【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 /計數(shù)器 0） T1（定時 /計數(shù)器 1） 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） ：復(fù)位輸入。對端口寫“ 1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流（ IIL）。 口： P1 是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流） 4 個 TTL 邏輯門電路，對端口寫 “ 1” ，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。 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，每位能驅(qū)動 8 個 TTL。 AT89S51 介紹 單片機的概述 由于此單片機應(yīng)用在測距儀上，所以本設(shè)計選用 了 低功耗、低價格、小管腳 (40 腳 )的 AT89S51 單片機 。 系統(tǒng)中的發(fā)射和接收部分由單片機控制輪流工作。為解決這一問題，系統(tǒng)對不同的車輛 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。 單脈沖發(fā)生器在振蕩器的每個周期內(nèi)都被觸發(fā)，產(chǎn)生固定脈寬的脈沖序列，來自單片機的編碼信號對脈沖序列進(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量，可以采用常用 的 壓電式超聲波換能器來實現(xiàn)。空氣中聲速與溫度的關(guān)系可表示為： )/( smTTc ???? (式 21) 4聲速確定后，只要測得超聲波往返的時間，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，將壓迫壓電晶片作振動，將機械能轉(zhuǎn)換為電信號，這時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自動剎車裝置 。在機器人作為一種能代替人工作業(yè)的智能機器，有著廣泛的應(yīng)用前景的前提下，其關(guān)鍵技術(shù)取決于機器人視覺系統(tǒng)設(shè)計的精確與否。 （治療） 超聲波是一種波動形式，它可以作為探測與負(fù)載信息的載體或媒介（如 B 超 等用作診斷）；超聲波同時又是一種能量形式，當(dāng)其強度超過一定值時，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，可在界面上產(chǎn)生強烈的沖擊和空化現(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 時候，將電能轉(zhuǎn)換，發(fā)射超聲波；而在收到回波 的 時候，則將超聲振動轉(zhuǎn)換成電信號。 超聲波是指頻率高于 20KHz 的 機械波。 系統(tǒng)組成的設(shè)計：各部分硬件的選取很有講究，要十分合理。接收換能器對聲波脈沖的直接接收能力將決定最小的可測距離。 本 系統(tǒng)的設(shè)計思想是采用以 AT89S51 單片機為核心，來設(shè)計一種低成本、高 精度、微型化數(shù)字顯示超聲波測距儀。 ultrasonic 。 關(guān)鍵詞 ：測距儀 。本系統(tǒng)具有易檢測、 軟件功能完善， 工作可靠、準(zhǔn)確度高等優(yōu)點。 摘要 由于現(xiàn)代生產(chǎn)要求，人們發(fā)現(xiàn)需要實現(xiàn)無接觸式的生產(chǎn)測距，而超聲波測距是一種性能良好的測距方式，主要應(yīng)用于倒車?yán)走_(dá)、工地以及一些工業(yè)現(xiàn)場，本文設(shè)計了一種以 AT89S51單片機為核心的低成本、高精度、微型化 LED 顯示超聲波測距儀，并使用一些常用芯片如：74LS04 等。 本文論述了單片機技術(shù)研制成功的超聲波測距儀 的基本原理，測量計算方法，實現(xiàn)方案。 超聲波 。sensor。 超聲波測距可測出回波和發(fā)射脈沖之間的時間間隔，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)計要求并綜合各方面因素，采用 AT89S51 單片機作為主控制器，用動態(tài)掃描法實現(xiàn) LED 數(shù)字顯示，超聲波驅(qū)動信號可以用單片機的定時器和計數(shù)器來完成。 設(shè)計的難點是： 超聲波信號的接收 、 發(fā)射的設(shè)計 顯示 電路設(shè)計 流程圖及程序的設(shè)計 2第 2 章 超聲波測距的原理 什么是超聲波 聲波是物體機械振動狀態(tài)（或能量）的 傳播形式。為了以超聲波作為檢測手段，必須產(chǎn)生超生波和接收超聲波。 超聲波的特性及特點 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 ： 超聲波在傳播時，方向性強，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，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格低廉、硬件容易實現(xiàn)的優(yōu)點，被廣泛用作測距傳感器，實現(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。 超聲波測距的原理 超聲波測距 的 原理一般采用渡越時間法 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，如果溫度變化不大，則可認(rèn)為聲速 C 是基本不變的，計算時取 C 為 340m/s。 由于超聲波指向性強，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 的測量。 利用超聲波測距原理，測量低速行 駛車輛與飛機的距離，當(dāng)車輛與飛機的距離小于安全距離時，發(fā)出聲光報警，并顯示車輛與飛機之間的距離，提醒駕駛員及時采取減速、制動等措施，從而達(dá)到避免車輛與飛機碰撞、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)采用積累檢測解調(diào)。在單片機編碼發(fā)送完畢后，即 轉(zhuǎn)入接收狀態(tài)，同時關(guān)閉發(fā)射部分的單脈沖發(fā)生器；當(dāng)接收一定時間后再轉(zhuǎn)入發(fā)射狀態(tài)重發(fā)編碼時 ，同時關(guān)閉接收放大器。如圖 32所示 ： 圖 32 AT89S51芯片引腳圖 AT89S51 是一個低功耗，高性能 CMOS 8 位單片機，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(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 個引腳， 4k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲器， 128 Bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM），32 個外部雙向輸入 /輸出（ I/O）口， 5 個中斷優(yōu)先級 2 層中斷嵌套中斷， 2 個 16 位可編程定時器 計時器 調(diào)制器 接收檢測 聲電換能 振蕩器 電聲換能 障 礙 物 控制 顯示器 7 定時計數(shù)器 ,2 個全雙工串行 通信口，看門狗（ WDT）電路，片內(nèi)時鐘振蕩器。 邏輯門電路，對端口寫： “ 1” 可作為高阻抗輸入端用。作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流（ IIL）。 Flash 編程或校驗時 ， P2亦接收高位地址和其它控制信號。當(dāng)振蕩 器工作時， RST 引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單片機復(fù)位。即使不訪問外部存儲器， ALE 仍以時鐘振蕩頻率的 1/6輸出固定的正脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。需注意的是：如果加密位 LB1 被編程，復(fù)位時內(nèi)部會鎖存 EA 端狀態(tài)。當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，沒有 兩次有效的 PSEN 信號。國際電工委員會 (IEC:International Electrotechnical Committee)的定義為： “傳感器是測量系統(tǒng)中的一種前置部件，它將輸入變量轉(zhuǎn)換成可供測量的信號 ”。 傳感器的特性 靈敏度高、可靠性強、穩(wěn)定性好； 防塵耐濕、耐高低溫、耐沖擊、耐振動等嚴(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及等效電路如圖 33 圖 33 傳感器符號及等效電路圖 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，不僅在外部進(jìn)行溫度補償，在傳感器內(nèi)部也要進(jìn)行溫度補償。 AT89S51 通過外部引腳輸出一個脈沖群，以推挽形式加到變壓器的初級，經(jīng)升壓變換推動超聲波換能器發(fā)射出去。發(fā)射時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)致錯誤檢測。接收換能器對聲波脈沖的直接接收能力將決定最小的可測 距離。 用單片機驅(qū)動 LED 數(shù)碼管分為靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示。這樣單片機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 時間，但每個顯示單元都需要單獨的顯示驅(qū)動電路，使用的電路硬件較少；動態(tài)顯示需要 CPU 時刻對 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物體時需要有象人和動物那樣與周圍有一定的溫度差這個條件。如果接收到超聲波（有信號電壓）時，說