【文章內(nèi)容簡介】 錄（樹）(call tree)；不同格式的四個存儲區(qū)。 C51 編譯器KEIL C51 編譯器在遵循 ANSI 標(biāo)準的同時，為 8051 微控制器系列特別設(shè)計。語言上的擴展能讓用戶使用應(yīng)用中的所有資源。存儲器和特殊功能寄存器的存?。?C51 編譯器可以實現(xiàn)對 8051 系列所有資源的操作。SFR 的存取由 sfr 和 sbit 兩個關(guān)鍵字來提供。變量可旋轉(zhuǎn)到任一個地址空間。用關(guān)鍵字 at 還能把變量放入固定的存儲器。存儲模式（大，中，?。Q定了變量的存儲類型。連接定位器支持的代碼區(qū)可達 32 個，這就允許用戶在原有 64KROM 的 8015 基礎(chǔ)上擴展程序。在 V2 的編譯器和許多高性能仿真器中，可以支持應(yīng)用程序的調(diào)試。中斷功能：C51 允許用戶使用 C 語言編寫中斷服務(wù)程序，快速進、出代碼和寄存器區(qū)的轉(zhuǎn)換功能使 C 語言中斷功能更加高效。 可再入功能是用關(guān)鍵字來定義的。多任務(wù)，中斷或非中斷的代碼要求必須具備可再入功能。靈活的指針：C51 提供了靈活高效的指針。通用指針用 3 個字節(jié)來存儲存儲器類型及目標(biāo)地址，可以在 8051 的任意存儲區(qū)內(nèi)存取任何變量。特殊指針在聲明的同時已指定了存儲器類型，指向某一特定的存儲區(qū)域。由于地址的存儲只需 1－2 字節(jié)，因此，指針存取非常迅速。 部分代碼優(yōu)化通用代碼優(yōu)化：常量重疊(constant folding)；通用子表達式刪除(mon subexpression elimination)；長度縮減速(reduction)；控制流優(yōu)化(control flow optimization)；寄存器變量使用 (register variable usage)；寄存器間參數(shù)傳遞(parameter passing in register)；循環(huán)(loop rotation) ；死碼刪除(dead code elimination)；通用 Tail Merging；通用子程序塊打包(block subroutine packing)。8051 特殊優(yōu)化：孔頸優(yōu)化(peephole optimization)；跳轉(zhuǎn)－分支優(yōu)化(switchcase optimization)；中斷函數(shù)優(yōu)化(interrupt function optimization)；數(shù)字覆蓋(overlaying)；擴展入口優(yōu)化 (extended access optimization)。寄存器優(yōu)化：C51 為函數(shù)參數(shù)和局域變量分配了 9 個 CPU 寄存器。寄存器間最多可傳遞三個參數(shù)。P 全局寄存器優(yōu)化可刪除不必要代碼，優(yōu)化 CPU 寄存器設(shè)備。 C 語言實時庫：C51 實時庫含 100 多種功能，其中大多數(shù)是可再入的。庫支持所有的 ANSI C 的程序，與嵌入式應(yīng)用程序的限制相符。固有程序為硬件提供特殊指令，如：nop, testbit, rol, ror。 A51 宏匯編：A51 宏匯編支持標(biāo)準宏和 MPL 宏。要實現(xiàn)快速產(chǎn)生匯編程序SHELL，就直接使用 C51 編譯器的 SRC。在 A51 V7 版本中，允許用戶包含的頭文件來定義常量和 SFR。如今，一個單一頭文件可被應(yīng)用到 X 程序和匯編程序中。 RTX51 實時核模塊RTX51 多任務(wù)實時內(nèi)核可以簡化那些過程復(fù)雜，時間緊迫的軟件項目。RTX51 是無版稅的，完全集成到 Keil C51 工具鏈上，支持 C 語言和匯編語言程序，也完全支持代碼區(qū)的應(yīng)用程序。