【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 可以通過(guò)調(diào)節(jié)電阻 R1 來(lái)增大增益，然而這種接收放大器的增益的增加也是有極限的，這會(huì)隨著應(yīng)用的改變而改變，在生產(chǎn)該產(chǎn)品的時(shí)候都作了最終的匹配性的測(cè)試，這種測(cè)試是非常必要的，因?yàn)槿绻幸粋€(gè)電阻與該模塊相匹配，我們想要的放大器增益比該模塊增益的分布要小的多。如果匹配的好的話(huà)，這種模塊在很多應(yīng)用中會(huì)表現(xiàn)的很 出色?；诖私邮辗糯笃髟鲆婵梢员辉黾?，如果需要還可以相應(yīng)的增加 R1，因?yàn)檫@種接收放大器增益是和 R1 直接成正比的。電位計(jì) VR1 能夠提供級(jí)間的接收放大器增益的調(diào)整，它可以通過(guò)調(diào)整 R1 來(lái)整理整個(gè)測(cè)量范圍內(nèi)的放大器增益。 **************** 論文 超聲波測(cè)距系統(tǒng)硬件及軟件的實(shí)現(xiàn) 14 第 3 章 超聲測(cè)距系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 總體設(shè)計(jì)方案概述 圖 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案圖 本專(zhuān)題設(shè)計(jì)以 AT89C51單片機(jī)為核心的超聲波測(cè)距系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案圖如圖 所示 ，系統(tǒng)選擇了與設(shè)計(jì)比較適合的收發(fā)于一體的 Polaroid600 超聲波傳感器系列及 Polaroid6500 驅(qū)動(dòng)模塊兩套。系統(tǒng)計(jì)劃在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)實(shí)現(xiàn)小范圍測(cè)距試驗(yàn)，測(cè)試距離約 在 20cm～ 2m以?xún)?nèi)（ 系統(tǒng)的實(shí)際測(cè)量范圍能力為 20cm～ 10m 以?xún)?nèi) ），通過(guò)單片機(jī)的軟件編程控制計(jì)劃進(jìn)行單傳感器單目標(biāo)測(cè)量、單傳感器雙目標(biāo)測(cè)量、雙傳感器單目標(biāo)測(cè)量、雙傳感器雙目標(biāo)測(cè)量等多種測(cè)量模式（所謂單 /雙目標(biāo)是指?jìng)鞲衅鞴ぷ饕淮螠y(cè)出一 /兩個(gè)目標(biāo)結(jié)果的測(cè)量方式；單 /雙傳感器是指只有一個(gè)傳感器工作 /兩個(gè)傳感器同時(shí)工作的測(cè)量方式）。測(cè)量模式的選擇與控制實(shí)現(xiàn)是由 PC 機(jī)完成，單片機(jī)負(fù)責(zé)**************** 論文 超聲波測(cè)距系統(tǒng)硬件及軟件的實(shí)現(xiàn) 15 執(zhí)行命令并進(jìn)行目標(biāo)測(cè)量，將測(cè)出的距離結(jié)果，發(fā)送給 PC 機(jī)，并將測(cè)距結(jié)果進(jìn)行 LED 顯示，顯示電路采用動(dòng)態(tài)掃描顯示，通過(guò)單片機(jī)編程將得到的傳感器測(cè)得距離信息并行輸入送至 4位 LED 數(shù)碼管進(jìn)行顯示， LED 由 8 位數(shù)據(jù) /地址鎖存器 74LS273 驅(qū)動(dòng)，第一位數(shù)碼管數(shù)據(jù)為該路傳感器的信息，后三位數(shù)碼管顯示的數(shù)據(jù) XXX，表示由該路傳感器測(cè)得的距離為 XXXcm。 系統(tǒng)工作過(guò)程大體如下：系統(tǒng)模塊上電后， 單片機(jī) AT89C51 先把 （或 ）置 0，低電平信號(hào)通過(guò)反相器，給傳感器的 INIT 引腳送入高電平信號(hào)，以啟動(dòng)超聲波傳感器 1 或超聲波傳感器 2 發(fā)射超聲波，同時(shí)啟動(dòng)內(nèi)部定時(shí)器 T0 開(kāi)始計(jì)時(shí)。由于設(shè)計(jì)采用的超聲波傳感器是收發(fā)一體的，所以在發(fā)送完超聲波脈沖后，當(dāng)發(fā)出的超聲波碰到障礙物時(shí)會(huì)返回到超聲波傳感器產(chǎn)生回波信號(hào)（ ECHO），回波信號(hào) (ECHO)經(jīng)反相器連接到單片機(jī)AT89C51 的 INT0 和 INT1 引腳，觸發(fā)外部中斷，同時(shí)記錄此刻計(jì)數(shù)器 T0 的計(jì)數(shù)值，計(jì)數(shù)器所計(jì)的數(shù)據(jù)就是超聲波所經(jīng)歷的時(shí)間 t。