【正文】 _mode(dis_mode,distan)。amp。 distan=timer*109*17/100000。}。 csb_out(i)。 TH0=0。display(distan)。 i。_nop_()。_nop_()。 P3_4=1。_nop_()。_nop_()。 } void csb_out(unsigned char i)//超聲波發(fā)生函數(shù) { while(i) { P3_4=0。// 輸出低電平，選通個位數(shù) P1=p[distan%10]。//取出十位數(shù)，查表，輸出。 delay(50)。 void delay(unsigned int t)//延時函數(shù) { while(t)。 sbit P3_7=P3^7。 sbit P3_2=P3^2。 sbit P1_6=P1^6。 sbit P1_2=P1^2。 最后感謝學校和老師們大學四年對我的培養(yǎng)。 在這期間，許多人給與了我很多幫助。 通過實際工程的設計也使我了解到書本知識和實際應用的差別。 4． 接收電路，主要注意的就是要將接收信號的電路放大，放大的方法也很多，這里主要用三個三級管對電路進行放大。 40KHZ已經(jīng)屬于高頻的部分它對元器件的擺放和焊接都有很高的要求，所以即使焊接正確，軟件編程也正確，但不 能保證兩個湊到一起就能正確顯示結果。 在程序設計時，由于超聲波的速度受溫度的影響，對于精度要求高的情況下，要進行溫度補償措施，對于精度要求不太高的情況下可以不進行溫度補償措施，但為了能使精度盡可能高的情況下，即使在精度要求不太高的情況下，也要 對距離進行相應的處理，以達到指標要求 。 軟硬件結合調試 在做好軟件和硬件的調試之后，就可以把兩者結合到一起了。包括顯示程序、超聲波發(fā)生程序和主函數(shù)，用KEIL UV2 看是否實現(xiàn)了預先的功能。 通過這些過程，硬件部分的調試就基本上完成了，剩下的就只有軟件和硬件之間的聯(lián)調了。短路的話，要耐心檢查、排除故障。焊接完實驗板后檢查器件有否錯焊、漏焊、虛焊，電解電容是否焊反，走線是否正確。走線彎角要盡量走直角。確定好了布局，接下來就是焊接了。布局的好壞是影響整個儀器的制 作的。//延時 P3_0=1。 P3_0=0。// 輸出低電平，選通百位數(shù) P1=p[(distan/10)%10]。//取出百位數(shù)，查表，輸出。//延時 i。_nop_()。_nop_()。//延時 P3_5=1。_nop_()。_nop_()。 void csb_out(unsigned char i)//超聲波發(fā)生函數(shù) { while(i) { P3_5=0。 } } 超聲波發(fā)生子程序和超聲波接收子程序 超聲波發(fā)生子函數(shù)的作用是通過 ，脈沖寬度為 25us左右（頻率約為 40kHz），同時把計數(shù)器 T0打開進行計時。(distan)) dis_mode=0。 TH0=0。 timer=(TH08)+TL0。 TR0=1。 TL0=0。為了有利于程序結構化和容易計算出距離，主程序采用 C語言編寫。 開始 發(fā)射超聲波脈沖 打開定時 計算距離 顯示結果 系統(tǒng)初始化 等待反射超聲波 主函數(shù) 主函數(shù)程序首先是對系統(tǒng)環(huán)境初始化，設置定時器 T0工作模式為 16位定時計數(shù)器模式，置位總中斷允許位 EA并將顯示端口 P1清零。該編譯器是 51系列單片機程序設計的常用工具，既可用 C語言，也支持匯編編譯。 ，保存以便日后使用。 3. 放置元件和定義元件屬性 在這個階段，設計者根據(jù)電路圖的需要，將元件實體從元件庫（ *.LAB）中取出放置到圖紙上，并定義放置元件的序號和元件封裝等。 用 PROTEL 繪制原理圖 1． 設計圖紙大小 進入 Protel 99SE 的 Schematic 后，首先要構思零件圖，設置圖紙大小。 硬件電路設計總結 AT89C2051單片機通過外部引腳 2個左右超聲波脈沖信號（頻率為 40KHz，脈沖寬度為 12us左右），以推挽的形式反射出去，同時打開計數(shù)器，等待反射信號。