【文章內(nèi)容簡介】 儲器選通信號（PSEN）是外部程序存儲器選通信號。 當(dāng) AT89C51從外部程序存儲器執(zhí)行外部代碼時，PSEN在每個機器周期被激活兩次，而在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，PSEN將不被激活。 (10) EA/VPP:訪問外部程序存儲器控制信號。為使能從0000H 到FFFFH的外部程序存儲器讀取指令，EA必須接GND。 為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令，EA應(yīng)該接VCC。 在flash編程期間，EA也接收12伏VPP電壓。 (11) XTAL1:振蕩器反相放大器和內(nèi)部時鐘發(fā)生電路的輸入端。 (12) XTAL2:振蕩器反相放大器的輸出端。超聲波發(fā)射電路原理圖如圖17所示。發(fā)射電路主要由反相器74ls04和超聲波發(fā)射換能器T構(gòu)成，另一路經(jīng)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(qū)動能力。上位電阻R1O、R11一方面可以提高反向器74hc04輸出高電平的驅(qū)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。其原理圖如圖42所示。圖42 超聲波諧振頻率調(diào)理電路 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(nèi)部有兩個壓電晶片和一個換能板。當(dāng)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(chǎn)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(dāng)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(zhuǎn)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(jié)構(gòu)上稍有不同，使用時應(yīng)分清器件上的標(biāo)志。集成電路CX20106A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?？紤]到紅外遙控常用的載波頻率38 kHz與測距的超聲波頻率40 kHz較為接近，可以利用它制作超聲波檢測接收電路(如圖4)。實驗證明用CX20106A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(dāng)更改電容C4的大小，可以改變接收電路的靈敏度和抗干擾能力。圖43 超聲波檢測接收電路本電路的顯示模塊主要由一個4位一體的7段LED數(shù)碼管構(gòu)成，用于顯示測量到的電壓值。它是一個共陽極的數(shù)碼管，每一位數(shù)碼管的a,b,c,d,e,f,g和dp端都各自連接在一起，用于接收單片機的P1口產(chǎn)生的顯示段碼。S1，S2，S3，S4引腳端為其位選端，用于接收單片機的P2口產(chǎn)生的位選碼。本系統(tǒng)采用動態(tài)掃描方式。掃描方式是用其接口電路把所有數(shù)碼管的8個比劃段a~g和dp同名端連在一起，而每一個數(shù)碼管的公共極COM各自獨立地受I/O線控制。CUP從字段輸出口送出字型碼時，所有數(shù)碼管接收到相同的字型碼，但究竟是哪個數(shù)碼管亮，則取決于COM端。COM端與單片機的I/O接口相連接，由單片機輸出位位選碼到I/O接口，控制何時哪一位數(shù)碼管被點亮。在輪流點亮數(shù)碼管的位掃描過程中，每位數(shù)碼管的點亮?xí)r間極為短暫。但由于人的視覺暫留現(xiàn)象，給人的印象就是一組穩(wěn)定顯示的數(shù)碼。