撥碼開(kāi)關(guān)用來(lái)設(shè)定現(xiàn)場(chǎng)溫度 T 以得知 T溫度下聲速 c（即作出溫度補(bǔ)償），通過(guò) D=ct/2 就可以得到傳感器與障礙物之間的距離 D，然后再將測(cè)距結(jié)果送至 PC 機(jī)及 LED 進(jìn)行顯示。關(guān)于單 /多目標(biāo)的測(cè)量問(wèn)題前文中介紹 Polaroid 6500 系列超聲波傳感器測(cè)距驅(qū)動(dòng)模塊的工作方式時(shí)已作出相應(yīng)解釋?zhuān)颂幉辉儋樖觥４送獗緶y(cè)距系統(tǒng)所使用的超聲波傳感器及其聲波發(fā)射接收電路驅(qū)動(dòng)模塊為已提供的現(xiàn)有實(shí)物。 **************** 論文 超聲波測(cè)距系統(tǒng)硬件及軟件的實(shí)現(xiàn) 16 單片機(jī)控制超聲波傳感器聲波收發(fā)電路的設(shè)計(jì) 圖 單片機(jī)控制超聲波傳感器聲波收發(fā)的電路圖 此部分是超聲波傳感 器距離測(cè)量系統(tǒng)的單 元硬件設(shè)計(jì)的核心部分和首要內(nèi)容，它直接關(guān)系到整個(gè)電路設(shè)計(jì)的成功與否，其硬件連接圖如圖 所示，由于單片機(jī)引腳不便直接驅(qū)動(dòng)并控制 6500 系列超聲波傳感器驅(qū)動(dòng)模塊的各控制信號(hào)，設(shè)計(jì)采用通過(guò)六輸出 反相緩沖器 /驅(qū)動(dòng)器 74LS06 來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì) 6500 系列超聲波傳感器驅(qū)動(dòng)模塊的各控制信號(hào)的控制等，本設(shè)計(jì)中單片機(jī)與 6500 系列超聲波傳感器驅(qū)動(dòng)模塊的各控制信號(hào)引腳的連接方式如下： → A4→ Y4→ INIT（傳 感器 1超聲波發(fā)射信號(hào)） → A5→ Y5→ BLNK（傳感器 1 外部消隱信號(hào)） → A6→ Y6→ BINH（傳感器 1 外部消隱允許） INT0←反相器 7404← ECHO（傳感器 1 回波輸出信號(hào)） → A1→ Y1→ INIT（傳感器 2 超聲波發(fā)射信號(hào)） → A2→ Y2→ BLNK（傳感器 2 外部消隱信號(hào)） **************** 論文 超聲波測(cè)距系統(tǒng)硬件及軟件的實(shí)現(xiàn) 17 → A3→ Y3→ BINH（傳感器 2 外部消隱允許） INT1←反相器 7404← ECHO（傳感器 2 回波輸出信號(hào)） 其 中 A1～ A6 為 74LS06 的輸入端 ,Y1～ Y6 為 74LS06 的輸出端。系統(tǒng)模塊上電后，如果給 或 引腳送低電平信號(hào)，則傳感器 1或 2 的 INIT引腳變?yōu)楦唠娖?，傳感?1 或 2 開(kāi)始發(fā)出超聲波，當(dāng)有回波信號(hào)時(shí)，傳感器 ECHO 引腳輸出高電平信號(hào)，則單片機(jī)引腳 INT0 或 INT1 將變?yōu)榈碗娖叫盘?hào)，可得知傳感器 1 或 2 有回波信號(hào)返回。此外，如果要檢測(cè)多個(gè)目標(biāo)，需要將 ECHO 引腳變?yōu)榈碗娖郊纯衫^續(xù)接受下目標(biāo)，這一過(guò)程的單片機(jī)控制方法：先給單片機(jī) 或 引腳送低電平信號(hào)，即將傳感器 1 或 2 的BINH 引腳先變?yōu)楦唠娖叫盘?hào)，再給 或 引腳送入一個(gè)寬度大于 的脈沖，則傳感器 1 或 2 的 ECHO 引腳就可變?yōu)榈碗娖揭詡浣邮障乱换夭ㄐ盘?hào)的到來(lái)。 溫度信號(hào)采集電路的設(shè)計(jì) 圖 溫度信號(hào)采集電路圖 不同溫度條件下，聲波在介質(zhì)（空氣等）中的傳播速度也不同；超聲波屬于聲波范圍，其波速與溫度的關(guān)系為：波速 C= t/2731? m/s，其泰**************** 論文 超聲波測(cè)距系統(tǒng)硬件及軟件的實(shí)現(xiàn) 18 勒級(jí)數(shù)展開(kāi)式（僅保留到一次項(xiàng)）為： C=＋ ，其中ｔ為攝氏溫度。