【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 節(jié)的 RAM；2 個(gè) 16 位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器 T0 和 T1；4 個(gè) 8 位的可編程并行 I/O 端口（P0 口、P1 口、P2 口、P3 口） ；5 個(gè) 2 級(jí)中斷源；1 個(gè)全雙工的串行口以及時(shí)鐘電路，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；64KB 外部程序存儲(chǔ)器尋址空間；具有位尋址功能，位尋址空間為 00HFFH,具有較強(qiáng)的位處理能力；特別是該系列單片機(jī)片內(nèi)的 Flash 可編程、可擦除只讀存儲(chǔ)器，使其在實(shí)際中有廣泛應(yīng)用，在便攜式、省電及特殊信息保存的儀器和系統(tǒng)中更有用。AT89C51為許多控制提供了高度靈活和低成本的解決辦法。充分利用它的片內(nèi)資源，即可在較少外圍電路的情況下構(gòu)成功能完善的超聲波測(cè)距裝置。單片機(jī)的引腳圖如圖 22 所示：洛陽(yáng)師范學(xué)院 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)8圖 22 單片機(jī)引腳圖引腳說(shuō)明：Vcc（40 引腳）:接+5v 電源； Vss（20 引腳）:接地；P0 口：P0 口為一個(gè) 8 位漏極開(kāi)路雙向 I/O 口。當(dāng) AT89C51 單片機(jī)擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器及 I/O 接口芯片時(shí)，P0 口作為地址總線（低 8 位）及數(shù)據(jù)總線的分時(shí)復(fù)用端口。 P0 口也可作為通用的 I/O 口使用，但需加上拉電阻，這時(shí)為準(zhǔn)雙向口。 P1 口：P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口， P1 口引腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1 口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2 口：P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口，當(dāng) P2 口被寫 1 時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2 口當(dāng)由于外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2 口輸出地址的高八位。P3 口：P3 口引腳是 8 位帶內(nèi)部上拉電阻的準(zhǔn)雙向 I/O 口。P3 口可作為通用的 I/O 使用，此時(shí)當(dāng) P3 口寫入 1 后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。由此作為輸入時(shí)，由于外部下拉為低電平，P3 口將輸出電流，這是由于上拉的原因。P3 口還可提供第二功能，并且這些第二功能非常重要和有用，如表 21 所示：表 21 P3 口引腳第二功能說(shuō)明引腳 第二功能 說(shuō) 明 RXD 串行數(shù)據(jù)輸入口 TXD 串行數(shù)據(jù)輸出口 INT0 外部中斷 0 輸入 INT1 外部中斷 1 輸入 T0 定時(shí)器 0 外部計(jì)數(shù)輸入 T1 定時(shí)器 1 外部計(jì)數(shù)輸入 WR 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通輸出 RD 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通輸出RST（9 引腳）：復(fù)位信號(hào)輸入端，高電平有效。ALE/PROG（30 引腳）：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許大的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入變成脈沖。在平時(shí)，ALE 端基于單片機(jī)的超聲波測(cè)距裝置9以不變的頻率周期正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可以用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的，但嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，ALE 還不宜作為精確的時(shí)鐘源或定時(shí)信號(hào)。