【導讀】航天、冶金采礦以及家用電器等許多領域都得到了廣泛的應用，發(fā)揮了巨大的作用。利用超聲波測距迅速、方便、計算簡單、易于做到實時控制，并且在測量。接收的物理過程完成的。目前，超聲波技術廣泛應用于各個工業(yè)部門的超聲探測、超。聲焊接、超聲檢測和超聲醫(yī)療方面?；趩纹瑱C的超聲波測距系統(tǒng)易實現(xiàn)，成本低，精確度高，并且容易做到實時控制，具備較強的實用性，可實現(xiàn)—10米的測量。

　　

【正文】 過對特殊功能寄存器 TCON 編程來選擇。 (2） 內(nèi)部中斷 內(nèi)部中斷是單片機芯片內(nèi)部產(chǎn)生的中斷。 MCS51 單片機的內(nèi)部中斷包括定時 / 計數(shù)器 T0 和 T1 的溢出中斷，串行口的發(fā)送 /接收中斷。當定時 /計數(shù)器 T0 和 T1 的 定時或計數(shù)到時，有硬件自動置位 TCON 的 TF0 和 TF1，向 CPU 申請中斷； CPU 響應 中斷而轉向中斷服務程序時，由硬件自動將 TF0 和 TF1 置零即 CPU 響應中斷后自動 撤出中斷請求信號。當串行口發(fā)送或接收完一幀數(shù)據(jù)時，由硬件自動置位 SCON 的 T1 和 R1，以此向 CPU 申請中斷； CPU 響應中斷后，硬件不能自動將 T1 或 R1 置零， 即 CPU 響應串行口中斷后不能自行撤出中斷請求信號，用戶必須使用軟件方法將 T1 或 R1 清零，來撤出中斷請求信號。 中斷控制寄存器 AT89C51 中斷系統(tǒng)在 4 個特殊功能寄存器控制下工作。這 4 個寄存器是：定時 /計數(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)先級控制寄存器 (IP)。通過對這 4 個寄存器的各位進行置位和復位操作， 可實現(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 超聲波測距系統(tǒng)的設計 第 23 頁 共 45 頁 IE0：外部中斷 0 的中斷請求標志位。當 IT0=0 時，系統(tǒng)采用電平觸發(fā)方式， CPU 在每個機器周期的 S5P2 期間采樣，一旦 INT0 引腳上檢測到低電平，則認為 有中斷申請，隨即使 IE0 置位，向 CPU 申請中斷。當 IT0=1 時，系統(tǒng)采用邊 沿觸發(fā)方式， CPU 在每個中期的 S5P2 期間采樣，當檢測到前一周期為高電平， 后一周期為低電平時，使標志位 IE0 置 1，向 CPU 申請中斷。在邊沿觸發(fā)方式中，為了保證 CPU 在兩個機器周期內(nèi)檢測到由高到底的負跳變，高電平和 低電 平的持續(xù)時間不得少于一個機器周期的時間。 IE1：外部中斷 1 的中斷請求標志位。功能與 IE0 類似。 TF0：內(nèi)部定時 /計數(shù)器 0 溢出中斷請求標志位。定時 /計數(shù)器的核心為加法計數(shù)器，當 T0 發(fā)生定時或計數(shù)溢出時，由硬件置位 TF0，向 CPU 申請中斷， CPU 響應 中斷后，會自動清零 TF0。 TF1：內(nèi)部定時 /計數(shù)器 1 溢出中斷請求標志位。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)送中斷請求標志位。 CPU 將一個數(shù)據(jù)寫入發(fā)送緩沖器 SBUF 時，就啟 動發(fā)送每發(fā)送完一幀串行數(shù)據(jù)后，硬件置位 T1。但 CPU 響應中斷時，并不清 楚 T1 中斷標志位，必須在中斷服務程序中由軟件對 T1 清零。 R1： 串行口接收中斷請求標志位。在串行口允許接收時，每接收完一幀數(shù)據(jù)時， 由硬件自動置位 R1 為 響應中斷時，并不清除 R1 中 斷標志，也必須在 中斷服務程序中由軟件對 R1 清零。 3)IE 各位定地址及定義 EA： 總中斷允許控制位。當 EA=0 時，屏蔽所有的中斷；當 EA=1 時，開放所有的 中斷。 ES： 串行口中斷允許控制位。當 ES=0 時，屏蔽串行口中斷；當 ES=1 且 EA=1 開放 串行口中斷。 ET1：定時 /計數(shù)器 1 的中斷允許控制位。當 ET1=0 時，屏蔽 T1 的溢出中斷；當 ET1=1 且 EA=1 時，開放 T1 的溢出中斷。 EX1：外部中斷 1 的中斷允許控制位。當 EX1=0 時，屏蔽外部中斷 1 的中斷；當 EX1=1 時且 EA=1 時，開放外部中斷 1 的中斷。 ET0：定時 /計數(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 超聲波測距系統(tǒng)的設計 第 24 頁 共 45 頁 中斷優(yōu)先級控制 AT89C51 系列單片機有兩個中斷優(yōu)先級，每一個中斷請求源均可編程為高優(yōu)先 級中斷或低優(yōu)先級中斷，從而實現(xiàn)兩級中斷嵌套，就是 CPU 正在執(zhí)行低優(yōu)先級中斷 的服務程序時，可被高優(yōu)先級中斷請求中斷，去執(zhí)行高優(yōu)先級中斷服務程序，待高 優(yōu)先級中斷處理完畢后，再返回低優(yōu)先級中斷的服務程序。兩級中斷嵌套的中斷過 程如圖 所示： 響 應 低 級 中 斷 請 求返 回 主 程 序響 應 高 級 中 斷 請 求返 回 低 級 中 斷 程 序低 級 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 中 斷服 務 程 序C P U 執(zhí) 行 高 級 中 斷服 務 程 序 圖 中斷優(yōu)先級 由上圖可以看出，一個正在執(zhí)行的低優(yōu)先級中斷服務程序能被高優(yōu)先級的中斷請求所中斷，但不能被另一個優(yōu)先級的中斷請求中斷。若 CPU 正在執(zhí)行高優(yōu)先級的中斷服務程序，則不能被任何中斷請求所中斷，一直執(zhí)行到中斷服務程序結束，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新的中斷請求?？