【正文】 并不作為本設(shè)計(jì)所要求內(nèi)容，所以已在第 2章的“ 感器的主要參數(shù)及選擇”部分作出較為詳細(xì)的介紹。輸出截止態(tài)電壓： 30V； 工作環(huán)境溫度： 0～ 70℃； 存儲(chǔ)溫度 ： 65～ 150℃ 2）功能表： **************** 論文 超聲波測(cè)距系統(tǒng)硬件及軟件的實(shí)現(xiàn) 26 表 功能表（ Y=/A） Input（輸入） Output（輸出） 1A～ 6A（輸入端） 1Y～ 6Y（輸出端） L H H L 74LS273 8位數(shù)據(jù) /地址鎖存器 74LS273是一種帶清除功能的 8D觸發(fā)器，只有在清除端 CLR保持高電平時(shí)，才具有鎖存功能，鎖存控制端為 11腳 CLK，采用上升沿鎖存。 **************** 論文 超聲波測(cè)距系統(tǒng)硬件及軟件的實(shí)現(xiàn) 27 LED(Light Emitting Diode)數(shù)碼管 圖 LED的管腳圖 LED發(fā)光二極管，是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。當(dāng)電流通過導(dǎo)線作用于這個(gè)晶片的時(shí)候，電子就會(huì)被推向 P區(qū)，在 P區(qū)里電子跟空穴復(fù)合，然后就會(huì)以光子的形式發(fā)出能量，這就是 LED發(fā)光的原理。這就是說：它消耗的電不超過 。 RS232 采用的是負(fù)邏輯，即邏輯“ 1” 用 5v～ 15v 表示，邏輯“ 0”用＋ 5v～＋ 15v 表示；而 8051 型單片機(jī)的串行通信采用的是 TTL 正邏輯，即邏輯“ 1”為 以上，邏輯“ 0” 為 。 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 在系統(tǒng)硬件構(gòu)架了本超聲波測(cè)距系統(tǒng)的基本功能之后，系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)所實(shí)現(xiàn)的功能主要是針對(duì)系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)及數(shù)據(jù)的處理和應(yīng)用以及上下位機(jī)的串行通信設(shè)計(jì)。 t/2731? ≈+(僅保留到一次項(xiàng)的泰勒級(jí)數(shù)展開式 )其中， C 為 t 溫度條件下的聲速， T 為發(fā)射信號(hào)到接收之間經(jīng)歷的時(shí)間，由于單片機(jī)是按照 16 進(jìn)制進(jìn)行運(yùn)算，所以得出的 S 并不能直接顯示，需要轉(zhuǎn)換。 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)中采用 MAX232 芯片接口的 PC 機(jī)與 AT89C51 單片機(jī)串行通信，系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)完成將單片機(jī)處理后的測(cè)距結(jié)果信號(hào)發(fā)送給 PC 機(jī)，從PC 機(jī)接收各種測(cè)距模式的控制信號(hào)。程序初始化過程，主要是對(duì)定時(shí)數(shù)器工作方式及其初值、各中斷的工作方式、串行通信波特率等內(nèi)容進(jìn)行設(shè)置，主程序如下： ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0003H 。串口中斷入口地址 Ljmp SRT MAIN: MOV TMOD, 21H 。開總中斷 SETB ES SETB ET0 。設(shè)定串口發(fā)送的延時(shí)時(shí)間 ACALL DDELAY LCALL LOP1 。判斷是否兩個(gè)目標(biāo) SJMP LOOP5 LOOP4: SETB 。以雙傳感器雙目標(biāo)測(cè)量模式為例，其定時(shí)中斷程序如下 : T0INT: CLR ET0 。2 個(gè)目標(biāo) JNB 00H,LOOP8 。 傳感器 1 測(cè)距單元地址送 R1 SJMP LOOP9 LOOP8: SETB 00H 。計(jì)數(shù)單元不為 0 轉(zhuǎn)移 MOV A,R0 JZ LOOP11 。減去初值 MOV R6,A MOV R3,25H 。 一個(gè)目標(biāo)轉(zhuǎn)移 SJMP LOOP15 **************** 論文 超聲波測(cè)距系統(tǒng)硬件及軟件的實(shí)現(xiàn) 39 LOOP11: MOV R1,0E8H 。 根據(jù)上述的分析，雙機(jī)通信的約定：串行口設(shè)定為 10 位異步通信方式，數(shù)據(jù)格式為一位起始位，一位停止位，八位數(shù)據(jù)位，無奇偶校驗(yàn)。然后讀入串行通信傳送的信息，通過寄存器 R0,存入到指定的 80H 單元中 ，讀入信息后再在判斷子程序中判定上位機(jī)傳送的指令內(nèi)容，不同的指令由不同的字符代替，比如要求系統(tǒng)執(zhí)行模式 1 單傳感器單目標(biāo)測(cè)量時(shí)， PC 機(jī)向單片機(jī)發(fā)送字符“ A”，在單片機(jī)中字符用 ASCII 碼表示，用十六進(jìn)制數(shù)表示為 41H，即十進(jìn)制為 65，每次判別到該信號(hào)時(shí)轉(zhuǎn)入模式 1 單傳感器單目標(biāo)子程序執(zhí)行；同理可得其他情況下的程序流程。 