【正文】 功能無效。 DISRTO默認狀態(tài)下，復位高電平有效。 ALE/PROG： 地址鎖存控制信號（ ALE）是訪問外部程序存儲器時，鎖存低 8 位地址的輸出脈沖。在 flash編程時，此引腳（ PROG）也用作編程 輸入脈沖。 在一般情況下， ALE 以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來作為外部定時器或時鐘使用。然而，特別強調(diào)，在每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時， ALE脈沖將會跳過。如果需要，通過將地址為 8EH的 SFR的第 0位置 “ 1” ， ALE操作將無效。這一位置 “ 1” ，ALE 僅在執(zhí)行 MOVX 或 MOVC指令時有效。否則， ALE 將被微弱拉高。這個 ALE 使能標志位（地址為 8EH的 SFR的第 0位）的設(shè)置對微控制器處于外部執(zhí)行模式下無效。 PSEN: 外部程序存儲器選通信號（ PSEN）是外部程序存儲器選通信號。當 AT89S52從外部程序存儲器執(zhí)行外部代碼時， PSEN在每個機器周期被激活兩次，而在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時， PSEN將不被激活。 EA/VPP: 訪問外部程序存儲器控制信號。為使能從 0000H 到 FFFFH的外部程序存儲器讀取指令， EA必須接 GND。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令， EA應該接 VCC。 在 flash編程期間， EA也接收 12伏 VPP電壓。 基于單片機的風速測量儀的設(shè)計 第 16 頁 XTAL1: 振蕩器反相放大器和內(nèi)部時鐘發(fā)生電路的輸入端。 XTAL2: 振蕩器反相放大器的輸出端。 以上是對 AT89S52 的外部結(jié)構(gòu)從邏輯上進行的簡要介紹，對于定時器及中斷將在下一章中進行介紹。 單片機系統(tǒng)及復位電路設(shè)計 如圖 33，是本設(shè)計采用的單片機系統(tǒng)及復位電路。 這部分電路的作用是作為超聲波測距系統(tǒng)的核心，運行整個程序，使系統(tǒng)能夠正常工作，并按照預期的目標完成任務(wù)，且能達到要求的精度。具體能夠?qū)崿F(xiàn)的功能包括運行程序和對單片機的復位。 圖 33 單片機系統(tǒng)及復位電路原理圖 如圖所示，這部分電路主要包括 : 1. 單片機 U1。這里選用的是 Atmel 公司的 AT89S52 單片機。上節(jié)已對其進行簡要介紹。 2. 提供單片機工作時鐘的晶振 Y1。這里選用頻率為 的晶振。 華北科技學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 17 頁 能夠?qū)?RESET 引腳置高電位的復位電路。這里是在 VCC 與 RESET 引腳之間接入一個按鍵 S1，按鍵按下是 RESET 置高，單片機復位。 報警電路設(shè)計 如圖 34，是本設(shè)計采用的報警電路。 這部分電路的作用是在特定情況下，使蜂鳴器發(fā)出鳴聲。例如，用于汽車倒車報警裝置時，可以通過程序使其在測量結(jié)果小于一定值時發(fā)出鳴叫聲，即汽車與汽車間距小于安全距離時，發(fā)出報警，引起司機警覺，免于發(fā)生撞車的危險。也可通過不同程序，用于測量結(jié)果符合一定條件時發(fā)出報警，如液位過高、過低，井深在某個范圍，等等。 圖 34 如圖所示，這部分電路主要包括 : 1. 蜂鳴器 B 。 2. 三極管 Q5 。這里選用的是 PNP 型三極管 9012 。 3. 跳線 JUMPER。 報警電路連接到單片機 RXD/ 引腳，同過程序，可以使該引腳在符合特定條件時置高位，從而使三極管 8550 導通，蜂鳴器發(fā)出報警聲。 基于單片機的風速測量儀的設(shè)計 第 18 頁 顯示電路設(shè)計 如圖 35，是本設(shè)計采用的顯示電路。 這部分電路的作用是對測量結(jié)果進行準確清晰的實時顯示。 圖 35 如圖所示，這部分電路主要包括： 1. 數(shù)碼管 U2。這里選用的是共陰極的四位數(shù)碼管。 2. 三極管 Q1~Q4。這里選用 PNP 三極管 9012。 單片機的 P2 口 ~ 用于選通數(shù)碼管的各位， P0 口用于數(shù)碼管各位的段選通。 ~ 經(jīng)電阻 R31 ~ R34 與三極管 Q1 ~ Q4 的基極相連，然后三極管的發(fā)射極接 5V 電源端，集電極接數(shù)碼管的位選通端。