【導(dǎo)讀】航天、冶金采礦以及家用電器等許多領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用，發(fā)揮了巨大的作用。利用超聲波測(cè)距迅速、方便、計(jì)算簡(jiǎn)單、易于做到實(shí)時(shí)控制，并且在測(cè)量。接收的物理過程完成的。目前，超聲波技術(shù)廣泛應(yīng)用于各個(gè)工業(yè)部門的超聲探測(cè)、超。聲焊接、超聲檢測(cè)和超聲醫(yī)療方面?；趩纹瑱C(jī)的超聲波測(cè)距系統(tǒng)易實(shí)現(xiàn)，成本低，精確度高，并且容易做到實(shí)時(shí)控制，具備較強(qiáng)的實(shí)用性，可實(shí)現(xiàn)—10米的測(cè)量。

　　

【正文】 過對(duì)特殊功能寄存器 TCON 編程來選擇。 (2） 內(nèi)部中斷 內(nèi)部中斷是單片機(jī)芯片內(nèi)部產(chǎn)生的中斷。 MCS51 單片機(jī)的內(nèi)部中斷包括定時(shí) / 計(jì)數(shù)器 T0 和 T1 的溢出中斷，串行口的發(fā)送 /接收中斷。當(dāng)定時(shí) /計(jì)數(shù)器 T0 和 T1 的 定時(shí)或計(jì)數(shù)到時(shí)，有硬件自動(dòng)置位 TCON 的 TF0 和 TF1，向 CPU 申請(qǐng)中斷； CPU 響應(yīng) 中斷而轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序時(shí)，由硬件自動(dòng)將 TF0 和 TF1 置零即 CPU 響應(yīng)中斷后自動(dòng) 撤出中斷請(qǐng)求信號(hào)。當(dāng)串行口發(fā)送或接收完一幀數(shù)據(jù)時(shí)，由硬件自動(dòng)置位 SCON 的 T1 和 R1，以此向 CPU 申請(qǐng)中斷； CPU 響應(yīng)中斷后，硬件不能自動(dòng)將 T1 或 R1 置零， 即 CPU 響應(yīng)串行口中斷后不能自行撤出中斷請(qǐng)求信號(hào)，用戶必須使用軟件方法將 T1 或 R1 清零，來撤出中斷請(qǐng)求信號(hào)。 中斷控制寄存器 AT89C51 中斷系統(tǒng)在 4 個(gè)特殊功能寄存器控制下工作。這 4 個(gè)寄存器是：定時(shí) /計(jì)數(shù)器控制寄存器 (TCON)、串行口控制寄存器 (SCON)、中斷允許控制寄存器（ IE） 和中斷優(yōu)先級(jí)控制寄存器 (IP)。通過對(duì)這 4 個(gè)寄存器的各位進(jìn)行置位和復(fù)位操作， 可實(shí)現(xiàn)各種中斷控制功能。 (1） TCON 各位的地址及定義 如表 210 所示： 位地址 8FH 8EH 8DH 8CH 8BH 8AH 89H 88H 位定義 TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0 表 210 TCON 定義及地址 IT0：選擇外部中斷 0 的中斷觸發(fā)方式?？寇浖梦缓颓辶?。 IT0=0，為電平觸發(fā)方式，低電平有效； IT0=1,為下降沿觸發(fā)方式。 IT1：選擇外部中斷以的中 斷觸發(fā)方式。其功能與 IT0 類同。 安徽工業(yè)大學(xué) 超聲波測(cè)距系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 第 23 頁 共 45 頁 IE0：外部中斷 0 的中斷請(qǐng)求標(biāo)志位。當(dāng) IT0=0 時(shí)，系統(tǒng)采用電平觸發(fā)方式， CPU 在每個(gè)機(jī)器周期的 S5P2 期間采樣，一旦 INT0 引腳上檢測(cè)到低電平，則認(rèn)為 有中斷申請(qǐng)，隨即使 IE0 置位，向 CPU 申請(qǐng)中斷。當(dāng) IT0=1 時(shí)，系統(tǒng)采用邊 沿觸發(fā)方式， CPU 在每個(gè)中期的 S5P2 期間采樣，當(dāng)檢測(cè)到前一周期為高電平， 后一周期為低電平時(shí)，使標(biāo)志位 IE0 置 1，向 CPU 申請(qǐng)中斷。在邊沿觸發(fā)方式中，為了保證 CPU 在兩個(gè)機(jī)器周期內(nèi)檢測(cè)到由高到底的負(fù)跳變，高電平和 低電 平的持續(xù)時(shí)間不得少于一個(gè)機(jī)器周期的時(shí)間。 