【正文】 關(guān)閉計(jì)時(shí)器 T0停止計(jì)時(shí)，并將測(cè)距成功標(biāo)志字賦值 1。單片機(jī)用 端口輸出超聲波換能器所需的 40kHz 的方波信號(hào)，利用外中斷 0口監(jiān)測(cè)超聲波接收電路輸出的返回信號(hào)。 P0=d[mg]。 bai=i。 main() { TH0=0x0fc。 如果 當(dāng)計(jì)時(shí)器溢出時(shí)還未檢測(cè)到超聲波返回信號(hào)，則定時(shí)器 T0溢出中斷將外部中斷 0關(guān)閉，并將測(cè)距成功標(biāo)志字賦值 2，以表示測(cè)距不成功。單片機(jī)系統(tǒng)及顯示電路如圖 所示。考慮到紅外遙控常用的頻率 38kHz 與測(cè)液位的超聲波頻率40kHz 較為接近，可以利用它制作超聲波液位檢測(cè)接收電路。顯示代碼如表 所示。 顯示電路 顯示器是計(jì)算機(jī)的主要輸出設(shè)備，它把運(yùn)算結(jié)果，程序 清單等以字符的形式顯示出來(lái)。晶振發(fā)生振蕩必須附加外部時(shí)鐘電路，一般是一個(gè)放大反饋電路，只有一片晶振是不能實(shí)現(xiàn)震蕩的，于是就有了時(shí)鐘振蕩器。交流電經(jīng)過(guò)電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流電壓，如圖 所示 。對(duì)于 8051 單片機(jī)，由于片內(nèi)帶有程序存儲(chǔ)器，只在芯片上外接時(shí)鐘電路和復(fù)位電路就組成了最小系統(tǒng)。 對(duì)端口寫 ?1?，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。需注意的是：如果加密位 LB1 被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存 EA 端狀態(tài)。 內(nèi)部時(shí)鐘產(chǎn)生電路，但石英晶體振蕩器和電容需要外接，允許最高振蕩頻率為 12MHz； 如圖 ，可以測(cè)出探頭距液面垂直高度 L， S為 探頭到地面的 距離，所以液位高度計(jì)算公式： H=S－ L。所以選用一對(duì)超聲波換能器，使其效率最高。當(dāng)超聲波速度已知時(shí)，就可根據(jù)共振頻率計(jì)算波長(zhǎng)再換算出探頭到液面的距離。超聲波傳感器是利用超聲波在超聲場(chǎng)中的物理特性和各種效應(yīng)研制而成的傳感器。在這種比較低的傳播速度下，波長(zhǎng)很短，這就意味著可以獲得較高的距離和方向分辨率。 隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，超聲波將在 測(cè)距儀 中的應(yīng)用越來(lái)越廣。根據(jù)其信息載體的不同可歸納為光學(xué)方法和超聲波方法。硬件部分的總體目標(biāo)是力求在結(jié)構(gòu)上簡(jiǎn)單，盡量完善其功能。國(guó)內(nèi)自主研發(fā)超聲波液位計(jì)的公司極少，而且測(cè)量范圍，死區(qū)范圍和精度都低于國(guó)外超聲儀表的平 均水平。尤其是近二十年來(lái)，隨著微處理器的引入，測(cè)量?jī)x表更是發(fā)生了革命性的變化。是一種人耳無(wú)法聽到的、頻率一般 超過(guò) 20kHz 的聲音。利用聲在媒質(zhì)中的聲速、衰減、共振、反射等現(xiàn)象可測(cè)量物質(zhì)的成分、比重、厚度等。壓電式超聲波傳感器常用的材料是壓電晶體和壓電陶瓷，它是利用壓電材料的壓電效應(yīng)來(lái)工作的：逆壓電效應(yīng)將高頻電振動(dòng)轉(zhuǎn)換成高頻機(jī)械震 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 (論文 ) 第 6 頁(yè) 共 36 頁(yè) 動(dòng)，從而產(chǎn)生超聲波，可作為發(fā)射探頭；而正壓電效應(yīng)是將超聲波振動(dòng)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，可作為接收探頭。能同時(shí)完成這種功能的裝置就是超聲波探頭，也稱為超聲換能器。這樣只要計(jì)算出從發(fā)出超聲波信號(hào)到接收到返回信號(hào)所用的時(shí)間，就可算出超聲波發(fā)生器與反射物體的距離。 