【文章內容簡介】 字節(jié) Flash 閃速存儲器； ? 128 字節(jié)內部 RAM； ? 32 個 I/O 口線； ? 兩個 16 位定時器 /計時器； ? 一個 5 向量兩級中斷結構； ? 一個雙工串行口通信； 10 ? 片內振蕩器及時鐘電路。 同時， AT89S51 可以降 至 0Hz 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)點工作模式?？臻e方式停止 CPU 的工作，當允許 RAM，定時 /計數(shù)器，串行口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電式保存 RAM 中的內容，但振蕩器停止工作并禁止其他左右部件工作直到下一個硬件復位。 圖 31， AT89S51 單片機 其作用主要是為了保證單片機系統(tǒng)能正常工作。如圖 32 所示，單片機最小系統(tǒng)主要由 AT89S51 單片機、外部振蕩電路、復位電路和 +5V 電源組成。在外部振蕩電路中，單片機的 XTAL1 和 XTAL2 管腳分別接至由 12MHZ 晶振和兩個 30PF 電容構成的振蕩電路兩側，為電路提供正常的時鐘脈沖。在復位電路中，單片機 RESET 管腳一方面經 20 F 的電容接至電源正極，實現(xiàn)上電自動復位，另一方面經開關 s 接電源。其主要功能是把 PC 初始化為 0000H，是單片機從 0000H 單元開始執(zhí)行程序，除了進入系統(tǒng)的初始化之外，當由于程序出錯或者操作 錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，為11 了擺脫困境，也需要按復位鍵重新啟動 。 因此，復位電路是單片機系統(tǒng)中不可缺少的一部分。 圖 32，單片機最小系統(tǒng) 單片機發(fā)出超聲波測距是通過不斷檢測超聲波發(fā)射后遇到障 礙物所反射的回波，從而測出發(fā)射和接收回波的時間差 tr，然后求出距離 S＝ Ct? 2 (21) 式中的 C 為超聲波波速。限制該系統(tǒng)的最大可測距離存在 4 個因素：超聲波的幅度、反射的質地、反射和入射聲波之間的夾角以及接收換能器的靈敏度。接收換能器對聲波脈沖的直接接收能力將決定最小的可測距離。為了增加所測量的覆蓋范圍、減小測量誤差，可采用多個超聲波換能器分別作為多路超聲波發(fā)射／接收的設計方法，限于實際需要，本電 路只采用單路超聲波發(fā)射接收。由于超聲波屬于聲波范圍，其波速 C 與溫度有關。 12 壓電式超聲波換能器是利用壓電晶體的諧振來工作的。超聲波換能器內部有兩個壓電晶片和一個換能板。當它的兩極外加脈沖信號，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時，壓電晶片會發(fā)生共振，并帶動共振板振動產生超聲波，這時它就是一個超聲波發(fā)生器；反之，如果兩電極問未外加電壓，當共振板接收到超聲波時，將壓迫壓電晶片作振動，將機械能轉換為電信號，這時它就成為超聲波接收換能器。超聲波發(fā)射換能器與接收換能器在結構上稍有不同，使用時應分清器 件上的標志。 表 31 反相器 74LS04 參數(shù) 最大額定值 電源電壓 to + DC 輸入電壓 to Vcc+ 直流輸出電壓 to Vcc+ 鉗位二極管電流 177。20mA 直流輸出電流，每個引腳（輸出） 177。25mA 功耗 600mW 發(fā)射電路主要由反相器 74LS04 和超聲波發(fā)射換能器 T 構成， 如圖 33 所示， 單片機 端口輸出的 40kHz 的方波信號一路經一級反向器后送到超聲波換能器的一個電極，另一路經兩級反向器后送到超聲波換能器的另一個電極， 用這種推換形式將方波信號加到超聲波換能器的兩端，可以提高超聲波的發(fā)射強度。輸出端采兩個反向器并聯(lián)，用以提高驅動能力。上位電阻 R R3 一方面可以提高反向器 74LS04 輸出高電平的驅動能力，另一方面可以增加超聲波換能器的阻尼效果，縮短其自由振蕩時間。 圖 33 超聲波發(fā)射電路 13 超聲波接收電路 CX20216A是一款紅外線檢波接收的專用芯片，常用于電視機紅外遙控接收器。考慮到紅外遙控常用的載波頻率 38kHz與測距的超聲波頻率 40kHz較為接近，可以利用它制作超聲波檢測接收電路。實驗證明 用 CX20216A接收超聲波 (無信號時輸出高電平 )，具有很好的靈敏度和較強的抗干擾能力。