【文章內(nèi)容簡介】 常采用以下幾種方式：⑴上電自動(dòng)復(fù)位，上電自動(dòng)復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的點(diǎn)容充電來實(shí)現(xiàn)的，在電容充電的過程中，RST端出現(xiàn)正脈沖，從而使單片機(jī)復(fù)位。⑵系統(tǒng)復(fù)位，在實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中，為了保證復(fù)位電路可靠工作，常將RC電路接施密特電路后再接入單片機(jī)復(fù)位端和外圍電路復(fù)位端。適用于應(yīng)用現(xiàn)場干擾大、電壓波動(dòng)大的工作環(huán)境，并且，當(dāng)系統(tǒng)有多個(gè)復(fù)位端時(shí)，能保證可靠的同步復(fù)位。⑶按鍵電平復(fù)位，按鍵電平復(fù)位是通過使復(fù)位端經(jīng)電阻與VCC電源接通而實(shí)現(xiàn)的?？紤]本設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡單，干擾小，故采用按鍵電平復(fù)位。電路圖如圖10所示。圖10 按鍵電平復(fù)位電路 時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作所需要的時(shí)鐘信號，單片機(jī)本身就是一個(gè)復(fù)雜的同步時(shí)序電路，為了保證同步工作方式的實(shí)現(xiàn)，電路應(yīng)在唯一的時(shí)鐘信號控制下嚴(yán)格的按時(shí)序進(jìn)行工作。該時(shí)鐘電路由兩個(gè)電容和一個(gè)晶體振蕩器構(gòu)成。XTAL1是接外部晶體管的一個(gè)引腳，在單片機(jī)內(nèi)部，它是一個(gè)反相放大器的輸入端，這個(gè)放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。輸出端為引腳XTAL2，在芯片的外部通過這兩個(gè)引腳接晶體振蕩器和微調(diào)電容，形成反饋電路，構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。電路中的電容一般取30左右，電路中采用12，晶體振蕩器的頻率越高，振蕩頻率就越高。其電路如圖11所示。圖11 時(shí)鐘電路 超聲波測距電路，利用外中端口檢測超聲波接收電路的返回信號，顯示電路采用簡單的4位LED數(shù)碼管。采用STC89C52來實(shí)現(xiàn)對CX20106A紅外接收芯片和超聲波轉(zhuǎn)換模塊的控制。然后利用單片機(jī)的INTO，當(dāng)INTO引腳的電平由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)就認(rèn)為超聲波已經(jīng)返回。計(jì)數(shù)器所記的數(shù)據(jù)就是超聲波所經(jīng)歷的時(shí)間，通過換算就可以得到傳感器與障礙物之間的距離。本系統(tǒng)的特點(diǎn)是利用單片機(jī)控制超聲波的發(fā)射和對超聲波自發(fā)射到接收往返時(shí)間的計(jì)時(shí)。其電路圖如圖12所示。圖12 超聲波測距電路圖3 芯片的介紹 系統(tǒng)主控芯片的介紹選擇STC89C52單片機(jī)作為該系統(tǒng)的主控芯片。STC89C52片內(nèi)含有8K的可反復(fù)擦寫的只讀Flash程序存儲(chǔ)器和512 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）。40個(gè)引腳，32個(gè)雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時(shí)含有3個(gè)16位可編程定時(shí)器，2個(gè)串行中斷，2個(gè)外部中斷源和2個(gè)讀寫中斷口線。性能卓越，保密性好，因?yàn)椴捎么跓龑懰詿龑懜奖愀踩?，不用?dān)心會(huì)燒壞芯片，STC單片機(jī)可重復(fù)燒寫10萬次,是普通51單片機(jī)的100倍。STC89C52完全兼容AT89C5AT89C52 、AT89S5 AT89S52 ,擴(kuò)展性比AT89S52強(qiáng)很多。STC89C52的管腳圖如圖13：圖13 STC89C52管腳I/O端口的編程實(shí)際上就是根據(jù)應(yīng)用電路的具體功能和要求對I/O寄存器進(jìn)行編程。具體步驟如下：⑴根據(jù)實(shí)際電路的要求，選擇要使用哪些I/O端口，用EQU偽指令定義其相應(yīng)的寄存器；⑵初始化端口的數(shù)據(jù)輸出寄存器，應(yīng)避免端口作為輸出時(shí)的開始階段出現(xiàn)不確定狀態(tài)，影響外圍電路正常工作；⑶根據(jù)外圍電路功能，確定I/O端口的方向，初始化端口的數(shù)據(jù)方向寄存器。對于用作輸入的端口可以不考慮方向初始化，因?yàn)镮/O的復(fù)位缺省值為輸入；⑷用作輸入的I/O管腳，如需上拉，再通過輸入上拉使能寄存器為其內(nèi)部配置上拉電阻；⑸最后對I/O端口進(jìn)行輸出（寫數(shù)據(jù)輸出寄存器）和輸入（讀端口）編程，完成對外圍電路的相應(yīng)功能。 