PSEN（29 引腳）：讀外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在有外部程序存儲(chǔ)器取值間，每個(gè)機(jī)器周期兩次 PSEN 才有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn)。EA/VPP（31 引腳）：當(dāng) EA 保持低電平時(shí)，對(duì)程序存儲(chǔ)器的讀操作只限定在外部程序存儲(chǔ)器。當(dāng) EA 引腳接高電平時(shí)，在 PC 值不超出片內(nèi) 4KB Flash 存儲(chǔ)器的地址范圍的情況下，單片機(jī)讀片內(nèi)程序存儲(chǔ)器（4KB） ，但超出了片內(nèi) 4KB Flash 存儲(chǔ)器的地址范圍時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器的程序。VPP 為該引腳的第二功能，為編程電壓輸入端，一般加在 VPP 引腳的編程電壓為 5v。XTAL1（19 引腳）：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入，該引腳連接外部石英晶體和微調(diào)電容。XTAL2（18 引腳）：來(lái)自反向振蕩放大器的輸出，連接外部石英晶體和微調(diào)電容。 超聲波模塊聲音是與人類生活緊密相聯(lián)的一種自然現(xiàn)象。當(dāng)聲音的頻率高到超過(guò)人耳聽(tīng)覺(jué)的頻率極限時(shí)，人們就覺(jué)察不出聲的存在，因而稱這種高頻率的聲為“超”聲。超聲波通常指 1 秒內(nèi)振動(dòng) 20220 次以上的高頻聲波。超聲波的特點(diǎn)是它能在各種媒質(zhì)中傳播，波長(zhǎng)短，因而分辨率很好，聲束尖銳，聲能集中，在不同物質(zhì)界面上會(huì)有反射、折射、散射等現(xiàn)象，可獲得較高聲強(qiáng)。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。超聲波測(cè)距就是利用超聲波脈沖反射回波的方法實(shí)現(xiàn)的。超聲波在空氣中的傳播速度為 340 米/秒，因此，如果能測(cè)出超聲波在空氣中傳播時(shí)間，就能算出其傳播的距離。超聲波測(cè)距就是通過(guò)測(cè)定超聲波傳播的時(shí)間間隔來(lái)測(cè)出聲波傳送的距離，這就是所謂的時(shí)間差測(cè)距法。其中，超聲波測(cè)距方法有如下兩種：1. 直接式超聲波測(cè)距方法直接式超聲波測(cè)距方法的原理是：測(cè)量超聲波發(fā)送器發(fā)射超聲波到超聲波接收器接收到超聲波的時(shí)間 t，已知超聲波在空氣中的傳播速度 V,則超聲波發(fā)送器到被測(cè)物的距離為：S=Vt2. 反射式超聲波測(cè)距方法反射式超聲波測(cè)距方法的原理是：超聲波發(fā)送器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時(shí)刻的同時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，超聲波在空氣中傳播途中遇到對(duì)象物就立即返回來(lái)，超聲波接收器接收到反射波就立即停止計(jì)時(shí)，這時(shí)計(jì)時(shí)器就計(jì)下了超聲波從發(fā)射到被測(cè)物間的來(lái)回傳播時(shí)間 t，從而發(fā)送器到被測(cè)物體的距離為：S=Vt/2洛陽(yáng)師范學(xué)院 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)101. 超聲波傳感器在超聲波測(cè)距系統(tǒng)中利用超聲波傳感器發(fā)射和接收超聲波，利用超聲波在空氣中的傳播特性進(jìn)行距離測(cè)量。利用超聲波感知或檢測(cè)物體，有非損害性、遙控性、實(shí)時(shí)性、等優(yōu)點(diǎn)，在許多方面體現(xiàn)了超聲波的獨(dú)到之處。很早以前，人們便掌握了超聲波探傷與聲納的技術(shù)。近年來(lái)，超聲波的波長(zhǎng)范圍已經(jīng)達(dá)到 Lm 級(jí)，超聲波頻率已經(jīng)擴(kuò)大到 GHz 領(lǐng)域，分辨率達(dá) Pin 量級(jí)的超聲波顯微鏡已實(shí)用化。在這種頻率范圍，超聲波敏感元件成為薄膜狀，與傳統(tǒng)的形狀大相徑庭，它的進(jìn)步將對(duì)電子學(xué)的發(fā)展起重要作用。人們?yōu)檠芯亢蛻?yīng)用超聲波，己發(fā)明設(shè)計(jì)并制成了許多類型的超聲波發(fā)生器:有機(jī)械方式和電氣方式兩張方式產(chǎn)生超聲波。