【正文】 地址碼 指令碼的二進(jìn)制形式既不便于記憶，又不便于書(shū)寫(xiě)，故人們通常采用助記符形式來(lái)表示，表 4 所列。I/O 接口電路有串行和并行兩種。時(shí)序部件由時(shí)鐘系統(tǒng)和脈沖分配器組成，用于產(chǎn)生微操作控制部件所需的定時(shí)脈沖信號(hào)。累加器 A(Accumulator)是一個(gè)具有輸入/輸出能力的移位寄存器，由 8 個(gè)觸發(fā)器組成。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(xiě)入，也可以通過(guò)特殊手段加以修改。在單片機(jī)內(nèi)部，ROM 和 RAM 存儲(chǔ)器是分開(kāi)制造的。因此，單片機(jī)只需要與適當(dāng)?shù)能浖巴獠吭O(shè)備相結(jié)合，便可成為一個(gè)單片機(jī)控制系統(tǒng)。為此，在實(shí)際中采用電路的方法產(chǎn)生超聲波，根據(jù)使用目的的不同來(lái)選用其振蕩電路 [3]。除穿透式超聲波傳感器外，用作發(fā)送器的陶瓷振子也可用作接收器，陶瓷振子接收到超聲波產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，將其變換為電能量，作為傳感器接收器的輸出，從而對(duì)發(fā)送的超聲波進(jìn)行檢測(cè)。另外，檢測(cè)范圍也可以是由距離切換開(kāi)關(guān)設(shè)定的范圍。圖 14 傳感器的方向性 超聲波傳感器的檢測(cè)方式 穿透式超聲波傳感器的檢測(cè)方式當(dāng)物體在發(fā)送器與接收器之間通過(guò)時(shí)，檢測(cè)超聲波束衰減或遮擋的情況從而判斷有無(wú)物體通過(guò)。若接收到發(fā)送器發(fā)送的超聲波，振子就以發(fā)送超聲波的頻率進(jìn)行振動(dòng)，于是，就產(chǎn)生與超聲波頻率相同的高頻電壓，當(dāng)然這種電壓是非常小的，必須采用放大器放大。在雙晶振子的兩面涂敷薄膜電極，其上面用引線通過(guò)金屬板(振動(dòng)板)接到一個(gè)電極端，下面用引線直接接到另一個(gè)電極端。超聲波傳感器的諧振頻率(中心頻率)有23kHz、40kHz、75kHz、200kHz、400kHz 等。反之，如果兩極間未外加電壓，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。}3 超聲波傳感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。 //計(jì)算距離 bwei=num/100。 uchar DH,DL。 a=distance_data。 //因?yàn)槎〞r(shí)器默認(rèn)為 12 分頻 distance_data/=58。 //啟動(dòng)定時(shí)器 1 EA=1。 Trig=0。 //啟動(dòng)定時(shí)器 0 IT0=0。 P1M0 = 0XFF。 超聲波測(cè)距系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)單片機(jī)編程產(chǎn)生超聲波，在系統(tǒng)發(fā)射超聲波的同時(shí)利用定時(shí)器的計(jì)數(shù)功能開(kāi)始計(jì)時(shí)，接收到回波后，接收電路輸出端產(chǎn)生的負(fù)跳變?cè)趩纹瑱C(jī)的外部中斷源輸入口產(chǎn)生一個(gè)中斷請(qǐng)求信號(hào)，響應(yīng)外部中斷請(qǐng)求，執(zhí)行外部中斷服務(wù)子程序，停止計(jì)時(shí)，讀取時(shí)間差，計(jì)算距離，然后通過(guò)軟件譯碼，將數(shù)據(jù)輸出P0、P1 和 P2 口顯示。圖 9(a)為八段共陰數(shù)碼顯示管結(jié)構(gòu)圖，圖 9(b)是它的原理圖，圖9(c)為八段共陽(yáng) LED 顯示管原理圖。圖 6 74HC04 管腳圖 接收電路的設(shè)計(jì)超聲波接收頭接收到超聲波后，轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，此時(shí)的信號(hào)比較弱，必需經(jīng)過(guò)放大。傳感器輸入端與發(fā)射接收電路相連,接收電路輸出端與單片機(jī)相連接,單片機(jī)的輸出端與顯示電路輸入端相連接。表 1 聲速與溫度的關(guān)系溫度(℃) －30 －20 －10 0 10 20 30 100聲速(m/s) 313 319 325 323 338 344 349 386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。系統(tǒng)定時(shí)發(fā)射超聲波，在啟動(dòng)發(fā)射電路的同時(shí)啟動(dòng)單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器，利用定時(shí)器的計(jì)數(shù)功能記錄超聲波發(fā)射的時(shí)間和收到反射波的時(shí)間。CPLD 開(kāi)始計(jì)數(shù)后，只要傳感器收到回波，CPLD 就立即停止計(jì)數(shù)，即只有最先返回的超聲波才起作用，也就是說(shuō)超聲波測(cè)距儀總是測(cè)得離傳感器最近的物體的距離 [2]。本系統(tǒng)利用 CPLD 器件控制超聲波的發(fā)射，并對(duì)超聲波發(fā)射至接收的往返時(shí)間進(jìn)行計(jì)數(shù)，將計(jì)算結(jié)果在 LED 上顯示出來(lái)。其系統(tǒng)框圖如圖 1 所示。利用超聲波檢測(cè)往往比較迅速、方便、計(jì)算簡(jiǎn)單、易于做到實(shí)時(shí)控制,并且在測(cè)量精度方面能達(dá)到工業(yè)實(shí)用的要求,因此在移動(dòng)機(jī)器人,汽車安全,海洋測(cè)量等上得到了廣泛的應(yīng)用。