【正文】 3． 1 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器的基本結(jié)構(gòu)與操作方式 ......................21 3． 1． 1 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器的基本組成 ...........................21 3． 1． 2 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器的 SFR...............................21 3． 1． 3 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器的工作方式 ...........................23 3． 2 中斷系統(tǒng)的基本原理與操作方式 ...........................25 3． 2． 1 中斷系統(tǒng)的基本組成 ................................25 3． 2． 2 中斷系統(tǒng)中的 SFR..................................26 3． 2． 3 中斷系統(tǒng)的自主操作過(guò)程 ............................27 4 超聲波測(cè)距儀的軟硬件設(shè)計(jì) ....................................29 4． 1 超聲波測(cè)距儀的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) .............................29 4． 1． 1 超聲波發(fā)射電路 ....................................29 4． 1． 2 超聲波接收電路 ....................................31 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 頁(yè) 第 頁(yè) 4． 1． 3 單片機(jī)系統(tǒng)及顯示電路 ..............................33 4． 2 超聲波測(cè)距儀的軟件設(shè)計(jì) .................................35 4． 2． 1 主程序 ............................................35 4． 2． 2 超聲波發(fā)射子程序 ..................................36 4． 2． 3 超聲波接收中斷程序 ................................37 4． 2． 4 延時(shí)子程序 ........................................37 4． 2． 5 顯示子程序 ........................................38 4． 2． 6 距離計(jì)算子程序 ....................................38 4． 2． 7 調(diào)試及性能分析 ....................................39 4． 3 結(jié)論 ...................................................40 總結(jié) ..........................................................41 致謝 ..........................................................41 參考文獻(xiàn) ......................................................42 附錄一 集成電路 CX20216A 引腳功能與維修數(shù)據(jù) ....................43 附錄二 元件清單 ...............................................43 附錄三 超聲波測(cè)距儀控制源程序 .................................45 1 緒論 1． 1 引言 超聲波技術(shù)的聲學(xué)特性早已為人們所認(rèn)識(shí)。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 頁(yè) 第 頁(yè) 摘 要 本論文 詳細(xì)介紹了我們?cè)O(shè)計(jì)超聲波料位計(jì)的結(jié)構(gòu)和功能，并從課題背景、系統(tǒng)組成、工作原理、軟硬件設(shè)計(jì)、系統(tǒng)調(diào)試等方面加以論述。 2．根據(jù) 51系列單片機(jī)指令系統(tǒng)編制相應(yīng)的程序。 第二部分：超聲波的基本原理 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 tr，然后求出距離 S＝ Ct／ 2，式中的 C為 超聲波波速。