【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 HZ 范圍內(nèi)，超過(guò) 20KHZ 稱為 超聲波 ，低于 20HZ 的稱為 次聲波 。常用的超聲波頻率為幾十 KHZ幾十 MHZ。 超聲波是一種在 彈性介質(zhì) 中的機(jī)械振蕩，有兩種形式：橫向振蕩（橫波）及縱和振蕩（縱波）。在工業(yè)中應(yīng)用主要采用縱向振蕩。超聲波可以在氣體、液體 及 固體 中傳播，其傳播速度不同。另外，它也有 折射 和 反射 現(xiàn)象，并且在傳播過(guò)程中有衰減。在空氣中傳播超聲波，其頻率較低，一般為幾十 KHZ，而在固體、液體中則頻率可用得較高。在空氣中衰減較快，而在液體及固體中傳播，衰減較小，傳播較遠(yuǎn)。利用超聲波的特性，可做成各種超聲傳感器，配上不同的電路，制成各種超聲測(cè)量?jī)x器及裝置，并在通 信 ， 醫(yī)療 家電等各方面得到廣泛應(yīng)用。 超聲波傳感器分機(jī)械方式和電氣方式兩類，它實(shí)際上是一種換能器，在發(fā)射端它把電能或機(jī)械能轉(zhuǎn)換成聲能，接收端則反之。本次設(shè)計(jì)超聲波傳感器采用電氣方式中的壓電式超聲波換能器，它是利用壓電晶體的諧振來(lái)工作的。它有兩個(gè)壓電晶片和一個(gè)共振板。當(dāng)它的兩極外加脈沖信號(hào)，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時(shí)，壓電晶片將會(huì)發(fā)生共振，并帶動(dòng)共振板振動(dòng)，產(chǎn)生超聲波。反之，如果兩電極間未外加電壓，當(dāng)共振板接收到超聲 波時(shí)，將壓迫壓電晶片作振動(dòng)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，就成為超聲波接收器。在超聲波電路中，發(fā)射端輸出一系列脈沖方波，脈沖寬度越大，輸出的個(gè)數(shù)越多，能量越大，所能測(cè)的距離也越遠(yuǎn)。超聲波發(fā)射換能器與接收換能器其結(jié)構(gòu)上稍有不同，使用時(shí)應(yīng)分清器件上的 5 標(biāo)志。 超聲波測(cè)距的方法有多種：如往返時(shí)間檢測(cè)法、相位檢測(cè)法、聲波幅值檢測(cè)法。本設(shè)計(jì)采用往返時(shí)間檢測(cè)法測(cè)距。其原理是超聲波傳感器發(fā)射一定頻率的超聲波，借助空氣媒質(zhì)傳播，到達(dá)測(cè)量目標(biāo)或障礙物后反射回來(lái)，經(jīng)反射后由超聲波接收器接收脈沖，其所經(jīng)歷的時(shí)間即往返時(shí)間，往返時(shí)間與超聲波 傳播的路程的遠(yuǎn)近有關(guān)。測(cè)試傳輸時(shí)間可以得出距離。假定 s 為被測(cè)物體到測(cè)距儀之間的距離，測(cè)得的時(shí)間為 t/s，超聲波傳播速度為 v/ms－ 1 表示，則有關(guān)系式 s=vt/2 ，按照上式即可計(jì)算出所要測(cè)量的距離 [1]。 單片機(jī) 簡(jiǎn)介 單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展 單片機(jī) (SCM)是單片機(jī)微型計(jì)算機(jī) (Single Chip Microputer)的簡(jiǎn)稱，它是把組成微型計(jì)算機(jī)的各個(gè)功能部件：中央處理器 CPU、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器 RAM、只讀存儲(chǔ)器 ROM、 I/O 接口電路、定時(shí) /計(jì)數(shù)以及串行通信接口等部件集成在一塊芯 片中，構(gòu)成一個(gè)完整的微型計(jì)算機(jī)。