【正文】 M 芯片、RAM 芯片和 I/O 接口芯片等通過印刷電路板上總線(地址總線AB、數(shù)據(jù)總線 DB 和控制總線 CB)連成一體的完整計算機系統(tǒng)。為此，在分析單片機工作原理前，先對圖 41 中各部件作一基本介紹是十分必要的。由于單片機主要在控制系統(tǒng)中使用，因此一旦該系統(tǒng)研制成功，其硬件和應用程序均已定型。ROM 型單片機內(nèi)部，其程序存儲器是采用掩膜工藝制成的，程序一旦固化進去便永遠不能修改。RAM 主要用來存放實時數(shù)據(jù)或作為通用寄存器、數(shù)據(jù)堆棧和數(shù)據(jù)緩沖器之用。運算器由算術邏輯單元 ALU、累加器 A、通用寄存器 R0、暫存器 TMP和狀態(tài)寄存器 PSW 等五部分組成。PSW(Program Status Word，程序狀態(tài)字)也由 8 位觸發(fā)器組成，用于存放 ALU 操作過程中形成的狀態(tài)。指令是一種能供機器執(zhí)行的控制代碼，有操作碼和地址碼兩部分。內(nèi)部總線主要由三種不同性質(zhì)的連線組成，它們是地址線、數(shù)據(jù)線和控制線/狀態(tài)線。控制/狀態(tài)線有兩類：一類是CPU 發(fā)出的控制命令，如讀命令、寫命令、中斷響應等；另一類是存儲器或外設的狀態(tài)信息，如外設的中斷請求、存儲器忙和系統(tǒng)復位信號等。 單片機的基本工作原理單片機是通過執(zhí)行程序來工作的，機器執(zhí)行不同程序就能完成不同的運算任務。指令碼由操作碼(Operation Code)和地址碼(Address Code)構成：操作碼用于指示機器執(zhí)行何種操作；地址碼用于指示參加操作的數(shù)在哪里。 A←data1+data210000000 1111110 80 FE SJMP $。程序的編制稱為“程序設計” 。7405H MOV A，05H ；A←05H240AH ADD A，0AH ；A←5+1080FEH SJMP $ ；停機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)。1．單片機的分類20 世紀 80 年代以來，單片機有了新的發(fā)展，各半導體器件廠商也紛紛推出自己的產(chǎn)品系列。這類單片機常用于計算器、各種形態(tài)的智能單元以及作為家用電器中的控制器。特別是 8 位機中的高性能增強型單片機，除片內(nèi)增加了 A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換器以外，還集成有定時器捕捉/比較寄存器、監(jiān)視定時器(Watchdog)、總線控制部件和晶體振蕩電路等。這類單片機主要用于過程控制、智能儀表、家用電器以及作為計算機外部設備的控制器。8 位單片機的新發(fā)展具體體現(xiàn)在如下四個方面：(1)CPU 功能增強(2)內(nèi)部資源增多(3)引腳的多功能化(4)低電壓和低功耗 [4] 單片機 AT89C51 的特性AT89C 系列單片機是 Atmel 公司生產(chǎn)的一款標準型單片機。AT89C2051 是一種帶 2K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機。AT89C 單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。全靜態(tài)工作：0Hz24Hz兩個 16 位定時器/計數(shù)器片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 2．管腳說明：VCC：供電電壓。P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FLASH 編程和校驗時，P1 口作為第八位地址接收。P2 口當用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2 口輸出地址的高八位。當 P3 口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。當振蕩器復位器件時，要保持 RST 腳兩個機器周期的高電平時間。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。另外，該引腳被略微拉高。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN 信號將不出現(xiàn)。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復編程以前，該操作必須被執(zhí)行。在掉電模式下，保存 RAM 的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復位為止。AT89 系列的單片機可分為標準型、低檔型和高檔型三類，均屬于 8 位機。經(jīng)過發(fā)射電路后，其信號峰峰值放大到10V 左右。