【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 電阻推薦阻值為 22kΩ ，沒(méi)有接收信號(hào)時(shí)該端輸出為高電平，有信號(hào)時(shí)則會(huì)下降。 8腳： 電源正極， ～ 5V。 課程設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū) 8 三 、 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 總體方案設(shè)計(jì)介紹 超聲波測(cè)距利用 超 聲波指向性強(qiáng)、能量消耗緩慢、傳播距離較遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn) ，即用超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)送超聲波，同時(shí)在發(fā)射的時(shí)候開(kāi)始計(jì)時(shí)，在超聲波遇到障礙物的時(shí)候反射回來(lái)，超聲波接收器在接收到反射回來(lái)的 超聲波時(shí)，停止計(jì)時(shí)。設(shè)超聲波在空氣中的傳播速度為 V，在空氣中的傳播時(shí)間為 T，與障礙物的距離為 S， 則 S=VT/2，這樣可以測(cè)出 超聲波發(fā)射器 與障礙物之間的距離，然后在 數(shù)碼管 上顯示出來(lái)。 其工作機(jī)理是依據(jù)壓電材料的正逆壓電效應(yīng)，利用逆壓電效應(yīng)產(chǎn)生超聲波，即逆壓電效應(yīng)是在壓電材料上加上某種特定頻率的交變正弦信號(hào)，材料就會(huì)產(chǎn)生隨所加電壓的變化規(guī)律而變化的機(jī)械形變，這種機(jī)械形變推動(dòng)周?chē)橘|(zhì)振動(dòng)，產(chǎn)生疏密相間的機(jī)械波，如果其振動(dòng)頻率在超聲范圍內(nèi)，這種機(jī)械波就是超聲波。 本文所設(shè)計(jì)的超聲波測(cè)距儀主要由 STC89C52 單片機(jī)、超聲波發(fā)射電路、超聲波接收放大電路、顯示電路 組成 。 首先由單片機(jī)驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生 40KHZ 方波 ，由超聲波發(fā)射探頭發(fā)送出去，在遇到障礙物反射回來(lái)時(shí)由超聲波接收探頭檢測(cè)到信號(hào)，然后經(jīng)過(guò)濾波、放大、整形之后送入單片機(jī)進(jìn)行計(jì)算，把計(jì)算結(jié)果輸出到 數(shù)碼管 上。超聲波發(fā)生器可以分為兩大類(lèi)：一類(lèi)是用電氣方式產(chǎn)生超聲波；另一類(lèi)是用機(jī)械方式產(chǎn)生超聲波。電氣方式包括壓電型、電動(dòng)型等；機(jī)械方式有加爾統(tǒng)笛、液 和氣流旋笛等。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。目前在近距離測(cè)量方面較為常用 的是壓電式超聲波換能器 。 根據(jù)設(shè)計(jì)要求并綜合各方面因素，本例決定采用 STC89C2單片機(jī)作為主控制器，用動(dòng)態(tài)掃描法實(shí)現(xiàn) 數(shù)碼 顯示，超聲波驅(qū)動(dòng)信號(hào)用單片機(jī)的定時(shí)器完成。超聲波測(cè)距器系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖 31 所示。 圖 31 超聲波測(cè)距 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖 超聲波接收 單片機(jī) 控制器 超聲波發(fā)送 數(shù)碼顯示 掃描驅(qū)動(dòng) 課程設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū) 9 單片機(jī)時(shí)鐘電路 時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作所需要的時(shí)鐘信號(hào)，而時(shí)序所研究的是指令執(zhí)行中各信號(hào)之間的相互關(guān)系。單片機(jī)本身就如一個(gè)復(fù)雜的同步時(shí)序電路，為了保證同步工作方式的實(shí)現(xiàn)，電路應(yīng)在唯一的時(shí)鐘信 號(hào)控制下嚴(yán)格地作。 （ 1）時(shí)鐘信號(hào)的產(chǎn)生 單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，其輸入端為芯片引腳 XTAL1，其輸出端為引腳 XTAL2。而在芯片的外部， XTAL1 和 XTAL2 之間跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容，從而構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。 電容器 C1和 C2的作用是穩(wěn)定頻率和快速起振，電容值的范圍在 5pF∽ 30pF,典型值為 30pF。