【文章內容簡介】 第三方 Flash 或EPROM 編程器。 編程方法： 基于單片機的超聲波測距儀設計 11 對 AT89C52 編程之前，需設置好地址、數(shù)據(jù)及控制信號，可采用下列步驟對 AT89C52 編程： 1．在地址線上輸入編程單元地址信號 2．在數(shù)據(jù)線上輸入正確的數(shù)據(jù) 3．激活相應的控制信號 4．把 EA/Vpp 升至 12V 5．每給 Flash 寫入一個字節(jié)或程序加密位時，都要給 ALE/PROG 一次脈沖。每個字節(jié)寫入周期是自身定時的，通常均為 。重復 1— 5步驟，改變編程單元的地址和寫入的數(shù)據(jù)，直到全部文件編程結束。 單片機系統(tǒng)設計 單片機系統(tǒng)由 CPU AT89C52 和一定功能的外圍電路組成，包括為單片機提供復位電壓的復位電路，提供系統(tǒng)頻率的晶振。這部分電路主要負責程序的存儲和運行。圖 中 MCS51 內部時鐘方式電路外接晶體以及電容構成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反饋回路中。對外接電容的值雖然沒有嚴格的要求，但電容 的大小會影響振蕩器頻率的高低、諧振器的穩(wěn)定性、起振的快速性和溫度的穩(wěn)定性。晶體可在 ～ 12MHz之間任選，電容的典型值在 20pF～ 100pF 之間選擇，但在 60pF～ 70pF時振蕩器具有較高的頻率穩(wěn)定性。典型值通常選擇為 30pF 左右，但本電路采用 33pF。在設計印刷電路板時，晶體或陶瓷振蕩器和電容應盡可能安裝的與單片機芯片靠近，以減少寄生電容，更好的保證振蕩器穩(wěn)定和可靠的工作。為了提高溫度穩(wěn)定性，應采用溫度穩(wěn)定性能好的 NPO高頻電容。 AT89C52 的復位是由外部的復位電路來實現(xiàn)的。復位電路通常采用上 電自動復位和按鈕復位兩種方式。本設計中所用到的是上電按鈕復位。 基于單片機的超聲波測距儀設計 12 圖 單片機最小系統(tǒng) 復位電路 單片機 AT89C52 作為主芯片，控制整個電路的運行、單片機外圍需要一個復位電路。復位電路的功能是：系統(tǒng)上電時提供復位信號，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷復位信號。為可靠起見，電源穩(wěn)定后還要經一定的延時才撤銷復位信號，以防電源開關火電源插頭分 — 合過程中引起的抖動而影響復位。該設計采用含有電阻的復位電路，復位電路可以有效的解決電源毛刺和電源緩慢下降 (電池電壓不足 )等引起的問題。在電源電壓瞬間下降的時候可 以使電容迅速放電，一定寬度的電源毛刺也可令系統(tǒng)可靠復位，復位電路設計如下圖 所示： 復位是單片機的初始化操作，使 CPU 及各專用存儲器處于一個確定的初始狀態(tài)，其中把 PC 的內容初始化為 0000H，使單片機從 0000H 單元開始執(zhí)行程序，除了系統(tǒng)的正常開機（上電）復位外，當程序運行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死循環(huán)狀態(tài)時，為擺脫困境，可按復位鍵進行基于單片機的超聲波測距儀設計 13 復位，復位電路由片外和片內兩部分電路組成。 AT89C52 的 RST 引腳為復位引腳，只要在 RST 引腳上出現(xiàn)兩個機器周期以上的高電平，即可實現(xiàn)復位，復位通常有上電復位和按鍵復位 兩種方法。本設計采用的事按鍵復位，當按下鍵后，電容被短路， RST 引腳就處于高電平，就可以達到復位的目的，如下圖 所示。 圖 超聲波發(fā)射電路 由單片機產生的 40kHz 的方波需要進行放大，才能驅動超聲波傳感器發(fā)射超聲波，發(fā)射驅動電路其實就是一個信號放大電路。 圖 超聲波發(fā)射電路原理圖 超聲波發(fā)射電路原理圖如圖 所示。發(fā)射電路主要由反向器74LS04 和超聲波發(fā)射換能器 T 構成，單片機 端口輸出的 40KHZ基于單片機的超聲波測距儀設計 14 方波信號一路經一級反向器后送到超聲波換能器的一個電極。另一路經兩級反向器后送到超聲波的另一個電極。