CX20106ACX20106A紅外接收專用集成電路IC性能優(yōu)越，封裝形式及體積與許多遙控信號接收器IC相同或相似，可用來代替多種信號的遙控集成電路。CX20106A采用8腳單列直插式塑料封裝，內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖14.圖14 CX20106A內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖CX20106A的①腳接收外部的電信號，CX20106A的總放大增益約為80dB，以確保其⑦?？傇鲆娲笮∮散谀_外接的電阻和電容決定，電阻越小或電容越大，增益越高。電容取值過大時(shí)將造成頻率響應(yīng)變差，通常取1.③腳需要連接一個(gè)檢波電容，當(dāng)容量較大時(shí)將變成平均值檢波，瞬態(tài)響應(yīng)靈敏度會(huì)變低，較小時(shí)雖然仍為峰值檢波，且瞬態(tài)響應(yīng)靈敏度很高，但檢波輸出脈沖寬度會(huì)發(fā)生較大變動(dòng)，容易造成解調(diào)出錯(cuò)而產(chǎn)生誤操作。帶通濾波器中心頻率需接一個(gè)外部電阻,改變阻值，可改變載波信號的接受頻率，當(dāng)偏離載波頻率時(shí)，放大增益會(huì)顯著下降。⑥腳外接積分電容，一般取330，取值過大，雖然可使抗干擾能力增強(qiáng)，但也會(huì)使輸出編碼脈沖的低電平持續(xù)時(shí)間增長，造成遙控距離變短。⑦腳為輸出端，CX20106A處理后的脈沖信號由⑦腳輸出給后續(xù)電路再加工處理推動(dòng)負(fù)載工作。CX20106A各管腳的功能：①腳為紅外信號輸入端，該腳的輸入阻抗約為40②腳為增益調(diào)節(jié)端，該腳與地之間連接RC串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，它們是負(fù)反饋串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)組成部分，改變它們的數(shù)值能改變前置放大器的增益和頻率特性。增大電阻或減小電容，將使負(fù)反饋量增大，放大倍數(shù)下降，反之則放大倍數(shù)增大。但電容的改變會(huì)影響到頻率特性，一般在實(shí)際使用中不必改動(dòng)，電容為1.③腳為檢波端，該腳與地之間連接檢波電容，電容量大的時(shí)候?yàn)槠骄禉z波，瞬間響應(yīng)靈敏度地，當(dāng)容量小時(shí)，則是峰值檢波，瞬間響應(yīng)靈敏度高，但檢波輸出的脈沖寬度變動(dòng)大，易造成誤動(dòng)作，.④腳為接地端。⑤腳為帶通濾波器調(diào)整端，該腳與電源間接入一個(gè)電阻，用以設(shè)置帶通濾波器的中心頻率，阻值越大，中心頻率越低。⑥腳為積分端，該腳與地之間接一個(gè)積分電容，標(biāo)準(zhǔn)值為330，如果該電容取得太大，會(huì)使探測距離變短。⑦為信號輸出端，它是集電極開路輸出方式，因此該引腳必須接一個(gè)上拉電阻到電源端，推薦值為22，沒有接受信號時(shí)該端輸出為高電平，有信號時(shí)則產(chǎn)生低電平。⑧為電源端[3]。4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)超聲波測距儀的軟件設(shè)計(jì)主要由主程序、超聲波發(fā)生子程序、超聲波接收中斷程序及顯示子程序組成。C語言程序有利于實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的算法，匯編語言程序則具有較高的效率且容易精細(xì)計(jì)算程序運(yùn)行的時(shí)間，而超聲波測距儀的程序既有較復(fù)雜的計(jì)算（計(jì)算距離），又要求精細(xì)計(jì)算程序運(yùn)行時(shí)間（超聲波測距），所以控制程序可采用C語言和匯編語言混合編程。在系統(tǒng)硬件構(gòu)架了超聲波測距的基本功能之后，系統(tǒng)軟件所實(shí)現(xiàn)的功能主要是針對系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)及數(shù)據(jù)的處理和應(yīng)用，系統(tǒng)軟件需要實(shí)現(xiàn)以下功能：（1）信號控制在系統(tǒng)硬件中，已經(jīng)完成了發(fā)射電路、接收電路、顯示電路等的設(shè)計(jì)。在系統(tǒng)軟件中，要完成增益控制信號、發(fā)射脈沖信號、遠(yuǎn)近控制信號的時(shí)序及輸出。（2）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)為了得到發(fā)射信號與接收回波間的時(shí)間差，要讀出此刻計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值，然后存儲(chǔ)在RAM中，而且每次發(fā)射周期的開始，需要對計(jì)數(shù)器清零，以備后續(xù)處理。