實(shí)質(zhì)上，超聲波發(fā)生器即是超聲波換能器，它將其它形式的能量轉(zhuǎn)換成超聲波的能量(發(fā)射換能器來(lái)完成)和使超聲波的能量轉(zhuǎn)換成其它易于檢測(cè)的能量(接收換能器來(lái)完成) 。一般是用電能和超聲能量相互轉(zhuǎn)換。電氣方式類型包括: 壓電型、磁致伸縮型和電動(dòng)型等。機(jī)械方式有：氣流旋笛、液哨、加爾統(tǒng)笛等。各種類型的超聲波發(fā)生器產(chǎn)生的超聲波的功率、頻率和聲波特性都不相同。目前使用較多的是電氣類中的壓電型超聲波發(fā)生器。而壓電材料有單晶體的、多晶體復(fù)合的，如石英單晶體、欽酸鋇壓電陶瓷、錯(cuò)欽酸鉛壓電陶瓷復(fù)合晶體((PZT4, PZT5) 等。2. 超聲波傳感器的結(jié)構(gòu)和發(fā)射原理將兩個(gè)壓電元件（或一個(gè)壓電元件和一個(gè)金屬板）粘合在一起，稱為雙壓電晶片（由一個(gè)壓電元件構(gòu)成的稱為單壓電晶片） 。壓電式超聲波發(fā)射器實(shí)際上是利用壓電晶體的諧振來(lái)工作的，它有兩個(gè)壓電晶片和一個(gè)共振板。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)，壓電晶片將會(huì)發(fā)生共振，并帶動(dòng)共振板振動(dòng)，便產(chǎn)生超聲波。反之，如果兩電極間未外加電壓，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器了。超聲波傳感器可以視為一個(gè)電感、電容和電阻串聯(lián)的（共振）電路其電抗特性是左側(cè)右側(cè)呈電容性，中間部分呈電感性。這種特性只有在高 Q 值的晶體振子或者陶瓷振子中可以看到。利用這一特性構(gòu)成了超聲波傳感器特有的電路。超聲波傳感器由兩個(gè)共振頻率，低頻的共振頻率 ft 叫做串聯(lián)共振頻率，在電阻(R)，電感(L) 和電容(C1)的串聯(lián)電路中振蕩。這時(shí)的傳感器阻抗最低；而在高頻處的共振頻率fa 為逆共振頻率，在電阻 (R)，電容(C1)和電容(C2)的串聯(lián)電路中震蕩。發(fā)射超聲波在串聯(lián)共振頻率處具有最高靈敏度，接收超聲波在串聯(lián)逆共振頻率處具有最高靈敏度，而且由于超聲波傳感器具有共振特性，即使將方波輸入到發(fā)射傳感器，接收傳感器的輸出也是正弦波。 HYSRF05基于單片機(jī)的超聲波測(cè)距裝置11因?yàn)楸旧沓暡K還需要超聲波發(fā)送器，超聲波接收器和超聲波控制部分，為了本設(shè)計(jì)的可行性，把這三個(gè)部分集中到一個(gè)超聲波模塊上，選用了深圳市電應(yīng)普科技有限公司生產(chǎn)的 HYSRF05 超聲波測(cè)距模塊，這個(gè)模塊的做工比較成熟，市場(chǎng)占有份額較大，前期也有多種型號(hào)，而且價(jià)格便宜，容易購(gòu)買。以下就是 HYSRF05 超聲波測(cè)距模塊的介紹：1. HYSRF05 超聲波測(cè)距模塊的特點(diǎn)HYSRF05 超聲波測(cè)距模塊可提供 2cm450cm 的非接觸式距離感測(cè)功能，測(cè)距精度可達(dá)高到 1cm，模塊包括超聲波發(fā)射器、接收器與控制電路。2. HYSRF05 超聲波測(cè)距模塊基本工作原理（1）采用 I0 口 TRIG 觸發(fā)測(cè)距，給至少 10us 的高電平信號(hào)，這里給出的是 20us 的高電平信號(hào)；（2）模塊自動(dòng)發(fā)送 8 個(gè) 40khz 的方波，自動(dòng)檢測(cè)是否有信號(hào)返回；（3）有信號(hào)返回，通過(guò) I0 口 ECHO 輸出一個(gè)高電平，高電平持續(xù)的時(shí)間就是超聲波從發(fā)射到返回的時(shí)間。那么這樣以來(lái)測(cè)試距離=（高電平持續(xù)時(shí)間*聲速（340M/S） ）/23. HYSRF05 超聲波測(cè)距模塊引腳介紹HYSRF05 超聲波測(cè)距模塊的實(shí)物圖如圖 23 所示：圖 23 HYSRF05 超聲波測(cè)距模塊的實(shí)物圖VCC 供 5V 電源GND 為接地線TRIG 觸發(fā)控制，信號(hào)輸入ECHO 回響信號(hào)輸出OUT 開(kāi)關(guān)量輸出（可當(dāng)報(bào)警模塊使用）4. HYSRF05 超聲波測(cè)距模塊電氣參數(shù)：HYSRF05 超聲波測(cè)距模塊的電氣參數(shù)說(shuō)明表如表 22 所示：洛陽(yáng)師范學(xué)院 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)12表 22 HYSRF05 超聲波測(cè)距模塊的電氣參數(shù)說(shuō)明表電氣參數(shù) HYSRF05 超聲波測(cè)距模塊 工作電壓 DC 5V工作電流 15mA工作頻率 40Hz最遠(yuǎn)射程 450cm 最近射程 2cm 測(cè)量角度 15 度 輸入觸發(fā)信號(hào) 20us 的 TTL 脈沖 輸出回響信號(hào) 輸出 TTL 電平信號(hào)，與距離成比例 規(guī)格尺寸 45*20*15mm5. 