為了加強超聲波的回波信號，決定采用三級管對信號進行放大，用三個 IN9013三級管通過三級放大，使得單片機可以清楚的接收信號。輸出采用兩個反相器并聯(lián)，用以提高驅動能力。 R S T /V P P1( R X D ) P 2( T X D ) P 3X T A L 24X T A L 15( I N T 0) P 6( I N T 1) P 7( T 0) P 8( T 1) P 9GND31V C C20P 19P 11P 18P 17P 16P 15P 14P ( A I N 1)13P ( A I N 0)12A T 89 C 20 51+51212M30 P FC130 P FC220uFC310KR 13+5 1 a f 2 3 be d dp c g 4abcgfed dp 圖 35 四位一體七段數(shù)碼管引 圖 36 顯示部分電路 LED 顯示使用的是 四 位共陽數(shù)碼管， P3（ ~） 腳進行選位，P1(~)腳進行選段。當顯示器位數(shù)少時，適合用靜態(tài)顯示地方法。 本系統(tǒng)采用四位一體的 LED顯示器，其原理與上面介紹的 LED顯示器相同。對應 8的頂上一畫，按順時針方向排，中間一畫為 g，小數(shù)點為 h。 圖 34 單片機系統(tǒng)部分電路圖 顯示部分 顯示電路采用簡單實用的 4位共陽 LED數(shù)碼管，段碼 2千歐姆的電阻驅動，位碼用 PNP的三級管 9012進行驅動。 單片機系統(tǒng)部分 單片機采用 89C2051。 。在文章的前面已經(jīng)說過 c 的計算方法。相位檢測法雖然精度高，但檢測范圍有限 ； 聲波幅值檢測法易受反射波的 單片機 控制器 超聲波接收 超聲波發(fā)射 LED顯示 掃描驅動 影響。 R S T /V P P1( R X D ) P 2( T X D ) P 3X T A L 24X T A L 15( I N T 0) P 6( I N T 1) P 7( T 0) P 8( T 1) P 9GND31V C C20P 19P 11P 18P 17P 16P 15P 14P ( A I N 1)13P ( A I N 0)12A T 89C 2051 圖 31 AT89C2051的管腳圖 表 2 AT89C2051管腳功能 管腳 接腳符號 方向 信號 I／ O（輸入／輸出）方向與功能 12 ～19 ～（ P1） I/O P1 口：是一個 8位雙向 I／ O 口，具有內(nèi)部提升電阻， P1 口的輸出緩沖能夠吸收或者供應 4個TTL 負載 電流， P1接腳被寫入 1后，由內(nèi)部提升拉為高電位狀態(tài)，此時可做為輸入腳；做輸入時， P1口如果被外部信號拉低電位（ Pull low），將因內(nèi)部提升而提供電流（ I） 管腳第二功能： AIN0 電壓輸入比較器 管腳第二功能： AIN1 電壓輸入比較器 2～ 3 6～ 9 11 ～ ～ （ P3） I/O P3 口：是一個 8位雙向 I／ O 口，具有內(nèi)部提升電阻， P3 口的輸出緩沖能夠吸收或者供應 4個TTL 負載電流， P1接腳被寫入 1后，由內(nèi)部提升拉為高電位狀態(tài)，此時可做為輸入腳；做輸入時， P1 口如果被外部信號拉低電位（ Pull low），將因內(nèi)部提升而提供電流（ I） P3 口還做為特殊功能接腳，詳見下面列表 管腳第二功能： RXD （串行口輸入端） 管腳第二功能： TXD （串行口輸出端） 管腳第二功能： INT0 （外部中斷 0） 管腳第二功能： INT1 （外部中斷 1） 管腳第二功能： T0 （定 時器 0 外部輸入） 管腳第二功能： T1 （定時器 1 外部輸入） 5 XTAL1 I 時鐘振蕩器輸入腳：輸入信號接到單片機內(nèi)部的反相振蕩放大器及內(nèi)部時鐘脈沖發(fā)生器電路。因為一個機器周期有 12個振蕩器周期，所以計數(shù)率是振蕩器頻率的 1/12?？臻e時， CPU停止，而讓 RAM、定時 /計數(shù)器、串行口和中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。