用這種推挽形式將方波信號加到超聲波換能器兩端，可以提高超聲波的發(fā)射強度，輸出采用兩個反向器并聯(lián)，用以提高驅動能力。上拉電阻 一方面可以提高反向器74LS04 輸出高電平的驅動能力，另一方面可以增加超聲波換能器的阻尼效果，縮短其自由振蕩的時間。 超聲波檢測接收電路 參考紅外轉化接收電路，本設計采用集成電路 CX20216A，這是一款紅外線檢波接收的專用芯片，常用于電視機紅外遙控接收器?？紤]到紅外遙控常用的載波頻率 38KHz 與測距超聲波頻率 40KHz 較為接近，可以利用他作為超聲波檢測電路 。如圖 超聲 波檢 測接收電路原理圖所示，適當改變 C12 的大小，可以改變接受電路的靈敏度和抗 干擾能力。 管腳 1是超聲波信號輸入端，是輸入阻抗約為 40KΩ 。管腳 2的 C12 R19 決定接受換能器的總增益，增大電阻 R 或者減小 C，將使放大倍數(shù)下降，負反饋量增大，電容 C 的改變會影響到頻率特性，實際使用中一般不改動，推薦選擇參數(shù) R= KΩ， C=。管腳 5 上的連接電阻 R18用以設置帶通濾波器的中心頻率，阻值越大，中心頻率越低，取 R=200 KΩ時，中心頻率約為 42KHZ；管腳 6 與 GND 之間接入一個分電容，標準值為 330pF，如果該電容取得太大，會使探測距離變短；管腳 7 是遙控命令輸出端，是集電極開路的輸出方式，因此該引腳必須接上一個上拉電阻到電源，該阻值推薦阻值為 R5=220 KΩ ,沒有接受信號時該端輸出為高電平，有信號時則會下降；管腳 8 接電源正極。 接受電路原理圖如下 所示 基于單片機的超聲波測距儀設計 15 圖 超聲波接收電路原理圖 超聲波顯示電路 LED(LightEmitting Diode，發(fā)光二極管 )有七段和八段之分，也有共陰和共陽兩種。 LED 數(shù)碼管結構簡單，價格便宜 。圖 示出了八段 LED 數(shù)碼顯示管的結構和原理圖。圖 (a)為八段共陰數(shù)碼顯示管結構圖，圖 (b)是它的原理圖，圖 (c)為八段共陽 LED 顯示管原理圖。八段 LED 顯示管由八只發(fā)光二極管組成，編號是 a、 b、 c、 d、 e、 f、 g 和 SP，分別與同名管腳相連。七段 LED 顯示管比八段 LED 少一只發(fā)光二極管 SP，其他與八段相同 圖 八段 LED 數(shù)碼顯示管原理和結構 基于單片機的超聲波測距儀設計 16 單片機的 顯示 電路圖如圖 所示，顯示電路由單片機 的 P0 口接74ALS245 再連接七 段數(shù)碼管 的數(shù)據(jù)顯示通道 進行顯示， 而通過單片機的 、 、 、 與共射極三極管的基極相連來控制數(shù)碼管的位選通。 圖 單片機及顯示系統(tǒng)電路圖 報警電路 采用一個蜂鳴器，輸出一定頻率 的信號，在連接到蜂鳴器之前，經過一個三極管放大。報警的部分電路 如 下 圖 所示 。實現(xiàn)的功能：當測得的距離小于最小值時，警報器觸發(fā)。 基于單片機的超聲波測距儀設計 17 圖 報警電路 電源電路設計 本裝置的電源是通過整流橋整流后經 C7,C6濾波后由 7805穩(wěn)定后提供穩(wěn)定的 5V電壓通電時發(fā)光二極管亮 ,如下圖 所示。 圖 基于單片機的超聲波測距儀設計 18 4 系統(tǒng)程序的 設計 超聲波測距器的軟件設計主要由主程序，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，由于 C 語言程序有利于實現(xiàn)較復雜的算法，匯編語言程序則具有較高的效率并且容易精確計算程序行動的時間，而超聲波測距器的程序既有較復雜的計算（計算距離時），又要求精確計算程序運行時間（超聲波測距時），所以控制程序可采用 C 語言和匯編語言混合編程。下面對超聲波測距器的算法，主程序，超聲波發(fā)生子程序和超聲波接收中斷程序逐一介紹。 超聲波測距器的算法設計 圖 示意了超聲波測距的原理，既超聲波發(fā)生器 T 在某一時刻發(fā)出一個超聲波信號，當這個超聲波遇到被測物體后反射回來，就會被超聲波接收器 R 接收到。這樣，只要計算出從發(fā)出超聲波信號到接收到返回信號所用的時間，就可算出超聲波發(fā)生器于反射物體的距離。