每隔半周期時間，讓方波輸出腳的電平取反，便可產(chǎn)生 40kHz 方波。s 的方波信號，頻率分別為 和 。流體中的聲波常稱為壓縮波或壓強波，對一般流體媒質(zhì)而言，聲波是一種縱波，傳播速度為 (51)2Ec????????式(51)中 E 為媒質(zhì)的彈性模量，單位 kg/mm2； ρ 為媒質(zhì)的密度，單位kg/mm3；E 為復數(shù)，其虛數(shù)部分代表損耗。在氣體中，壓強、溫度、濕度等因素會引起密度變化，氣體中聲速主要受密度影響，液體的深度、溫度等因素會引起密度變化，固體中彈性模量對聲速影響較密度影響更大，一般超聲波在固體中傳播速度最快，液體次之，在氣體中的傳播速度最慢。工業(yè)測量中，一般用公式計算超聲波在空氣中的傳播速度，即 (53)??? 單片機時間分辨率的影響不管是查詢發(fā)射波與回波，還是由其觸發(fā)單片機中斷再通過軟件啟停定時器，都需要一定的時候，中斷的方式誤差相對要小一些。提高測距精度的方法上節(jié)分析了超聲波測距系統(tǒng)誤差產(chǎn)生的一些原因，如何提高測量精度是超聲測距的關鍵技術。因超聲接收波的幅值隨傳播距離的增大呈指數(shù)規(guī)律衰減，所以采用 AGC 電路使放大倍數(shù)隨測距距離的增大呈指數(shù)規(guī)律增加的電路，使接收器波形的幅值不隨測量距離的變化而大幅度的變化，采用電流負反饋環(huán)節(jié)能使接收波形更加穩(wěn)定。若采用外部硬件計時電路，則計數(shù)頻率可直接引用單片機的晶振頻率，時間量化誤差更小 [11]。℃，I 2C 總線接口。對于測距系統(tǒng)來說，誤差是不可避免的。給出了硬件和軟件的設計方案。驅(qū)動超聲波傳感器的 40kHz 的方波信號，就是由單片機編程產(chǎn)生的。單片機內(nèi)部采用 C 語言編程，方波信號的產(chǎn)生、時間差的讀取、距離的計算以及顯示輸出的譯碼都由單片機編程完成。測距系統(tǒng)在許多工業(yè)現(xiàn)場和自動控制場合，都有很重要的作用。對一塊電路板的設計、焊板、調(diào)試、改進等整個過程，有了更深入的理解和掌握。還要感謝老師和關宇東老師，在我的畢業(yè)設計中給單片機燒錄程序，兩位老師為我提供單片機編程器以及對我的細心指導，衷心感謝他們。參考文獻,5:2932 CPLD 的超聲波測距儀研制. ,4(3):810,2022:138152,2022:2746,劉民,19(6):2628,18:9496 Hauptmann, Ralf Lucklum, Bernd Henning. 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Electronics and Communications in ,88(7):3342附錄 1采用雙超聲波傳感器和組合邏輯電路的種類識別系統(tǒng)在這篇文章里，我們使用一種技術，它用來從被反射出的超聲波認出一種材料并且使用兩臺超音速飛機傳感器提議一個種類識別系統(tǒng)。根據(jù)提議的方法完成標準的波形數(shù)據(jù)的識別試驗來證明提議系統(tǒng)和它的效力的特征，被適用于在具體的狀況下的識別。因此，如果模式的數(shù)量或者種類的數(shù)量增加，計算時間變長并且執(zhí)行實時識別和高速處理時變得尤其復雜困難。因為這種方法在原理平臺的最優(yōu)化里使用 GA，需要極其長的時間設計電路。超聲波傳感器經(jīng)常被作為機器人里的修正距離的傳感器使用，目的是為了在不能使用光學傳感器的水下或夜間環(huán)境下起度量作用，并且在形狀信息難像玻璃或者不銹鋼那樣用光學方法捕獲的對象的識別過程中[5,6]。首先，一臺單個的超聲波傳感器用來測量一個對象的被反射的波。因此，在識別材料中的高識別率是不用質(zhì)疑的。2．提出的系統(tǒng) 識別算法在這個部分里解釋被提議的方法的種類識別的算法。原因是超聲波傳感器被用于中心是 40 kHz 的頻率。在這篇文章里，被反射的波形中存在差別的原因沒有被詳細地分析，但是被認為是每種材料或者表面形狀的聲阻抗的差別[5, 6]。圖 2 是一個參考數(shù)據(jù)的例子。如果我們假定這些參考數(shù)據(jù)遵循一個標準的分布，讓被測量的數(shù)據(jù) x 的平均值是 x’，標準偏差是 σ，然后我們得到大約測量的數(shù)據(jù) x 的 95%在 x’177。下一步，被創(chuàng)建的參考數(shù)據(jù)用來對輸入數(shù)據(jù)匹配。 系統(tǒng)配置圖 3 是一張在這項研究過程中使用的系統(tǒng)的方框圖。測量設備被放在 y 軸的原點上，使用有獨立輸送和接收的 40 kHz 超聲波傳感器(日本陶器制法 T / 16 R40)來進行測量。通過使用兩臺接收的傳感器，因為輸入信息的增加，下列效應可以被預測：改進識別率；不僅是簡單的物質(zhì)識別，而且種類更復雜的結(jié)合體如角和測量距離的識別。組合的邏輯電路用來比較兩排。如果比較的兩排匹配精確， “1”是輸出量；否則， “0”是輸出量。