表 單片機(jī)接收的 PC 機(jī)控制命令表 PC 機(jī)控制字符 相應(yīng) ASCII 碼 單片機(jī)接收數(shù)據(jù) 代表的含義 “ A” 65 41H 傳感器 1 單目標(biāo)測(cè)距模式 “ B” 66 42H 傳感器 1 多目標(biāo)測(cè)距模式 “ C” 67 43H 傳感器 2 單目標(biāo)測(cè)距模式 “ D” 68 44H 傳感器 2 多目標(biāo)測(cè)距模式 “ E” 69 45H 雙傳感器單目標(biāo)測(cè)距模式 “ F” 70 46H 雙傳感器多目標(biāo)測(cè)距模式 **************** 論文 超聲波測(cè)距系統(tǒng)硬件及軟件的實(shí)現(xiàn) 40 每當(dāng)有 PC 機(jī)發(fā)送的控制命令到來時(shí)，都會(huì)觸發(fā)串行口中斷，程序?qū)⑥D(zhuǎn)入中斷程序執(zhí)行。為 0 計(jì)數(shù)單元置 0FFFFH LOOP15: RETI 串口通信程序 定時(shí)器 T1 控制波特率，工作在方式 1自動(dòng)重裝方式。調(diào)用子程序計(jì)算距離 MOV R6,4EH MOV R7,20H LCALL DIVD MOV A,R3 MOV R7,A MOV A,R2 MOV R6,A POP 02H POP 01H MOV A,R7 MOV R1,A INC R1 MOV A,R6 MOV R1,A INC R1 。計(jì)算距離子程序 MOV R0,00H INC R0 。 傳感器 2 記數(shù)單元地址送 R0 MOV R1,60H 。若超聲標(biāo)志為 1,則修改為 0 MOV R0,30H 。關(guān)計(jì)數(shù) MOV P1,00111111B 。外部消隱 SETB EX0 。關(guān)外部中斷 MOV R0,TL0 INC R0 **************** 論文 超聲波測(cè)距系統(tǒng)硬件及軟件的實(shí)現(xiàn) 35 MOV R0,TH0 INC R0 。開啟 T1 記數(shù) SETB SETB MOV 23H,35 。串口設(shè)定，串口工作方式 1 MOV PCON, 00H MOV TL1, 0E8H MOV TH1, 0E8H 。外部中斷 1 入口地址 Ljmp INT1INT ORG 000BH 。整個(gè)軟件功能的實(shí)現(xiàn)可以分為主程序、子程序、中斷服務(wù)子程序幾個(gè)主要部分組成整個(gè)系統(tǒng)的控制流程，相關(guān)子程序設(shè)計(jì)包括 LED 顯示子程序、延時(shí)子程序、控制命令判斷子程序、讀取現(xiàn)場(chǎng)溫度子程序、 BCD 碼轉(zhuǎn)化子程序、計(jì)算距離子程序等見附錄程序清單。此外，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中開辟了用于存儲(chǔ)測(cè)距相關(guān)數(shù)據(jù)的幾個(gè)內(nèi)存單元：計(jì)時(shí)數(shù)據(jù)單元，用于存放在定時(shí)器周期內(nèi)兩超聲波傳感器的定時(shí)器計(jì)時(shí)數(shù)據(jù)，超聲波傳感器 1 的計(jì)時(shí)數(shù)據(jù)單元為 30H 開始的單元，超聲波傳感器 2的計(jì)時(shí)數(shù)據(jù) 單元為 40H 開始的單元；測(cè)距結(jié)果單元，用于存放計(jì)算之后的距離數(shù)據(jù)，超聲波傳感器 1 的測(cè)距結(jié)果單元為 50H 開始的單元，超聲波傳感器 2的測(cè)距結(jié)果單元為 60H 開始的單元。在系統(tǒng)軟件中，要完成對(duì)超聲波發(fā)射信號(hào)和接收信號(hào)的控制等。 RS232 總線規(guī)則及其接口方法：標(biāo)準(zhǔn) RS232 總線共 25 線，大多采用DB25 型 25 針的連接器，它的每根引針號(hào)都按規(guī)定連接 RS232 所對(duì)應(yīng)的信號(hào)線，從而把數(shù)據(jù)終端與數(shù)據(jù)設(shè)備連接起來。 本系統(tǒng)采用共陽極數(shù)碼管，字形代碼 如下 ： 88H， 0EBH， 4CH， 49H， 2BH， 19H， 18H， 0CBH， 08H， 09H； 0～ 9 80H， 0E3H， 44H， 41H， 23H， 11H， 10H， 0C3H， 00H， 01H； 0.～ 9. RS232 標(biāo)準(zhǔn)接口 圖 RS232 的管腳圖 RS232 標(biāo)準(zhǔn)接口是美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)正式公布的串行總線標(biāo)準(zhǔn)接口，也是目前最常用的串行通信標(biāo)準(zhǔn)接口．用以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間、計(jì)算機(jī)與單片機(jī)等外設(shè)之間的串行數(shù)據(jù)傳輸。 