梢詺w結為下面 3 條規(guī)則。 （ 1） 正在進行的 中斷服務程序不能被新的同級或低優(yōu)先級的中斷請求所中斷，一直到該中斷服務程序結束，返回了主程序且執(zhí)行執(zhí)行了主程序的一條指令后， CPU 才能響應新的中斷。 （ 2） 正在進行的低優(yōu)先級中斷服務程序能被高優(yōu)先級中斷請求所中斷，實現(xiàn)兩級中斷嵌套。 （ 3） CPU 同時接受幾個中斷請求時，首先響應優(yōu)先級最高的中斷請求。任何一種中斷，不管是高級中斷還是低級中斷一旦得到響應，不會再被它的同級中斷源所中斷。如果某一中斷源被設置為高優(yōu)先級中斷，在執(zhí)行該中斷源的中斷服務程序時，則不能被任何其他中斷源所中斷。 中斷響應的條件 （ 1） 無同級或高級中斷正在處理； （ 2） 現(xiàn)行指令執(zhí)行到最后一個機器周期且已結束； 安徽工業(yè)大學 超聲波測距系統(tǒng)的設計 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，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。 中斷響應過程 CPU 響應中斷后，由硬件自動執(zhí)行如下的功能操作： （ 1） 根據(jù)中斷請求源的優(yōu)先級高低，對相應的優(yōu)先級狀態(tài)觸發(fā)器置 1，硬件自動生成長調(diào)用指令 LCALL addr16； （ 2） 保護斷點，即把程序計數(shù)器 PC 的內(nèi)容壓入堆 棧保存； （ 3） 清除相應的中斷請求標志位（串行口中斷不能由硬件自動清除中斷請求標志位）； （ 4） 把被響應的中斷源所對應的中斷服務程序入口地址送入 PC 從而轉入響應的中斷服務程序執(zhí)行。 AT89C51 系統(tǒng)的中斷服務程序的入口地址即中斷矢量也是由硬件自動生成的，在中斷源與它所對應的中斷服務程序入口地址如圖 213所示 : 中斷源 中斷矢量 外部中斷 0 0003H 定時 /計數(shù)器 0 中斷 000BH 外部中斷 1 0013H 定時 /計數(shù)器 1 中斷 001BH 串行口中斷 0023H 定時 /計 數(shù)器 2 中斷 002BH 圖 中斷源及入口地址 安徽工業(yè)大學 超聲波測距系統(tǒng)的設計 第 26 頁 共 45 頁 第三章 系統(tǒng)硬件電路設計 超聲波測距系統(tǒng)電路總體設計方案 由單片機 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(jīng)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，接收口 口即變?yōu)榈碗娖剑x取單片機中定時器的值。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。如圖 : 圖 總體設計圖 該測距裝置是由超聲波模塊、單片機、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距模塊，模塊的輸出輸入端與單片機相連接，單片機的輸出端與顯示電路輸入端相連，其時序圖如圖所示 : 安徽工業(yè)大學 超聲波測距系統(tǒng)的設計 第 27 頁 共 45 頁 圖 時序圖 發(fā)射電路方案設計 發(fā)射電路主要由反向器 74LS04 和超聲波換能器 T構成，單片機 端口輸出的40kHz 方波 信號一路經(jīng)一級反向器后送到超聲波換能器的一個電極，另一路經(jīng)兩級反向器后送到超聲波換能器的另一個電極。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。輸出端采用兩個反向器并聯(lián)，用以提高驅動能力。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。 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)部結構如圖 33所示，它有兩個壓電晶片和一個共振板。當它的兩極外加脈沖信號，其頻率等于壓電晶片 的固有振蕩頻率時，壓電晶片將會發(fā)生共振，并帶動共振板振動產(chǎn)生超聲波，這時它就是一個超聲波發(fā)生器；反之，如果兩電極間未外加電壓，當共振板接收到超聲波時，將壓迫壓電晶片作振動，將機械能轉為電信號，這時它就成為超聲波接收換能器了。 安徽工業(yè)大學 超聲波測距系統(tǒng)的設計 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 接收電路的設計 檢測接收電路中的 CX20216A 芯片是一款紅外線檢波接收的專用芯片，常用于電視機紅外遙控接收器。 考慮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，可以利用它作為超聲波檢測電路，超聲波接收頭將機械能轉換為電信號。但這個電信號非常微弱，必須經(jīng)過放大， CX20216A 芯片完成放大調(diào)制的功能。 實驗證明， CX20216A 芯片具有很高的靈敏度和較強的抗干擾能力。內(nèi)部電路由前置放大器、自動偏置電平控制電路、限幅放大器、帶通濾波器、峰值檢波器和整形輸出電路組成。接收的回波信號先經(jīng)過前置放大器和限幅放大器，將信號調(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，濾除干擾信號；最后由峰值檢波器和整形電路輸出到鎖相環(huán)路，實現(xiàn)準確的計時。 1 腳是接收信號輸 入端。 2 腳是調(diào)節(jié)接收信號靈敏度，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，在干擾較大的場合增加電阻阻值可將靈敏度調(diào)低，干擾小的場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，瞬間相應靈