由于超聲波測距儀的電路比較簡單， AT89C2051已經(jīng)足夠使用，所以使用 AT89C2051作為主控制器。調試時要注意通過頻率計來監(jiān)測頻率?？梢詤⒖技t外發(fā)送電路。而且，頻率越高，衰減系數(shù) a越大，傳播的距離也越短。對沿 X方向傳播的平面波而言， 由于不需要計算擴散衰減，則 ??Ax 的變化規(guī)律可以由下式表示 : ? ? 0 xA x A e ??? () 0A 為聲源處質子振幅，為不變量 ； ? 為衰減系數(shù)。擴散衰減則是由聲源特性引起的，是因為聲波傳播過程中因波陣面的面積擴大導致的聲強減弱，若聲源輻射的是球面波 (波陣面是同心球面 )，其波陣面隨 r的平方增大，聲強隨 2r? 規(guī)律減弱。因此， cb為可測距范圍， b點就為測距遠限，其外部就為測量不到的區(qū)域。由圖33，從 b點以后，接收的信號低于闡值，相當于測距的遠限。因此， 在一段較長時間內(nèi)，加在接收放大器輸入端的發(fā)射信號幅值仍具有一定幅值高度，可以達到限幅電路的限幅電平。此時，在短時間內(nèi)放大器的放大倍數(shù)會降低，甚至沒有放大作用，這種現(xiàn)象稱為阻塞。 2．多通道超聲波檢測電路 超聲波多通道檢測電路一般采用碼分制，圖 32 是碼分制超聲波電路的原理圖。 超聲波 測距電路原理 由于超聲波發(fā)射與接收器件所具有的固有頻率特性，使超聲波測距系統(tǒng)可部分采用選頻電路，這具有很高的抗干擾性能。經(jīng)分析和大量實驗表明，頻率為 40KHz左右的超聲波在空氣 中傳播的效率最佳，同時為了處理方便，發(fā)射的超聲波被調制成 40KHz左右、具有一定間隔的調制脈沖波信號。超聲波換能器內(nèi)部就夠如圖 23所示，它有兩個壓電晶片和一個共振板。利用這一特性可制成各種頻率的超聲傳感器。 Rm 為損耗串聯(lián)電阻。在上下層間施加交流電壓時，若上片的電場與極化方向相同，則下面的方向相反。我們知道，在壓電陶瓷片上加有大小和方向不斷變化的變流電壓時，根據(jù)壓電效應，就會使壓電陶瓷晶片產(chǎn)生機械變形，這種機械變形的大小和方向，是外加電壓的大小和方向成正比的。電氣方式包括壓電型、磁致伸縮型和電動型等；機械方式有加爾統(tǒng)笛、液哨和氣流旋笛等。所以在測量中要考慮溫度變化的因素 ， 進行溫度補償修正 ， 減少測量誤差。 可知， 超聲波在空氣中的傳播速度為： ? ?3 3 1 .4 0 .6 1 /c T m s?? （ ） 其中 T 為環(huán)境溫度。 由于氣體沒有剪切彈性，只有體積彈性 ，因而氣體中的聲波的傳播形式只能是縱波。 聲波的傳輸需要一種媒質，聲波在媒質中的傳播的速度，稱為聲速。一部分聲波發(fā)射到達物體表面后被反射，一 部分則進入物體，在物 質中傳輸，最終被遇到的物體界面反射。 假設超聲波通過的媒質是空氣，任何物體都能反射、吸收、折射一部分通過 它自身的聲波，其比例依賴于物體自身的均衡度。廣義的說，醫(yī)學上以人體為檢測對象的超聲醫(yī)學診斷，如超聲顯微鏡、超聲成像，以海洋探測及水下目標識別為目的的水聲應用等，也歸于此類。 超聲的分類 利用超聲波易于獲得指向性極好的定向聲束，超聲波在媒質中的反射、折射、衍射散射等傳播規(guī)律與可聽聲波并無質的區(qū)別，超聲在一般流體媒質 (氣體、液體 )中的傳播理論已較成熟。 材料科學的發(fā)展，使得應用最廣泛的壓電換能器也由天然壓電晶體發(fā)展到機電禍合系數(shù)高、價格低廉、性能良好的壓電陶瓷、人工壓電單晶、壓電半導體以及塑料壓電薄膜 (PVDF)等。山于這類換能器成本低，所以經(jīng)過不斷改進，至今仍廣泛地用于對流體媒質的超聲處理技術中。 現(xiàn)代聲學已經(jīng)涵蓋了從 1 1410 10? ～ Hz的頻率范圍，相當于從大約 3小時振動一次的次聲到波長短于固體 中原子間距的分子熱振動，即跨越了 1810 量級的寬廣頻段。連續(xù)彈性媒質可以看作是由許多彼此緊密相連的質點組成，當彈性媒質中的質點受到某種