這樣可以大大簡(jiǎn)化電路圖的復(fù)雜程度，節(jié)省時(shí)間和精力來(lái)完成對(duì)軟件的設(shè)計(jì)。 問(wèn)題 : 1．設(shè)計(jì)超聲波料位計(jì)系統(tǒng)接口電路和外圍電路。 最后在結(jié)論中對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行分析和總結(jié)，得出了一些成果，但發(fā)現(xiàn)了諸多設(shè)計(jì)上的問(wèn)題，我會(huì)在以后的時(shí)間里將它解決。被測(cè)介質(zhì)也各不相 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 頁(yè) 第 頁(yè) 同，比重，顆粒度等給測(cè)量帶來(lái) 很大困難，超聲波料位計(jì)在固體顆粒和塊狀物料的測(cè)量中已經(jīng)被普遍采用，并且得到一定的認(rèn)可。從應(yīng)用領(lǐng)域來(lái)看，單片機(jī)主要用于控制，所以也稱它為微控制器（ Microcontroller）。它能在固體、液體和氣體中傳播。聲波的頻率界限如圖 。反過(guò)來(lái)，當(dāng)壓電晶體的兩個(gè)表面受到電場(chǎng)作用時(shí)，它將沿一個(gè)方向膨脹，而沿另一個(gè)方向收縮，既電致伸縮現(xiàn)象 . 超聲波和其它波動(dòng)一樣，可以在固體、液體和氣體 中傳播，并且和聲 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 頁(yè) 第 頁(yè) 波具有相同的速度，在兩種媒質(zhì)的交界面上，可以發(fā)生反射和折射 。 (3) 超聲波的聲壓幅很大，一個(gè)強(qiáng)度為 的聲壓幅達(dá)到 ，壓縮區(qū)和稀疏區(qū)之間的壓強(qiáng)差超過(guò) 10個(gè)大氣壓，而它們的相隔只有半個(gè)波長(zhǎng)。人聽(tīng)不見(jiàn)看不著超聲波，它具有許多特點(diǎn) : (1) 超聲波在均勻的氣體、液體和固體介質(zhì)中沿直線傳播。超聲波的頻率越高，波長(zhǎng)越短，靈敏度就越高 。 1． 4． 2 超 聲波測(cè)距的應(yīng)用 利用超聲波作為定位技術(shù)是蝙蝠等生物作為防御和捕捉獵物生存的手段，也就是由生物體發(fā)射不能被人們聽(tīng)到的超聲波 (20Hz以上的機(jī)械波 )，借助空氣或其它介質(zhì)傳播。超聲波測(cè)距是一種非接觸式檢測(cè)方式，和紅外、激光及無(wú)線電測(cè)距相比，超聲波測(cè)距有其不受光線 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 頁(yè) 第 頁(yè) 影響，結(jié)構(gòu)和操作簡(jiǎn)單，成本低等特點(diǎn)。目前相位探測(cè)法和聲譜輪廓分析法或?qū)⒍呓Y(jié)合起來(lái)的方法是主要的降低探測(cè)傳輸時(shí)間不確定度的方法。在某些應(yīng)用場(chǎng)合，不需要非常高的精度，但需要較小的體積和小的盲區(qū)且成本較低 。超聲波的發(fā)射是由開(kāi)關(guān)狀態(tài)控制的，處于打開(kāi)狀態(tài)時(shí)作為發(fā)射器發(fā)射超聲波，處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)作為接受器偵聽(tīng)反射回的超聲波 . 測(cè)距傳感器能根據(jù)檢測(cè)到目標(biāo)的距離得到連續(xù)的、線性的模擬量輸出，由于不受物體顏色和透明度的影響，它能很好地檢測(cè)出諸如光電傳感器檢測(cè)不到的物體。通過(guò)適當(dāng)?shù)臋z測(cè)電路，可從線圈中耗散功率的變化中，得出傳感器與外界物體之間的距離。顯然，它們都不適用于超聲波料位計(jì)。 ④ 超聲波測(cè)距傳感器 在排除了以上幾種測(cè)距傳感器的條件下，我們選擇了超聲測(cè)距傳感器，作為超聲波料位計(jì)的主要傳感部件?，F(xiàn)在檢測(cè)超聲波普遍使用的是各種類型的壓電陶瓷振子。所以，具有反壓電效應(yīng)的材料受到電場(chǎng)作用時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力和應(yīng)變。利用這一特性，就可以根據(jù)測(cè)量發(fā)射波與反射波之間的時(shí)間間隔，從而達(dá)到測(cè)量距離的作用。 反射方式有兩種形式 .一種是使用一個(gè)發(fā)送器和一個(gè)接收器的獨(dú)立型，另一種是只使用一個(gè)既作發(fā)送器又作接收器的兼用性。因此，超聲波的頻率不能選的太大，太大會(huì)加速聲波的衰減，但也不能太小，太小會(huì)使引入的噪聲過(guò)大，而且頻率越低，則波長(zhǎng)越長(zhǎng)，測(cè)距的絕對(duì)誤差就越大 .在空氣媒質(zhì) 里，一般頻率選在幾十 KHz左右。 2． 2． 2 超聲波測(cè)距基本原理 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 Ct，然后求出距離 S＝ Ct／ 2，式中的 C 為超聲波波速。 