【正文】 連接方式如圖 所示： P1.INT0P1.TXDTXDRRINT0主單片機(jī)從單片機(jī) 圖 主從單片機(jī) 串行 通信示意圖 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)。當(dāng)外部數(shù)據(jù)引腳 TXD 上的時(shí)鐘信號(hào)到達(dá)后，串行口在該內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 機(jī)器周期的第 5 節(jié)拍的后半段對(duì) RXD 上的數(shù)據(jù)進(jìn)行一次采集，并且將該數(shù)據(jù)送入接收緩沖寄存器。當(dāng) SBUF 內(nèi)的8 位數(shù)據(jù)發(fā)送完成后，串行口將置位 TI，申請(qǐng)串行口中斷，并且只有在 TI 被軟件清除后才能夠進(jìn)行下一個(gè)字節(jié)的發(fā)送。這種工作方式導(dǎo)致速度比較慢，但是在數(shù)據(jù)傳輸不太多的情況下，串行通信是非常方便的，通信速率可達(dá) 1MB/s。 本設(shè)計(jì)的接口連接方式是主從串行通信連接方式。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 主單片機(jī)與從單片機(jī) 的通信接口 主從單片機(jī)通信的作用 主從單片機(jī)進(jìn)行通信主要有兩個(gè)作用，一是主單片機(jī)要把鍵盤(pán)中輸入的參數(shù)傳遞給從單片機(jī)用于傳播時(shí)間的計(jì)算；二是主單片機(jī)從從單片機(jī)中讀出傳播時(shí)間的數(shù)據(jù)，用于計(jì)算流速、流量 和 顯示等。 看門(mén)狗電路 由于程序在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)因?yàn)槭艿礁蓴_導(dǎo)致失控，引起程序亂飛，或陷入“死循環(huán)”，此時(shí)最直接的抗干擾方法是采用硬件“看門(mén)狗”電路。 本設(shè)計(jì)顯示電路部分如圖 所示 : 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 圖 顯示電路部分電路圖 鍵盤(pán)電路 鍵盤(pán)是人機(jī)對(duì)話的重要組成部分 ， 本設(shè)計(jì)中 使 用了 10 個(gè)數(shù)字鍵和 6 個(gè) 功能 鍵： 選擇修改管道直徑、選擇修改夾角 、 增一 鍵、 減一 鍵、 確認(rèn)開(kāi)始 鍵 和修改鍵 。 它的優(yōu)點(diǎn)是軟件不必動(dòng)態(tài)掃描，送出段碼后可鎖存，直到需更改顯示字符，軟件簡(jiǎn)單， 占用 單片機(jī) 時(shí)間較少，工作可靠 ， 同時(shí)由于始終保持顯 示所以亮度較好 。 靜態(tài)顯示： 所謂靜態(tài)顯示 ， 就是在同一時(shí)刻只顯示 1 種字符 ， 或者說(shuō)被顯示的字符在同一時(shí)刻是穩(wěn)定不變的。為此 ， 一般采用查表的方法 ， 由待顯示的字符通過(guò)查表得到其對(duì)應(yīng)的顯示段碼。因此只能利用人眼對(duì)視覺(jué)的殘留效應(yīng) ， 采用動(dòng)態(tài)掃描顯示的方法 ， 逐個(gè)地循環(huán)點(diǎn)亮各位數(shù)碼管 ， 每位顯示 1ms 左右，使人看起來(lái)就好像 在同時(shí)顯示不同的字符一樣。對(duì)于這種接口電路來(lái)說(shuō) ， 其顯示方法有靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示兩種。 對(duì)于多位數(shù)碼 管 來(lái)說(shuō) ，為了簡(jiǎn)化線路、降低成本 ， 往往采用以軟件為主的接口方法 ， 即不使用專(zhuān)門(mén)的硬件譯碼器 ， 而采用軟件程序進(jìn)行譯碼。 十六進(jìn)制數(shù)及空白字符與 P 的顯示段碼如表 所示： 表 顯示段碼 字型 共陽(yáng)極段碼 共陰極段碼 字型 共陽(yáng)極段碼 共陰極段碼 0 C0H 3FH 9 90H 6FH 1 F9H 06H A 88H 77H 2 A4H 5BH b 83H 7CH 3 B0H 4FH C C6H 39H 4 99H 66H d A1H 5EH 5 92H 6DH E 86H 79H 6 82H 7DH F 84H 71H 7 F8H 07H 空白 FFH 00H 8 80H 7FH P 8CH 73H 共陰極 LED 結(jié)構(gòu)及靜態(tài)顯示原理 在單片機(jī)系統(tǒng)中 ， 通常用 LED 數(shù)碼管來(lái)顯示各種數(shù)字或符號(hào) 。