【文章內(nèi)容簡介】 超聲波發(fā)送電路由三個NPN三極管構(gòu)成差動放大電路，其放大倍數(shù)由電阻R7，R8和R9等電阻決定，所采集的信號波從J6口輸入，經(jīng)由NPN管級數(shù)放大，在消除共模干擾后，從J6口發(fā)送出去。 超聲波接收電路超聲波換接收電路所接收到的從發(fā)送端傳來的微弱信號，要經(jīng)過LM358芯片進行放大，使得所采集的信號足夠大，然后通過J2口送到單片機上，信號經(jīng)AT89S52單片機處理后，由數(shù)碼管顯示出來。 (2) 超聲波的接收與處理 接收頭采用與發(fā)射頭配對的UCM40R，將超聲波調(diào)制脈沖變?yōu)榻蛔冸妷盒盘枺?jīng)運算放大器放大后，作為中斷請求信號，送至單片機處理。(3) 測試中所遇到的干擾信號超聲波測量水位時，需要測的是開始發(fā)射到接收到信號的時間差，需要檢測的有效信號為反射物反射的回波信號，故要盡量避免檢測到余波信號，這就要求對接收頭收到的波束進行處理，這也是超聲波檢測中存在最小測量盲區(qū)的主要原因。在軟件中的處理方法就是，當(dāng)反射頭發(fā)出脈沖，計時器同時開始記時。我們在記時器開始記時后再開啟檢測回波信號，可以消除余波信號的干擾，等待的時間可以為1MS左右，更精確的等待時間可以大大地減少最小測量盲區(qū)。 步進電機的控制原理(1) 步進電機的概念步進電機是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構(gòu)。當(dāng)步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度(稱為“步距角”)，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準(zhǔn)確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。步進電機可以作為一種控制用的特種電機，利用其沒有積累誤差(精度為100%)的特點，廣泛應(yīng)用于各種開環(huán)控制。(2) 步進電機的一些特點： ① 一般步進電機的精度為步進角的35%,且不累積。② 步進電機外表允許的最高溫度。步進電機溫度過高首先會使電機的磁性材料退磁，從而導(dǎo)致力矩下降乃至于失步，因此電機外表允許的最高溫度應(yīng)取決于不同電機磁性材料的退磁點。③ 步進電機的力矩會隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。當(dāng)步進電機轉(zhuǎn)動時，電機各相繞組的電感將形成一個反向電動勢；頻率越高，反向電動勢越大。在它的作用下，電機隨頻率（或速度）的增大而相電流減小，從而導(dǎo)致力矩下降。 ④ 步進電機低速時可以正常運轉(zhuǎn),但若高于一定速度就無法啟動,并伴有嘯叫聲。 (3) 步進電機控制原理 ① 步進電機是數(shù)字控制電機，它將脈沖信號轉(zhuǎn)變成角位移，即給一個脈沖信號，步進電機就轉(zhuǎn)動一個角度，因此非常適合于單片機控制。步進電機可分為反應(yīng)式步進電機（簡稱VR）、永磁式步進電機（簡稱PM）和混合式步進電機（簡稱HB）。 ② 步進電機區(qū)別于其他控制電機的最大特點是，它是通過輸入脈沖信號來進行控制的，即電機的總轉(zhuǎn)動角度由輸入脈沖數(shù)決定，而電機的轉(zhuǎn)速由脈沖信號頻率決定。 ③ 步進電機的驅(qū)動電路根據(jù)控制信號工作，控制信號由單片機產(chǎn)生。其基本原理作用如下： 通電換相這一過程稱為脈沖分配。例如：三相步進電機的三拍工作方式，其各相通電順序為ABC－D,通電控制脈沖必須嚴(yán)格按照這一順序分別控制A,B,C，D相的通斷。 控制步進電機的轉(zhuǎn)向。如果給定工作方式正序換相通電，步進電機正轉(zhuǎn)，如果按反序通電換相，則電機就反轉(zhuǎn)。 控制步進電機的速度 如果給步進電機發(fā)一個控制脈沖，它就轉(zhuǎn)一步，再發(fā)一個脈沖，它會再轉(zhuǎn)一步。兩個脈沖的間隔越短，步進電機就轉(zhuǎn)得越快。調(diào)整單片機發(fā)出的脈沖頻率，就可以對步進電機進行調(diào)速。但脈沖形式的電機控制，使控制端容易受到干擾，所以必須在電機驅(qū)動電路中加入光耦電路來減少干擾。電機的正反轉(zhuǎn)是由單片機來控制的。當(dāng)單片機的一個口發(fā)出1或者0的時候來決定正反轉(zhuǎn)，也可以兩個口來決定。電機的啟動我們選擇用LM298。本文中，主要應(yīng)用到步進電機的換相功能，通過單片機控制步進電機正反轉(zhuǎn)動，來模擬實現(xiàn)閥門的開/關(guān)。 主要器件和應(yīng)用 AT89S52 單片機 AT89S52單片機AT89S52是一個低功耗，高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含8k Bytes ISP(Insystem programmable)的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元，功能強大的微型計算機的AT89S52可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。 