【正文】 步 ：點(diǎn)擊 openfile 找到并打開 hex 代碼文件。錯(cuò)誤出現(xiàn)時(shí)及時(shí)調(diào)整程序，在調(diào)試過程中采用逐次擴(kuò)大的方法，每次增加一個(gè)模塊進(jìn)行測(cè)試，這樣更利于檢查問題的所在，節(jié)省時(shí)間，提高效率。 硬件調(diào)試 硬件調(diào)試主要是排除電路中的明顯錯(cuò)誤，將所畫的電路圖制作成 PCB 板之后將所需元件按電路圖連接，檢查是否正確 后對(duì)硬件個(gè)部分進(jìn)行檢測(cè)與調(diào)試，分析各端口是否可靠，尤其是可使用萬用表等器件對(duì)電路進(jìn)行檢查 —— 著重查看電路的開路短路，底線是否可靠。 _nop_()。 _nop_()。 _nop_()。 _nop_()。 _nop_()。 //800MS 啟動(dòng)一次模塊 _nop_()。 display()。 //關(guān)閉個(gè)位數(shù)碼管 } } 中斷 程序 本設(shè)計(jì)中需注意當(dāng)距離過遠(yuǎn)或者沒有返回信號(hào)時(shí)候，定時(shí)器 T1 的溢出必須處理。 //選擇個(gè)位數(shù)碼管 P0=discode[disbuff[3]]。//查找定義好的數(shù)碼管段值與 P0 口輸出 delay()。 //加入短暫延時(shí) P0=0XFF。 //清除數(shù)碼管顯示，因是共陽型，所以不是 0 SMG_q=1。 //作為查表的索引號(hào) while(1) //不停的循環(huán)掃描 ,不掃描則不顯示或顯示不正確，即為動(dòng)態(tài)顯示 { SMG_q=0。 //“” } 理工大學(xué)學(xué)士論文 24 else { disbuff[1]=S%1000/100。 //算出來是 MM if((S=1000)||flag==1) //超出測(cè)量范圍顯示 “” { flag=0。 } 距離計(jì)算程序 程序流程圖 ，如圖 理工大學(xué)學(xué)士論文 23 超 出 檢 測(cè) 距 離計(jì) 算 距 離開 始賦 予 數(shù) 組 值 為1 0賦 予 數(shù) 組 正 常值結(jié) 束是否 圖 計(jì)算距離 框圖 void Conut(void) { time=（ TH0*256+TL0） 10。 //開啟計(jì)數(shù) while(RX)。 //允許 T1 中斷 TR1=1。 TH1=0xf8。 主程序 本設(shè)計(jì)主程序的思想如下： (1)距離為四位顯示單位為 mm； (2)超聲波每隔 60ms 發(fā)送一次 ； (3)按鍵 S 為測(cè)量啟動(dòng)鍵 ； (4) 系統(tǒng)采用 STC90C52的內(nèi)時(shí)鐘： 12MHz； (5) 超聲波發(fā)送一定時(shí)間后才開始啟動(dòng)檢測(cè)，避免直達(dá)信號(hào)造成誤判。公式： uS/58=厘米或者 uS/148=英寸；或是：距離 =高電平時(shí)間 *聲 速 （ 340M/S） /2； 建議測(cè)量 周 期為 60ms 以上 ， 以防止發(fā)射信號(hào)對(duì)回響信號(hào)的影響。 實(shí) 物圖 ： 如下 圖接線 ， VCC 供 5V 電源， GND 為地 線， TRIG 觸發(fā) 控制 信號(hào)輸入， ECHO 回響信號(hào)輸出等四支線。 圖 超聲波接收電路 理工大學(xué)學(xué)士論文 17 HRSR04 超聲波集成模塊 產(chǎn)品特點(diǎn)： HCSR04 超聲波測(cè)距模塊可提供 2cm400cm 的非接觸式距離感測(cè) 功能， 測(cè)距精度可達(dá)高到 3mm；模塊包括超聲波發(fā)射器、接收器與控制電路。 CX20xx6A 芯片 的前置放大器具有自動(dòng)增益控制的功能，當(dāng)測(cè)量的距離比較近時(shí)，放大器不會(huì)過載；而當(dāng)測(cè)量距離比較遠(yuǎn)時(shí)，超聲波信號(hào)微弱，前置放大器就有較大的放大增益效果。超聲波探頭將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為機(jī)械波發(fā)射出去，而單片機(jī)所產(chǎn)生的 40 kHz的方波脈沖需要進(jìn)行放大才能將超聲波探頭驅(qū)動(dòng)將超聲波發(fā)射出去，所以發(fā)射驅(qū)動(dòng)實(shí)際上就是一個(gè)信號(hào)的放大電路，本設(shè)計(jì)選用74LS04 芯片進(jìn)行信號(hào)放大，超聲波發(fā)射電路如圖 所示。