【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 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)。顯示電路采用簡(jiǎn)單實(shí)用的 4 位共陽(yáng)LED 數(shù)碼管，位碼用 PNP 三極管 9013 驅(qū)動(dòng)。 AT89S52外圍電路設(shè)計(jì)單片機(jī) AT89S52 作為主控芯片，控制整個(gè)電路的運(yùn)行。單片機(jī)外圍需要一個(gè)復(fù)位電路，復(fù)位電路的功能是：系統(tǒng)上電時(shí)提供復(fù)位信號(hào)，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤消復(fù)位信號(hào)。為可靠起見(jiàn)，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時(shí)才撤銷復(fù)位信號(hào)，以防電源開(kāi)關(guān)或電源插頭分合過(guò)程中引起的抖動(dòng)而影響復(fù)位。該設(shè)計(jì)在電源電壓瞬間下降時(shí)可以使電容迅速放電，可令系統(tǒng)可靠復(fù)位。 10UFC310KR1S1VCCRST位位位位 圖 復(fù)位電路圖 圖 時(shí)鐘電路AT89S52 中有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳 XTAL1 和 XTAL2112MC130pC230pXTAL2XTAL1位位位位分別為該反向放大器的輸入端和輸出端。這個(gè)反向放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器。外接石英晶體(或陶瓷諧振器)及電容 CC2 接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。對(duì)外接電容 CC2 雖然沒(méi)有十分嚴(yán)格的要求,但電容容量的大小會(huì)輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程度及溫度穩(wěn)定性。如果使用石英晶體,電容應(yīng)該使用 30pF。還可以使用外部時(shí)鐘。這種情況下,外部時(shí)鐘脈沖接 XTAL1 端,即內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端, XTAL2 應(yīng)懸空。由于外部時(shí)鐘信號(hào)是通過(guò)一個(gè) 2 分頻觸發(fā)器后作為內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)的,所以外部時(shí)鐘信號(hào)的占空比沒(méi)有特殊要求,但最小高電平持續(xù)時(shí)間和最大低電平持續(xù)時(shí)間應(yīng)符合產(chǎn)品技術(shù)條件的要求。該設(shè)計(jì)中有 4 個(gè)八段數(shù)碼顯示管，由于單片機(jī)本身端口驅(qū)動(dòng)能力有限，所以，在單片機(jī) AT89S52 外圍需要接入 4 個(gè)三極管來(lái)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼顯示管。八段數(shù)碼顯示管有兩種，一種是共陽(yáng)數(shù)碼管，其內(nèi)部是由八個(gè)陽(yáng)極相連接的發(fā)光二極管組成；另一種是共陰數(shù)碼管，其內(nèi)部是由八個(gè)陰極相連接的發(fā)光二極管組成。二者原理不同但功能相同，本設(shè)計(jì)選用四位共陽(yáng)極數(shù)碼管。 50Kfg3edc8DP7b9a1S?.VC 圖 數(shù)碼管顯示及其驅(qū)動(dòng)電路單片機(jī)發(fā)出超聲波測(cè)距是通過(guò)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 S＝V△T／2，式中的 V 為超聲波波速。限制該系統(tǒng)的最大可測(cè)距離存在 4 個(gè)因素：超聲波的幅度、反射的質(zhì)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(duì)聲波脈沖的直接接收能力將決定最小的可測(cè)距離。為了增加所測(cè)量的覆蓋范圍、減小測(cè)量誤差，可采用多個(gè)超聲波換能器分別作為多路超聲波發(fā)射／接收的設(shè)計(jì)方法。由于超聲波屬于聲波范圍，其波速 V 與溫度有關(guān)。測(cè)距系統(tǒng)中的超聲波傳感器采用壓電陶瓷傳感器，因?yàn)槌暡ㄔ诳諝庵袀鞑r(shí)衰減很大，衰減的程度與頻率成正比，但是頻率越高則分辨力也會(huì)越高，頻率為 40kHz 左右的超聲波在空氣中傳播的效率最佳，工作所需 40kHz 的脈沖信號(hào)，由單片機(jī)執(zhí)行相應(yīng)程序來(lái)產(chǎn)生。關(guān)于 40KHz 信號(hào)的產(chǎn)生，利用單片機(jī)定時(shí)器中斷產(chǎn)生，要特別注意中斷服務(wù)程序的編寫(xiě)。