（3）信號處理RAM中存儲(chǔ)的計(jì)數(shù)值并不能作為距離值之間顯示和輸出，因?yàn)橛?jì)數(shù)值與實(shí)際的距離值之間要通過公式轉(zhuǎn)換，其中t為發(fā)射信號到接收之間經(jīng)歷的時(shí)間，為方波信號作為計(jì)數(shù)脈沖時(shí)計(jì)數(shù)器的時(shí)間分辨率，N為計(jì)數(shù)器的值。在這部分中，信號處理包括計(jì)數(shù)值與距離值的換算，二進(jìn)制數(shù)與十進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換。（4）數(shù)據(jù)傳輸與顯示經(jīng)軟件處理得到的距離送到LED數(shù)碼管顯示。由于距離值的得出及顯示是在中斷子程序中完成的，因此在初始化發(fā)射程序后進(jìn)入中斷響應(yīng)的等待。在中斷響應(yīng)之后，原始數(shù)據(jù)經(jīng)計(jì)數(shù)值與距離值換算子程序，二進(jìn)制與十進(jìn)制轉(zhuǎn)換子程序后顯示輸出。整個(gè)系統(tǒng)軟件的功能的實(shí)現(xiàn)可以分為主程序、中斷服務(wù)程序幾個(gè)主要部分。 算法設(shè)計(jì)超聲波測距的原理是超聲波發(fā)生器T在某時(shí)刻發(fā)出一個(gè)超聲波信號，當(dāng)這個(gè)超聲波信號遇到障礙物后反射回來，就被超聲波接收器R所接收。這樣只要計(jì)算出從發(fā)出超聲波信號到接收到返回信號所用的時(shí)間，就可算出超聲波發(fā)生器與障礙物之間的距離。距離的計(jì)算公式為： (6)其中，H為障礙物與測距儀的距離，s為超聲波往返的路程，為超聲波的速度，為超聲波往返所用的時(shí)間。在啟動(dòng)發(fā)射電路的同時(shí)啟動(dòng)單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器T0，利用定時(shí)器的計(jì)數(shù)功能記錄超聲波發(fā)射的時(shí)間和接收到反射波的時(shí)間。當(dāng)收到超聲波反射波時(shí)，接收電路輸出端產(chǎn)生一個(gè)負(fù)跳變，在INT0或INT1端產(chǎn)生一個(gè)中斷請求信號，單片機(jī)響應(yīng)外部中斷請求，執(zhí)行外部中斷服務(wù)子程序，讀取時(shí)間差，計(jì)算距離。 主程序主程序是單片機(jī)程序的主體，整個(gè)單片機(jī)端系統(tǒng)軟件的功能的實(shí)現(xiàn)都是在其中完成的，在此過程中主程序調(diào)用了子程序及中斷服務(wù)程序。主程序首先要對系統(tǒng)環(huán)境初始化，設(shè)置定時(shí)器T0工作模式為16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器模式，置位總中斷允許位EA并對顯示端口P0和P2清零；然后調(diào)用超聲波發(fā)生子程序送出一個(gè)超聲波脈沖，為了避免超聲波從發(fā)射器直接傳送到接收器引起的直射波觸發(fā)，（這也就是超聲波測距器會(huì)有一個(gè)最小可測距離的原因）后才打開外中斷0接收返回的超聲波信號，由于采用的是12的晶振，計(jì)數(shù)器每計(jì)一個(gè)數(shù)就是1，所以當(dāng)主程序檢測到接收成功的標(biāo)志后，將計(jì)數(shù)器T0中的數(shù)（即超聲波來回所用的時(shí)間）按式（7）計(jì)算，即可得被測物體與障礙物之間距離，設(shè)計(jì)時(shí)取20℃時(shí)的聲速為344，則有 （7）其中：為計(jì)數(shù)器T0的計(jì)數(shù)值。測出距離后，結(jié)果將以十進(jìn)制BCD碼方式送往數(shù)碼管顯示。圖15所示為主程序流程圖。圖15 主程序流程圖 超聲波發(fā)生子程序（），脈沖寬度為12左右，同時(shí)把計(jì)數(shù)器T0打開進(jìn)行計(jì)時(shí)。超聲波發(fā)生子程序較簡單，但要求程序運(yùn)行時(shí)間準(zhǔn)確，所以采用匯編語言編程。其部分源程序如下所示：超聲發(fā)生子程序（） NAME CS_T?PR?CS_T?CS_T SEGMENT CODE PUBLIC CS_T RSEG ?PR?CS_T?CS_TCS_T: PUSH ACC MOV TH0, 00H MOV TL0, 00H MOV ACC, 10 SETB TR0CS_T1: CPL NOP NOP NOP NOP NOP NOP NOP NOP NOP DJNZ ACC, CS_T1 POP ACC RET 。 END 超聲波接收中斷程序超聲波測距儀主程序利用外中斷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(jì)時(shí)器T0停止計(jì)時(shí)，則定時(shí)器T0溢出中斷將外中斷0關(guān)閉，并將測距成功標(biāo)志字賦值2以表示此次測距不成功。一次測量函數(shù)流程圖如圖16.部分源程序如下：/*超聲接收程序（外中斷0）*/void cs_r(void) interrupt 0{ TR0 = 0。 /* 停止定時(shí)器0計(jì)時(shí) ET0 = 0。 /* 關(guān)閉定時(shí)器中斷 EX0 = 0。 /* 關(guān)閉外中斷0 testok