RTX51 完全支持：標(biāo)準任務(wù)（用一個共享寄存器區(qū)） ； 快速任務(wù)（用一個專用寄存器區(qū)） ；CAN；郵箱（為內(nèi)部任務(wù)通信） ； 存儲池(memory pools)。 RTX51 Tiny 是簡化后的內(nèi)核，適于單片機系統(tǒng)。 RTX51 和 RTX51 Tiny 都可使用戶創(chuàng)建和撤消任務(wù)，發(fā)送和接收信號，也可執(zhí)行其它操作系統(tǒng)管理。 上下文切換（任務(wù)切換）：輪詢方式(roundrobin)，每個任務(wù)在一個規(guī)定的時間段內(nèi)運行，當(dāng)一個任務(wù)的時間段結(jié)束時，另一個任務(wù)隨之開始；搶占方式(preemptive)，優(yōu)先級最高的任務(wù)最先執(zhí)行，直到被一個具有更高優(yōu)先級的任務(wù)打斷，或是為等待某個事件而主動放棄控制權(quán)。 事件與中斷，RTX 51 支持下列事件：Timeouts 延遲到特定定時點；Intervals 延遲一段時間間隔；Signals 協(xié)調(diào)內(nèi)部任務(wù)操作；Messages 在任務(wù)間互傳信息；Interrupts 處理硬件中斷； Semaphores 共享有限資源 . RTX51 同時支持中斷功能，可以向任務(wù)中發(fā)送或從任務(wù)中接收信號和信息。 測試程序uVision2 調(diào)試器具備所有常規(guī)源極調(diào)試，符號調(diào)試特性以及歷史跟蹤，代碼覆蓋，復(fù)雜斷點等功能．DDE 界面和 shift 語言支持自動程序測試． CPU 和外設(shè)模擬裝置：uVision2 為 8051 及衍生產(chǎn)品提供了高速 CPU 模擬功能和片上擴展口．在對話框內(nèi)可直接觀察和修改 I/O 值，也可以用預(yù)裝的 CLIKE 宏指令書寫符號函數(shù)來提供動態(tài)輸入。 目標(biāo)監(jiān)控器：uVision2 含一個可配置的監(jiān)控器，可測試目標(biāo)器件上的軟件體。監(jiān)控器用 uVision2 的調(diào)試器直接工作，可支持代碼區(qū)。它要求目標(biāo)系統(tǒng)具備 6 字節(jié)堆?？臻g，6KB 的代碼 ROM 和 256 字節(jié) Xdata RAM。 MCB517/251 啟動工具包：在開始一項 8051 工程時，MCB 啟動工具會對你有很大幫助。每一個啟動工具包括一套 2K 字節(jié)的開發(fā)工具和許多可快速運行的舉例程序。用戶可在檢測 8051 性能的同時，查看開發(fā)工具的可行性。 MCB517AC 板含高性能 Infineon C517A 單片機，它提供標(biāo)準 8052 外圍設(shè)備和 A/D 轉(zhuǎn)換器，PWM，搜索/比較，8 位數(shù)據(jù)指針，一個高速運算單元。同時包含對 81C90CAN 控制器和代碼區(qū)的支持。 C51 V7 版增強功能介紹 C51 V7 版提供了很多新的和增強的功能，使開發(fā) 8051 嵌入式應(yīng)用比以前更加簡單。C51 V7 版新功能包括：新版編譯器和連接器更加優(yōu)化，可以縮短程序的大小；能完全模擬支持的器件更多，如 Philips 80C51MX, Dallas 80C390 和Analog Devices MicroConverters；新的 ISD51 系統(tǒng)內(nèi)調(diào)試器，允許在不變的目標(biāo)硬件上調(diào)試程序；可更好地支持 Philips 51MX 的 24 位地址；RTX51 Tiny 增加了新功能，它比以前更小，但提供的功能更多。第 3 章 超聲波測距原理 超聲波原理及應(yīng)用 超聲波原理聲波是物體機械振動狀態(tài)（或能量）的傳播形式。