中斷服務(wù)不能過(guò)長(zhǎng)，如果過(guò)長(zhǎng)單片機(jī)在前一個(gè)中斷服務(wù)程序還沒(méi)執(zhí)行完之前又會(huì)有下一個(gè)中斷產(chǎn)生。所以單片機(jī)將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)錯(cuò)誤頻率的信號(hào)，往往這個(gè)錯(cuò)誤的頻率會(huì)比預(yù)期的值偏低。測(cè)距系統(tǒng)由單片機(jī)系統(tǒng)、超聲波發(fā)射電路和超聲波檢測(cè)接收電路三部分組成。AT89S52 輸出超聲波換能器所需的 40K 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), 并實(shí)現(xiàn)對(duì) CX20226 接收芯片和 TCT4010 系列超聲波轉(zhuǎn)換模塊的控制。超聲波發(fā)射電路原理圖如圖 所示。發(fā)射電路主要由反相器 4069 和超聲波發(fā)射換能器 T 構(gòu)成，單片機(jī) 端口輸出的 40kHz 的方波信號(hào)一路經(jīng)一級(jí)反向器后送到超聲波換能器的一個(gè)電極，另一路經(jīng)兩級(jí)反向器后送到超聲波換能器的另一個(gè)電極，用這種推換形式將方波信號(hào)加到超聲波換能器的兩端，可以提高超聲波的發(fā)射強(qiáng)度。輸出端采兩個(gè)反向器并聯(lián)，用以提高驅(qū)動(dòng)能力。上位電阻 RR8 一方面可以提高反向器4069 輸出高電平的驅(qū)動(dòng)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(shí)間。 1KUA3B56C89DEP.圖 超聲波發(fā)射電路壓電式超聲波換能器是利用壓電晶體的諧振來(lái)工作的。超聲波換能器內(nèi)部有兩個(gè)壓電晶片和一個(gè)換能板。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)共振板接收到壓電式超聲波換能器是利用壓電晶體的諧振來(lái)工作的。超聲波換能器內(nèi)部有兩個(gè)壓電晶片和一個(gè)換能板。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。超聲波發(fā)射換能器與接收換能器在結(jié)構(gòu)上稍有不同，使用時(shí)應(yīng)分清器件上的標(biāo)志。集成電路 CX20226A 是一款紅外線檢波接收的專用芯片，常用于電視機(jī)紅外遙控接收器?？紤]到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，可以利用它制作超聲波檢測(cè)接收電路。實(shí)驗(yàn)證明用 CX20226A 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。適當(dāng)更改電容 C8 的大小，可以改變接收電路的靈敏度和抗干擾能力。使用 CX20226A 作為超聲波檢測(cè)接收電路，原理圖如圖 所示。CX20226A 的第 5腳的電阻決定接收的中心頻率，220k 的電阻決定了接收的中心頻率為40KHz。CX20226A 接收到 40KHz 的信號(hào)時(shí)，會(huì)在第 7 腳產(chǎn)生一個(gè)低電平下降脈沖，這個(gè)信號(hào)可以接到單片機(jī)的外部中斷引腳作為中斷信號(hào)輸入。R3 和 C13 是控制 CX20226A內(nèi)部放大增益，R5 控制帶通濾波器的中心頻率。一般取 R3= 歐，C13=1Uf.。其余元件按圖 取值。OUT_INT 當(dāng)收到超聲波是產(chǎn)生一個(gè)下降沿，接到單片機(jī)的外部中斷上。只要通過(guò)單片機(jī)來(lái)來(lái)計(jì)算發(fā)射信號(hào)時(shí)到收到信號(hào)是產(chǎn)生下降沿這段時(shí)間的長(zhǎng)度，再通過(guò)數(shù)學(xué)計(jì)算得出當(dāng)前距離，程序?qū)⒋藬?shù)值與設(shè)定的閾值相比較并作出相應(yīng)動(dòng)作。 圖 超聲波接收電路進(jìn)行測(cè)量控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，除了系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)外，大量的工作就是如何根據(jù)每個(gè)測(cè)量對(duì)象的實(shí)際需要設(shè)計(jì)應(yīng)用程序。因此，軟件設(shè)計(jì)在微機(jī)測(cè)量控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中占重要地位。對(duì)于本系統(tǒng)，軟件設(shè)計(jì)更為重要。在單片機(jī)測(cè)量控制系統(tǒng)中，大體上可分為數(shù)據(jù)處理、過(guò)程控制兩個(gè)基本類型。數(shù)據(jù)處理包括：數(shù)據(jù)的采集、數(shù)字濾波、標(biāo)度變換等。過(guò)程控制程序主要是使單片機(jī)按一定的方法進(jìn)行計(jì)算，然后再輸出，以便達(dá)到測(cè)量控制目的。本軟件設(shè)