【正文】 儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè) ALE 脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時(shí)， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX，MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。/PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN 有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn)。/EA/VPP：當(dāng)/EA 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器(0000HFFFFH)，不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式 1 時(shí)，/EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng)/EA 端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源(VPP)。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。3．振蕩器特性：XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2 應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。4．芯片擦除：整個(gè) PEROM 陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號(hào)組合，并保持 ALE 管腳處于低電平 10ms 來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲(chǔ)字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。此外，AT89C51 設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU 停止工作。但 RAM，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存 RAM 的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。 本章小結(jié)本章重點(diǎn)介紹了單片機(jī)的一些基本知識(shí)，如單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，單片機(jī)的工作原理等，只有詳細(xì)了解單片機(jī)的工作原理，才能更好的使用單片機(jī)，用單片機(jī)來設(shè)計(jì)電路。本系統(tǒng)所用的單片機(jī)是 Atmel 公司生產(chǎn)的 AT89C51，DIP 封裝，40 引腳。它的特點(diǎn)是內(nèi)含 Flash 存儲(chǔ)器，采用 CMOS 工藝，這種型號(hào)的芯片是目前應(yīng)用得最普遍的一種。AT89 系列的單片機(jī)可分為標(biāo)準(zhǔn)型、低檔型和高檔型三類，均屬于 8 位機(jī)。我們所使用的 AT89C51 是標(biāo)準(zhǔn)型的，本章詳細(xì)介紹了它的特性和參數(shù)。 5 模塊 HCSR04 簡(jiǎn)介 主要技術(shù)參數(shù)： 1：使用電壓：DC5V 2：靜態(tài)電流：小于 2mA 3：電平輸出：高 5V 4：電平輸出：底 0V 5：感應(yīng)角度：不大于 15 度 6：探測(cè)距離：2cm450cm 7:高精度 可達(dá) : 8：接線方式，VCC、trig（控制端） 、 echo（接收端） 、GND圖 17 實(shí)物圖 模塊工作原理：(1)采用 IO 觸發(fā)測(cè)距，給至少 10us 的高電平信號(hào)。(2)模塊自動(dòng)發(fā)送 8 個(gè) 40khz 的方波，自動(dòng)檢測(cè)是否有信號(hào)返回；(3)有信號(hào)返回，通過 IO 輸出一高電平，高電平持續(xù)的時(shí)間就是超聲波從發(fā)射到返回的時(shí)間．測(cè)試距離=(高電平時(shí)間*聲速(340M/S))/2。 