本設(shè)計(jì)采用三位撥碼開(kāi)關(guān)來(lái)設(shè)定測(cè)量環(huán)境溫度，通過(guò)單片機(jī)軟件編程獲得測(cè)量環(huán)境的聲速，以提高測(cè)量精度。溫度的設(shè)定方法如表 所示 ： 表 溫度的設(shè)定方法 P2 P1 P0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 溫度范圍（ 176。 C） 5～ 0 1～ 6 7～ 12 13～ 18 19～ 24 25～ 30 31～ 36 37～ 42 讀取溫度 t（ 176。 C） 2 4 10 16 22 28 34 40 其中 t=6*X2， X=0～ 7。例如：當(dāng)測(cè)距環(huán)境溫度在 19～ 24176。 C 時(shí)，撥碼開(kāi)關(guān)設(shè)定 P2P1P0=100B，通過(guò)單片機(jī)編程讀取 P2P1P0=100B=4，在 這一溫度范 圍內(nèi)的聲速都近似采用 22176。 C（ t=6*42）時(shí)的聲速。 顯示單元電路的設(shè)計(jì) 圖 顯示單元電路 顯示器是一個(gè)典型的輸出設(shè)備，而且其應(yīng)用是極為廣泛的，幾乎所有的電子產(chǎn)品都要使用顯示器，其差別僅在于顯示器的結(jié)構(gòu)類(lèi)型不同而已。最簡(jiǎn)單的顯示器可以使 LED 發(fā)光二極管，給出一個(gè)簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)量信**************** 論文 超聲波測(cè)距系統(tǒng)硬件及軟件的實(shí)現(xiàn) 19 息，而復(fù)雜的較完整的顯示器應(yīng)該是 CRT 監(jiān)視器或者屏幕較大的 LCD液晶屏。 綜合課題的實(shí)際要求以及考慮單片機(jī)的接口資源，采用并行方式顯示的 LED驅(qū)動(dòng)輸出設(shè)備 是 8位數(shù)據(jù) /地址鎖存器 74LS273， 每個(gè) 74LS273驅(qū)動(dòng)一個(gè) LED 數(shù)碼管（共四個(gè)）， 74LS273 是一種帶清除功能的 8D觸發(fā)器， 1D～ 8D 為數(shù)據(jù)輸入端， 1Q～ 8Q 為數(shù)據(jù)輸出端，正脈沖觸發(fā)，低電平清除，常用作 8 位地址鎖存器。 由于本設(shè)計(jì)為雙傳感器，而且全程顯示的距離范圍在 10 米之內(nèi)，所以設(shè)計(jì)使用 4 個(gè) LED 數(shù)碼管，用最高一位 LED 數(shù)碼管顯示傳感器信息（ 1號(hào)或 2 號(hào)傳感器），用另外 3個(gè) LED 數(shù)碼管顯示距離的數(shù)值 XXXcm。 各 LED、 74LS273 與單片機(jī)的管腳連接： LED： a、 b、 c、 d、 e、 f、g、 dp 按順序依次分別與 74LS273： 1Q、 2Q、 3Q、 4Q、 5Q、 6Q、 7Q、 8Q相連接；四個(gè) 74LS273 芯片的 1D～ 8D 管腳依次都連接到單片機(jī) AT89C51的 ～ 上；從左至右四個(gè) 74LS273 芯片的 /CLR 管腳依次連接到單片機(jī) AT89C51 的 、 、 、 上， CLK 管腳經(jīng)過(guò)反相器7404 接到單片機(jī) AT89C51 的 ALE/PROG 上。 單片機(jī)與 PC 機(jī)串行通信的設(shè)計(jì) 圖 MAX232 接口的單片機(jī)與 PC 機(jī)串行通信電路圖 **************** 論文 超聲波測(cè)距系統(tǒng)硬件及軟件的實(shí)現(xiàn) 20 串行通信是上位機(jī)和下位機(jī)建立聯(lián)系的橋梁，本測(cè)距系統(tǒng)單片機(jī)與 PC機(jī)串行通信的設(shè)計(jì)采用 MAX232 單芯片實(shí)現(xiàn) AT89C51 與 PC 機(jī)的 RS232C 標(biāo)準(zhǔn)接口通信電路。 MAX232 與 AT89C51 和 PC 機(jī)的管腳連接方式為： R2OUT—— AT89C51 的串行接收端 RXD， 單片機(jī) 接收數(shù)據(jù)； T2IN—— AT89C51 的串行發(fā)送端 TXD，單片機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)； T2OUT—— 9針“ D” 型 RS232連接器的第 2針端口， PC機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)； R2in—— 9針“ D” 型 RS232 連接器的第 3 針端口， PC 機(jī)接收數(shù)據(jù)。 