超聲波時(shí)序圖：超聲波測(cè)量時(shí)的時(shí)序圖如圖 24 所示：觸發(fā)信號(hào)模塊內(nèi)部發(fā)出信號(hào)輸出回響信號(hào)20us 的 TTL循環(huán)發(fā)出 8 個(gè) 40KHz 脈沖回響電平輸出與檢測(cè)距離成比例圖 24 超聲波測(cè)量時(shí)的序圖基于單片機(jī)的超聲波測(cè)距裝置13從時(shí)序圖可以看出只需要提供一個(gè) 20us 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 周期電平并檢測(cè)回波，一旦檢測(cè)到有回波信號(hào)則輸出回響信號(hào)，回響信號(hào)的脈沖寬度與所要測(cè)的距離成正比，由此通過(guò)記錄發(fā)射信號(hào)到收到的回響信號(hào)時(shí)間間隔就可以計(jì)算出所需要測(cè)量的距離。用公式：距離=高電平時(shí)間聲速（340M/S ）/2 可以計(jì)算出距離，同時(shí)根據(jù)公式：厘米=us/58 轉(zhuǎn)換成厘米，在顯示器件上顯示。使用此模塊需注意的是：1. 此模塊不宜帶電連接，若要帶電連接，則先讓模塊的 GND 端先連接，否則會(huì)影響模塊的正常工作。2. 測(cè)距時(shí)，被測(cè)物體的面積不少于 平方米且平面盡量要求平整，否則會(huì)影響測(cè)量的結(jié)果。3. 建議測(cè)量周期為 60ms 以上，以防止發(fā)射信號(hào)對(duì)回響信號(hào)的影響。 顯示模塊在日常生活中，我們對(duì)液晶顯示器并不陌生。液晶顯示模塊已作為很多電子產(chǎn)品的構(gòu)成器件，如在計(jì)算器、萬(wàn)用表、電子表及很多家用電子產(chǎn)品中都可以看到，顯示的主要是數(shù)字、專用符號(hào)和圖形。在單片機(jī)的人機(jī)交流界面中，一般的輸出方式有以下幾種：發(fā)光管、LED 數(shù)碼管、液晶顯示器。發(fā)光管和 LED數(shù)碼管比較常用，軟硬件都比較簡(jiǎn)單，但因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)不僅僅要顯示數(shù)字，還要顯示字符等，所以本次選用的是字符型液晶顯示器件LCD1602。1602液晶也稱為1602字符型液晶，它是一種專門用來(lái)顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型液晶模塊。LCD1602能夠同時(shí)顯示162即32個(gè)字符，可以顯示兩行，每行16個(gè)字符液晶模塊（顯示字符和數(shù)字） 。LCD1602需要5v的工作電壓，對(duì)比度可調(diào)，內(nèi)含復(fù)位電路，提供各種控制命令，如：清屏、字符閃爍、光標(biāo)閃爍、顯示移位等多種功能；有80個(gè)字節(jié)顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器DDRAM；內(nèi)鍵有192個(gè)57點(diǎn)陣的字型字符發(fā)生器CGROM；8個(gè)可由用戶自定義的57的字符發(fā)生器CGRAM。LCD1602液晶模塊的內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器（CGROM）已經(jīng)存儲(chǔ)了160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號(hào)、和日文假名等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼。LCD1602的引腳圖如圖25所示：洛陽(yáng)師范學(xué)院 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)14圖 25 LCD1602 的引腳圖LCD1602的主要引腳介紹如表23所示：表 23 LCD1602 的引腳介紹引腳號(hào) 引腳名 電平 輸入/輸出 作用1 GND 接地2 VCC 電源（+5v）3 Vee 對(duì)比調(diào)整電壓4 RS 0/1 輸入 0=輸入指令1=輸入數(shù)據(jù)5 R/W 0/1 輸入 0=向 LCD 寫入指令或數(shù)據(jù)1=從 LCD 讀取信息6 EN 1，1→0 輸入 使能信號(hào)，1 時(shí)讀取信息，1→0（下