IE1：外部中斷 1 的中斷請(qǐng)求標(biāo)志位。功能與 IE0 類似。 TF0：內(nèi)部定時(shí) /計(jì)數(shù)器 0 溢出中斷請(qǐng)求標(biāo)志位。定時(shí) /計(jì)數(shù)器的核心為加法計(jì)數(shù)器，當(dāng) T0 發(fā)生定時(shí)或計(jì)數(shù)溢出時(shí)，由硬件置位 TF0，向 CPU 申請(qǐng)中斷， CPU 響應(yīng) 中斷后，會(huì)自動(dòng)清零 TF0。 TF1：內(nèi)部定時(shí) /計(jì)數(shù)器 1 溢出中斷請(qǐng)求標(biāo)志位。功能與 TF0 類似 (2） SCON 中斷的各位地址及定義 如表 211 所示： 位地址 9FH 9EH 9DH 9CH 9BH 9AH 99H 98H 位定義 SM1 SM0 SM2 REN TB8 RB8 T1 R1 表 211 SCON 定義及地址 T1： 串行口發(fā)送中斷請(qǐng)求標(biāo)志位。 CPU 將一個(gè)數(shù)據(jù)寫入發(fā)送緩沖器 SBUF 時(shí)，就啟 動(dòng)發(fā)送每發(fā)送完一幀串行數(shù)據(jù)后，硬件置位 T1。但 CPU 響應(yīng)中斷時(shí)，并不清 楚 T1 中斷標(biāo)志位，必須在中斷服務(wù)程序中由軟件對(duì) T1 清零。 R1： 串行口接收中斷請(qǐng)求標(biāo)志位。在串行口允許接收時(shí)，每接收完一幀數(shù)據(jù)時(shí)， 由硬件自動(dòng)置位 R1 為 響應(yīng)中斷時(shí)，并不清除 R1 中 斷標(biāo)志，也必須在 中斷服務(wù)程序中由軟件對(duì) R1 清零。 3)IE 各位定地址及定義 EA： 總中斷允許控制位。當(dāng) EA=0 時(shí)，屏蔽所有的中斷；當(dāng) EA=1 時(shí)，開放所有的 中斷。 ES： 串行口中斷允許控制位。當(dāng) ES=0 時(shí)，屏蔽串行口中斷；當(dāng) ES=1 且 EA=1 開放 串行口中斷。 ET1：定時(shí) /計(jì)數(shù)器 1 的中斷允許控制位。當(dāng) ET1=0 時(shí)，屏蔽 T1 的溢出中斷；當(dāng) ET1=1 且 EA=1 時(shí)，開放 T1 的溢出中斷。 EX1：外部中斷 1 的中斷允許控制位。當(dāng) EX1=0 時(shí)，屏蔽外部中斷 1 的中斷；當(dāng) EX1=1 時(shí)且 EA=1 時(shí)，開放外部中斷 1 的中斷。 ET0：定時(shí) /計(jì)數(shù)器 0 的中斷允許控制位。功能與 ET1 相同。 EX0：外部中斷 0 的中斷允許控制位。功能與 EX1 相同。 安徽工業(yè)大學(xué) 超聲波測(cè)距系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 第 24 頁 共 45 頁 中斷優(yōu)先級(jí)控制 AT89C51 系列單片機(jī)有兩個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)，每一個(gè)中斷請(qǐng)求源均可編程為高優(yōu)先 級(jí)中斷或低優(yōu)先級(jí)中斷，從而實(shí)現(xiàn)兩級(jí)中斷嵌套，就是 CPU 正在執(zhí)行低優(yōu)先級(jí)中斷 的服務(wù)程序時(shí)，可被高優(yōu)先級(jí)中斷請(qǐng)求中斷，去執(zhí)行高優(yōu)先級(jí)中斷服務(wù)程序，待高 優(yōu)先級(jí)中斷處理完畢后，再返回低優(yōu)先級(jí)中斷的服務(wù)程序。兩級(jí)中斷嵌套的中斷過 程如圖 所示： 響 應(yīng) 低 級(jí) 中 斷 請(qǐng) 求返 回 主 程 序響 應(yīng) 高 級(jí) 中 斷 請(qǐng) 求返 回 低 級(jí) 中 斷 程 序低 級(jí) 中 斷 程 序C P U 執(zhí) 行 主 程 序繼 續(xù) 執(zhí) 行 主 程序C P U 執(zhí) 行 低 級(jí) 中 斷服 務(wù) 程 序C P U 執(zhí) 行 高 級(jí) 中 斷服 務(wù) 程 序 圖 中斷優(yōu)先級(jí) 由上圖可以看出，一個(gè)正在執(zhí)行的低優(yōu)先級(jí)中斷服務(wù)程序能被高優(yōu)先級(jí)的中斷請(qǐng)求所中斷，但不能被另一個(gè)優(yōu)先級(jí)的中斷請(qǐng)求中斷。