這樣，理工大學(xué)學(xué)士論文 15 定時(shí)器就能夠準(zhǔn)確的記錄下了超聲波 發(fā)射點(diǎn)至障礙物之間往返傳播 所用 的時(shí)間 t（ s） 。由于超聲波的 以上 幾個(gè) 特點(diǎn)， 所以超聲波 被廣泛 地 應(yīng)用于物體距離的測(cè)量、厚度等 方面 。本設(shè)計(jì)采用的是按鍵復(fù)位，當(dāng)按下按鍵后，電容被短路， RST 引腳就處于高電平，就可以達(dá)到復(fù)位的目的。該設(shè)計(jì)采用含有電阻的復(fù)位電路，復(fù)位電路可以有效的解決電源毛刺和電源緩慢下降（電池電壓不足）等引起的問題，在電源電壓瞬間下降時(shí)可以使電容迅速放電，一定寬度的電源毛刺也可令系統(tǒng)可靠復(fù)位。各部分的硬件電路設(shè)計(jì)如下。其時(shí)序圖如圖 所示。發(fā)射出去的超聲波經(jīng)障礙物反射回來后，由超聲波接收頭接收到信號(hào)，通過接收電路的檢波放大、積分整形及一系列處理，接收口 口即變?yōu)榈碗娖?，讀取單片機(jī)中定時(shí)器的值。 7405H MOV A， 05H ； A←05H 240AH ADD A， 0AH ； A←5+10 80FEH SJMP $ ； 停機(jī) 該程序由三條指令組成，每條指令均為雙字節(jié)指令 (即第一字節(jié)為操作碼，第二字節(jié)為地址碼 )。所謂程序就是采用指令系統(tǒng)中的 指令根據(jù)題目要求排列起來的有序指令的集合。A←data1 00100100 data2 24 data2 ADD A,data2。 ，指令是一種可以供機(jī)器執(zhí)行的控制代碼，故它又稱為指令碼 (Instruction Code)。并行 I/O 口電路可以使單片機(jī)和存儲(chǔ)器或外設(shè)之間并行地傳送 8 位數(shù)據(jù) (8 位機(jī) )。因此，數(shù)據(jù)線通常是雙向信號(hào)線。 3. 內(nèi)部總線 單片機(jī)內(nèi)部總線是 CPU 連接片內(nèi)各主要部件的紐帶，是各類信息傳送的公共通道。 EPROM 型單片機(jī)內(nèi)部的程序存儲(chǔ)器是采用特殊 FAMOS 管構(gòu)成的，程序一旦寫入，也可以通過特殊手段加以修改。為了提高系統(tǒng)的可靠性，應(yīng)用程序通常固化在片內(nèi) ROM 中，根據(jù)片內(nèi) ROM 的結(jié)構(gòu)，單片機(jī)又可分為無 ROM 型、 ROM 型和 EPROM(Erasable Programmable Read Only Memory,可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器 )型三類。 （ 3）通用寄存器 寄存器是用來存放信息的單元，其優(yōu)點(diǎn)是存取速度快、方便，寄存器的數(shù)量是衡量一臺(tái) 計(jì)算機(jī)處理能力的重要標(biāo)志。s。 (1) 算術(shù)邏輯運(yùn)算部件 算術(shù)邏輯運(yùn)算部件 （ ALU） 包括運(yùn)算器、累加器 A、寄存器 B、暫存器 TMP、程序狀態(tài)寄存器 PSW、堆棧指針 SP、數(shù)據(jù)指針 DPTR 等。 1. 中央處理器 (CPU) 中央處理器 是整個(gè)單片機(jī)的核心部件。它在一塊芯片上集成了中央處理器 （ Central Processing Unit,CPU），只讀存儲(chǔ)器（ Read Only Memory,ROM），隨機(jī)存儲(chǔ)器 （ Random Access Memory,ROM） ，定時(shí) /計(jì)數(shù)以及 I/O(Input/Output)接口等部件，這些部件構(gòu)成了一個(gè)完整的微型計(jì)算機(jī) 。超聲波理工大學(xué)學(xué)士論文 7 的波速 c 與溫度有關(guān)，圖 顯示 了幾種不同溫度下的波速。例如 :測(cè)繪地形圖，建造房屋、橋梁、道路、開挖礦山、油井等，利用超聲波 測(cè)量地面距離的方法，是利用光電技術(shù)實(shí)現(xiàn)的，超聲測(cè)距儀的優(yōu)點(diǎn)是 ： 儀器造價(jià)比光波測(cè)距儀低，省力、操作方便。 