該距離的計算公式如下 41： d=s/2=(v t)/2 （ 41） 其中： d 為被測物于測距器的距離； s 為聲波的來回路程； v 為聲速；t 為聲波來回所用的時間。 圖 超聲波測距離原理圖 單片 機 障礙物 發(fā)射管 接收管 基于單片機的超聲波測距儀設計 19 限制該系統(tǒng)的最大 可測距離存在四個因素：超聲波的幅度、反射物的質地、反射和入射聲波之間的夾角以及接收換能器的靈敏度。接收換能器對聲波脈沖的直接接收能力將決定最小可測距離。為了增加所測量的覆蓋范圍，減少測量誤差，可采用多個超聲波換能器分別作為多路超聲波發(fā)射 /接收的設計方法。由于超聲波也是一種聲波，其聲速 v 與溫度有關，下表 列出了幾種不同溫度下的聲速。在使用時，如果溫度變化不大，則可以為聲速是基本不變的。如果測距精度很高，則應通過溫度補償?shù)姆椒右孕Ｕ? 表 超聲波波速與溫度的關系表 溫度（℃） 30 20 10 0 10 30 30 100 聲速（ m/s） 313 319 325 323 338 344 349 386 總體設計方案 由單片機 AT89C52 編程產生 40kHz 的方波，由 口輸出，再經過放大電路，驅動超聲波發(fā)射探頭發(fā)射超聲波。發(fā)射出去的超聲波經障礙物反射回來后，由超聲波接 收頭接收到信號，通過接收電路的檢波放大、積分整形及一系列處理 ,送至單片機。單片機利用聲波的傳播速度和發(fā)射脈沖到接收反射脈沖的時間間隔計算出障礙物的距離 ,并由單片機控制顯示出來。 圖 時序圖 該測距裝置 是由超聲波傳感器、單片機、發(fā)射 /接收電路和 LED 顯示器組成。傳感器輸入端與發(fā)射接收電路相連 ,接收電路輸出端與單片基于單片機的超聲波測距儀設計 20 機相連接 ,單片機的輸出端與顯示電路輸入端相連接。其時序圖如圖 所示。 超聲波發(fā)生子程序和超聲波接收中斷程序 超聲波發(fā)生子程序的作用是通過 端口發(fā)送兩個左右的超聲波脈沖信號（頻率約 40kHz 的方波），脈沖寬度為 12181。s 左右，同時把計數(shù)器 T0打開進行計時。 超聲波測距器主程序利用外中斷 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），立即進入超聲波接收中斷 程序。就立即關閉計時器 T1，停止計時，并將測距成功標志字賦值 1。 如果當計時器溢出時還未檢測到超聲波返回信號，則定時器 T1 溢出中斷將外中斷 0關閉，并將測距成功標志字賦值 0，以表示本次測距不成功。 單片機在 T0 時刻發(fā)射方波，同時啟動定時器開始計時，當收到回波后，產生一負跳變到單片機中斷口，單片機響應中斷程序，定時器停止計數(shù)。計算時間差，即可得到超聲波在媒介中傳播的時間 t，由此便可計算出距離。 主程序 主程序首先要對系統(tǒng)環(huán)境初始化，設置定時器 T0 工作模式為 16 位定時 /計數(shù)器模式，置位總中斷允許位 EA 并對 顯示端口 P0 和 P2 清 0；然后調用超聲波發(fā)生子程序送出一個超聲波脈沖。為了避免超聲波從發(fā)射器直接傳到接收器引起的直射波，需要延時約 （這也就是超聲波測距器會有一個最小可測距離的原因）后才可打開外中斷 0 接收返回的超聲波信號。由于采用的是 12MHz 的晶振，計數(shù)器每計一個數(shù)就是1us，所以當主程序檢測到接收成功的標志位后，將計數(shù)器 T0 中的數(shù)（即超聲波來回所用的時間）按式（ 52）計算，即可得被測物體與測距器之間的距離。設計時取 20℃時的聲速為 344m/s，則有 d=（ v t） /2=（ 172T/10000） cm （ 42） 其中： T 為計數(shù)器 T0 的計數(shù)值。 基于單片機的超聲波測距儀設計 21 程序流程圖如圖 ， (a)為主程序流程圖， (b)為定時中斷子程序流程圖， (c)為外部中斷子程序流程圖。 (a) (b) (c) 圖 程序流程圖 用單片機編程產生 40kHz 方波，可用延時程序和循環(huán)語句實現(xiàn)。先定義一個延時函數(shù)，然后可用語句循環(huán)，并且循環(huán)一次同時改變方波輸出口的電平高低，從而產生方波。