AT89S52具有如下特點：40個引腳，8k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲器，256 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），32個外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個中斷優(yōu)先級2層中斷嵌套中斷，2個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電路，片內(nèi)時鐘振蕩器。此外，AT89S52設(shè)計和配置了振蕩頻率可為0Hz并可通過軟件設(shè)置省電模式?？臻e模式下，CPU暫停工作，而RAM定時計數(shù)器，串行口和外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存RAM的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。使用Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 主要功能特性 兼容MCS51指令系統(tǒng) 8k可反復(fù)擦寫(1000次）ISP Flash ROM 32個雙向I/O口 3個16位可編程定時/計數(shù)器 時鐘頻率033MHz 全雙工UART串行中斷口線 256x8bit內(nèi)部RAM 2個外部中斷源 低功耗空閑和省電模式 中斷喚醒省電模式 3級加密位 看門狗（WDT）電路 軟件設(shè)置空閑和省電功能 靈活的ISP字節(jié)和分頁編程 雙數(shù)據(jù)寄存器指針AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32 位I/O 口線，看門狗定時器，2 個數(shù)據(jù)指針，三個16 位定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外，AT89S52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作,允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。 P0 口：P0口是一個8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動8個TTL邏輯電平。對P0端口寫“1”時，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下，P0具有內(nèi)部上拉電阻。在flash編程時，P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。程序校驗時，需要外部上拉電阻。 P1口：P1 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，p1 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個TTL 邏輯電平。對P1 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。此外，（）和時器/計數(shù)器2的觸發(fā)輸入（），具體如下表所示。在flash編程和校驗時，P1口接收低8位地址字節(jié)。引腳號第二功能P2口：P2口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P2 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個TTL 邏輯電平。對P2 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。在訪問外部程序存儲器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVX @DPTR）時，P2口：送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，P2口使用很強的內(nèi)部上拉發(fā)送1。在使用8位地址（如MOVX @RI）訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。在flash編程和校驗時，P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號。 P3口：P3口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，p2口輸出緩沖器能驅(qū)動4 個TTL 邏輯電平。對P3 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。P3口亦作為AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。在flash編程和校驗時，P3口也接收一些控制信號。引腳號第二功能 RST: 復(fù)位輸入。晶振工作時，RST腳持續(xù)2 個機器周期高電平將使單片機復(fù)位。看門狗計時完成后，RST 腳輸出96個晶振周期的高電平。