若 CPU 正在執(zhí)行高優(yōu)先級(jí)的中斷服務(wù)程序，則不能被任何中斷請(qǐng)求所中斷，一直執(zhí)行到中斷服務(wù)程序結(jié)束，遇到中斷返回指令 RET1，返回主程序再執(zhí)行一條指令后才能響應(yīng)新的中斷請(qǐng)求?？梢詺w結(jié)為下面 3 條規(guī)則。 （ 1） 正在進(jìn)行的 中斷服務(wù)程序不能被新的同級(jí)或低優(yōu)先級(jí)的中斷請(qǐng)求所中斷，一直到該中斷服務(wù)程序結(jié)束，返回了主程序且執(zhí)行執(zhí)行了主程序的一條指令后， CPU 才能響應(yīng)新的中斷。 （ 2） 正在進(jìn)行的低優(yōu)先級(jí)中斷服務(wù)程序能被高優(yōu)先級(jí)中斷請(qǐng)求所中斷，實(shí)現(xiàn)兩級(jí)中斷嵌套。 （ 3） CPU 同時(shí)接受幾個(gè)中斷請(qǐng)求時(shí)，首先響應(yīng)優(yōu)先級(jí)最高的中斷請(qǐng)求。任何一種中斷，不管是高級(jí)中斷還是低級(jí)中斷一旦得到響應(yīng)，不會(huì)再被它的同級(jí)中斷源所中斷。如果某一中斷源被設(shè)置為高優(yōu)先級(jí)中斷，在執(zhí)行該中斷源的中斷服務(wù)程序時(shí)，則不能被任何其他中斷源所中斷。 中斷響應(yīng)的條件 （ 1） 無同級(jí)或高級(jí)中斷正在處理； （ 2） 現(xiàn)行指令執(zhí)行到最后一個(gè)機(jī)器周期且已結(jié)束； 安徽工業(yè)大學(xué) 超聲波測(cè)距系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 第 25 頁 共 45 頁 （ 3） 若現(xiàn)行指令為 RETI 或訪問特殊功能寄存器 IE 和 IP 的指令時(shí)，執(zhí)行完該指令且緊隨其后的另一條指令也已執(zhí)行完畢。 中斷響應(yīng)過程 CPU 響應(yīng)中斷后，由硬件自動(dòng)執(zhí)行如下的功能操作： （ 1） 根據(jù)中斷請(qǐng)求源的優(yōu)先級(jí)高低，對(duì)相應(yīng)的優(yōu)先級(jí)狀態(tài)觸發(fā)器置 1，硬件自動(dòng)生成長(zhǎng)調(diào)用指令 LCALL addr16； （ 2） 保護(hù)斷點(diǎn)，即把程序計(jì)數(shù)器 PC 的內(nèi)容壓入堆 棧保存； （ 3） 清除相應(yīng)的中斷請(qǐng)求標(biāo)志位（串行口中斷不能由硬件自動(dòng)清除中斷請(qǐng)求標(biāo)志位）； （ 4） 把被響應(yīng)的中斷源所對(duì)應(yīng)的中斷服務(wù)程序入口地址送入 PC 從而轉(zhuǎn)入響應(yīng)的中斷服務(wù)程序執(zhí)行。 AT89C51 系統(tǒng)的中斷服務(wù)程序的入口地址即中斷矢量也是由硬件自動(dòng)生成的，在中斷源與它所對(duì)應(yīng)的中斷服務(wù)程序入口地址如圖 213所示 : 中斷源 中斷矢量 外部中斷 0 0003H 定時(shí) /計(jì)數(shù)器 0 中斷 000BH 外部中斷 1 0013H 定時(shí) /計(jì)數(shù)器 1 中斷 001BH 串行口中斷 0023H 定時(shí) /計(jì) 數(shù)器 2 中斷 002BH 圖 中斷源及入口地址 安徽工業(yè)大學(xué) 超聲波測(cè)距系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 第 26 頁 共 45 頁 第三章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 超聲波測(cè)距系統(tǒng)電路總體設(shè)計(jì)方案 由單片機(jī) AT89C51 編程產(chǎn)生 10US 以上的高電平，由 口輸出，就可以在接收口 （ Echo 引腳）等待高電平輸出。一旦有高電平出處，即在模塊中經(jīng)過放大電路，驅(qū)動(dòng)超聲波發(fā)射探頭發(fā)射超聲波。發(fā)射出去的超聲波經(jīng)障礙物反射回來后，由超聲波接收頭接收到信號(hào)，通過接收電路的檢波放大、積分整形及一系列處理，接收口 口即變?yōu)榈碗娖?