下一步，一排量化的參考數(shù)據(jù)被作為真實表格確定，并且建立了在每排和輸入數(shù)據(jù)相配的組合的邏輯電路。相同或是比數(shù)據(jù)值大的地區(qū)的數(shù)據(jù)值調(diào)整到“0”和小于這個區(qū)域的數(shù)據(jù)值對應“1” 。U(x，y)描述被量化的輸入數(shù)據(jù)的象素價值并且成為對組合的邏輯電路的輸入。下一步，因為在輸入數(shù)據(jù)和種類之間的類似處被確定， “1”來自所有組合的邏輯電路的 s 產(chǎn)量的總數(shù)是種類的相象 E 種類 ，并且有最高類似處的種類被作為最終的結(jié)果。當在參考數(shù)據(jù)的區(qū)域之間的邊界被檢驗時，全部的價值大，基于參考數(shù)據(jù)的特性，所有數(shù)值大于或等于最大值“0”并且全部數(shù)值少于最小值“1”的。通過做這次簡化， 在忽視決議時，每排的組合的邏輯電路的輸入的數(shù)量是 2，將導致在電路規(guī)模方面的大幅度削減。在圖 7 的 UL (x，y)和 UR 。 比較每種種類的輸入數(shù)據(jù)和參考數(shù)據(jù)(E 種類 ，計數(shù)器的總數(shù))，比較每種種類類似處的一個最大數(shù)值探測電路，探測最大值，從而識別電路從一個匹配電路中而被構造出來。圖 6 呈現(xiàn)出一個 m 排的簡單組合邏輯電路的實例。為了降低電路規(guī)模，識別電路被簡化。當所有 R(4，0)到 R(4，Q－1)和 U(4，0)到 U(4，Q－1)匹配時，生產(chǎn) F(X4)成為“1” 。圖 5 顯示在真實表格和在圖 4 的第 4 排的組合邏輯電路之間的輸入/產(chǎn)量關系。電路可以在尺寸方面簡化，因為并非所有數(shù)據(jù)值都要在識別過程中引用。首先，每個種類的參考數(shù)據(jù)如圖 4 中所示被量化成 PQ 二維的形式。被提議的系統(tǒng)使用兩臺傳感器；2P 組合的邏輯電路進行每種類的識別。一個匹配電路決定著輸入數(shù)據(jù)是否在最大和最少的參考數(shù)據(jù)內(nèi)。那些目標的反射波兩臺接收傳感器接收，并且是模擬對數(shù)字化的轉(zhuǎn)變(100 MHz 抽樣率，32 位) 。測量的目標位于原點并且在以 xy 平面中心為原點的平面中測量。然后未知的數(shù)據(jù)屬于的種類被對圖像數(shù)據(jù)的模式匹配識別。通過把極大值和極小值放置在參考數(shù)據(jù) E(f) 177。下列方程式用來確定最大和最少的參考數(shù)據(jù)：? 最大值= E(f) + 2 σ(f)? 最小值= E(f) – 2 σ(f)E(f)表示在決定于培訓用數(shù)據(jù)的頻率 f 方面的指示能力，而 σ(f)表示頻率英尺指示能力的標準偏差。 下一步，我們創(chuàng)造有著極大值和級小值的圖表，因為從接收傳感器獲得的多測量數(shù)據(jù)有著自己的頻率組合。這些波形是從有著相同的尺寸的金屬板形狀的物體(30 厘米 x 30 厘米)中獲得的 FFT 波形。FFT 被用于通過超聲波傳感器在頻率領域內(nèi)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)而獲得反射波。在這篇文章里，我們提出一個種類識別系統(tǒng)，這種識別方法來識別種類被延伸至從物體原料到化合物體材料，角度和測量距離上的延伸，并且模型識別是基于得到的二臺超聲波傳感器的波形和組合的邏輯電路使用。模式匹配被假設為使用一條組合的邏輯電路。不過，研究已經(jīng)通過使用來自從超聲波傳感器獲得的信息的神經(jīng)網(wǎng)絡來識別目標的形狀[79]。這被用于一個系統(tǒng)， 那就是從超聲波傳感器的波形數(shù)據(jù)材料識別，目標材料作為識別種類。為了解決問題，使用基于 VLSI 的組合的邏輯電路的一種模式識別方法已經(jīng)被提出[3]。1．介紹傳統(tǒng)的圖樣識別是基于一種未知的模式和以知模式之間的一次距離計算。在這個系統(tǒng)里，信息的結(jié)合例如物體的材料，角度和距離被作為識別種類確定。感謝在畢設中幫助過我的所有同學和師兄師姐們。致謝首先感謝我的導師羅垂敏老師，在羅老師的耐心指導、幫助下，我才能順利完成畢業(yè)設計?？傮w來說，最重要的是在本課題的設計過程中我學到了很多知識，從中受益匪淺。測距范圍從 20cm 到 200cm，測量精度在177。接收電路采用的是 LM741，通過接收電路對接收到的信號進行放大和整形，最終再輸出負脈沖給單片機響應中斷程序。只有深入地了解超聲波傳感器的工作原理，才能更好的設計測距電路。本章分析了各種產(chǎn)生測量誤差的原因以及解決辦法，以更進一步提高超聲波測距系統(tǒng)的測量精度。由 LM92 溫度傳感器和單片機組成的高精度超聲波測距已應用在各種高精度測距的場合，如自動氣象站中水氣日蒸發(fā)量的測試、自動任意形狀物體密度測試儀等，它具有測試速度快，能達到毫米級的測量精度等優(yōu)點，在工程