AT89C51 是美國(guó) ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓，高性能， CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 4K bytes 的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器和 128 位的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 （ RAM） ， 器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)，內(nèi)置通用 8 位中央處理器 （ CPU） 和 Flash 存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大。 具有位尋址功能，位尋址空間為 00H～ FFH， 具有較強(qiáng)的位處理能力。 PSEN：程序儲(chǔ)存允許 (PSEN)輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)AT89S51 由外部程序存儲(chǔ)器取指令 (或數(shù)據(jù) )時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次 PSEN 有效，即輸出兩個(gè)脈沖。作為輸出口用時(shí)，每位能驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL 邏輯門電路，對(duì)端口寫 ?1?可作為高阻抗輸入端用。對(duì) P3 口寫入 “1”時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口 [5]。 TH0、 TL0 是定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器0加法計(jì)數(shù)器的高 8位和低 8位， TH TL1 是定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 1加法計(jì)數(shù)器的高8位和低 8位。 表 PC及各 SFR的復(fù)位狀態(tài) 寄存器 復(fù)位狀態(tài) 寄存器 復(fù)位狀態(tài) PC 0000H TH1 00H ACC 00H P0P3 FFH PSW 00H IP XX000000B SP 07H IE 0XX00000B DPTR 0000H TMOD 00H 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 (論文 ) 第 16 頁(yè) 共 36 頁(yè) TCON 00H SCON 00H TL0 00H SBUF 不定 TH0 00H PCON 0XXX0000B TL1 00H 復(fù)位電路 當(dāng) 80S51 單片機(jī)的 RST 引腳是復(fù)位端，高電平有效。如圖 。 下面介紹非編碼按鍵的工作原理，非編碼按鍵有獨(dú)立式按鍵與矩陣式按鍵兩種。在共陰極數(shù)碼管中，導(dǎo)通的二極管用“ 1”表示，其余的用“ 0”表示。因紅外遙控常用的載波頻率 38 kHz與測(cè)距的超聲波頻率 40 kHz較為接近，所以可利用該芯片作為接收電路使用。 CX20216A 的直流特性， 如表 所列。 中斷服務(wù)程序是響應(yīng)單片機(jī)的外部中斷。 //清標(biāo)志 nn++。 jisuan()。 delay(1)。實(shí)用的測(cè)距方法有兩種，一種是在被測(cè)距離的兩端，一端發(fā)射，另一端接收的直接波方式，適用于身高計(jì)；一種是發(fā)射 波被物體反射回來(lái)后接收的反射波方式，適用于測(cè)距儀。實(shí)驗(yàn)證明用 CX20216A接收超聲波 (無(wú)信號(hào)時(shí)輸出高電平 )，具有很好的靈敏度和較強(qiáng)的抗干擾能力。 根據(jù)測(cè)量范圍要求不 同，可適當(dāng)調(diào)整與接收換能器并接的濾波電容 C0的大小，以獲得合適的接收靈敏度和抗干擾能力。 在元件及調(diào)制方面， 由于采用的電路使用了很多集成電路。