【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 錐形輻射喇叭的損壞。金屬網(wǎng)也是起保護(hù)作用的，但不影響發(fā)射與接收超聲波。 6 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 第一節(jié) 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)基于超聲波反射原理利用單片機(jī)控制器產(chǎn)生 40Khz 的方波信號(hào)，通過發(fā)送模塊對(duì)方波信號(hào)進(jìn)行功率放大 ，驅(qū)動(dòng)超聲波探頭，發(fā)射 40K 超聲波。超聲波信號(hào)在空氣中傳播至障礙物后發(fā)生反射，反射回波經(jīng)空氣傳播給超聲波接收換能器并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)接收模塊濾波、放大、整形后，輸入到微控制器的外部中斷口，產(chǎn)生中斷，通過相應(yīng)的公式計(jì)算出距離，然后將距離值通過 LED 顯示出來。為了減少不同環(huán)境下，系統(tǒng)都能達(dá)到測(cè)量精度的要求，需要對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行溫度補(bǔ)償，而本系統(tǒng)采用數(shù)字化溫度傳感器 DS18B20 進(jìn)行溫度取樣，用算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行溫度補(bǔ)償。 如圖 所示為系統(tǒng)總體框圖。 圖 系統(tǒng)總體框圖 第二節(jié) AT89C51 單片機(jī)簡(jiǎn)介 單片機(jī)是本系統(tǒng)的核心元件，它負(fù)責(zé)各個(gè)模塊的協(xié)調(diào)工作，記錄超聲波發(fā)送到遇障礙物后反射回來的時(shí)間差，并將這個(gè)時(shí)間差轉(zhuǎn)化為距離，然后通過 LED 顯示模塊把距離顯示出來。 AT89C51 是一種帶 4KB 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的低電壓，高性能 CMOS 7 8 位微處理器，俗稱單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除 1000 次。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器制造 技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中， ATMEL 的AT89C51 是一種高效微控制器， AT89C51 單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。 （ 1）主要特性： 與 MCS51 兼容 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 壽命： 1000 寫 /擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時(shí)間： 10 年 全靜態(tài)工作： 0Hz24Hz 三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定 128*8 位內(nèi)部 RAM 32 可編程 I/O 線 兩個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 5 個(gè)中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和 掉電模式 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 （ 2） AT89C51 引腳如圖 管腳說明： VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0 口： P0 口為一個(gè) 8 位漏級(jí)開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當(dāng) P1口的管腳第一次寫 1 時(shí)，被定義為高阻輸入。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以在 FIASH 編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0 輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須被拉高 。 8 P 1 .01P 1 .12P 1 .23P 1 .34P 1 .45P 1 .56P 1 .67P 1 .78R S T9P 3 .0 (R X D )10P 3 .1 (T X D )11P 3 .2 (IN T 0)12P 3 .3 (IN T 1)13P 3 .4 (T 0)14P 3 .5 (T 1)15P 3 .6 (W R )16P 3 .7 (R D )17X T A L 218X T A L 119G N D20P 2 .0 /(A 8)21P 2 .1 /(A 9)22P 2 .2 /(A 10 )23P 2 .3 /(A 11 )24P 2 .4 /(A 12 )25P 2 .5 /(A 13 )26P 2 .6 /(A 14 )27P 2 .7 /(A 15 )28P S E N29A L E /P R O G30E A /V P P31P 0 .7 /(A D 7 )32P 0 .6 /(A D 6 )33P 0 .5 /(A D 5 )34P 0 .4 /(A D 4 )35P 0 .3 /(A D 3 )36P 0 .2 /(A D 2 )37P 0 .1 /(A D 1 )38P 0 .0 /(A D 0 )39V C C40A T 89 C 51 圖 AT89C51 引腳圖 P1 口： P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。 P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1口作為第八位地址接收。 P2 口： P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出4 個(gè) TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫 “1” 時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2 口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)， P2 口輸出地址的高八位。在給出地址 “1” 時(shí)，它利 用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P2 口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 P3 口： P3 口管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個(gè) TTL 門電流。當(dāng) P3 口寫入 “1” 后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如下所示： 口管腳 備選功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） 9 /INT0（外部中斷 0） /INT1（外部中斷 1） T0（記時(shí)器 0 外部輸入） T1（記時(shí)器 1 外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間 。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 （ 3）振蕩器特性： XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶 振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件， XTAL2 應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 （ 4）芯片擦除： 整個(gè) PEROM 陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號(hào)組合，并保持 ALE管腳處于低電平 10ms 來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫 “1” 且在任何非空存儲(chǔ)字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。 此外， AT89C51 設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式 下， CPU 停止工作。但 RAM，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存 RAM 的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。 第三節(jié) 電源 電路 在各種電子設(shè)備中，直流穩(wěn)壓電源是必不可少的組成部分，它是電子設(shè)備唯一的能量來源，穩(wěn)壓電源的主要任務(wù)是將 50Hz 的電網(wǎng)電壓轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流電壓和電流，從而滿足負(fù)載的需要，直流穩(wěn)壓電源一般由整流、濾波、穩(wěn)壓等環(huán)節(jié)組成。其電 10 路圖圖 所示。 其中，變壓器將交流電源（ 220V/50Hz）變換 為 符合整流電路所需要的交流電壓；整流電路 是具有 單 方向?qū)щ娦阅艿恼髌骷?，將交流電壓整流成單方向脈動(dòng)的直流電壓；濾波電路濾去單向脈動(dòng)直流電壓中的交流部分，保留直流成分，盡可能供給負(fù)載平滑的直流電壓；穩(wěn)壓電路是一種自動(dòng)調(diào)節(jié)電路，在交流電源電壓波動(dòng)或負(fù)載變化時(shí)，通過此電路使直流輸出電壓穩(wěn)定 [7]。 圖 電源電路 220V 交流電通過電源變壓器變換成交流低壓電源，再經(jīng)過橋式整流電路 D1~D4和濾波電容的整理和濾波，在固定式三端穩(wěn)壓器 LM7805 的 Vin 和 GND 兩端形成一個(gè)并不十分穩(wěn)定的直流電壓。此直流電壓經(jīng)過 LM7805 的穩(wěn)壓和電容濾波便在穩(wěn)壓電 源的輸出端產(chǎn)生了精度高、穩(wěn)定度好的直接輸出電壓。如 所示的電路為輸出電壓為+5V、