2) LED耗電非常低，一般來說 LED的工作電壓是 2V～ 。半導(dǎo)體晶片由兩部分組成，一部分是 P型半導(dǎo)體，在它里面空穴占主導(dǎo)地位，另一端是 N型半導(dǎo)體，在這邊主要是電子。 1D～ 8D為數(shù)據(jù)輸入端， 1Q～ 8Q為數(shù)據(jù)輸出端，正脈沖觸發(fā)，低電平清除，常用作 8位地址鎖存器。 **************** 論文 超聲波測(cè)距系統(tǒng)硬件及軟件的實(shí)現(xiàn) 25 圖 74LS06的管腳圖 圖 74LS04的管腳圖 74LS06 為集電極開路輸出的六組反相驅(qū)動(dòng)器， 74LS04為六反相器，它們的主要電特性的典型值如下： 表 74LS06和 74LS04的主要電特性 型號(hào) tPLH tPHL PD 74LS06 10ns 15ns 155mW 74LS04 9ns 10ns 12mW 1）極限值： 電源電壓 ： 7V 。IT1=1 時(shí) 1INT 為跳變觸發(fā)方式，當(dāng)外部引腳 1INT 上出現(xiàn)負(fù)跳變時(shí)，該負(fù)跳變經(jīng)邊沿檢測(cè)器使 IE1 置1，向 CPU 申請(qǐng)中斷。 (2).定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 1 溢出中斷標(biāo)志 TF1，當(dāng)定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 1 計(jì)數(shù)溢出時(shí)由 **************** 論文 超聲波測(cè)距系統(tǒng)硬件及軟件的實(shí)現(xiàn) 24 硬件自動(dòng)置 TF1=1，在中斷允許的情況下，便向 CPU 發(fā)出定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 1的中斷請(qǐng)求信號(hào)， CPU 響應(yīng)后 TF1 由硬件自動(dòng)清零。 /計(jì)數(shù)器方式控制寄存器 TCON高 4位用于控制定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器O、 1 的運(yùn)行 。 ④工作方式 3：設(shè)置 Ml=1， M0=1 時(shí)定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 O處于方式 3，同時(shí)被分為兩個(gè) 8位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 1 在此方式無實(shí)用意義。格式如表 所示： 表 TMOD 格式表 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 GATE C/T M1 M0 GATE C/T M1 M0 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 1 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 0 (l).定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器功能選擇位 C/T ， C/T =1 為計(jì)數(shù)器方式， C/T =0 為定 **************** 論文 超聲波測(cè)距系統(tǒng)硬件及軟件的實(shí)現(xiàn) 23 時(shí)器方式。 TCON 寄存器用于控制定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器的啟停和中斷請(qǐng)求。 低功耗空閑和掉電模式 178。 兩個(gè)外部中斷源 178。 兩個(gè) 16位可編程定時(shí) /計(jì)數(shù)器 178。 兼容 MCS— 51 指令系統(tǒng) 178。 AT89C51 是一個(gè)低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機(jī) ,有 40 個(gè)引腳， 32 個(gè)外部雙向輸入 /輸出（ I/O）端口，同時(shí)內(nèi)含 2 個(gè)外中斷口， 2個(gè) 16 位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器 ,2 個(gè)全雙工串行通信口。 12V電源的場(chǎng)合，其適應(yīng)性更強(qiáng)。 MAX232 芯片內(nèi)部有一個(gè)電源電壓變換器，可以把輸入的 +5V電壓變換為 RS232C 輸出電平所需要的 177。 單片機(jī)與 PC 機(jī)串行通信的設(shè)計(jì) 圖 MAX232 接口的單片機(jī)與 PC 機(jī)串行通信電路圖 **************** 論文 超聲波測(cè)距系統(tǒng)硬件及軟件的實(shí)現(xiàn) 20 串行通信是上位機(jī)和下位機(jī)建立聯(lián)系的橋梁，本測(cè)距系統(tǒng)單片機(jī)與 PC機(jī)串行通信的設(shè)計(jì)采用 MAX232 單芯片實(shí)現(xiàn) AT89C51 與 PC 機(jī)的 RS232C 標(biāo)準(zhǔn)接口通信電路。最簡(jiǎn)單的顯