)器組成。 為有效消除干擾，編碼解調(diào)采用積累檢測(cè)解調(diào)。在單片機(jī)編碼發(fā)送完畢后，即 轉(zhuǎn)入接收狀態(tài)，同時(shí)關(guān)閉發(fā)射部分的單脈沖發(fā)生器；當(dāng)接收一定時(shí)間后再轉(zhuǎn)入發(fā)射狀態(tài)重發(fā)編碼時(shí) ，同時(shí)關(guān)閉接收放大器。如圖 32所示 ： 圖 32 AT89S51芯片引腳圖 AT89S51 是一個(gè)低功耗，高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)及 80S51 引腳結(jié)構(gòu)， AT89S51具有 40 個(gè)引腳， 4k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲(chǔ)器， 128 Bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM），32 個(gè)外部雙向輸入 /輸出（ I/O）口， 5 個(gè)中斷優(yōu)先級(jí) 2 層中斷嵌套中斷， 2 個(gè) 16 位可編程定時(shí)器 計(jì)時(shí)器 調(diào)制器 接收檢測(cè) 聲電換能 振蕩器 電聲換能 障 礙 物 控制 顯示器 7 定時(shí)計(jì)數(shù)器 ,2 個(gè)全雙工串行 通信口，看門狗（ WDT）電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。 邏輯門電路，對(duì)端口寫： “ 1” 可作為高阻抗輸入端用。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流（ IIL）。 Flash 編程或校驗(yàn)時(shí) ， P2亦接收高位地址和其它控制信號(hào)。當(dāng)振蕩 器工作時(shí)， RST 引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。即使不訪問外部存儲(chǔ)器， ALE 仍以時(shí)鐘振蕩頻率的 1/6輸出固定的正脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。需注意的是：如果加密位 LB1 被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存 EA 端狀態(tài)。當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，沒有 兩次有效的 PSEN 信號(hào)。國(guó)際電工委員會(huì) (IEC:International Electrotechnical Committee)的定義為： “傳感器是測(cè)量系統(tǒng)中的一種前置部件，它將輸入變量轉(zhuǎn)換成可供測(cè)量的信號(hào) ”。 傳感器的特性 靈敏度高、可靠性強(qiáng)、穩(wěn)定性好； 防塵耐濕、耐高低溫、耐沖擊、耐振動(dòng)等嚴(yán)酷環(huán)境條件； 收發(fā)兼用，使用方便。超聲波傳感器的符號(hào)及等效電路如圖 33 圖 33 傳感器符號(hào)及等效電路圖 超聲波傳感器的帶寬較窄，大部分在標(biāo)稱頻率附近使用，為此，要采用措施擴(kuò)展頻帶，比如，接入電感等。 圖 35 傳感器方向性特性 圖 36 表示傳感器的溫度隨頻率的變化特性，對(duì)于這種傳感器，溫度越高，中心頻率越低，為此，在寬范圍環(huán)境下使用時(shí)，不僅在外部進(jìn)行溫度補(bǔ)償，在傳感器內(nèi)部也要進(jìn)行溫度補(bǔ)償。 AT89S51 通過外部引腳輸出一個(gè)脈沖群，以推挽形式加到變壓器的初級(jí)，經(jīng)升壓變換推動(dòng)超聲波換能器發(fā)射出去。發(fā)射時(shí)輸出的高電平可以抑制比較器的翻轉(zhuǎn)，這樣就可以抑制發(fā)射器發(fā)射的超聲波直接輻射到接收器而導(dǎo)致錯(cuò)誤檢測(cè)。接收換能器對(duì)聲波脈沖的直接接收能力將決定最小的可測(cè) 距離。 用單片機(jī)驅(qū)動(dòng) LED 數(shù)碼管分為靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示。這樣單片機(jī)只要把顯示的字形代碼發(fā)送到接口電路，該字段就可以顯示發(fā)送的字形。而且軟件譯碼其譯碼邏輯可隨意編程設(shè)定，不受硬件譯碼邏輯限制。 靜態(tài)顯示數(shù)據(jù)穩(wěn)定，占用很少的 CPU 時(shí)間，但每個(gè)顯示單元都需要單獨(dú)的顯示驅(qū)動(dòng)電路，使用的電路硬件較少；動(dòng)態(tài)顯示需要 CPU 時(shí)刻對(duì) 顯示器件進(jìn)行數(shù)據(jù)刷新，顯示數(shù)據(jù)有閃爍感，占用的 CPU時(shí)間多，但使用的硬件少，能節(jié)省線路板空間。如圖 311 所示。紅外線傳感器在探測(cè)物體時(shí)需要有象人和動(dòng)物那樣與周圍有一定的溫度差這個(gè)條件。如果接收到超聲波（有信號(hào)電壓）時(shí)，說