【文章內(nèi)容簡介】 路、報(bào)警輸出電路、供電電路等幾部分。單片機(jī)采用 AT89S51，系統(tǒng)晶振采用 12MHz高精度的晶振，以獲得較穩(wěn)定時(shí)鐘頻率，減小測量誤差。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)， 端口監(jiān)測超聲波接收電路輸出的返回信號(hào)。顯示電路采用簡單實(shí)用的 3 位共陽 LED 數(shù)碼管，段碼輸出端口為單片機(jī)的 P2 口，位碼輸出端口分別為單片機(jī)的 、 口,數(shù)碼管位驅(qū)運(yùn)用 PNP 三極管 S9012 三極管驅(qū)動(dòng)。 AT89S51 單片機(jī)AT89S51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低功耗，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k bytes的可系統(tǒng)編程的Flash只讀程序存儲(chǔ)器,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技超聲波接收模塊超聲波發(fā)射模塊單片機(jī)控制系統(tǒng)（AT89S51）顯示模塊鍵盤模塊供電單元9術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)8051指令系統(tǒng)及引腳。它集Flash程序存儲(chǔ)器既可在線編程（ISP）也可用傳統(tǒng)方法進(jìn)行編程及通用8位微處理器于單片芯片中，ATMEL公司的功能強(qiáng)大，低價(jià)位AT89S51單片機(jī)可為您提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。主要性能參數(shù)：與MCS51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容4k字節(jié)在系統(tǒng)編程（ISP）Flash閃速存儲(chǔ)器1000次擦寫周期－全靜態(tài)工作模式：0Hz－33MHz三級(jí)程序加密鎖1288字節(jié)內(nèi)部RAM32個(gè)可編程I／O口線2個(gè)16位定時(shí)／計(jì)數(shù)器6個(gè)中斷源全雙工串行UART通道低功耗空閑和掉電模式中斷可從空閑模喚醒系統(tǒng)看門狗（WDT）及雙數(shù)據(jù)指針掉電標(biāo)識(shí)和快速編程特性靈活的在系統(tǒng)編程（ISP字節(jié)或頁寫模式）功能特性概述：AT89S51 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4k 字節(jié)Flash 閃速存儲(chǔ)器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32個(gè)I／O 口線，看門狗（WDT） ，兩個(gè)數(shù)據(jù)指針，兩個(gè)16 位定時(shí)／計(jì)數(shù)器，一個(gè)5 向量兩級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)，AT89S51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時(shí)／計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM 中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。引腳功能說明Vcc：電源電壓10GND：地P0口：P0口是一組8位漏極開路型雙向I／0口，也即地址／數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。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“l(fā)”可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。在F1ash編程時(shí)，P0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。P1口：Pl 是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I／O口，Pl的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)端口寫“l(fā)” ，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流（IIL） 。Flash編程和程序校驗(yàn)期間，Pl接收低8位地址。端口引腳 第二功能： MOSI（用于ISP編程） MISO（用于ISP編程） SCK （用于ISP編程）P2 口：P2 是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I／O 口，P2 的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4 個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)端口寫“1” ，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流（IIL） 。