【導讀】氣中超聲波的傳播速度為確定條件，利用反射超聲波測量待測距離。器原理與特性和超聲測距系統(tǒng)功能的基礎上，提出了系統(tǒng)的總體構成。設計方案進行了論證，對測距系統(tǒng)的一些主要參數(shù)進行了討論。高速度，高效率是現(xiàn)代工業(yè)的標志，而這是建立在高質量的基礎之上的。至是只能依靠無損檢測技術的運用方可予以發(fā)現(xiàn)和評價。當然，這與數(shù)十年來多方的。無損檢測正在以迅猛之勢向縱深發(fā)展，客觀的需要畢竟是一種專。業(yè)可以發(fā)展的最大動力。

　　

【正文】 8K 字節(jié)快閃可編程 /擦除只讀存儲器(FPEROM Flash Programmable and Erasable Read Only Memory)的 8 位 CMOS 微控制器，使用高密度、非易失存儲技術制造，并且與 AT89S52 指令系統(tǒng)和引腳完全兼容。芯片上的 FPEROM 允許在線或采用通用的非易失存儲編程器對程序存儲器重復編程。 1) AT89S52 的主要性能包括 : (1)與 MCS51 單片機 產(chǎn)品兼容 (2)8K 字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器 (3)1000 次擦寫周期 (4)全靜態(tài)操作 :OHz}33Hz (5)三級加密程序存儲器 (6)32 個可編程 vo 口線 襄樊學院 畢業(yè)設計（論文）報告紙 第 頁 25 （ 7)三個 16位定時器 /計數(shù)器 (8)八個中斷源 (9)全雙工 DART 串行通道 (10)低功耗空閑和掉電模式 (11)掉電后中斷可喚醒 (12)看門狗定時器 (13)雙數(shù)據(jù)指針 (14)掉電標識符 2), AT89S52 內(nèi)部分 工 AT89S52 內(nèi)部有 256 個字節(jié)的 RAM，地址范圍是 OOHFFH，但實際提供給用戶使用的只有 128 個字節(jié) (OOH7FH )別 28 個字節(jié) (80HFFH)是特殊寄存器區(qū)。除 ROM 和RAM 外，芯片內(nèi)部還有三個 16位的定時器 /計數(shù)器。在本系統(tǒng)中定時器 TO用來計時，定時器 T1用來做波特率發(fā)生器。 時鐘電路 系統(tǒng)的時鐘電路設計是采用的內(nèi)部方式，即利用芯片內(nèi)部的振蕩電路。 AT89S52單片機內(nèi)部有一個用于構成振蕩器的高增益反相放大器。引腳 XTAL 1 和 XTAL2 分別是此放大器的輸入端和 輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外晶體諧振器一起構成一個自激振蕩器。外接晶體諧振器以及電容 C1和 cz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震蕩器頻率的高低、震蕩器的穩(wěn)定性、起振的快速性和溫度的穩(wěn)定性。因此，此系統(tǒng)電路的晶體振蕩器的值為 12MHz，電容應盡可能的選擇陶瓷電容，電容值約為 20pF。在焊接電路板時，晶體振蕩器和電容應盡可能安裝得與單片機芯片靠近，以減少寄生電容，更好地保證震蕩器能穩(wěn)定和可靠地工作。時鐘電路如圖 所示。 X 1X 2C 3 62 0 PC 3 52 0 P1 2 M 圖 時鐘電路 襄樊學院 畢業(yè)設計（論文）報告紙 第 頁 26 復位電路 復位電路目的是在需要的時候，單片機復位，保證正常的工作循環(huán)。復位電路有各種各樣，但是在工作環(huán)境惡劣的情況下對復位電路的要求會更為嚴格，本系統(tǒng)中采用 MAX5045 芯片專做復位芯片。如圖 所示。 1A 11A 11A 1KR 2R 187652651P 1 . 7P 1 . 6P 1 . 5P 1 . 