需要選通某一位時使單片機相應引腳置高位，相應的三極管被導通，則相應位被選通。 ~ 經(jīng)連接電阻，連接到數(shù)碼管的段選通端。 超聲波發(fā)射電路設(shè)計 如圖 36，是本設(shè)計采用的超聲波發(fā)射電路。 這部分電路的作用是由單 片機控制產(chǎn)生頻率為 145KHz 的超聲波。 華北科技學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 19 頁 圖 36 如圖所示，這部分電路主要包括： 1. LM555 定時器構(gòu)成多諧振蕩器，產(chǎn)生 145KHZ 的超聲波。 2. 74LSl23 構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路，當方波信號的下降沿到來時，在 13 管腳產(chǎn)生觸發(fā)脈沖。 3. 脈沖信號經(jīng)過 NPN 型 9013 三極管放大后激勵超聲波發(fā)射器 F 。這里選用的是TCT4012T 發(fā)射頭。 LM555 定時器 由 555 定時器組成的多諧振蕩器如圖 37 所示，其中 R R2和電容 C 為外接元件。其工作波如圖 38 所示。 圖 37 圖 38 基于單片機的風速測量儀的設(shè)計 第 20 頁 設(shè)電容的初始電壓 cU ＝ 0， t＝ 0 時接通電源，由于電容電壓不能突變，所以高、低觸發(fā)端 VTH＝ VTL＝ 0 13 Vcc，比較器Ａ 1 輸出為高電平， A2 輸出為低電平，即 _ 1DR? ，_ 0DS ? （ 1 表示高電位， 0 表示低電位）， RS? 觸發(fā)器置１，定時器輸出0 1u? 此時 _ 0Q? ，定時器內(nèi)部放電三極管截止，電源 ccV 經(jīng) 1R ， 2R 向電容Ｃ充電， cu 逐漸升高。當 cu 上升到 13ccV時， 2A 輸出由 0 翻轉(zhuǎn)為１，這時 __1D DRS??， RS? 觸發(fā)順保持狀態(tài)不變。所以0t1t 期間，定時器輸出 0u 為高電平１。 1tt? 時刻， cu 上升到 23ccV ，比較器 1A 的輸出由１變?yōu)椋?，這時_ 0DR ? ， _ 1DS? ， RS?觸發(fā)器復 0，定時器輸出 0 0u? 。 12t t t?? 期間， _ 1Q? ，放電三極管Ｔ導通，電容Ｃ通過 2R 放電。 cu 按指數(shù)規(guī)律下降，當 cu? 23ccV時比較器 1A 輸出由０變?yōu)椋保遥佑|發(fā)器的 _DR? _ 1DS? ，Ｑ的狀態(tài)不變， 0u 的狀態(tài)仍為低電平。 2tt? 時刻， cu 下降到 13 ccV ，比較器 2A 輸出由 1 變?yōu)?0， RS 觸發(fā)器的 _DR? 1， _DS? 0，觸發(fā)器處于 1， 定時器輸出 0 1u? 。此時電源再次向電容 C 放電，重復上述過程。 通過上述分析可知，電容充電時，定時器輸出 0 1u? ，電容放電時， 0u? 0，電容不斷地進行充、放電，輸出端便獲得矩形波。多諧振蕩器無外部信號輸入，卻能輸出矩形波，其實質(zhì)是將直流形式的電能變?yōu)榫匦尾ㄐ问降碾娔堋? 充電時間 1 1 2 1 2( ) l n 2 ( )T R R C R R C? ? ? ? (31) 放電時間 2 2 2ln 2 0 .7T R C R C?? (32) 矩形波的振蕩周期 1 2 1 2 1 2l n 2( 2 ) ( 2 )T T T R R C R R C? ? ? ? ? ? (33) 振蕩頻率 ? ?121 2 CRRf ?? (34) 本文設(shè)計 ? ? ? ? KH zpFkkCRRf 1454205*25 121 ????? 74LS123 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路 華北科技學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 21 頁 如圖 39 是 74LS123 管腳圖 圖 39 引出端符號： CEXT1， CEXT2 外接電容端 Q1， Q2 正脈沖輸出端 21, 負脈沖輸出端 A1， A2 負觸發(fā)輸入端 B1， B2 正觸發(fā)輸入端 21,CLRCLR 直接清除端（低電平有效） 如圖 310 是 74LS123 功能表： 圖 310 基于單片機的風速測量儀的設(shè)計 第 22 頁 即 當 555定時器產(chǎn)生的方波信號的下降沿到來 1（ A）管腳時，此時 2（ B） ,3（ CLR ）管腳均為高電平，于是在 13 管（ Q）腳產(chǎn)生觸發(fā)脈沖。 