到 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)開始計(jì)時(shí)，超聲波在空理工大學(xué)學(xué)士論文 6 氣中傳播，途中碰 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)。所謂振動(dòng)是指物質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)在其平衡位置附近進(jìn)行的往返運(yùn)動(dòng)。 壓電陶瓷片具有如下特性：當(dāng)在其兩端加上大小和方向不斷變化的交流電壓時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生“壓電效應(yīng)”，使壓電陶瓷也產(chǎn)生機(jī)械變形，這種機(jī)械變形的大小以及方向與外加電壓的大小和方向成正。超聲波的頻率比普通聲波要高出很多，所以它可以使物質(zhì)分子獲得很大的能量；換句話來說，超聲波本身就可以供給物質(zhì)分子足夠大的功率。 （ 3） 超聲波的能量傳遞特性 超聲波之所以能在各個(gè)工業(yè)部門中得到廣泛的應(yīng)用，主要原因還在于比聲波具有強(qiáng)大得多的功率。即超聲波射線從一種物質(zhì)表面反射時(shí)，入射角等于反射角，當(dāng)射線透過一種物質(zhì)進(jìn)入另一種密度不同的物質(zhì)時(shí)就會(huì)產(chǎn)生折射現(xiàn)象，也就是要改變它的傳播方向，兩種物質(zhì)的密度差別愈大 ，則折射率也愈大。該方法有效彌補(bǔ)了大波束角探測(cè)器分辨能力差，小波束角探測(cè)器探測(cè)范圍不足的缺點(diǎn)。測(cè)距時(shí)，可以根據(jù)時(shí)間變理工大學(xué)學(xué)士論文 3 化，控制接收放大電路的增益，以實(shí)現(xiàn)對(duì)混響信號(hào) 幅值的抑制 ]16[ 。它是超聲波信號(hào)由近源的波束旁瓣或通過換能器 繞射，直接到達(dá)接收傳感器造成的 ]15[ 。 為了減小盲區(qū)，即盡快讓余振衰減到零或足夠小，馬志敏 ]13[ 提出自動(dòng)根據(jù)測(cè)量距離遠(yuǎn)近調(diào)控發(fā)射功率的方法，即自動(dòng)根據(jù)距離的遠(yuǎn)近來調(diào)整發(fā)射拖尾波覆蓋信號(hào)的寬度，從而消除拖尾波的干擾。在回路上串入自動(dòng)增益調(diào)節(jié)環(huán)節(jié) （ AGV），使得電路放大倍數(shù)隨著測(cè)量距離的增大而相應(yīng)規(guī)律地增加，可有效解決該問題。同時(shí) 由于超聲波測(cè)距系統(tǒng)具有以上的這些優(yōu)點(diǎn)，因此在汽 車倒車?yán)走_(dá)的研制方面也得到了廣泛的應(yīng)用?？稍诓煌h(huán)境中進(jìn)行距離準(zhǔn)確度在線標(biāo)定，可直接用于水、酒、糖、飲料等液位控制，可進(jìn)行差值設(shè)定，直接顯示各種液位罐的液位、料位高度。因此研究超聲波測(cè)距系統(tǒng)的原理有著很大的現(xiàn)實(shí)意義。信息技術(shù)包括計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和傳感器技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)相當(dāng)于人的大腦，通信相當(dāng)于人的神經(jīng)，而傳感器就相當(dāng)于人的感官。比如溫度傳感器、光電傳感器、濕度傳感器、超聲波傳感器、紅外傳感器、壓力傳感器等等，其中，超聲波傳感器在測(cè)量方面有著廣泛、普遍的應(yīng)用。對(duì)本課題的研究與設(shè)計(jì)，還能進(jìn)一步提高自己的電路設(shè)計(jì)水平，深入對(duì)單片機(jī)的理解和應(yīng)用。 因此，超聲在空氣中測(cè)距在特殊環(huán)境下有較廣泛的應(yīng)用。 理工大學(xué)學(xué)士論文 2 現(xiàn)階段常見問題的分析及解決 方案 （ 1）超聲波傳播波速不恒定 超聲波在介質(zhì)中的傳播速度隨周圍環(huán)境 （溫度、壓力等）的變化而變化，其中溫度的影響最為明顯。 （ 3）盲區(qū) 發(fā)射超聲波時(shí)，超聲波換能器在驅(qū)動(dòng)脈沖結(jié)束后，會(huì)由于慣性繼續(xù)振動(dòng)，產(chǎn)生余振。 QiangLi,Zhang ]14[ 提出增大余振衰減系數(shù)的方法，來加速余振的衰減。