s technical progress, the rangefinder from simple to judge the functional development to have a learning function, and eventually developed to has the creativity. In the new century, the newlook range finder will play a greater role.This subject has introduced principle and characteristic of the ultrasonic sensor in detail ,and the performance and characteristic of onechip puter AT89C51 of Atmel Company ,and on the basis of analyzing principle that ultrasonic wave finds range ,the systematic thinking and questions needed to consider that have pointed out that designs and finds range ,provide low cost , the hardware circuit of high accuracy , ultrasonic range finder of miniature digital display and software design method taking AT89C51 as the core ,this circuit of system is reasonable in design, working stability, performance good measuring speeding soon , calculating simple , apt to acplish realtime control ,and can reach industry39。展望未來(lái)，超聲波測(cè)距儀作為一種新型的非常重要有用的工具在各方面都將有很大的發(fā)展空間，它將朝著更加高定位高精度的方向發(fā)展，以滿足日益發(fā)展的社會(huì)需求，如聲納的發(fā)展趨勢(shì)基本為：研制具有更高定位精度的被動(dòng)測(cè)距聲納，以滿足水中武器實(shí)施全隱蔽攻擊的需要；繼續(xù)發(fā)展采用低頻線譜檢測(cè)的潛艇拖曳線列陣聲納，實(shí)現(xiàn)超遠(yuǎn)程的被動(dòng)探測(cè)和識(shí)別；研制更適合于淺海工作的潛艇聲納，特別是解決淺海水中目標(biāo)識(shí)別問(wèn)題；大力降低潛艇自噪聲，改善潛艇聲納的工作環(huán)境。在新的世紀(jì)里，面貌一新的測(cè)距儀將發(fā)揮更大的作用本課題詳細(xì)介紹了超聲波傳感器的原理和特性，以及 Atmel 公司的AT89C51 單片機(jī)的性能和特點(diǎn)，并在分析了超聲波測(cè)距的原理的基礎(chǔ)上，指出了設(shè)計(jì)測(cè)距系統(tǒng)的思路和所需考慮的問(wèn)題，給出了以 AT89C51 單片機(jī)為核心的低成本、高精度、微型化數(shù)字顯示超聲波測(cè)距儀的硬件電路和軟件設(shè)計(jì)方法。 Onechip puter。是學(xué)習(xí)電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)的很好途徑。利用單片機(jī)準(zhǔn)確計(jì)時(shí)，測(cè)距精度高，而且單片機(jī)控制方便，計(jì)算簡(jiǎn)單。定時(shí)器控 制計(jì) 算顯 示計(jì) 時(shí)調(diào) 制障礙物40K 震蕩增益放大超聲波發(fā)射超聲波接收?qǐng)D 2 基于 CPLD 的超聲波測(cè)距系統(tǒng)框圖超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射 40kHz 的超聲波，在發(fā)射超聲波的同時(shí)，MAX7128S 內(nèi)的計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)。本課題研究的測(cè)距系統(tǒng)就是用單片機(jī)控制的。2 超聲波測(cè)距系統(tǒng)設(shè)計(jì) 超聲波測(cè)距的原理單片機(jī)發(fā)出超聲波測(cè)距是通過(guò)不斷檢測(cè)超聲波發(fā)射后遇到障礙物所反射的回波, 從而測(cè)出發(fā)射和接收回波的時(shí)間差 t，然后求出距離 (1)2ctS?由公式（1）可見(jiàn) c 為超聲波在空氣中傳播的速度。在下一節(jié)里，我們將詳細(xì)介紹超聲波測(cè)距儀的各部分電路的設(shè)計(jì)思路及方法。計(jì)算時(shí)間差，即可得到超聲波在媒介中傳播的時(shí)間 t，由此便可計(jì)算出距離。該信號(hào)通過(guò) C1 高通濾波后經(jīng) LM741 放大，最后經(jīng)二極管整形后輸出到單片機(jī)中斷口。圖 9 八段 LED 數(shù)碼顯示管原理和結(jié)構(gòu) 圖 10 數(shù)碼管接線圖單片機(jī)對(duì) LED 管的顯示可以分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種。 CLK_DIV=0X03。 flag=0。 //打開(kāi)定時(shí)器 1 中斷EX0=0。 //清測(cè)量成功標(biāo)志 EX0=1。 //關(guān)閉定時(shí)器 1 EX0=0。 //測(cè)試燈變化 } distance[i]=distance_data。 