【正文】 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)一步改進(jìn)。如何減小系統(tǒng)的誤差，是設(shè)計(jì)測(cè)距系統(tǒng)必需要考慮的問題。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。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。 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。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。在FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)，P1 口作為第八位地址接收。全靜態(tài)工作：0Hz24Hz這類單片機(jī)主要用于過程控制、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。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)。 單片機(jī)的基本工作原理單片機(jī)是通過執(zhí)行程序來工作的，機(jī)器執(zhí)行不同程序就能完成不同的運(yùn)算任務(wù)。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)。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。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。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。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。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。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。 TR0=0 。 //測(cè)試燈變化 } distance[i]=distance_data。 //清測(cè)量成功標(biāo)志 EX0=1。 flag=0。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。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。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 c 為超聲波在空氣中傳播的速度。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)器開始計(jì)數(shù)。是學(xué)習(xí)電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)的很好途徑。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。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。其系統(tǒng)框圖如圖 1 所示。CPLD 開始計(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]。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。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)過放大。 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，然后通過軟件譯碼，將數(shù)據(jù)輸出P0、P1 和 P2 口顯示。 //啟動(dòng)定時(shí)器 0 IT0=0。 //啟動(dòng)定時(shí)器 1 EA=1。 a=distance_data。 //計(jì)算距離 bwei=num/100。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。在雙晶振子的兩面涂敷薄膜電極，其上面用引線通過金屬板(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。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時(shí)，檢測(cè)超聲波束衰減或遮擋的情況從而判斷有無物體通過。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)。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)。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。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)。其格式為：操作碼 地址碼 指令碼的二進(jìn)制形式既不便于記憶，又不便于書寫，故人們通常采用助記符形式來表示，表 4 所列。迄今為止，市售單片機(jī)產(chǎn)品已達(dá) 60 多個(gè)系列，600 多個(gè)品種。其中數(shù)字 9 表示內(nèi)含 Flash 存儲(chǔ)器，C 表示 CMOS 工藝。5 個(gè)中斷源 在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。此外，AT89C51 設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。測(cè)距時(shí)，被測(cè)物體面積不小于 平方米，平面盡量要求平整，否則影響被測(cè)結(jié)果. 模塊規(guī)格圖 19 實(shí)物規(guī)格圖6 電路調(diào)試及誤差分析 電路的調(diào)試通過多次實(shí)驗(yàn)，對(duì)電路各部分進(jìn)行了測(cè)量、調(diào)試和分析。聲波的傳播與媒質(zhì)的彈性模量密度、內(nèi)耗以及形狀大小(產(chǎn)生折射、反射、衍射等)有關(guān)。如采用芯片計(jì)時(shí)器，計(jì)時(shí)器的計(jì)數(shù)頻率越高，則時(shí)間量化誤差造成的測(cè)距誤差就越小。只有深入地了解超聲波傳感器的工作原理，才能更好的設(shè)計(jì)測(cè)距電路。參考文獻(xiàn),5:2932 CPLD 的超聲波測(cè)距儀研制. 無錫商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào).2022,4(3):810,2022:138152,2022:2746,劉民,19(6):2628,.2022,18:9496 Hauptmann, Ralf Lucklum, Bernd Henning. 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Electronics and Communications in ,88(7):3342致 謝 本文的撰寫過程中，戴日光老師作為我的指導(dǎo)老師，他治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，學(xué)識(shí)淵博，視野廣闊，為我營造了一種良好的學(xué)術(shù)氛圍。單片機(jī)內(nèi)部采用 C 語言編程，方波信號(hào)的產(chǎn)生、時(shí)間差的讀取、距離的計(jì)算以及顯示輸出的譯碼都由單片機(jī)編程完成。℃，I 2C 總線接口。工業(yè)測(cè)量中，一般用公式計(jì)算超聲波在空氣中的傳播速度，即 (4)??? 單片機(jī)時(shí)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(jī)中斷再通過軟件啟停定時(shí)器，都需要一定的時(shí)候，中斷的方式誤差相對(duì)要小一些。每隔半周期時(shí)間，讓方波輸出腳的電平取反，便可產(chǎn)生 40kHz 方波。它的特點(diǎn)是內(nèi)含 Flash 存儲(chǔ)器，采用 CMOS 工藝，這種型號(hào)的芯片是目前應(yīng)用得最普遍的一種。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源(VPP)。RST：復(fù)位輸入。當(dāng) P1 口的管腳第一次寫 1 時(shí)，被定義為高阻輸入。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的 AT89C51 是一種高效微控制器，AT89C2051 是它的一種精簡(jiǎn)版本。在指令系統(tǒng)方面，普遍增設(shè)了乘除指令和比較指令。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。因此，數(shù)據(jù)線通常是雙向信號(hào)線。(1)運(yùn)算器運(yùn)算器用于對(duì)二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯操作；其操作順序在控制器控制下進(jìn)行。由圖 16 可見，中央處理器(CPU)是通過內(nèi)部總線與 ROM、RAM、I/O 接口以及定時(shí)器/計(jì)數(shù)器相連的，這個(gè)結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜，但并不好理解。超聲波傳感器系統(tǒng)中關(guān)鍵電路是超聲波發(fā)生電路和超聲波接收電路。若被檢測(cè)物體不是平面形狀，實(shí)際使用超聲波傳感器時(shí)一定要確認(rèn)是否能檢測(cè)到被測(cè)物體。超聲波以疏密波形式傳播，傳送給超聲波接收器。超聲波傳感器有發(fā)送器和接收器，但一個(gè)超聲波傳感器也可以具有發(fā)送和接收聲波的雙重作用，即為可逆元件。 //輸出個(gè)位 TH0=0。} i=0。 //放入 16 位的高 8 位 distance_data=distance_data|outeL。 Trig=1。 P2M1 = 0。LED 數(shù)碼管結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜。單片機(jī)利用聲波的傳播速度和發(fā)射脈沖到接收反射脈沖的時(shí)間間隔計(jì)算出障礙物的距離,并由單片機(jī)控制顯示出來。本系統(tǒng)利用單片機(jī)控制超聲波的發(fā)射和對(duì)超聲波自發(fā)射至接收往返時(shí)間的計(jì)時(shí)。CPLD 器件內(nèi)部的宏單元是其最基本的模塊，能獨(dú)立地編程為 D 觸發(fā)器、T觸發(fā)器、RS 觸發(fā)器或 JK 觸發(fā)器工作方式或組合邏輯工作方式。信息技術(shù)包括計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)