當(dāng)它的兩極外加脈沖信號(hào)，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時(shí)，壓電晶片會(huì)發(fā)生共振，并帶動(dòng)共振板振動(dòng)產(chǎn)生超聲波，這時(shí)它就是一個(gè)超聲波發(fā)生器；反之，如果兩電極問(wèn)未外加電壓，當(dāng)共振板接收到超聲波時(shí)，將壓迫壓電晶片作振動(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換能器。即測(cè)出超聲波發(fā)射到接收所需要的時(shí)間，然后通過(guò)公式計(jì)算出距離。 P0=d[mq]。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 (論文 ) 第 30 頁(yè) 共 36 頁(yè) jisuan()。 void delay(int x)。為抑制輸出干擾，消除超聲波發(fā)送余振，檢測(cè)返回信號(hào)需在啟動(dòng)發(fā)射信號(hào)后 才可以檢測(cè)。 ? 能與 PIN光電二極管直接連接。輸出端采兩個(gè)反向器并聯(lián)， 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 (論文 ) 第 22 頁(yè) 共 36 頁(yè) 用以提高驅(qū)動(dòng)能力。 LED 顯示器是當(dāng)外加電壓超過(guò)額定電壓時(shí)發(fā)生擊穿而發(fā)出可見光， LED 的工作電壓通常為 2～ 20mA。 編碼鍵盤本身除了按鍵以外，還包括產(chǎn)生鍵碼的硬件電路。 圖 電源電路 時(shí)鐘電路 單片機(jī)的時(shí)鐘一般需要多相時(shí)鐘，所以時(shí)鐘電路有振蕩器和分頻器組成 。在運(yùn)行中，外界干擾等因素可能使單片機(jī)的程序陷入死循環(huán)狀態(tài)或跑飛。 數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 器 AT89S51 的具有 128 字節(jié)的內(nèi)部 RAM，這 128字節(jié)可利用直接或間接尋址方式訪問(wèn)，堆棧操作可利用間接尋址方 式進(jìn)行， 128字節(jié)均可設(shè)置為堆棧區(qū)空間。 Flash 編程或校驗(yàn)時(shí)， P2 亦接收高位地址和其它控制信號(hào)。 當(dāng) VCC 發(fā)生故障，降低高低電平規(guī)定值或掉電時(shí)，該 引腳可接上備用電源VPD(+5V) 為內(nèi)部 RAM 供電，以保證 RAM 中的數(shù)據(jù)部丟失。 如有必要，可通過(guò)對(duì)特殊功能寄存器（ SFR） 區(qū)中的 8EH 單元的 D0 位置位，可禁 止 ALE 操作。 有 5/6 個(gè)中斷源，其中 3 個(gè)是內(nèi)部中斷源， 2 個(gè)外部中斷源，通過(guò)軟件可編程為兩個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)； 作為超聲波液位儀系統(tǒng)的核心部件，單片機(jī)的選擇對(duì)整個(gè)系統(tǒng)功能的優(yōu)化起著至關(guān)重要的作用 [5]。反之，如果電極間未加電壓，則當(dāng)共振板接收到回波信號(hào)時(shí)。 超聲波換能器的結(jié)構(gòu)和原理 超聲波是一種振動(dòng)頻率高于聲波的機(jī)械波，由換能芯片在電壓的激勵(lì)下發(fā)生振動(dòng)產(chǎn)生的，它具有頻率高、波長(zhǎng)短、繞射現(xiàn)象小，特別是方向性好、能夠定向傳播等特點(diǎn)。 （ 4）超聲波使用的溫度范圍廣，在高溫場(chǎng)合下工作，也 不需要冷卻。 （ 4）衰減 傳播到空氣中的超聲波強(qiáng)度隨距離的變化成比例地減弱，這是由于衍射現(xiàn)象上的擴(kuò)散損失，和介質(zhì)吸收能量產(chǎn)生的吸收損失。 (2)對(duì)設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行分析能夠產(chǎn)生超聲波，實(shí)現(xiàn)超 聲波的發(fā)送與接收，從而實(shí)現(xiàn)利用超聲波方法測(cè)量物體間的距離。眾多液位測(cè)量的儀器中，超聲波液位儀應(yīng)用前景較好，它屬于非接觸型液位儀，具有價(jià)格較為適中、安裝使用方便、精度較高等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)液位測(cè) 量所涉及的液體存儲(chǔ)容器、被測(cè)介質(zhì)以及工藝過(guò)程的不同，選擇不同類型的液位儀。 