所謂振動是指物質(zhì)的質(zhì)點在其平衡位置附近進行的往返運動。譬如，鼓面經(jīng)敲擊后，它就上下振動，這種振動狀態(tài)通過空氣媒質(zhì)向四面八方傳播，這便是聲波。 超聲波是指振動頻率大于 20220Hz 以上的,其每秒的振動次數(shù)（頻率）甚高，超出了人耳聽覺的上限（20220Hz） ，人們將這種聽不見的聲波叫做超聲波。超聲和可聞聲本質(zhì)上是一致的，它們的共同點都是一種機械振動，通常以縱波的方式在彈性介質(zhì)內(nèi)會傳播，是一種能量的傳播形式，其不同點是超聲頻率高，波長短，在一定距離內(nèi)沿直線傳播具有良好的束射性和方向性。 超聲波應(yīng)用由于超聲波具有如下特性：超聲波可在氣體、液體、固體、固熔體等介質(zhì)中有效傳播；超聲波可傳遞很強的能量；超聲波會產(chǎn)生反射、干涉、疊加和共振現(xiàn)象；超聲波在液體介質(zhì)中傳播時，可在界面上產(chǎn)生強烈的沖擊和空化現(xiàn)象。超聲效應(yīng)已廣泛用于實際，主要有如下幾方面：超聲檢驗。超聲波的波長比一般聲波要短，具有較好的方向性，而且能透過不透明物質(zhì)，這一特性已被廣泛用于超聲波探傷、測厚、測距、遙控和超聲成像技術(shù)。超聲成像是利用超聲波呈現(xiàn)不透明物內(nèi)部形象的技術(shù) 。把從換能器發(fā)出的超聲波經(jīng)聲透鏡聚焦在不透明試樣上，從試樣透出的超聲波攜帶了被照部位的信息（如對聲波的反射、吸收和散射的能力） ，經(jīng)聲透鏡匯聚在壓電接收器上，所得電信號輸入放大器，利用掃描系統(tǒng)可把不透明試樣的形象顯示在熒光屏上。上述裝置稱為超聲顯微鏡。超聲成像技術(shù)已在醫(yī)療檢查方面獲得普遍應(yīng)用，在微電子器件制造業(yè)中用來對大規(guī)模集成電路進行檢查，在材料科學(xué)中用來顯示合金中不同組分的區(qū)域和晶粒間界等。聲全息術(shù)是利用超聲波的干涉原理記錄和重現(xiàn)不透明物的立體圖像的聲成像技術(shù)，其原理與光波的全息術(shù)基本相同，只是記錄手段不同而已（見全息術(shù)） 。用同一超聲信號源激勵兩個放置在液體中的換能器，它們分別發(fā)射兩束相干的超聲波：一束透過被研究的物體后成為物波，另一束作為參考波。物波和參考波在液面上相干疊加形成聲全息圖，用激光束照射聲全息圖，利用激光在聲全息圖上反射時產(chǎn)生的衍射效應(yīng)而獲得物的重現(xiàn)像，通常用攝像機和電視機作實時觀察?！? 超聲處理。利用超聲的機械作用、空化作用、熱效應(yīng)和化學(xué)效應(yīng)，可進行超聲焊接、鉆孔、固體的粉碎、乳化、脫氣、除塵、去鍋垢、清洗、滅菌、促進化學(xué)反應(yīng)和進行生物學(xué)研究等，在工礦業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療等各個部門獲得了廣泛應(yīng)用?！?基礎(chǔ)研究。超聲波作用于介質(zhì)后，在介質(zhì)中產(chǎn)生聲弛豫過程，聲弛豫過程伴隨著能量在分子各自電度間的輸運過程，并在宏觀上表現(xiàn)出對聲波的吸收（見聲波） 。通過物質(zhì)對超聲的吸收規(guī)律可探索物質(zhì)的特性和結(jié)構(gòu)，這方面的研究構(gòu)成了分子聲學(xué)這一聲學(xué)分支。普通聲波的波長遠大于固體中的原子間距，在此條件下固體可當(dāng)作連續(xù)介質(zhì)。但對頻率在 1012 赫以上的特超聲波，波長可與固體中的原子間距相比擬，此時必須把固體當(dāng)作是具有空間周期性的點陣結(jié)構(gòu)。點陣振動的能量是量子化的，稱為聲子（見固體物理學(xué)） 。特超聲對固體的作用可歸結(jié)為特超聲與熱聲子、電子、光子和各種準粒子的相互作用。對固體中特超聲的產(chǎn)生、檢測和傳播規(guī)律的研究，以及量子液體 ——液態(tài)氦中聲現(xiàn)象的研究構(gòu)成了近代聲學(xué)的新領(lǐng)域。 