動態(tài)方式的優(yōu)點是十分明顯的，即耗電省，在動態(tài)掃描過程中，任何時刻只有一個數(shù)碼管是處于工作狀態(tài)的。具體原理圖如圖44圖44 數(shù)碼管顯示模塊第五章 系統(tǒng)軟件程序設(shè)計 超聲波測距程序設(shè)計超聲波測距器軟件設(shè)計主要由主程序、超聲波發(fā)射子程序、超聲波接收中斷程序及顯示子程序組成。超聲波主程序首先對系統(tǒng)初始化，設(shè)置定時器的初值和工作方式，使總中斷允許位EA=1，并給顯示端口清零。然后調(diào)用超聲波發(fā)生子程序送出一個超聲波脈沖，為避免超聲波從發(fā)射器直接傳送到接收器引起的直接波觸發(fā)，（這也就是測距器會有一個最小可能測距的原因）后，才能打開外中斷0接收返回的超聲波信號。由于采用12MHZ的晶振，機器周期為1us，當(dāng)主程序檢測到接收成功的標(biāo)志位后，將計數(shù)器T0中的數(shù)（即超聲波來回所用的時間）按下式計算即可測得被測物體與測距器之間的距離，設(shè)計時取20攝氏度時的聲速344m/s，則有：，（其中T0為計數(shù)器T0的計數(shù)值）。我們知道C語言程序有利于實現(xiàn)較復(fù)雜的算法，匯編語言程序則具有較高的效容易精細(xì)計算程序運行的時間，所以控制程序我采用C語言編程。（頻率約40kHz的方波），脈沖寬度為12μs左右，同時把計數(shù)器T0打開進(jìn)行計時。利用外中斷0檢測返回超聲波信號，一旦接收到返回超聲波信號（即INT0引腳出現(xiàn)低電平），立即進(jìn)入中斷程序。進(jìn)入中斷后就立即關(guān)閉計時器T0停止計時，并將測距成功標(biāo)志字賦值1。 超聲波測距流程圖開始初始化發(fā)射按鍵是否按下發(fā)射超聲波脈沖停止定時器計時，并且計算出時間，根據(jù)時間計算出距離是否有外部中斷通過數(shù)碼管顯示出距離結(jié)束YNYN圖51 系統(tǒng)整體流程圖第六章 系統(tǒng)軟硬件調(diào)試 硬件調(diào)試 超聲波測距儀的制作和調(diào)試都比較簡單，其中超聲波發(fā)射和接收采用Φ15的超聲波換能器74ls04（T發(fā)射）和CX20106A（R接收），中心頻率為40kHz，安裝時應(yīng)保持兩換能器中心軸線平行并相距4～8cm，其余元件無特殊要求。若能將超聲波接收電路用金屬殼屏蔽起來，則可提高抗干擾能力。根據(jù)測量范圍要求不同，可適當(dāng)調(diào)整與接收換能器并接的濾波電容的大小，以獲得合適的接收靈敏度和抗干擾能力。在本次設(shè)計中，主控模塊是非常重要的部分，它不僅是本次設(shè)計的核心，在本次硬件調(diào)試中也遇到了問題，接上電源的時候，數(shù)碼管不亮，沒有任何顯示，于是我做了如下的工作：(1)檢查電源是否通電，發(fā)現(xiàn)指示燈亮著；(2)編程使P1為低電平，檢查到P1輸出為低；(3)檢查P0口未接上拉電阻，接上數(shù)碼管發(fā)亮了。 軟件調(diào)試 硬件電路制作完成并調(diào)試好后，便可將程序編譯好下載到單片機試運行。根據(jù)實際情況可以修改超聲波發(fā)生子程序每次發(fā)送的脈沖寬度和兩次測量的間隔時間，以適應(yīng)不同距離的測量需要。根據(jù)所設(shè)計的電路參數(shù)和程序，～，測距儀最大誤差不超過1cm。系統(tǒng)調(diào)試完后應(yīng)對測量誤差和重復(fù)一致性進(jìn)行多次實驗分析，不斷優(yōu)化系統(tǒng)使其達(dá)到實際使用的測量要求。 測試結(jié)果 按照設(shè)計的硬件電路和軟件，做成成品，調(diào)試好后，對系統(tǒng)進(jìn)行測試，測試數(shù)據(jù)如表61所示。