超聲波時(shí)序圖圖 18 超聲波時(shí)序圖以上時(shí)序只要你提供一個(gè) 10us 以上的脈沖觸發(fā)信號(hào)，該模塊內(nèi)部將發(fā)出8 個(gè) 40KHZ 的周期電平并檢測(cè)回波。一旦檢測(cè)到有回波信號(hào)則輸出回響信號(hào)。回響信號(hào)脈沖寬度與所測(cè)距離成正比。由此由發(fā)射信號(hào)到接受回響信號(hào)時(shí)間間隔可以計(jì)算出距離。 模塊注意事項(xiàng) 模塊不宜帶電連接，若要帶電連接，則先讓模塊 GND 端連接，否則影響模塊正常工作。測(cè)距時(shí)，被測(cè)物體面積不小于 平方米，平面盡量要求平整，否則影響被測(cè)結(jié)果. 模塊規(guī)格圖 19 實(shí)物規(guī)格圖6 電路調(diào)試及誤差分析 電路的調(diào)試通過多次實(shí)驗(yàn)，對(duì)電路各部分進(jìn)行了測(cè)量、調(diào)試和分析。首先測(cè)試發(fā)射電路對(duì)信號(hào)放大的倍數(shù)，先用信號(hào)源給發(fā)射電路輸入端一個(gè)40kHz 的方波信號(hào)，峰峰值為 。經(jīng)過發(fā)射電路后，其信號(hào)峰峰值放大到10V 左右。40kHz 的方波驅(qū)動(dòng)超聲波發(fā)射頭發(fā)射超聲波，經(jīng)反射后由超聲波接收頭接收到 40kHz 的正弦波，由于聲波在空氣中傳播時(shí)衰減，所以接收到的波形幅值較低，經(jīng)接收電路放大，整形，最后輸出一負(fù)跳變，在單片機(jī)的外部中斷源輸入端產(chǎn)生一個(gè)中斷請(qǐng)求信號(hào)。該測(cè)距電路的 40kHz 方波由單片機(jī)編程產(chǎn)生，方波的周期為 1/40ms，即25181。s，半周期為 。每隔半周期時(shí)間，讓方波輸出腳的電平取反，便可產(chǎn)生 40kHz 方波。由于 12M 晶振的單片機(jī)的時(shí)間分辨率是 1181。s，所以只能產(chǎn)生半周期為 12181。s 或 13181。s 的方波信號(hào)，頻率分別為 和 。本系統(tǒng)在編程時(shí)選用了后者，讓單片機(jī)產(chǎn)生約 的方波。 系統(tǒng)的誤差分析 聲速引起的誤差聲波是媒質(zhì)中傳播的質(zhì)點(diǎn)的位置、壓強(qiáng)和密度對(duì)相應(yīng)靜止值的擾動(dòng)。高于20kHz 時(shí)的機(jī)械波稱為超聲波，媒質(zhì)包括氣體、液體和固體。流體中的聲波常稱為壓縮波或壓強(qiáng)波，對(duì)一般流體媒質(zhì)而言，聲波是一種縱波，傳播速度為 (2)2Ec????????式(2)中 E 為媒質(zhì)的彈性模量，單位 kg/mm2； ρ 為媒質(zhì)的密度，單位kg/mm3；E 為復(fù)數(shù)，其虛數(shù)部分代表損耗。 c 也是復(fù)數(shù)，其實(shí)數(shù)部分代表傳播速度，虛數(shù)部分則與衰減常數(shù)(每單位距離強(qiáng)度或幅度的衰減)有關(guān)，測(cè)量后者可求得媒質(zhì)中的損耗。聲波的傳播與媒質(zhì)的彈性模量密度、內(nèi)耗以及形狀大小(產(chǎn)生折射、反射、衍射等)有關(guān)。由公式（2）可知，聲波傳輸速度與媒介的彈性模量和密度相關(guān)，因此，利用聲速測(cè)量距離，就要考慮這些因素對(duì)聲速影響。在氣體中，壓強(qiáng)、溫度、濕度等因素會(huì)引起密度變化，氣體中聲速主要受密度影響，液體的深度、溫度等因素會(huì)引起密度變化，固體中彈性模量對(duì)聲速影響較密度影響更大，一般超聲波在固體中傳播速度最快，液體次之，在氣體中的傳播速度最慢。氣體中聲速受溫度的影響最大。聲速受溫度的影響為 (3)20223c???????????????圖 51 根據(jù)上式測(cè)量的溫度聲速圖。圖 21 空氣中溫度聲速圖由公式(3)和圖 21 可見，當(dāng)溫度 θ 從 0～40℃變化時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生 7%的聲速變化，因此，為了提高測(cè)量準(zhǔn)確度，計(jì)算時(shí)必須根據(jù)溫度進(jìn)行聲速修正。工業(yè)測(cè)量中，一般用公式計(jì)算超聲波在空氣中的傳播速度，即 (4)??? 單片機(jī)時(shí)間分辨率的影響不管是查詢發(fā)射波與回波，還是由其觸發(fā)單片機(jī)中斷再通過軟件啟停定時(shí)器，都需要一定的時(shí)候，中斷的方式誤差相對(duì)要小一些。相對(duì)而言，單片機(jī)的時(shí)間分辨率還是不太高，如晶振頻率為 12MHz 時(shí)，時(shí)間分辨率為 1181。