4R E S E T8 9 5 5 2M A X 5 0 4 59S OC SS TS C KR E S E TW PV c c73 CsS0WPVssVccRESETSCKSI12348765 圖 超聲波測距系統(tǒng)復位電路 圖 MAX5045 引腳 X5045 最主要特點有 [10] (1) 512 字節(jié)串行 EEPROM。 (2)集成了可編程看門狗定時器 (可設定看門狗超時時間，典型時間200ms,600ms, 或禁止 )。 (3)上電復位及低電壓檢測，即在上電和 VCC 低于檢測門限時，輸出復位信號。X5045 輸出復位高電平有效， X5043 輸出復位電平低有效，確保直至 VCC=1 V 復位信號仍有效 。 (4)編程的復位門限。需加高電壓 (1518V 加在 WP 引腳 )及一個專門時序 。 (5) SPI 接口方式，最高可達 1 MHz 串行時鐘頻率 。 (6)低功耗 CMOS 電路 (備用電流 lOuA、工作電流 3mA)。 (7)功耗低，通信速度快 (最高 , X25045/3 為 IM Hz)已經(jīng)得到廣泛應用 這種設計降低了系統(tǒng)成本，簡化了設計，減少了對電路板空間的要求，提高了系統(tǒng)的可靠性。 襄樊學院 畢業(yè)設計（論文）報告紙 第 頁 27 圖 系統(tǒng)總體硬件示意圖 軟件設計采用 c語言、匯編混編編程，運用模塊化程序設計思想，對不同功能模塊的程序進行分別編程，以便移植或調(diào)用，這樣使軟件層次結構清晰，有利于軟件的調(diào)試修改。 軟件設計思路是 :系統(tǒng)初始化、發(fā)射脈沖串、計時、接收輸入脈沖，接收串口輸入速度值 、計算距離、顯示距離值，重復。 超聲波測距系統(tǒng)軟件部分各模塊聯(lián)系關系圖如圖 模塊中，單片機是主題，各模塊關系平行，在程序執(zhí)行中，順序執(zhí)行。 圖 測距系統(tǒng)各模塊聯(lián)系圖 按照測距儀的需要 :根據(jù)時間 t、速度 v進行 L=vxt 運算得到距離 L 時間 t:用單片機產(chǎn)生 40kHz 的脈沖串，再經(jīng)過驅動超聲波發(fā)射探頭發(fā)射超聲波，同時觸發(fā)計時器計時，當超聲波接收探頭接收到回波信號時中斷計時器，由此得出超聲波的傳輸時間 T。其程序流程圖 所示。 經(jīng)過公式 : 單片機 顯示模塊 初始化模塊 接收模塊 運算模塊 襄樊學院 畢業(yè)設計（論文）報告紙 第 頁 28 24108 3 5 1 1 0 3 3 1)( iiii TTTV ????? 計算得速度 V。 得到速度后，按照測距公式由單片機計算出測得距離并輸出顯示。 圖 程序流程圖 初始化模塊 模塊分別對定時器 T0, T1 做初始化， TO工作方式 1, 16 位定時。聲波在空氣中傳播，超聲波所傳播距離為發(fā)射處到被測物面加被測面到接收處距離，實際為 2倍測量距離，故當傳播 2cm 的距離，在 最后計算時應該折算成測量距離，即 lcm 。在開始發(fā)射超聲波的時刻 TO 開始計時，等待 INTO 中斷，在 INTO 中斷時停止 TO 計時，在中斷程序中讀出 THOTLO 時間值。定時器 T1 工作方式 2，自動裝載，用于串口通訊，接收數(shù)據(jù)。超聲波傳播中要發(fā)射一串脈沖，實驗表明， 810 個脈沖為一串最佳。由此 10 X 1/40000=250us，即需要 250 us 的一個脈沖， 250 us 的脈沖是利用延時程序得到，延時脈沖控制振蕩電路，振蕩電路振蕩 10 個 250us (40kHz)的脈沖串經(jīng)過驅動電路驅動超聲波器。工作過程如下。 (1)將相關位定位，設置相關寄存器，如 : 等待 INT0中斷，即收到反射回波信號 T0開始計時開中斷 開始發(fā)射， 延時250us 保證一個 4KHz 脈沖 開 始 清發(fā)射位，延時 2s 初始化 T0,X5045，串口 乘法運算，數(shù)據(jù)處理，得到距離 初始化 T0,X5045，串口 開始發(fā)射， 延時250us 保 證 一 個4KHz 脈沖 清發(fā)射位，延時 2s 將距離送顯示電路顯示 襄樊學院 畢業(yè)設計（論文）報告紙 第 頁 29 V HIGH 78H V LOW EQU 79H ...... O CTR BIT ...... (2)置 T0,T1 定時器的相關特殊寄存器 TMOD=0x20,SCON=0x5,PCON=0x50, THO=0,TLO=0,TH1= OxF3， TL1=OxF3。 (3)特殊位 F0,ETO(禁止 T1 中斷 )、 TI/RI(清除串口通訊標志 )、 EXO(清外部中斷 0的標志位 )、 IEO(清除誤中斷 )。 (4)置 ETO(開 TO 中 斷 )、 TR 1(開串口通訊 )、 ITO(外部中斷 0 下降沿觸發(fā) )、EA(開總中斷 )。 2 、 MAX5045 初始化 初始化的內(nèi)容有設定看門狗超時時間 , X5045 是檢測電壓變化，檢測總線變化，能很好的檢測單片機的程序是否正常的運行。其軟件工作過程如下 : (1)設置寫使能寄存器。 (2)寫狀態(tài)寄存器。 (3)復位寫使能寄存器。 (4)寫一個字節(jié)。 (5)實時喂狗 (間隔拉低抬高總線 CS)。 中斷計時模塊 中斷模塊是在中斷后根據(jù)需要，對特殊寄存器及數(shù)據(jù)進行的相關處理。 （ 1）初值 THOTLO 分別是 0，直到 1NT0 中斷，讀出時間值，最長時間是 65536 us，直到中斷 INTO 發(fā)生中斷停止，即關斷中斷控制位 TRO 時間表示如圖 所示。 2 5 u s2 5 0 u s發(fā) 射 控 制 位I N T O時 間 T 圖 中斷計時時序圖 襄樊學院 畢業(yè)設計（論文）報告紙 第 頁 30 （ 2) T1 是用于波特率發(fā)生器，禁止中斷。本系統(tǒng)是采用 12M 晶振，即機器周期是 lus，波特率設定為 2400bit/s. (3) INTO 中斷 在啟動發(fā)射脈沖的同時， AT89S52 的內(nèi)部 計數(shù)器 TO 開始計數(shù)。 TO 的作用就 是測量從超聲波發(fā)射至接收到回波的時間，外部中斷的中斷源 INTO 接收超聲波 接收電路的輸出比較器的下降沿中斷，進入外部中斷處理子程序。 外部中斷 0處理子程序的主要工作過程是 : ①關總中斷 EA。 ②清標志位 TRO。 ③讀出 THOTLO 的時間值。 延時模塊 延時模塊 1(延時 2s): 延時目的 :在單片機上電瞬間，發(fā)射控制位是高電平，因此可能會瞬間使振蕩電路工作，使有超聲波發(fā)射接收，超聲波接受器接收產(chǎn)生誤中斷，為此在程序開始時清除發(fā) 射控制位，關斷中斷，需要延長足夠的時間 (2s)，使超聲波回波漸漸消失才可以開發(fā)射控制位開始發(fā)射接收測距，在此期間，各特殊寄存器還在復位狀態(tài)，即中斷禁止。 延時模塊 2(延時 250us): 延時目的 :依據(jù)原理，需要一個 250us (4kHz)的脈沖控制發(fā)射，而這脈沖即可以用延時模塊得到。 數(shù)據(jù)處理模塊 (1)計算距離值 數(shù)據(jù)處理主要是將時間乘以速度，得出距離。然后將十六進制數(shù)據(jù)十進制化，送顯示。從 T1 讀出的時間是雙字節(jié)，速度是 V是浮點數(shù)，在單片機里浮點運算難，為此 需要對速度的浮點值進行處理，處理成雙字節(jié)，便于計算。本文處理方式 : 時間 : 00TLTH 24108 3 5 1 1 0 3 3 1)( iiii TTTV ????? //轉換后的速度擬存放在 R4R5，小數(shù)位忽略， R4RSR6R7 擬放距離值 // 襄樊學院 畢業(yè)設計（論文）報告紙 第 頁 31 距離： 546 5 5 3 600547 6 6 5 5 3 600542 0 0 06 5 5 3 66 5 5 3 600542 0 0 0002 0 0 0)(54)(002/7654????????????????RRTLTHRRTLTHRRTLTHRRFFFFFFFFTLTHsRRSTLTHSRRRRS? 其中 RRRR ???? ，即某溫度下變換速度等于某溫度下速度乘以 然后十六進制化。某溫度下變換前速度先計算得知，如 :0℃時 V變化前 =,V 變化后 =10866，十六進制表示為 2A72。在