單片機(jī)具有體積小、可靠性高、功能強(qiáng)大、方便靈活等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用，主要涉及智能化儀器儀表、自動(dòng)化裝置、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信等領(lǐng)域。 單片機(jī)自問(wèn)世以來(lái)，其性能不斷提高和完善資源又能滿足很多應(yīng)用場(chǎng)合的需要，加之單片機(jī)具有集成度高、功能強(qiáng)、速度快、體積小、使用方便、性能可靠、價(jià)格低廉等特點(diǎn)，因此，在工業(yè)控制、智能儀器儀表、數(shù)據(jù)采集和處理、通信系統(tǒng)、高級(jí)計(jì)算器、家用電器等領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，并且正在逐步取代現(xiàn)有的多片微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。單片機(jī)的潛力越來(lái)越被人們所重視，特別 是當(dāng)前用 CMOS 工藝制成的各種單片機(jī)，由于功耗低，使用的溫度范圍大，抗干擾能力強(qiáng)、能滿足一些特殊要求的應(yīng)用場(chǎng)合，更加擴(kuò)大了單片機(jī)的應(yīng)用范圍，也進(jìn)一步促使單片機(jī)性能的發(fā)展。 單片機(jī)的應(yīng)用在后 PC 時(shí)代得到了前所未有的發(fā)展，但對(duì)處理器的綜合性能要求也越來(lái)越高。綜觀單片機(jī)的發(fā)展，以應(yīng)用需求為目標(biāo)，市場(chǎng)越來(lái)越細(xì)化，充分突出以 “單片 ”解決問(wèn)題，而不像多年前以 MCS51/96 等處理器為中心，外擴(kuò)各種接口構(gòu)成各種應(yīng)用系統(tǒng)。單片機(jī)系統(tǒng)作為嵌入式系統(tǒng)的一部分，主要集中在中、低端應(yīng)用領(lǐng)域（嵌入式高端應(yīng)用主要由 DSP、 ARM、 MIPS 等高性能處理器構(gòu)成）。 MCS51 系列的 8031 推出時(shí)的功耗達(dá) 630mW，而現(xiàn)在的單片機(jī)普遍都在100mW 左右，隨著對(duì)單片機(jī)功耗要求越來(lái)越低，現(xiàn)在的各個(gè)單片機(jī)制造商基本都采用了 CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體工藝 )。象 80C51 就采用了 HMOS(即高密度金屬氧化物半導(dǎo)體工藝 )和 CHMOS(互補(bǔ)高密度金屬氧化物半導(dǎo)體工藝 )。 CMOS 6 雖然功耗較低，但由于其物理特征決定其工作速度不夠高，而 CHMOS 則具備了高速和低功耗的特點(diǎn)，這些特征，更適合于在要求低功耗象電池供電的應(yīng)用場(chǎng)合。所以這種工藝將是今后一段時(shí)期單片 機(jī)發(fā)展的主要途徑。 現(xiàn)在常規(guī)的單片機(jī)普遍都是將中央處理器 (CPU)、隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ) (RAM)、只讀程序存儲(chǔ)器 (ROM)、并行和串行通信接口，中斷系統(tǒng)、定時(shí)電路、時(shí)鐘電路集成在一塊單一的芯片上，增強(qiáng)型的單片機(jī)集成了如 A/D 轉(zhuǎn)換器、 PMW(脈寬調(diào)制電路 )、 WDT(看門狗 )、有些單片機(jī)將 LCD(液晶 )驅(qū)動(dòng)電路都集成在單一的芯片上，這樣單片機(jī)包含的單元電路就更多，功能就越強(qiáng)大。甚至單片機(jī)廠商還可以根據(jù)用戶的要求量身定做，制造出具有自己特色的單片機(jī)芯片。 此外，現(xiàn)在的產(chǎn)品普遍要求體積小、重量輕，這就要求單片機(jī)除了功 能強(qiáng)和功耗低外，還要求其體積要小?