晶振的頻率通常選擇兩種 6MHz 和 12MHz。只要在單片機(jī)的 XTAL1和 XTAL2 引腳外接晶體振蕩器就構(gòu)成了自激振蕩器并在單片機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖信號(hào)。 （ 2）時(shí)鐘振蕩電路如圖 32所示。 單片機(jī) 復(fù)位 電路 復(fù)位電路是使單片機(jī)的 CPU 或系統(tǒng)中的其他部件處于某一確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè) 狀態(tài)開(kāi)始工作。 （ 1）單片機(jī)常見(jiàn)的復(fù)位電路 通常單片機(jī)復(fù)位電路有兩種：上電復(fù)位電路 和 按鍵復(fù)位電路。上電復(fù)位電路：上電復(fù)位是單片機(jī)上電時(shí)復(fù)位操作，保證單片機(jī)上電后立即進(jìn)入規(guī)定的復(fù)位狀態(tài)。它利用的是電容充電的原理來(lái)實(shí)現(xiàn)的。按鍵復(fù)位電路：它不僅具有上電復(fù)位電路的功能，同時(shí)它的操作比上電復(fù)位電路的操作要簡(jiǎn)單的多。如果要實(shí)現(xiàn)復(fù)位的話，只要按下 RESET 鍵即可。它主要是利用電阻的分壓來(lái)實(shí)現(xiàn)的 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um be r R e vi s i onS i z eBD a t e : 5 M a y 2021 S he e t of F i l e : C : \ D oc um e nt s a nd S e t t i ngs \ 123\ M y D oc um e nt s \ M y D e s i r a w n B y :C130pFC230pFY16M H zX T A L 2X T A L 1圖 32 時(shí)鐘電路 12MHz 課程設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū) 10 在此設(shè)計(jì)中，采用的按鍵復(fù)位電路。按鍵復(fù)位電路如圖 33 所示： （ 2）復(fù)位電路工作原理 上電復(fù)位要求接通電源后，單片機(jī)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。上電瞬間 RESET 引腳獲得高電平，隨著電容的充電， RERST 引腳的高電平將逐漸下降。 RERST 引腳的高電平只要能保持足夠的時(shí)間（ 2個(gè)機(jī)器周期），單片機(jī)就可以進(jìn)行復(fù)位操作。 上電與按鍵均有效的復(fù)位電路不僅在上電時(shí)可以自動(dòng)復(fù)位，而且在單片機(jī)運(yùn)行期間，利用按鍵也可以完成復(fù)位操作。 故本設(shè)計(jì)選用第二種上電復(fù)位與按鍵均有效的電路。 超聲波發(fā)射電路 圖 34 超聲波發(fā)射原理圖 圖 35 NE555發(fā)射波形圖 圖 33 復(fù)位電路圖 課程設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū) 11 發(fā)射電路由 555 定時(shí)器構(gòu)成的高頻振蕩器產(chǎn)生 40kHz 方波，經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)超聲波發(fā)生器發(fā)出一簇信號(hào)，同時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)。本電路中采用 555 定時(shí)器構(gòu)成振蕩電路， 2 腳（ 6 腳）及地之間的電容不斷的進(jìn)行充、放電，導(dǎo)致 555 時(shí)基電路處于置位與復(fù)位反復(fù)交替的狀態(tài)，即輸出端 3 腳交替輸出高電平與低電平，輸出波形為近似矩形波，此電路也稱(chēng)為自激多諧振蕩器。 電路初次通電時(shí)，由于電容 C1 兩端電壓不能 突變， 555 的 2 腳為低電平，555 時(shí)基電路置位，即 3 腳輸出高電平，內(nèi)部放電晶體管截止， 7 腳被懸空，此時(shí)正電源 VDD 通過(guò)電阻 R R2向電容 C1 充電，使 C1兩端電壓不斷升高，約經(jīng)時(shí)間 TH ， C1 兩端電壓即閾值端（ 6腳）電平升至 2VDD/3 時(shí)， 555 時(shí)基電路翻轉(zhuǎn)復(fù)位， 3 腳輸出低電平，同時(shí)內(nèi)部放電晶體管導(dǎo)通， 7 腳也為低電平，此時(shí)電容C1 儲(chǔ)存電荷將通過(guò) R2 向 7 腳放電，使 C1 兩端電壓即 555 的觸發(fā)端 2 腳電平不斷下降，約經(jīng) TL時(shí)間，電壓降至 VDD/3 時(shí)， 555 時(shí)基電路又翻轉(zhuǎn)置位， 3腳又輸出高電平， 7 腳再次被懸空，正電源 又通過(guò) R1, R2 向 C1充電，如此周而復(fù)始，電容 C1 不斷處于充電與放電狀態(tài)，電路引起振蕩， 3 腳將交替輸出高電平