if(CONT_1=3) { CONT_1=0。 TR0=0 。 //取個(gè)位 P1=tab[bwei]。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。 超聲波傳感器的原理與特性 原理人們可以聽(tīng)到的聲音頻率為 20Hz～20kHz，即為可聽(tīng)聲波，超出此頻率范圍的聲音，即 20Hz 以下的聲音稱為低頻聲波，20kHz 以上的聲音稱為超聲波，一般說(shuō)話的頻率范圍為 100Hz～8kHz。所謂壓電逆效應(yīng)如圖 13 所示，是在壓電元件上施加電壓，元件就變形，即稱應(yīng)變。金屬板的中心有圓錐形振子。表 2 超聲波傳感器 MA40S2R/S 的特性種類特性 MA40S2R 接收 MA40S2S 發(fā)送標(biāo)稱頻率 40kHz靈敏度 －74dB 以上 100dB 以上帶寬 6kHz 以上(－80dB) 7kHz 以上(90dB)電容 1600pF 1600pF絕緣電阻 100MΩ 以上溫度特性 －20~+60℃范圍內(nèi)靈敏度變化在 10dB 以內(nèi)超聲波傳感器的帶寬較窄，大部分是在標(biāo)稱頻率附近使用，為此，要采取措施擴(kuò)展頻帶，例如，接入電感等。 限定距離式超聲波傳感器的檢測(cè)方式當(dāng)發(fā)送超聲波束碰到被檢測(cè)物體時(shí)，僅檢測(cè)電位器設(shè)定距離內(nèi)物體反射波的方式，從而判斷在設(shè)定距離內(nèi)有無(wú)物體通過(guò)。另外，光電傳感器所用的反射板同樣也可以用于這種超聲波傳感器。另外，通過(guò)改變門信號(hào)的時(shí)間或?qū)挾龋梢宰杂筛淖儥z測(cè)物體的范圍。超聲波傳感器系統(tǒng)由發(fā)送器、接收器、控制部分以及電源部分構(gòu)成。它是由中央處理器(CPU)芯片、ROM 芯片、RAM 芯片和 I/O 接口芯片等通過(guò)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)。由于單片機(jī)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(yīng)用程序均已定型。RAM 主要用來(lái)存放實(shí)時(shí)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。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(guò)程中形成的狀態(tài)。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。 單片機(jī)的基本工作原理單片機(jī)是通過(guò)執(zhí)行程序來(lái)工作的，機(jī)器執(zhí)行不同程序就能完成不同的運(yùn)算任務(wù)。 A←data1+data210000000 1111110 80 FE SJMP $。7405H MOV A，05H ；A←05H240AH ADD A，0AH ；A←5+1080FEH 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)。這類單片機(jī)常用于計(jì)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。這類單片機(jī)主要用于過(guò)程控制、智能儀表、家用電器以及作為計(jì)算機(jī)外部設(shè)備的控制器。AT89C2051 是一種帶 2K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。全靜態(tài)工作：0Hz24Hz片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 2．管腳說(shuō)明：VCC：供電電壓。在FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)，P1 口作為第八位地址接收。當(dāng) P3 口寫(xiě)入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn)。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。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(gè)硬件復(fù)位為止。 超聲波時(shí)序圖圖 18 超聲波時(shí)序圖以上時(shí)序只要你提供一個(gè) 10us 以上的脈沖觸發(fā)信號(hào)，該模塊內(nèi)部將發(fā)出8 個(gè) 40KHZ 的周期電平并檢測(cè)回波。40kHz 的方波驅(qū)動(dòng)超聲波發(fā)射頭發(fā)射超聲波，經(jīng)反射后由超聲波接收頭接收到 40kHz 的正弦波，由于聲波在空氣中傳播時(shí)衰減，所以接收到的波形幅值較低，經(jīng)接收電路放大，整形，最后輸出一負(fù)跳變，在單片機(jī)的外部中斷源輸入端產(chǎn)生一個(gè)中斷請(qǐng)求信號(hào)。本系統(tǒng)在編程時(shí)選用了后者，讓單片機(jī)產(chǎn)生約 的方波。氣體中聲速受溫度的影響最大。其提高測(cè)距精度的措施如下：1. 合理選擇超聲波工作頻率、脈寬及脈沖發(fā)射周期。4. 補(bǔ)償溫度對(duì)傳播聲速的影響。如何減小系統(tǒng)的誤差，是設(shè)計(jì)測(cè)距系統(tǒng)必需要考慮的問(wèn)題。本系統(tǒng)的發(fā)射電路采用 74HC04 六反向器，通過(guò)它對(duì)單片機(jī)產(chǎn)生的方波信號(hào)進(jìn)行放大，以驅(qū)動(dòng)傳感器工作。但由于經(jīng)驗(yàn)不足，電路硬件、軟件部分都有不夠完善的地方，在今后的學(xué)習(xí)中會(huì)進(jìn)