在訪問外部程序存儲(chǔ)器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行MOVX@DPTR指令）時(shí)，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（如執(zhí)行MOVX@Ri 指令）時(shí)，P2 口線上的內(nèi)容（也即特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中P2寄存器的內(nèi)容） ，在整個(gè)訪問期間不改變。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)。P3 口：P3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I／0 口。P3 口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4 個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)P3口寫入“l(fā)”時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。作輸入端時(shí)，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流（IIL） 。P3口除了作為一般的I／0口線外，更重要的用途是它的第二功能，如下表所示：11P3口還接收一些用于Flash閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。AT89S51 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XTAL2 分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個(gè)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，振蕩電路參見圖5。外接石英晶體（或陶瓷諧振器）及電容Cl、C2 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Cl、C2 雖然沒有十分嚴(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、起振的難易程序及溫度穩(wěn)定性。如果使用石英晶體，推薦電容使用30pF177。10pF，而如使用陶瓷諧振器選擇40pF177。10F。用戶也可以采用外部時(shí)鐘。采用外部時(shí)鐘的電路如圖5右圖所示。這種情況下，外部時(shí)鐘脈沖接到XTAL1端，即內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端，XTAL2則懸空。由于外部時(shí)鐘信號(hào)是通過一個(gè)2分頻觸發(fā)器后作為內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)的，所以對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的占空比沒有特殊要求，但最小高電平持續(xù)時(shí)間和最大的低電平持續(xù)時(shí)間應(yīng)符合產(chǎn)品技術(shù)條件的要求。圖32為晶體接線圖和外接時(shí)鐘線路圖。石英晶體時(shí)：C1，C2＝30pF 177。10pF 外部時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)電路陶瓷濾波器：C1，C2＝40pF177。10pF圖32 內(nèi)部振蕩電路 超聲波測距系統(tǒng)構(gòu)成本系統(tǒng)由單片機(jī) AT89S51 控制，包括單片機(jī)系統(tǒng)、發(fā)射電路與接收放大電路和顯示電路幾部分組成，如圖 31 所示。硬件電路的設(shè)計(jì)主要包括單片機(jī)系統(tǒng)及顯示電路、12超聲波發(fā)射電路和超聲波接收電路三部分。單片機(jī)采用 AT89S51。采用 12MHz 高精度的晶振，以獲得較穩(wěn)定時(shí)鐘頻率，減小測量誤差。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)， 端口監(jiān)測超聲波接收電路輸出的返回信號(hào)。顯示電路采用簡單實(shí)用的 3 位共陽 LED 數(shù)碼管，段碼輸出端口為單片機(jī)的 P2 口，位碼輸出端口分別為單片機(jī)的 、 口,數(shù)碼管位驅(qū)運(yùn)用 PNP 三極管 S9012 三極管驅(qū)動(dòng)。超聲波接收頭接收到反射的回波后，經(jīng)過接收電路處理后，向單片機(jī) 輸入一個(gè)低電平脈沖。