超聲波測(cè)液位的現(xiàn)狀 經(jīng)過(guò)不斷的努力和探索，科技工作者己開發(fā)出了種類繁多、各具特色的液位儀。國(guó)外進(jìn)口產(chǎn)品功能相對(duì)完善，精度較高，但價(jià)格不菲。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 (論文 ) 第 3 頁(yè) 共 36 頁(yè) 超聲波測(cè)距的優(yōu)點(diǎn) 超聲波方法在這些方面具有明顯突出的優(yōu)點(diǎn) [2]： (1)超聲波的傳播速度僅為光波的百萬(wàn)分之一，因此可以直接測(cè)量較近目標(biāo)的距離 ，縱向分辨率較高； (2)超聲波對(duì)色彩、光照度不敏感，可適用于識(shí)別透明、半透明及漫反射性差的物體如玻璃、拋光體； (3) 對(duì)外界光線和電磁場(chǎng)不敏感，可用于黑暗、有灰塵或煙霧、電磁干擾強(qiáng)、有毒等惡劣環(huán)境中； (4)超聲波傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，費(fèi)用低，信息處理簡(jiǎn)單可靠，易于小型化和集成化 本設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求 任務(wù)： (1)了解超聲波測(cè)距原理。另外，由于不規(guī)則反射，通?？赡芎茈y探測(cè)到表面震動(dòng)幅度很大 的物體。同時(shí)，無(wú)須破壞路而。頻差法需要調(diào)頻器產(chǎn)生調(diào)制頻率，衰減法需測(cè)量超聲波的衰減量。壓電陶瓷的聲阻抗與空氣的匹配就顯得十分重要，負(fù)載壓電陶瓷，它可以使超聲波探頭在高達(dá)數(shù)百 kHz 頻率的情況下，仍能夠正常工作。單片機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的核心，協(xié)調(diào)各部分的工作。 21/26 個(gè)特殊功能寄存器 SFR； 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 (論文 ) 第 11 頁(yè) 共 36 頁(yè) (3) I/O 口和其他功能單元 即使不訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器， ALE 仍以時(shí)鐘振蕩頻率的 1/6 輸出固定的正脈沖信號(hào)，囚此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。 RST/VPD： :復(fù)位信號(hào)輸入引腳 /備用電源輸入引腳；該引腳為單片機(jī)的上電復(fù)位或掉電保護(hù)端。 P2 口： P2 與 P1 口一樣一般作為 I/O 口引腳，它還可以作為高位地址總線引腳。 程序的入口地址和 中斷源的優(yōu)先級(jí) 各中斷允許控制位于 IE 寄存器， 5 個(gè)中斷源的中斷優(yōu)先級(jí)控制位于 IP 寄存器。復(fù)位也是單片機(jī)的初始化操作。常用的整流濾波電路有全波整流濾波、橋式整流濾波等。 鍵盤 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，除了復(fù)位鍵有專門的復(fù)位電路以及專一的復(fù)位功能外，其他的按鍵或鍵盤都是以開關(guān)狀態(tài)來(lái)控制功能或輸入數(shù)據(jù)的。由 8個(gè)發(fā)光二極管按“日”字形排列，其中 7個(gè)發(fā)光二極管組成“日”字形的筆畫段，另外一個(gè)發(fā)光二極管為圓點(diǎn)形狀，安裝在顯示器的右下角作為小數(shù)點(diǎn)用。 超聲波發(fā)射電路 超聲波發(fā)射電路原理圖如圖 所示。 Vcc=5V時(shí)，其典型功耗為 9mW。要實(shí)現(xiàn)上述功能，軟件包含初始化、參數(shù)讀入、超聲波發(fā)射、超聲波傳輸計(jì)時(shí)、聲速計(jì)算、超聲波傳輸距離計(jì)算、數(shù)字濾波、計(jì)算結(jié)果顯示等功能模塊。 int i=0,g=0,s=0,bai=0,qi=0,dd=0,nn=0。 ET0=1。