適當更改電容 C16的大小，可以改變接收電路的靈敏度和抗干擾能力。 其電路由圖 34所示。 CX20216A 的引腳注釋 ： 1腳 IN： 超聲波信號輸入端，該腳的輸入阻抗約為 40kΩ。 2腳 AGC： 該腳與 GND之間連接 RC串聯(lián)網絡，它們是負反饋串聯(lián)網絡的一個組成部分，改變它們的數(shù)值能改變前置放大器的增益和頻率特性。增大電阻 R或減小 C，將使負反饋量增大，放大倍數(shù)下降，反之則放大倍數(shù)增大。但 C的改變會影響到頻率特性，一般在實際使用中 不必改動，推薦選用參數(shù)為 R=， C=。 3腳 C0： 該腳與 GND之間連接檢波電容，電容量大為平均值檢波，瞬間相應靈敏度低；若容量小，則為峰值檢波，瞬間相應靈敏度高，但檢波輸出的脈沖寬度變動大，易造成誤動作，推薦參數(shù)為 。 4腳 GND： 接地端。 5腳 RC0： 該腳與電源端 VCC接入一個電阻，用以設置帶通濾波器的中心頻率 f0， 阻值越大，中心頻率越低。例如，取 R=200kΩ時， fn≈42kHz，若取 R=220kΩ，則中心頻率 f0≈38kHz。 6腳 C： 該腳與 GND之間接入一個積分電容，標準值 為 330pF，如果該電容取得 太大，會使探測距離變短。 7腳 OUT： 遙控命令輸出端，它是集電極開路的輸出方式，因此該引腳必須接上 一個上拉電阻到電源端，該電阻推薦阻值為 22kΩ，沒有接收信號時該端輸出為高電平，有信號時則會下降。 8腳 RC1： 電源正極， ～ 5V。 14 圖 34 超聲波檢測接收電路 DS18B20溫度傳感器是美國 DALLAS半導體公司推出的一種改進型智能溫度傳感器 ， 測溫范圍為 55～ 125℃ ， 最大分辨率可達 ℃ 。 DS18B20可以直接讀出被測溫度值 ， 而且 采用了一線制與單片機相連 ， 減少了外部的硬件電路 ， 具有低成本和易使用的特點 。 測溫電路圖 35所示。 DS18B20溫度傳感器： (1):技術性能描述 獨特的單線接口方式， DS18B20在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與 DS18B20的雙向通訊。 ? 測溫范圍－ 55℃ ～＋ 125℃ ，固有測溫分辨率 ℃ 。 ? 工作電源 ： 3~5V/DC。 ? 在使用中不需要任何外圍元件 。 ? 測量結果以 9~12位數(shù)字量方式串行傳送 。 ? 不銹鋼保護管直徑 Φ6 。 ? 適用于 DN15~25， DN40~DN250各種介質工業(yè)管道和狹小空間設備 測溫 。 ? 標準安裝螺紋 M10X1， ， G1/2任選 。 ? PVC電纜直接出線或德式球型接線盒出線 ， 便于與其它電器設備連接。 15 圖 36 DS18B20溫度傳感器 (2)：應用范圍 ? 該產品適用于冷凍庫，糧倉，儲罐，電訊機房，電力機房，電纜線槽等測溫和控制領域 。 ? 軸瓦，缸體，紡機，空調，等狹小空間工業(yè)設備測溫和控制。 ? 汽車空調、冰箱、冷柜、以及中低溫干燥箱等。 ? 供熱 /制冷管道熱量計量，中央空調分戶熱能計量和工業(yè)領域測溫和控制 。 圖 35 DS18B20電路溫度補償電路 顯示單元部分采用 12864液晶模塊。根據設計要求，用于顯示測量距離，補償溫16 度以及危險，保持，安全等警告信號。 其顯示單元電路如圖 67所示。 12864液晶資料 帶中文字庫的 128X64 是一種具有 4 位 /8 位并行、 2 線或 3 線串行多種接口方式，內部含有國標一級、二級簡體中文字庫的點陣圖形液晶顯示 模塊 ；其顯示分辨率為12864 。 內置 8192 個 16*16 點漢字，和 128 個 16*8 點 ASCII 字符集 。 利用該模塊靈活的接口方式和簡單、方便的操作指令，可構成全中文人機交互圖形界面?？梢燥@示 84 行 1616 點陣的漢字 。 12864 液晶模塊 可完成圖形顯示 。 低電壓低功耗是其又一顯著特點。由該模塊構成的液晶顯示方案與同類型的圖形點陣液晶顯示模塊相比 ， 不論硬件電路結構或顯示程序都要簡潔得多，且該模塊的價格也略低于相同點陣的圖形液晶模塊。 12864液晶 基本特性 12864 液晶 基本特性 如表 32 所示。 