s。隨機(jī)誤差由于測(cè)量過程中的隨機(jī)誤差是按統(tǒng)計(jì)規(guī)律變化的，為了減少其影響，可在同一位置處多次重復(fù)測(cè)量 xi，然后取平均值 x 作為測(cè)量的真值 [10]。提高測(cè)距精度的方法上節(jié)分析了超聲波測(cè)距系統(tǒng)誤差產(chǎn)生的一些原因，如何提高測(cè)量精度是超聲測(cè)距的關(guān)鍵技術(shù)。其提高測(cè)距精度的措施如下：1. 合理選擇超聲波工作頻率、脈寬及脈沖發(fā)射周期。據(jù)經(jīng)驗(yàn)，超聲測(cè)距的工作頻率選擇 40kHz 較為合適；發(fā)射脈寬一般應(yīng)大于填充波周期的 10 倍以上，考慮換能器通頻帶及抑制噪聲的能力，選擇發(fā)射脈寬 1ms；脈沖發(fā)射周期的選擇主要考慮微機(jī)處理數(shù)據(jù)的速度，速度快，脈沖發(fā)射周期可選短些。2. 在超聲波接收回路中串入增益調(diào)節(jié)(AGC)及自動(dòng)增益負(fù)反饋控制環(huán)節(jié)。因超聲接收波的幅值隨傳播距離的增大呈指數(shù)規(guī)律衰減，所以采用 AGC 電路使放大倍數(shù)隨測(cè)距距離的增大呈指數(shù)規(guī)律增加的電路，使接收器波形的幅值不隨測(cè)量距離的變化而大幅度的變化，采用電流負(fù)反饋環(huán)節(jié)能使接收波形更加穩(wěn)定。3. 提高計(jì)時(shí)精度，減少時(shí)間量化誤差。如采用芯片計(jì)時(shí)器，計(jì)時(shí)器的計(jì)數(shù)頻率越高，則時(shí)間量化誤差造成的測(cè)距誤差就越小。例如：?jiǎn)纹瑱C(jī)內(nèi)置計(jì)時(shí)器的計(jì)數(shù)頻率只有晶振頻率的十二分之一，當(dāng)晶振頻率 6MHz 時(shí)，計(jì)數(shù)頻率為 ，此時(shí)在空氣中的測(cè)距時(shí)間量化誤差為 ；當(dāng)晶振頻率為 12MHz 時(shí)，計(jì)數(shù)頻率為 1MHz，此時(shí)測(cè)距時(shí)間量化誤差為 。若采用外部硬件計(jì)時(shí)電路，則計(jì)數(shù)頻率可直接引用單片機(jī)的晶振頻率，時(shí)間量化誤差更小。4. 補(bǔ)償溫度對(duì)傳播聲速的影響。超聲波在介質(zhì)中的傳播速度與溫度、壓力等因數(shù)有關(guān)，其中溫度的影響最大，因此需要對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償。溫度傳感器 LM92 的溫度測(cè)試分辨率為 ℃，－10℃至+85℃準(zhǔn)確度為177。℃，I 2C 總線接口。用 AT89C51 的通用 I/O 端口能很容易的模擬 I2C 總線的讀寫時(shí)序，LM92 高精度溫度測(cè)量能很好的補(bǔ)償超聲波在不同溫度的傳播速度。由 LM92 溫度傳感器和單片機(jī)組成的高精度超聲波測(cè)距已應(yīng)用在各種高精度測(cè)距的場(chǎng)合，如自動(dòng)氣象站中水氣日蒸發(fā)量的測(cè)試、自動(dòng)任意形狀物體密度測(cè)試儀等，它具有測(cè)試速度快，能達(dá)到毫米級(jí)的測(cè)量精度等優(yōu)點(diǎn)，在工程上的開發(fā)與應(yīng)用前景廣闊 [12]。 超聲波發(fā)射散角的影響發(fā)射頭 發(fā)射頭 發(fā)射頭 接收頭 圖（a） 圖（b）圖 （a）超聲波遇到兩個(gè)障礙物（b）超聲波發(fā)射頭產(chǎn)生的波形，在測(cè)量物體距離時(shí)，遇到兩個(gè)障礙物，返回來的兩個(gè)波形時(shí)間前后不一致，導(dǎo)致系統(tǒng)在時(shí)間的計(jì)算是出現(xiàn)偏差，導(dǎo)致在物體的距離測(cè)算出現(xiàn)誤差解決方法：（1）更換發(fā)射角小的發(fā)射頭；（2）避免探測(cè)到這種結(jié)構(gòu)的物體；超聲波形狀 障礙物 A 障礙物 B 本章小結(jié)在本章里，對(duì)設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行了調(diào)試和分析。對(duì)于測(cè)距系統(tǒng)來說，誤差是不可避免的。如何減小系統(tǒng)的誤差，是設(shè)計(jì)測(cè)距系統(tǒng)必需要考慮的問題。本章分析了各種產(chǎn)生測(cè)量誤差的原因以及解決辦法，以更進(jìn)一步提高超聲波測(cè)距系統(tǒng)的測(cè)量精度。