單片機(jī)控制著超聲波的發(fā)送，超聲波發(fā)送完畢后，立即啟動(dòng)內(nèi)部計(jì)時(shí)器 T0 計(jì)時(shí)，當(dāng)檢測到 由高電平變?yōu)榈碗娖胶?，立即停止?nèi)部計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)。單片機(jī)將測得的時(shí)間與聲速相乘再除以 2 即可得到測量值，最后經(jīng) 3 位數(shù)碼管將測得的結(jié)果顯示出來。 超聲波測距單片機(jī)系統(tǒng)超聲波測距單片機(jī)系統(tǒng)主要由：AT89S51 單片機(jī)、晶振、復(fù)位電路、電源濾波部份構(gòu)成。由 K1，K2 組成測距系統(tǒng)的按鍵電路。用于設(shè)定超聲波測距報(bào)警值。如圖 33。圖 33：超聲波測距單片機(jī)系統(tǒng)13 超聲波發(fā)射、接收電路超聲波發(fā)射如圖 34，接收電路如圖 35。超聲波發(fā)射電路由電阻 R三極管BG超聲波脈沖變壓器 B 及超聲波發(fā)送頭 T40 構(gòu)成，超聲波脈沖變壓器，在這里的作用是提高加載到超聲波發(fā)送頭兩產(chǎn)端的電壓，以提高超聲波的發(fā)射功率，從而提高測量距離。接收電路由 BGBG2 組成的兩組三級(jí)管放大電路構(gòu)成；超聲波的檢波電路、比較整形電路由 CDD2 及 BG3 組成。40kHz 的方波由 AT89S51 單片機(jī)的 輸出，經(jīng) BG1 推動(dòng)超聲波脈沖變壓器，在脈沖變壓器次級(jí)形成 60VPP 的電壓，加載到超聲波發(fā)送頭上，驅(qū)動(dòng)超聲波發(fā)射頭發(fā)射超聲波。發(fā)送出的超聲波，遇到障礙物后，產(chǎn)生回波，反射回來的回波由超聲波接收頭接收到。由于聲波在空氣中傳播時(shí)衰減，所以接收到的波形幅值較低，經(jīng)接收電路放大，整形，最后輸出一負(fù)跳變，輸入單片機(jī)的 P3 腳。圖 34：超聲波測距發(fā)送單元該測距電路的 40kHz 方波信號(hào)由單片機(jī) AT89S51 的 發(fā)出。方波的周期為1/40ms，即 25181。s，半周期為 。每隔半周期時(shí)間，讓方波輸出腳的電平取反，便可產(chǎn)生 40kHz 方波。由于單片機(jī)系統(tǒng)的晶振為 12M 晶振，因而單片機(jī)的時(shí)間分辨率是1181。s，所以只能產(chǎn)生半周期為 12181。s 或 13181。s 的方波信號(hào)，頻率分別為 和。本系統(tǒng)在編程時(shí)選用了后者，讓單片機(jī)產(chǎn)生約 的方波。14圖 35：超聲波測距接收單元由于反射回來的超聲波信號(hào)非常微弱，所以接收電路需要將其進(jìn)行放大。接收電路如圖 35 所示。接收到的信號(hào)加到 BGBG2 組成的兩級(jí)放大器上進(jìn)行放大。每級(jí)放大器的放大倍數(shù)為 70 倍。放大的信號(hào)通過檢波電路得到解調(diào)后的信號(hào)，即把多個(gè)脈沖波解調(diào)成多個(gè)大脈沖波。這里使用的是 I N 4148 檢波二極管，輸出的直流信號(hào)即兩二極管之間電容電壓。該接收電路結(jié)構(gòu)簡單，性能較好，制作難度小。 顯示電路本系統(tǒng)采用三位一體 L E D 數(shù)碼管顯示所測距離值，如圖 36。數(shù)碼管采用動(dòng)態(tài)掃描顯示，段碼輸出端口為單片機(jī)的 P2 口，位碼輸出端口分別為單片機(jī)的、 口,數(shù)碼管位驅(qū)運(yùn)用 PNP 三極管 S9012 三極管驅(qū)動(dòng)。15圖36：顯示單元圖 供電電路本測距系統(tǒng)由于采用的是 LED 數(shù)碼管用為顯示方式，正常工作時(shí)，系統(tǒng)工作電流約為 3045mA，為保證系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)的可靠正常工作，系統(tǒng)的供電方式主要交流 AC69 伏，同時(shí)為調(diào)試系統(tǒng)方便，供電方式考慮了第二種方式，即由 USB 口供電，調(diào)試時(shí)直接由電腦 USB 口供電。6 伏交流是經(jīng)過整流二極管 D1D4 整流成脈動(dòng)直流后，經(jīng)慮波電容C1 慮波后形成直流電，為保證單片機(jī)系統(tǒng)的可電，供電路中由 5 伏的三端稱壓集成電路進(jìn)行穩(wěn)壓后輸出 5 伏的真流電供整個(gè)系統(tǒng)用電，為進(jìn)一步提高電源質(zhì)量，5 伏的直流電再次經(jīng)過 CC4 濾波。16圖37：供電單元電路圖 報(bào)警輸出電路為提高測測距系統(tǒng)的實(shí)用性，本測距系統(tǒng)的報(bào)警輸出提供開關(guān)量信號(hào)及聲響信號(hào)兩種方式。方式一：報(bào)警信號(hào)由單片機(jī) 端口輸出，繼電器輸出，可驅(qū)動(dòng)較大的負(fù)載，電路由電阻 R三極管 BG繼電器 JDQ 組成，當(dāng)測量值低于事先設(shè)定的報(bào)警值時(shí)，繼電器吸合，測量值