因此，安裝傳感器過程中，兩個(gè)探頭之間距離應(yīng)大于 3cm ]15[ ，從而降低超聲波旁瓣對(duì)測(cè)距系統(tǒng)精度的影響 （ 5）混響信號(hào)干擾 混響信號(hào)是由于水中介質(zhì)及界面等非目標(biāo)物對(duì)發(fā)射信號(hào)的反向散射波在接收點(diǎn)疊加而產(chǎn)生的。 （ 6）超聲波探測(cè)器測(cè)量分辨力和探測(cè)角度范圍的矛盾 超聲波測(cè)距選用大波束角探測(cè)器，可以滿足探測(cè)范圍要求，但分辨能力較差，難于準(zhǔn)確地提供目標(biāo)的邊界信息。 理工大學(xué)學(xué)士論文 4 2 超聲波測(cè)距系統(tǒng) 超聲波 超聲波是聽覺閾值之外的振動(dòng)，其頻率范圍在 104 ——1012 Hz，其中通常的頻率大約在 104 ——3 10? 6 Hz 之間。 （ 2）吸收特性 聲波在各種介質(zhì)中傳播時(shí)，隨著傳播距離的增加，其強(qiáng)度會(huì)逐漸減弱，這是因?yàn)榻橘|(zhì)要吸收掉它的部分能量。為什么有這么強(qiáng)大的功率呢 ?因?yàn)楫?dāng)聲波進(jìn)入某一介質(zhì)中時(shí)，由于聲波的作用使物質(zhì)中的分子也隨之振動(dòng)，振動(dòng)的頻率和聲波 頻率 — 樣，分子振動(dòng)的頻率決定了分子振動(dòng)的速度。 （ 4） 超聲波的聲壓特性 理工大學(xué)學(xué)士論文 5 當(dāng) 聲波進(jìn)入某物體時(shí) ,由于聲波振動(dòng)使物質(zhì)分子相互之間產(chǎn)生壓縮和稀疏的作用，將使物質(zhì)所受的壓力產(chǎn)生變化。也就是說，若在壓電晶片兩邊加以頻率為 0f 的交流電電壓時(shí)，它就會(huì)產(chǎn)生同頻率的機(jī)械振動(dòng)，這種機(jī)械振動(dòng)推動(dòng)空氣的張弛，當(dāng) 0f 落在音頻范圍內(nèi)時(shí)便會(huì)發(fā) 出聲音。譬如，鼓面經(jīng)敲擊后，它就上下振動(dòng)，這種振動(dòng)狀態(tài)通過空氣媒質(zhì)向四面八方傳播，這便是聲波。超聲波在空氣中的傳播速度為 v，根據(jù)計(jì)時(shí)器記錄的時(shí)間 t，就可以計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)距障礙物 的距離 (s)，如圖 ，即： 2vts? 反 射 物L(fēng) 圖 超 聲波測(cè)距原理圖 這就是所謂的時(shí)間差測(cè)距法。 由于是利用超聲波測(cè)距，要測(cè)量預(yù)期的距離，所以產(chǎn)生的超聲波要有一定的功率和合理的頻率才能達(dá)到預(yù) 定的傳播距離，同時(shí)這是得到足夠的回波功率的必要條件，只有的得到足夠的回波頻率，接收電路才能檢測(cè)到回波信號(hào)和防止外界干擾信號(hào)的干擾。 圖 聲速與溫度的關(guān)系 圖 可 以推導(dǎo)得出，溫度和波速大概有 c=+ 這樣的規(guī)律，波速確定后，只要測(cè)得超聲波往返的時(shí)間 t，即可求得距離 S。目前電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域廣泛使用的是 8 位單片機(jī) 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 所示。 51 系列單片機(jī)是 8 位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理 8 位二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼。 算術(shù)邏輯運(yùn)算部件可以進(jìn)行加、減、乘、除四則運(yùn)算，也可以進(jìn)行與或非異或等邏輯運(yùn)算，還可以執(zhí)行數(shù)據(jù)傳送、移位、判斷和程序轉(zhuǎn)移等功能。 (2) 控制器 控制器 包括時(shí)鐘發(fā)生器、定時(shí)控制邏輯、指令寄存器、指令譯碼器、程序計(jì)數(shù)器 PC、程序地址寄存器、數(shù)據(jù)指針寄存器 DPTR 和堆棧指針 SP 等。 51 系列單片機(jī)中的寄存器分為： 通用寄存器（片內(nèi) RAM 地址 00H~1FH 即 R0~R7） 、 專用寄存器包括程序計(jì)數(shù)器（ PC） 、累加器 A、寄存器 B、程