特殊寄存器AUXR(地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能無效。DISRTO默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。ALE/PROG：地址鎖存控制信號（ALE）是訪問外部程序存儲器時，鎖存低8 位地址的輸出脈沖。在flash編程時，此引腳（PROG）也用作編程輸入脈沖。 在一般情況下，ALE以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來作為外部定時器或時鐘使用。然而，特別強調(diào)，在每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，通過將地址為8EH的SFR的第0位置“1”，ALE操作將無效。這一位置“1”，ALE 僅在執(zhí)行MOVX 或MOVC指令時有效。否則，ALE 將被微弱拉高。這個ALE 使能標(biāo)志位（地址為8EH的SFR的第0位）的設(shè)置對微控制器處于外部執(zhí)行模式下無效。 PSEN:外部程序存儲器選通信號（PSEN）是外部程序存儲器選通信號。當(dāng)AT89S52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。 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。 XTAL1:振蕩器反相放大器和內(nèi)部時鐘發(fā)生電路的輸入端。 XTAL2:振蕩器反相放大器的輸出端。 AT89S52 特殊寄存器映象及復(fù)位值特殊功能寄存器特殊功能寄存器(SFR)的地址空間映象。并不是所有的地址都被定義了。片上沒有定義的地址是不能用的。讀這些地址，一般將得到一個隨機數(shù)據(jù)；寫入的數(shù)據(jù)將會無效。 TLC549 A/D轉(zhuǎn)換器(1) TLC549的原理 ，作為數(shù)據(jù)采集芯片，TLC549均有片內(nèi)系統(tǒng)時鐘，該時鐘與I/OCLOCK是獨立工作的，無須特殊的速度或相位匹配。當(dāng)CS為高時，數(shù)據(jù)輸出(DATAOUT)端處于高阻狀態(tài)，此時I/OCLOCK不起作用。這種CS控制作用允許在同時使用多片TLC549時，共用I/OCLOCK，以減少多路(片)A/D并用時的I/O控制端口。TLC549可方便地與具有串行外圍接口(SPI)的單片機或微處理器配合使用，應(yīng)用接口及采樣程序。該芯片有一個模擬輸入端口，3態(tài)的數(shù)據(jù)串行輸出接口可以方便地和微處理器或外圍設(shè)備連接。TLC549僅僅使用輸入／輸出時鐘（I/CLOCK）和芯片選擇（CS）,就能夠正常啟動。 TLC549 A/D轉(zhuǎn)換器(2) TLC549的特點 TLC549基本特性CMOS技術(shù)低功耗數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)8位轉(zhuǎn)換結(jié)果電池供電系統(tǒng)與微處理器或外圍設(shè)備接口工業(yè)控制差分基準(zhǔn)電壓輸入工廠自動化系統(tǒng)等轉(zhuǎn)換時間：最大17us每秒訪問和轉(zhuǎn)換次數(shù)：達到40000片上軟件控制采樣和保持功能全部非校準(zhǔn)誤差：177。寬電壓供電：3～6V 封裝及引腳低功耗：最大15mW5V供電時輸入范圍：0～5V 輸入輸出完全兼容TTL和CMOS電路全部非校準(zhǔn)誤差：177。1LSB工作溫度范圍：0℃～70℃（TLC549）。 40℃～85℃（TLC549I）TLC549可方便地與具有串行外圍接口(SPI)的單片機或微處理器配合使用，也可與52單片機連接使用，實際應(yīng)用程序清單如下：；初始化：　　　　SETB 　??；置CS為1?！　　　LR 　 ?。恢肐/O CLOCK為零?！　　　OV R0，＃00H ；移位計數(shù)為零。；A/D過程：A/DP： CLR 　　　 NOP??；，nop數(shù)根據(jù)晶振情況選擇。NXT： SETB 　　 MOV C， 　　　RLC A　　　CLR 　　　INC R0　　　CJNE R0，＃8，NXT　　　MOV R0，＃00　　　SETB 　　　MOV DTSVRM，A ；DTSVRM：DATA SAVE RAM.　　　RETTLC549片型小，采樣速度快，功耗低，控制簡單。適用于低功耗的袖珍儀器上的單路A/D或多路并聯(lián)采樣。 MAX232 芯片 MAX232芯片是MAXIM 公司生產(chǎn)的低功耗、單電源雙RS232發(fā)送/接收器。適用于各種EIA232E 。MAX232芯片內(nèi)部有一個電源電壓變換器,可以把輸入的+5V電源變換成RS232C輸出電平所需177。10V電壓,所以采用此芯片接口的串行通信系統(tǒng)只要單一的+5V電源就可以。MAX232 外圍需要4個電解電容C1 、C2 、C3 、C4 ,是內(nèi)部電源轉(zhuǎn)換所需電容。其取值均為1μF/25V。宜選用鉭電容并且應(yīng)盡量靠近芯片。MAX232的引腳T1IN、T2IN、R1OUT、R2OUT為接TTL/ CMOS 電平的引腳。引腳T1OUT、T2OUT、R1IN、R2IN 為接RS 232C電平的引腳。因此TTL