【文章內容簡介】 若外部施加的極性變反，如圖 c 所示那樣，壓電陶瓷在厚度方向上伸長，在長度方向上縮短。圖 22 壓電逆效應圖 單片機超聲波測距系統(tǒng)構成單片機 AT89C2051 發(fā)出短暫的 40kHz 信號，經(jīng)放大后通過超聲波換能器輸出；反射后的超聲波經(jīng)超聲波換能器作為系統(tǒng)的輸入，鎖相環(huán)對此信號鎖定，產(chǎn)生鎖定信號啟動單片機中斷程序，讀出時間 t，再由系統(tǒng)軟件對其進行計算、判別后，相應的計算結果被送至 LED 數(shù)碼管進行顯示。限制超聲波系統(tǒng)的最大可測距離存在四個因素：超聲波的幅度、反射物的質地、反射和入射聲波之間的夾角以及接收換能器的靈敏度。接收換能器對聲波脈沖的直接接收能力將決定最小可測距離。開始測量超聲波信號開定時器關定時器數(shù)據(jù)運算顯示器接收檢測 電聲換能器電聲換能器驅動電路圖 23 超聲波測距系統(tǒng)框圖三、設計方案按照系統(tǒng)設計的功能的要求，初步確定設計系統(tǒng)由單片機主控模塊、顯示模塊、超聲波發(fā)射模塊、接收模塊共四個模塊組成。單片機主控芯片使用 51 系列 AT89C2051 單片機，該單片機工作性能穩(wěn)定，同時也是在單片機課程設計中經(jīng)常使用到的控制芯片。發(fā)射電路由單片機輸出端直接驅動超聲波發(fā)送。接收電路使用三極管組成的放大電路，該電路簡單，調試工作小較小。圖 31：系統(tǒng)設計框圖硬件電路的設計主要包括單片機系統(tǒng)及顯示電路、超聲波發(fā)射電路和超聲波接收電路三部分。單片機采用 AT89C2051。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 P1 口，位碼輸出端口分別為單片機的、 口,數(shù)碼管位驅運用 PNP 三極管 S9012 三極管驅動。 AT89C2051 單片機AT89C2051 是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機，片內含 2k bytes 的可反復擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和 128 bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM） ，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術生產(chǎn)，兼容標準 MCS5l 指令系統(tǒng)，片內置通用 8 位 央處理器和 Flash 存儲單元，功能強大。AT89C2051 單片機可為您提供許多高性價比的應用場合。 主要性能參數(shù)與 MCS51 產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容 2k 字節(jié)可重擦寫閃速存儲器 1000 次擦寫周期 －6V 的工作電壓范圍 全靜態(tài)操作：0Hz－24MHz 兩級加密程序存儲器 1288 字節(jié)內部 RAM 超聲波接收模塊超聲波發(fā)射模塊單片機控制系統(tǒng)（AT89C2051） 顯示模塊鍵盤模塊供電單元15 個可編程 I／O 口線 2 個 l6 位定時／計數(shù)器 6 個 斷源 可編程串行 UART 通道 可直接驅動 LED 的輸出端口內置一個模擬比較器 低功耗空閑和掉電模式 功能特性概述 AT89C2051 提供以下標準功能：2k 字節(jié) Flash 閃速存儲器，128 字節(jié)內部 RAM，15個 I／O 口線，兩個 16 位定時／計 數(shù)器，—個 5 向量兩級 斷結構，一個全雙工串行通信口，內置—個精密比較器，片內振蕩器及時鐘電路。同時，AT89C2051 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 斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存 RAM 中的內容，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位。 超聲波測距系統(tǒng)構成本系統(tǒng)由單片機 A T 8 9 C 2 0 5 1 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。硬件電路的設計主要包括單片機系統(tǒng)及顯示電路、超聲波發(fā)射電路和超聲波接收電路三部分。單片機采用 AT89C2051。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 P1 口，位碼輸出端口分別為單片機的 、 口,數(shù)碼管位驅運用 PNP 三極管 S9012三極管驅動。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，立即啟動內部計時器 T0 計時，當檢測到 由高電平變?yōu)榈碗娖胶?，立即停止內部計時器計時。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：A T 8 9 C 2 0 5 1 單片機、晶振、復位電路、電源濾波部份構成。如圖 32。圖 32：超聲波測距單片機系統(tǒng) 超聲波發(fā)射、接收電路超聲波發(fā)射、接收電路如圖 33。超聲波發(fā)射部份由電阻 R2 及超聲波發(fā)送頭 T40板成；接收電路由 BGBG2X 組成的兩組三級管放大電路組成；檢波電路、比較整形電路由 CDD2 及 BG3 組成。40kHz 的方波由 A T 8 9 C 2 0 5 1 單片機的 P 3 .5 驅動超聲波發(fā)射頭發(fā)射超聲波，經(jīng)反射后由超聲波接收頭接收到 40kHz 的正弦波，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。該測距電路的 40kHz 方波信號由單片機 A T 8 9 C 2 0 5 1 的 P 3 .5 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。圖 33：超聲波測距發(fā)送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 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后的信號，即把多個脈沖波解調成多個大脈沖波。這里使用的是 I N