單片機(jī) (AT89C51)發(fā)出短暫的 40kHz 信號(hào)，經(jīng)放大后通過(guò)超聲波換能器輸出；反射后的超聲波經(jīng)超聲波換能器作為系統(tǒng)的輸入，鎖相環(huán)對(duì)此信號(hào)鎖定，產(chǎn)生鎖定信號(hào)啟動(dòng)單片機(jī)中斷程序，得出時(shí)間，再由系統(tǒng)軟件對(duì)其進(jìn)行計(jì)算、判別后，相應(yīng)的計(jì)算結(jié)果被送至 LED 顯示電路進(jìn)行顯示，若測(cè)得的距離超出設(shè)定范圍系統(tǒng)將提示聲音報(bào)警電路報(bào)警。發(fā)射超聲波信號(hào)大于 8m。原理圖如圖 ： T 4 0 1 6V D1I N 4 1 4 8V T1 9 0 1 3 2V T2C11 0 0 μ++9 VSR15 . 1 KR25 1 0 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 頁(yè) 第 頁(yè) (3) 40kHZ超聲波發(fā)射電路 三： 工作原理：由 VT VT2組成正反饋回授振蕩器。發(fā)射超聲波信號(hào)大于 8m。由LM555第 3腳輸出端驅(qū)動(dòng)超聲波換能器 T4016，使之發(fā)射出超聲波信號(hào)。amp。由于該電路僅作單路信號(hào)放大，當(dāng)發(fā)射機(jī)每發(fā)射一次超聲波信號(hào)時(shí)，接收機(jī)的繼電器吸合一次（吸合時(shí)間同發(fā)射機(jī)發(fā)射信號(hào)時(shí)間相同），無(wú)記憶保持功能。 KR 4 0 1 6R11 5 KR25 1 0 KR35 1 0R55 1 0R45 1 0R66 8 KR72 KR82 . 7 KR91 0 KR1 01 0 KR1 11 0 KR22 KR1 32 0 KC2 0 . 0 1 μC3 2 0 0 0C5 0 . 0 1 μC4 2 0 0 0C6 0 . 0 2 μC7 1 μC8 0 . 1 μV T1 9 0 1 8 2V T2V T39 0 1 8V T49 0 1 5V T59 0 1 3V T69 0 1 3V T79 0 1 3V D1 I N 4 1 4 8V D2 I N 4 1 4 8V D3 V D4 V D5 ( 6 V )+ 6 VG N DV D6 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 頁(yè) 第 頁(yè) 圖 單穩(wěn)式超聲波接收器電路原理圖 R11 5 KKR 4 0 1 6R25 1 0 KR45 1 0R35 1 0R66 8 KR71 0 0R55 1 0R85 1 0C2 1 0 0 181。 3． 1． 2 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器的 SFR 參與定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器管理的 SFR由方式寄存器 TMOD和控制寄存器 TCON。高 4 位用于定時(shí)器控制，低 4位用于外中斷控制。 TR0==時(shí)停止， TR0=1 時(shí)開(kāi)啟。 IT0=0 時(shí)為電平觸發(fā)， IT0=1 時(shí)為下降沿邊沿觸發(fā)。 (4) 方式 3 圖 方式 3時(shí) T0的結(jié)構(gòu)圖 T0 為方式 3時(shí)， T1 作為波特率發(fā)生器，其 TF TR1 資源出借給 T0使用，而 T0 可以構(gòu)成兩個(gè)獨(dú)立的結(jié)構(gòu)，其中 TL0 構(gòu)成一個(gè)完整的 8 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，而 TH0 則是一個(gè)僅能對(duì)晶振頻率 12分頻的定時(shí)器，其結(jié)構(gòu)如圖 T L i( 8 位 ）T h i( 8 位 ）1 / 1 2f o s cT F i 中 斷 請(qǐng) 求+T i 引 腳G A T EI N T iT R iC / T = 0C / T = 1T L 0( 8 位 ）1 / 1 2f o s cT F 0 中 斷 請(qǐng) 求+T i 引 腳G A T EI N T iT R iC / T = 0C / T = 1T L 0( 8 位 ）T F 11 / 1 2f o s c 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 頁(yè) 第 頁(yè) 所示。 （ 4） 中斷請(qǐng)求標(biāo)志：當(dāng)中斷事件發(fā)生時(shí)，相應(yīng)的中斷請(qǐng)求標(biāo)志 IE0、IE FT0、 FT TI/RI 被置 1。 (2) TCON 控制寄存器 TCON 是一個(gè)可位尋址的寄存器，字節(jié)地址為 88H，高 4 位用于定時(shí)器控制，低 4位 用于外中斷控制，其各位如下： TF1 TR1 TF0 YR0 IE1 IT1 IE0 IT0 用于定時(shí)器 用于外中斷 各位意義如下： TF1：定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T1 溢出標(biāo)志。 IE0：外中斷 0中斷請(qǐng)求標(biāo)志位。 EX0： EX0=1 時(shí)為允許外部中斷 INT0 中斷