表61 測距數(shù)據(jù)實際距離測量距離誤 差1111111111實際距離測量距離102171誤 差0111212112實際距離200250300350400450500550600650測量距離誤 差23242454712第七章 調(diào)試中遇到的問題 發(fā)射接收時間對測量精度的影響分析 采用壓電超聲波傳感器，脈沖發(fā)射由單片機控制，發(fā)射頻率 40KHz ，忽略脈沖電路硬件產(chǎn)生的延時，可知由軟件生成的起始時間對于一般要求的精度是可靠的。對于接收到的回波，超聲波在空氣介質(zhì)的傳播過程中會有很大的衰減，其衰減遵循指數(shù)規(guī)律。超聲波在傳播過程中存在衰減，且超聲波頻率越高，衰減越快，但頻率的增高有利于提高超聲波的指向性。 經(jīng)以上分析，超聲波回波的幅值在傳播過程中衰減很大，收到的回波信號可能十分微弱，要想判斷捕獲到的第一個回波確定準(zhǔn)確的接受時間，必須對收到的信號進(jìn)行足夠的放大，否則不正確的判斷回波時間，會對超聲波測量精度產(chǎn)生影響。 當(dāng)?shù)芈曀賹y量精度的影響分析 當(dāng)?shù)芈曀賹Τ暡y距測量精度的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)要比收發(fā)時間的影響嚴(yán)重。超聲波在大氣中傳播的速度受介質(zhì)氣體的溫度、密度及氣體分子成分的影響，在空氣中，當(dāng)?shù)芈曀僦粵Q定于氣體的溫度，因此獲得準(zhǔn)確的當(dāng)?shù)貧鉁乜梢杂行У奶岣叱暡y距時的測量精度。工程上常用的由氣溫估算當(dāng)?shù)芈曀佟嶋H情況下，溫度每上升或者下降 1c, 聲速將增加或者減少 /s ，這個影響對于較高精度的測量是相當(dāng)嚴(yán)重的。因此提高超聲波測量精度的重中之重就是獲得準(zhǔn)確的當(dāng)?shù)芈曀佟?總 結(jié)對所設(shè)計的電路進(jìn)行測量、校準(zhǔn)發(fā)現(xiàn)其測量范圍15cm~250cm內(nèi)的平面物體做了多次測量發(fā)現(xiàn)，其最大誤差為2cm， m，且重復(fù)性好。該測距儀穩(wěn)定性比較高、靈敏度比較高，盲區(qū)范圍小，, 被測目標(biāo)不需要垂直于超聲波測距儀角度保持在正負(fù)30度，被測目標(biāo)表面不需要平坦；但是在檢測過程中會有一些不便的地方：，由于發(fā)射功率有限，測距儀無法測量5m外的物體。超聲波測距的原理是利用超聲波的發(fā)射和接受，根據(jù)超聲波傳播的時間來計算出傳播距離。實用的測距方法有兩種，一種是在被測距離的兩端，一端發(fā)射，另一端接收的直接波方式，適用于身高計；一種是發(fā)射波被物體反射回來后接收的反射波方式，適用于測距儀。此次設(shè)計采用反射波方式。由上述的分析知，如果能夠知道當(dāng)?shù)販囟?，則可根據(jù)公式求出當(dāng)?shù)芈曀伲瑥亩軌颢@得較高的測量精度。而問題的關(guān)鍵在于獲得溫度數(shù)據(jù)的方法。采用熱敏電阻、熱電耦、集成溫度傳感器都可以獲得較為準(zhǔn)確的溫度值，在復(fù)雜環(huán)境下，如果難于獲得環(huán)境溫度，或者不便獲得環(huán)境溫度時，如果仍舊要求較高的測量精度，我們采用所謂標(biāo)桿校正的方法實現(xiàn)超聲波測距精度的校正。超聲波測距裝置首先測量距離已知為 h 的基平面（標(biāo)桿）聲波往返所用的時間，而后由測得的時間和距離 h 根據(jù)公式求出當(dāng)?shù)芈曀?。通過這樣的方法，我們也能夠順利的求出聲速，省去了使用傳感器測量溫度所帶來的麻煩。因此，只用為測距設(shè)備設(shè)定“標(biāo)定”和“測量”兩種狀態(tài)，即能夠?qū)崿F(xiàn)溫度校正所能實現(xiàn)的高精度測距功能。本文主要介紹了以單片機AT89C51為處理器超聲波測距器的設(shè)計過程，包括電路設(shè)計和程序的