，讀取單片機(jī)中定時(shí)器的值。單片機(jī)利用聲波的傳播速度和發(fā)射脈沖到接收反射脈沖的時(shí)間間隔計(jì)算出障礙物的距離并由單片機(jī)控制顯示出來。如圖 : 圖 總體設(shè)計(jì)圖 該測(cè)距裝置是由超聲波模塊、單片機(jī)、和 LCD 顯示 電路組成。傳感器輸入端與發(fā)射接收電路組成超聲波測(cè)距模塊，模塊的輸出輸入端與單片機(jī)相連接，單片機(jī)的輸出端與顯示電路輸入端相連，其時(shí)序圖如圖所示 : 安徽工業(yè)大學(xué) 超聲波測(cè)距系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 第 27 頁 共 45 頁 圖 時(shí)序圖 發(fā)射電路方案設(shè)計(jì) 發(fā)射電路主要由反向器 74LS04 和超聲波換能器 T構(gòu)成，單片機(jī) 端口輸出的40kHz 方波 信號(hào)一路經(jīng)一級(jí)反向器后送到超聲波換能器的一個(gè)電極，另一路經(jīng)兩級(jí)反向器后送到超聲波換能器的另一個(gè)電極。用這種推挽形式將方波信號(hào)加到超聲波換能器兩端，可以提高超聲波的發(fā)射強(qiáng)度。輸出端采用兩個(gè)反向器并聯(lián)，用以提高驅(qū)動(dòng)能力。上拉電阻 R R11 一方面可以提高反向器 74LS04 輸出高電平的驅(qū)動(dòng)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(shí)間。 壓電式超聲波換能器是利用壓電晶體的諧振來工作的。超聲波換能器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 33所示，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，這時(shí)它就是一個(gè)超聲波發(fā)生器；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)為電信號(hào)，這時(shí)它就成為超聲波接收換能器了。 安徽工業(yè)大學(xué) 超聲波測(cè)距系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 第 28 頁 共 45 頁 197 4 L S 0 47 4 L S 0 4U 4 A35281 11 0461 0 0 0 歐 姆TR1 0R1 11 0 0 0 歐 姆V c cU 4 BU 4 CU 4 E7 4 L S 0 4U 4 D 圖 40khz 超聲波發(fā)射電路 接收電路的設(shè)計(jì) 檢測(cè)接收電路中的 CX20216A 芯片是一款紅外線檢波接收的專用芯片，常用于電視機(jī)紅外遙控接收器。 考慮到紅外遙控常用的載波頻率 38kHz 與測(cè)距超聲波頻率 40kHz 較為接近，可以利用它作為超聲波檢測(cè)電路，超聲波接收頭將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。但這個(gè)電信號(hào)非常微弱，必須經(jīng)過放大， CX20216A 芯片完成放大調(diào)制的功能。 實(shí)驗(yàn)證明， CX20216A 芯片具有很高的靈敏度和較強(qiáng)的抗干擾能力。內(nèi)部電路由前置放大器、自動(dòng)偏置電平控制電路、限幅放大器、帶通濾波器、峰值檢波器和整形輸出電路組成。接收的回波信號(hào)先經(jīng)過前置放大器和限幅放大器，將信號(hào)調(diào)整到合適的幅值；再經(jīng)過帶通濾波器濾波得到有用信號(hào)，濾除干擾信號(hào)；最后由峰值檢波器和整形電路輸出到鎖相環(huán)路，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的計(jì)時(shí)。 1 腳是接收信號(hào)輸 入端。 2 腳是調(diào)節(jié)接收信號(hào)靈敏度，電阻越小，靈敏度越高。電容越大，靈敏度越高。電容一般取 1μ F，電阻 50～ 300 Ω的，在干擾較大的場(chǎng)合增加電阻阻值可將靈敏度調(diào)低，干擾小的場(chǎng)合減小阻值將靈敏度調(diào)高。 3腳與 GND 之間連接檢波電容，電容量大為平均值檢波，瞬間相應(yīng)靈