，F(xiàn)在的許多單片機(jī)都具有多種封裝形式，其中 SMD(表面封裝 )越來(lái)越受歡迎，使得由單片機(jī)構(gòu)成的系統(tǒng)正朝微型化方向發(fā)展。 單片機(jī)技術(shù)正以驚人的速度向前發(fā)展，就已出現(xiàn)的單片機(jī)而言也正以其各自獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)或先進(jìn)的技術(shù)在進(jìn)行挑戰(zhàn)，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。 CPU 發(fā)展 增加 CPU 的字長(zhǎng)或提高 CPU 的數(shù)據(jù)處理能力和運(yùn)算速度。 CPU 的字長(zhǎng)已有8 位、 16 位、 32 位。時(shí)鐘頻率高達(dá) 20MHz 的單片機(jī)也已出現(xiàn)了。還有的 8 位單片機(jī)，其運(yùn)算邏輯部件（ ALU）確是 16 位，內(nèi)部采用 16 位數(shù)據(jù) 總線。如 NEC 公司PD7800 系列的 8 位單片機(jī)， Mjtsubishi 公司的 M37700 系列的單片機(jī)。它們的數(shù)據(jù)處理能力和速度比一般 8 位單片機(jī)強(qiáng)， 16 位除以 8 位的除法用 s。 32 位除以16 位的除法用 s。另外，單片機(jī)內(nèi)部采用雙 CPU 結(jié)構(gòu)也能大大提高處理能力。由于片內(nèi)有兩個(gè) CPU 能同時(shí)工作，可以更好地處理外圍設(shè)備的中斷請(qǐng)求，克服了單 CPU 多重高速中斷響應(yīng)的失效問(wèn)題。如 Intel 公司的 8044，它的內(nèi)部實(shí)際是由8051 和 SIU 通信處理機(jī)組成，由 SIU 來(lái)管理 SDLC 的通信。這樣既加快了通信處理的速度，同 時(shí)，還減輕了 8051 的處理負(fù)擔(dān) [2]。 片內(nèi)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展 早期單片機(jī)的片內(nèi)存儲(chǔ)器，一般 RAM 為 64128 字節(jié)， ROM 為 1K2K 字節(jié)，尋址范圍為 4K 字節(jié)。新型單片機(jī)片內(nèi) RAM 為 256 字節(jié)， ROM 多達(dá) 16K 字節(jié)。如 Intel 公司的 8052，片內(nèi) ROM 位 8K 字節(jié)。通用儀器公司的 70120 片內(nèi) ROM 容量為 12K 字節(jié)。片內(nèi) ROM 容量最大的是日立公司的 MC631Y 為 16K 字節(jié)。新型單片機(jī)的群之范圍克擴(kuò)大到 64K 字節(jié)，甚至 128K 字節(jié) (其中隨機(jī)存儲(chǔ)器 RAM 容量為 64K 字節(jié)，只讀存儲(chǔ)器 ROM 容量為 64K 字節(jié) )。早期單片機(jī)內(nèi)的 ROM 有的采用可擦式的只讀存儲(chǔ)器 EPROM，然而 EPROM 必須要高壓編程，紫外線可擦除，給使用帶來(lái)不便。近年來(lái)，推出的電擦除可編程只讀存儲(chǔ)器 E178。PROM 可在正常工作電壓下進(jìn)行讀寫(xiě)，并能在斷電的情況下，保持信息不丟失。 7 接口功能 最近的單片機(jī)，片內(nèi)只有并行輸入 /輸出接口、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，它們的功能也較差，在實(shí)際應(yīng)用中往往還要通過(guò)特殊的接口擴(kuò)展功能，增加應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。 近幾年來(lái)，新型單片機(jī)內(nèi)的接口，無(wú)論從類型和數(shù)量上都有很大的發(fā)展。這不僅大大提