【文章內(nèi)容簡介】 路、報警輸出電路、供電電路等幾部分。單片機采用 AT89S51，系統(tǒng)晶振采用 12MHz高精度的晶振，以獲得較穩(wěn)定時鐘頻率，減小測量誤差。單片機用 端口輸出超聲波換能器所需的 40kHz 的方波信號， 端口監(jiān)測超聲波接收電路輸出的返回信號。顯示電路采用簡單實用的 3 位共陽 LED 數(shù)碼管，段碼輸出端口為單片機的 P2 口，位碼輸出端口分別為單片機的 、 口,數(shù)碼管位驅(qū)運用 PNP 三極管 S9012 三極管驅(qū)動。 AT89S51 單片機AT89S51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低功耗，高性能CMOS8位單片機，片內(nèi)含4k bytes的可系統(tǒng)編程的Flash只讀程序存儲器,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技超聲波接收模塊超聲波發(fā)射模塊單片機控制系統(tǒng)（AT89S51）顯示模塊鍵盤模塊供電單元9術(shù)生產(chǎn)，兼容標準8051指令系統(tǒng)及引腳。它集Flash程序存儲器既可在線編程（ISP）也可用傳統(tǒng)方法進行編程及通用8位微處理器于單片芯片中，ATMEL公司的功能強大，低價位AT89S51單片機可為您提供許多高性價比的應(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閃速存儲器1000次擦寫周期－全靜態(tài)工作模式：0Hz－33MHz三級程序加密鎖1288字節(jié)內(nèi)部RAM32個可編程I／O口線2個16位定時／計數(shù)器6個中斷源全雙工串行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)指針掉電標識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 提供以下標準功能：4k 字節(jié)Flash 閃速存儲器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32個I／O 口線，看門狗（WDT） ，兩個數(shù)據(jù)指針，兩個16 位定時／計數(shù)器，一個5 向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。同時，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／計數(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，每位能驅(qū)動8個TTL邏輯門電路，對端口寫“l(fā)”可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉(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，P0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)，校驗時，要求外接上拉電阻。P1口：Pl 是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I／O口，Pl的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口寫“l(fā)” ，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流（IIL） 。Flash編程和程序校驗期間，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 是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I／O 口，P2 的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4 個TTL邏輯門電路。對端口寫“1” ，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流（IIL） 。在訪問外部程序存儲器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVX@DPTR指令）時，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)存儲器（如執(zhí)行MOVX@Ri 指令）時，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） ，在整個訪問期間不改變。Flash編程或校驗時，P2亦接收高位地址和其它控制信號。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 口輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4 個TTL邏輯門電路。對P3口寫入“l(fā)”時，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，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閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號。AT89S51 中有一個用于構(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。對外接電容Cl、C2 雖然沒有十分嚴格的要求，但電容容量的大小會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鐘。采用外部時鐘的電路如圖5右圖所示。這種情況下，外部時鐘脈沖接到XTAL1端，即內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端，XTAL2則懸空。由于外部時鐘信號是通過一個2分頻觸發(fā)器后作為內(nèi)部時鐘信號的，所以對外部時鐘信號的占空比沒有特殊要求，但最小高電平持續(xù)時間和最大的低電平持續(xù)時間應(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鐘線路圖。石英晶體時：C1，C2＝30pF 177。10pF 外部時鐘驅(qū)動電路陶瓷濾波器：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 AT89S51 控制，包括單片機系統(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)計主要包括單片機系統(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。單片機采用 AT89S51。采用 12MHz 高精度的晶振，以獲得較穩(wěn)定時鐘頻率，減小測量誤差。單片機用 端口輸出超聲波換能器所需的 40kHz 的方波信號， 端口監(jiān)測超聲波接收電路輸出的返回信號。顯示電路采用簡單實用的 3 位共陽 LED 數(shù)碼管，段碼輸出端口為單片機的 P2 口，位碼輸出端口分別為單片機的 、 口,數(shù)碼管位驅(qū)運用 PNP 三極管 S9012 三極管驅(qū)動。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 輸入一個低電平脈沖。單片機控制著超聲波的發(fā)送，超聲波發(fā)送完畢后，立即啟動內(nèi)部計時器 T0 計時，當(dāng)檢測到 由高電平變?yōu)榈碗娖胶?，立即停止?nèi)部計時器計時。單片機將測得的時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。 超聲波測距單片機系統(tǒng)超聲波測距單片機系統(tǒng)主要由：AT89S51 單片機、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)定超聲波測距報警值。如圖 33。圖 33：超聲波測距單片機系統(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 單片機的 輸出，經(jīng) BG1 推動超聲波脈沖變壓器，在脈沖變壓器次級形成 60VPP 的電壓，加載到超聲波發(fā)送頭上，驅(qū)動超聲波發(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，最后輸出一負跳變，輸入單片機的 P3 腳。圖 34：超聲波測距發(fā)送單元該測距電路的 40kHz 方波信號由單片機 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。由于單片機系統(tǒng)的晶振為 12M 晶振，因而單片機的時間分辨率是1181。s，所以只能產(chǎn)生半周期為 12181。s 或 13181。s 的方波信號，頻率分別為 和。本系統(tǒng)在編程時選用了后者，讓單片機產(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非常微弱，所以接收電路需要將其進行放大。接收電路如圖 35 所示。接收到的信號加到 BGBG2 組成的兩級放大器上進行放大。每級放大器的放大倍數(shù)為 70 倍。放大的信號通過檢波電路得到解調(diào)后的信號，即把多個脈沖波解調(diào)成多個大脈沖波。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)碼管采用動態(tài)掃描顯示，段碼輸出端口為單片機的 P2 口，位碼輸出端口分別為單片機的、 口,數(shù)碼管位驅(qū)運用 PNP 三極管 S9012 三極管驅(qū)動。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，系統(tǒng)工作電流約為 3045mA，為保證系統(tǒng)統(tǒng)計的可靠正常工作，系統(tǒng)的供電方式主要交流 AC69 伏，同時為調(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 整流成脈動直流后，經(jīng)慮波電容C1 慮波后形成直流電，為保證單片機系統(tǒng)的可電，供電路中由 5 伏的三端稱壓集成電路進行穩(wěn)壓后輸出 5 伏的真流電供整個系統(tǒng)用電，為進一步提高電源質(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 報警輸出電路為提高測測距系統(tǒng)的實用性，本測距系統(tǒng)的報警輸出提供開關(guān)量信號及聲響信號兩種方式。方式一：報警信號由單片機 端口輸出，繼電器輸出，可驅(qū)動較大的負載，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)定的報警值時，繼電器吸合，測量值