三極管放大電路 如圖 311 是 共射極基本放大電路 圖 311 1. 一般硅管 VBE=， β (80)已知。 (NPN9013 型 ) CCCCCEBCb BECCB IRVVIIR VVI ????? ? ? ?CTbbbe I VUrr 2639。?? 2. 求電壓增益： beLCbebbLCioV r RRri iRRuuA )//()//( ?? ?????? (35) 本設(shè)計中采用參數(shù) Rb（ R4） =510K Ohm， RL（ R5） =RC（ R6） =5K Ohm C2（ C4） =4 uF 求得 100??Au 超聲波發(fā)射換能器 TCT4012T 壓電陶瓷超聲波傳感器 TCT4012T 主要性能如下： 1)標稱頻率（ KHz）： 145KHz 2)發(fā)射聲壓 at10V（ 0dB=）： ≥112dB 3)接收靈敏度 at 145KHz (0dB=V/ubar)：≥ 70dB 4)靜電容量 at1KHz,1V (PF)： 2021177。 30% 5)探測距離（ m）： ~20 6)－ 6dB 指向角： 70o 華北科技學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 23 頁 其外部封裝及形狀如下圖 312：（超聲波接收換能器 TCT4012R） 超聲波檢測接收電路設(shè)計 如圖 313，是本設(shè)計采用的超聲波接收電路。 如圖所示，這部分電路主要包括： R 。與超聲波發(fā)射器對應，選用 TCT4012R 接收頭。 R7， R8， R9， C5， C6， LM324 組成 的多路反饋無限增益電路，屬于帶通濾波器，有源濾波電路只允許某中心頻率附近的信號通過，本設(shè)計中 f 為 145KHz 附近，從而濾去其他頻率的干擾。 VD1， C7， R10 組成的包絡(luò)檢波電路，通過電容 C7 的不斷充放電的過程，C7 上獲得與 包絡(luò) (調(diào)制信號 )相一致的電壓波形，有很小的起伏。 ， C8， R11 組成積分運算器。 ， R12 組成 RC 高通濾波環(huán)節(jié)。 ， R14， R15， C10 組成電壓比較器，為施密特接法，帶有上拉電阻 R15。 基于單片機的風速測量儀的設(shè)計 第 24 頁 圖 313 超聲波接收器 S 將聲波信號轉(zhuǎn)換為電信號，按照電路圖 313 所示與帶通濾波器連接，將接收到的超聲波電信號濾波，經(jīng)過包絡(luò)檢波環(huán)節(jié)，檢測出渦街信號， 渦街信號經(jīng)過簡單的積分后，在電壓比較器和 RC高通濾波電路構(gòu)成的整形濾波環(huán)節(jié)中與輸入的基準電壓 1/2Vcc作比較，被整形為與風速成正比的矩形波，信號周期隨檢波信號變化而變化。檢測的信號傳送到單片機 T1計數(shù)器端口，檢測單位時間（ T0定時）內(nèi)方波信號的頻率即可得出卡曼渦街模型內(nèi)介質(zhì)的流量速度。 基本模型如 314所示 圖 314 (1) 傳遞函數(shù) nu = pu =0 華北科技學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 25 頁 22 139。sCuRu oi ?? ，即 39。iu = osuCR 22? 利用節(jié)點電流法，即求出傳遞函數(shù) )(sAu = )( )(SuSuio = 221222211)111(1 sCCRRsCRRRRRRRffff????? (36) (2) 頻率特性 )(?jAu =200)()(21 ????? jjAup??=200)()(21 ffjffjAup?? ? (37) 其中固有角頻率 0? =fRRCC 2211 ，阻尼系數(shù) ? =12212 )////(2 CCRRR RRff ，而通帶放大倍數(shù) upA =1RRf? 。 (3) 中心頻率： ???????? ??32111112 1 RRRCf ? (38) 本設(shè)計中中心頻率約為 145KHz，選用常 用電阻值 R7（ R2） =R8（ R3） =10K ohm，C1=C2=，求得 R9（ R1） = ohm 包絡(luò)檢波， OPA 積分器， RC 高通濾波 如圖 315 為包絡(luò)檢波工作原理： 圖 315 基于單片機的風速測量儀的設(shè)計 第 26 頁 設(shè) vs為已調(diào)信號 ,vo為包絡(luò)檢波信號 (φ 90o) 二極管導通，對 C 充電， τ 充 =RDC ∵ RD很小 ∴ τ 充 很小， vo≈ vs (φ 90o) 二極管截止， C經(jīng) R放電， τ 放 =RC ∵ R很