表 32 12864液晶 基本特性 低電 源電壓 VDD:++ 顯示分辨率 12864 點 內置漢字字庫 8192 個 1616 點陣漢字 內置 128 個 168 點陣字符 時鐘頻率 2MHz 顯示方式 STN、半透、正顯 驅動方式 1/32DUTY， 1/5BIAS 視角方向 6 點 背光方式 側部高亮白色 LED 通訊方式 串行、并口可選 負壓 內置 DCDC 轉換電路 片選信號 無需片選信號 工作溫度 0℃ +55℃ 存儲溫度 20℃ +60℃ 17 圖 37顯示單元電路 語音播報電路采用 WT588D系列的集單片機和語音電路于一體的可編輯語音芯片。功能多音質好應用范圍廣性能穩(wěn)定是 WT588D系列語音單片機的特長，同時具有MP3控制模式、按鍵控制模式、按鍵組合控制模式、并口控制模式、一線串口控制模式、三線串口控制模式以及三線串口控制 I/O口擴展輸出模式。可控制的語音地址位能達到 220個！每個地址位里能加載可組合語音為 128段語音。 只需通過適當?shù)脑L問地址就可以實現(xiàn)語音播報，使用方便 ，語音播報電路設計如圖 38所示。 18 圖 38 WT588D語音播報電路 其中 KIA1117芯片為 WT588D VCC管腳（存儲器電源輸入腳）提供 。 無線發(fā)射與接收電路采用 APC240無線通信 模塊 。它 是新一代的多通道嵌入式無線數(shù)傳模塊 ,其可設置眾多的頻道，發(fā)射功率高，而仍然具有較低的功耗 。它可以 在工業(yè)等強干擾的惡劣環(huán)境中使用 。 在任何狀態(tài)下都可以 1次傳輸 256bytes的數(shù)據 ， 當設置空中波特率大于串口波特率時，可 1次傳輸無限長度的數(shù)據 。 同時 它還 提供標準的 UART/TTL， RS485和 RS232三種接口 1200/2400/4800/9600bps四速率 ， 和三種接口校驗方式 .采用 串口設置模塊參數(shù) 。 具有豐富便潔的軟件編程設置選項 。 無線發(fā)射與接收電路 見圖 39 APC240無線通信 模塊 主要特點 ? 接口方式： 232／ 485／ TTL串口，格式有 8N1／ 8E1／ 8O1可選； ? 接受靈敏度高，視距可靠傳輸距離可達 1200m； ? 采用 FSK的方式調制，支持 OOK／ ASK／ MSK調制； ? 載頻 433MHz，可定制 315M／ 868M／ 915M等其他 ISM頻段； ? 提供 PC機配置軟件，可以靈活設置模塊的各種參數(shù)； ? 串口速率： 4800／ 9600／ 19200／ 38400／ 57600／ 115200bps； ? 空中速率： 5K／ 10K／ 20K／ 30K／ 40K／ 50K／ 77K／ 100K／ 150K／ 200K／ 250Kbps； ? 功耗和休眠省電模式：功率＜ 100 mw，接收電流＜ 35mA，發(fā)射電流＜ 100mA，休眠時電流＜ 12uA； ? 支持多個字網組群工作模式，網絡地址配置相同的模塊間才可以相互通訊； ? 具有中繼功能，可選擇中繼節(jié)點進行傳輸，有效擴大傳輸距離； ? 支持透明傳輸方式和地址傳輸方式，可以組成點對點、點對多點、對點對多點等19 無線通信網絡； ? 5V直流供電（可以選擇 ） ； 模塊 主要技術指 標 工作頻率： 433M 調制方式： FSK 發(fā)射功率：＜ 20dBm（ 100mW） 接收靈敏度：－ 119dB 發(fā)射電流：＜ 35mA 接收電流：＜ 100mA 休眠電流：＜ 12uA 工作信道： 32個頻段選擇 數(shù)據接 口 ： 232／ 485／ TTL串口 數(shù)據格式： 8N1／ 8E1／ 8O1 串口速率： 4800／ 9600／ 19200／ 38400／ 57600／ 115200bps 空中速率： 5K／ 10K／ 20K／ 30K／ 40K／ 50K／ 77K／ 100K／ 150K／ 200K／ 250Kbps硬件接口： ／插座 通訊距離： 0700米（ 10dbm， 10kbps，可視距離） 天線阻抗： 50Ω 工作溫度： 4085℃ 供電方式： ／ 5V 尺寸： （不包括天線） 圖 39無線發(fā)射與接收電路20 第四章系統(tǒng)的軟件設計 超聲波 測距儀的軟件設計主要有主程序、超聲波發(fā)生程序、超聲波接收中斷程序及顯示子程序組成。我們知道 C 語言程序有利于實現(xiàn)較復雜的算法，匯編語言程序則具有較高的效率且容易精細計算程序運行的時間，而超聲波測距儀的程序需要有較復雜的計算（計算距離時），所以控制程序可采用 C 語言編程。 儀的算法設計 超聲波測距的原理為超聲波發(fā)生器 T 在某一時刻發(fā)出一個超聲波信號，當這個超聲波遇到被測物體后反射回來，就