由于 RS232C 的邏輯 0 電平規(guī)定 為 +5～ +15V，邏輯 1 電平規(guī)定為 15～5V,因此在于 TTL 電路接口時(shí)必須經(jīng)過(guò)電平轉(zhuǎn)換。 MAX232 芯片是 MAXIM 公司生產(chǎn)的、包含兩路接收器和驅(qū)動(dòng)器的 RS232 電平轉(zhuǎn)換芯片，適用于各種232 通信接口。 MAX232 芯片內(nèi)部有一個(gè)電源電壓變換器，可以把輸入的 +5V電壓變換為 RS232C 輸出電平所需要的 177。 10V 電壓。所以，采用此芯片接口的串行通信系統(tǒng)只需單一的 +5V電源就可以了。對(duì)于沒(méi)有 177。 12V電源的場(chǎng)合，其適應(yīng)性更強(qiáng)。 采用 MAX232 芯片接口的 PC 機(jī)與 MCS51 單片機(jī)串行通信接口電路如上圖 所示， MAX232 芯片上半部分電容 E E E E6 及 V+、 V是電源變換部分，因噪聲 VCC 要加對(duì)地去耦電容 E2，值為 ,電容 E E EE6 為電解電容，電容值 。 **************** 論文 超聲波測(cè)距系統(tǒng)硬件及軟件的實(shí)現(xiàn) 21 第 4 章 超聲波測(cè)距系統(tǒng)硬件及軟件的實(shí)現(xiàn) 上一章介紹了超聲測(cè)距系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)及具體的各個(gè)部分的設(shè)計(jì)，本章將要介紹系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的具體實(shí)現(xiàn)，包括三個(gè)部分：?jiǎn)纹瑱C(jī) AT89C51控制部分、系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)。 單片機(jī) AT89C51 在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，采用的是美國(guó) ATMEL 公司生產(chǎn)的 8 位單片機(jī)— AT89C51 作為超聲波測(cè)距系統(tǒng)的控制器件。 AT89C51 是一個(gè)低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機(jī) ,有 40 個(gè)引腳， 32 個(gè)外部雙向輸入 /輸出（ I/O）端口，同時(shí)內(nèi)含 2 個(gè)外中斷口， 2個(gè) 16 位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器 ,2 個(gè)全雙工串行通信口。 AT89C51 是一種高效的微控制器，為很多智能儀器和嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。下面介紹一下 本設(shè)計(jì)中所涉及的該單片機(jī)的一些功能。 圖 單片機(jī) AT89C51 引腳圖 **************** 論文 超聲波測(cè)距系統(tǒng)硬件及軟件的實(shí)現(xiàn) 22 主要功能特性： 表 AT89C51 主要功能特性 178。 兼容 MCS— 51 指令系統(tǒng) 178。 4k可反復(fù)擦寫(xiě) (1000次 )Flash ROM 178。 32 個(gè)雙向 I/O 口 178。 可編程 UARL 通道 178。 兩個(gè) 16位可編程定時(shí) /計(jì)數(shù)器 178。 全靜態(tài)操作 024MHz 178。 1 個(gè)串行中斷 178。 128x8bit 內(nèi)部 RAM 178。 兩個(gè)外部中斷源 178。 共 6 個(gè)中斷源 178。 可直接驅(qū)動(dòng) LED 178。 3 級(jí)加密位 178。 低功耗空閑和掉電模式 178。 軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能 AT89C51 的定時(shí) /計(jì)數(shù)器和外部中斷 單片機(jī) AT89C51 的定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器組成的核心是一個(gè) 16位加 1 計(jì)數(shù)器，其計(jì)數(shù)脈沖有兩個(gè)來(lái)源 :一是由外部事件提供的計(jì)數(shù)脈沖通過(guò)引腳 Tx 端口送加 1計(jì)數(shù)器 。另一個(gè)是由單片機(jī)內(nèi)