超聲波測距原理超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時刻的同時開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到反射波就立即停止計時。超聲波在空氣中的傳播速度為 v，根據(jù)計時器記錄的時間 t，就可以計算出發(fā)射點距障礙物的距離(s)，即： (32)2ts??這就是所謂的時間差測距法。采用超聲波測量大氣中的地面距離，是近代電子技術(shù)發(fā)展才獲得正式應(yīng)用的技術(shù)，由于超聲測距是一種非接觸檢測技術(shù)，不受光線、被測對象顏色等的影響，在較惡劣的環(huán)境(如含粉塵)具有一定的適應(yīng)能力。因此，用途極度廣泛。例如:測繪地形圖，建造房屋、橋梁、道路、開挖礦山、油井等，利用超聲波測量地面距離的方法，是利用光電技術(shù)實現(xiàn)的，超聲測距儀的優(yōu)點是:儀器造價比光波測距儀低，省力、操作方便。由于是利用超聲波測距，要測量預(yù)期的距離，所以產(chǎn)生的超聲波要有一定的功率和合理的頻率才能達到預(yù)定的傳播距離，同時這是得到足夠的回波功率的必要條件，只有的得到足夠的回波頻率，接收電路才能檢測到回波信號和防止外界干擾信號的干擾。經(jīng)分析和大量實驗表明，頻率為40KHz 左右的超聲波在空氣中傳播效果最佳，同時為了處理方便，發(fā)射的超聲波被調(diào)制成具有一定間隔的調(diào)制脈沖波信號。第 4 章 測距系統(tǒng)構(gòu)成與誤差分析 單片機控制器單片機又稱單片微控制器,它不是完成某一個邏輯功能的芯片,而是把一個計算機系統(tǒng)集成到一個芯片上,大大縮短了系統(tǒng)內(nèi)信號傳送距離，從而提高了系統(tǒng)的可靠性及運行速度。因而在工業(yè)測控領(lǐng)域中，單片機系統(tǒng)是最理想的控制系統(tǒng)。所以，單片機是典型的嵌人式系統(tǒng)，是嵌入式系統(tǒng)低端應(yīng)用的最佳選擇。本課題選用89S51單片機，89S51相對于89C51增加的新功能包括： ISP 在線編程功能，這個功能的優(yōu)勢在于改寫單片機存儲器內(nèi)的程序不需要把芯片從工作環(huán)境中剝離。是一個強大易用的功能。 最高工作頻率為33MHz，大家都知道89C51的極限工作頻率是24M，就是說S51具有更高工作頻率，從而具有了更快的計算速度。 具有雙工 UART 串行通道。 內(nèi)部集成看門狗計時器兼容性方面：向下完全兼容51全部字系列產(chǎn)品。比如80589C51等等早期MCS51兼容產(chǎn)品。 傳感器 超聲波傳感器原理與選型超聲波傳感器主要材料有壓電晶體（電致伸縮）及鎳鐵鋁合金（磁致伸縮）兩類。電致伸縮的材料有鋯鈦酸鉛（PZT）等。壓電晶體組成的超聲波傳感器是一種可逆?zhèn)鞲衅鳎梢詫㈦娔苻D(zhuǎn)變成機械振蕩而產(chǎn)生超聲波，同時它接收到超聲波時，也能轉(zhuǎn)變成電能，所以它可以分成發(fā)送器或接收器。小型超聲波傳感器，發(fā)送與接收略有差別，它適用于在空氣中傳播，工作頻率一般為2325kHz 及4045kHz。這類傳感器適用于測距、遙控、防盜等用途。若對發(fā)送傳感器內(nèi)諧振頻率為40kHz 的壓電陶瓷片(雙晶振子) 施加40kHz 高頻電壓，則壓電陶瓷片就根據(jù)所加高頻電壓極性伸長與縮短，于是發(fā)送40kHz 頻率的超聲波，其超聲波以疏密形式傳播( 疏密程度可由控制電路調(diào)制)，并傳給波接收器。接收器是利用壓力傳感器所采用的壓電效應(yīng)的原理，即在壓電元件上施加壓力，使壓電元件發(fā)生應(yīng)變，則產(chǎn)生一面為“+”極，另一面為“”極的40kHz 正弦電壓。因該高頻電壓幅值較小，還必須進行放大。常用的超聲波傳感器有 T/R4060，