結(jié) 論本課題介紹了一種基于單片機(jī)的超聲波測(cè)距系統(tǒng)的原理和設(shè)計(jì)。給出了硬件和軟件的設(shè)計(jì)方案。超聲波傳感器是本系統(tǒng)的核心器件，本論文詳細(xì)地介紹了超聲波傳感器的原理、結(jié)構(gòu)、檢測(cè)方式以及它的一些特性。只有深入地了解超聲波傳感器的工作原理，才能更好的設(shè)計(jì)測(cè)距電路。單片機(jī)是本系統(tǒng)的控制部分，采用 Atmel公司生產(chǎn)的 AT89C51 芯片。驅(qū)動(dòng)超聲波傳感器的 40kHz 的方波信號(hào)，就是由單片機(jī)編程產(chǎn)生的。本系統(tǒng)的發(fā)射電路采用 74HC04 六反向器，通過它對(duì)單片機(jī)產(chǎn)生的方波信號(hào)進(jìn)行放大，以驅(qū)動(dòng)傳感器工作。接收電路采用的是 LM741，通過接收電路對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行放大和整形，最終再輸出負(fù)脈沖給單片機(jī)響應(yīng)中斷程序。本系統(tǒng)的 LED 顯示部分采用的是靜態(tài)掃描方式，并用單片機(jī)軟件譯碼。單片機(jī)內(nèi)部采用 C 語言編程，方波信號(hào)的產(chǎn)生、時(shí)間差的讀取、距離的計(jì)算以及顯示輸出的譯碼都由單片機(jī)編程完成。本課題所設(shè)計(jì)的超聲波測(cè)距系統(tǒng)具有測(cè)量精度較高、速度快、控制簡(jiǎn)單方便等優(yōu)點(diǎn)。測(cè)距范圍從 20cm 到 200cm，測(cè)量精度在177。10cm 內(nèi)。測(cè)距系統(tǒng)在許多工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)和自動(dòng)控制場(chǎng)合，都有很重要的作用。但由于經(jīng)驗(yàn)不足，電路硬件、軟件部分都有不夠完善的地方，在今后的學(xué)習(xí)中會(huì)進(jìn)一步改進(jìn)。總體來說，最重要的是在本課題的設(shè)計(jì)過程中我學(xué)到了很多知識(shí)，從中受益匪淺。了解了超聲波傳感器的原理，學(xué)會(huì)了各種放大電路的分析、設(shè)計(jì)，也掌握了單片機(jī)的開發(fā)過程和利用單片機(jī)設(shè)計(jì)電路的方法。對(duì)一塊電路板的設(shè)計(jì)、焊板、調(diào)試、改進(jìn)等整個(gè)過程，有了更深入的理解和掌握。這些對(duì)我今后的學(xué)習(xí)和工作都會(huì)有很大幫助的。參考文獻(xiàn),5:2932 CPLD 的超聲波測(cè)距儀研制. 無錫商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào).2022,4(3):810,2022:138152,2022:2746,劉民,19(6):2628,.2022,18:9496 Hauptmann, Ralf Lucklum, Bernd Henning. Ultrasonic Sensors for Process Control. Sensors ,3: 163207,.2022,12(6):144145. Otto. Sensors for Distance Measurement and Their Applications in Automobiles. Sensors ,10:231255,龔壁建,23(6):811,. ,1:109 LM92 .2022,6:5859 Moritake, Hiroomi Recognition System Using Two Ultrasonic Sensors and Combinational Logic Circuit. Electronics and Communications in ,88(7):3342致 謝 本文的撰寫過程中，戴日光老師作為我的指導(dǎo)老師，他治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，學(xué)識(shí)淵博，視野廣闊，為我營(yíng)造了一種良好的學(xué)術(shù)氛圍。置身其間，耳濡目染，潛移默化，使我不僅接受了全新的思想觀念，樹立了明確的學(xué)術(shù)目標(biāo)，領(lǐng)會(huì)了基本的思考方式，掌握了通用的研究方法，而且還明白了許多待人接物與為人處世的道理。其嚴(yán)以律己、寬以待人的崇高風(fēng)范，樸實(shí)無華、平易近人的人格魅力，與無微不至、