發(fā)光二極管通常需要十幾到幾十毫安的驅(qū)動(dòng)電流才能正常發(fā)光，因此，由微型機(jī)發(fā)出的顯示信號(hào)必須經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)電路才能使顯示器正常工作。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 主單片機(jī)的作用及選擇 主單片機(jī)選用另一片 AT89C51，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的處理和整個(gè)流量計(jì)的控制。 圖 計(jì)數(shù)電路 從單片機(jī)的作用及選擇 從單片機(jī)是信號(hào)采集及控制電路的核心，它既要接收主單片機(jī)發(fā)來(lái)的命令，使測(cè)量模塊的各部分協(xié)調(diào)工作，同時(shí)又要向主單片機(jī)回送測(cè)量數(shù)據(jù)和該部分的狀態(tài)信息。由于需要分辨 10ns 左右的微小時(shí)間差 ,所以高頻方波發(fā)生器選用 100MHz、頻率穩(wěn)定度為 1 108/日的溫度補(bǔ)償晶振。單片機(jī)通過(guò) 和 別使能兩片 74LS245,從 P0口讀入其中的計(jì)數(shù)值。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 圖 計(jì)數(shù)電路原理概述 單片機(jī)晶振頻率取為 12MHz,通過(guò) 、 通斷 ,進(jìn)而控制超聲波順流發(fā)射或逆流發(fā)射 ,而 則對(duì)各計(jì)數(shù)器清零 , 發(fā)出啟動(dòng)信號(hào)。最上方接換能器 T1及 T2，下方接發(fā)射和接收電路，通過(guò)控制 K2 和 K3 來(lái)控制 T1及 T2 哪個(gè)為發(fā)射，哪個(gè)為接收。當(dāng) EA /VPP 引腳接地（即低電平）時(shí)，將從外部程序存儲(chǔ)器讀取指令碼；當(dāng) EA /VPP 引腳接高電平時(shí)，將從內(nèi)部程序存儲(chǔ)器讀取指令 ； XTAL1： 片內(nèi)晶振電路 反 相 放大器 輸入 端； XTAL2： 片內(nèi)晶振電路 反 相 放大器 輸 出端 。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。另外，該引腳被略微拉高。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè) ALE 脈沖。在平時(shí)， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。 高電平有效 ； ALE：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的 低 位字節(jié)。在讀寫(xiě)外部存儲(chǔ)器時(shí)， P2 口輸出高 8 位地址A15～ A8； P3 口： 內(nèi) 部 帶 有弱上 拉電阻的雙向 I/O 口，作 為 輸入 引腳使用前 ， 先向 P3 口鎖存器寫(xiě)入 1，使 P3 口引腳被上拉為高電平。 如圖 所示： 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um be r R e vi s i o nS iz eBD a t e : 15 Jun 20 08 S h e e t of F il e : C : \ D oc um e n t s a nd S e t ti ng s \ l e no vo \桌面 \ gg gg \主機(jī)部分 .D D BD r a w n B y:E A / V P31X119X218R E S E T9RD17WR16I N T 012I N T 113T014T115P 101P 112P 123P 134P 145P 156P 167P 178P 0039P 0138P 0237P 0336P 0435P 0534P 0633P 0732P 2021P 2122P 2223P 2324P 2425P 2526P 2627P 2728P S E N29A L E / P30T X D11R X D10U?80 51 圖 AT89C51 它的引腳功能如下： VCC：供電電壓 ； GND：接地 ； P0 口： 作為 I/O 口 使用時(shí)， P0 口 是 漏級(jí)開(kāi)路雙向口 ， 向口鎖存器 寫(xiě) 入 1， I/O 引腳內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 將懸空，可作高阻輸入引腳；在讀寫(xiě)外部存儲(chǔ)器時(shí)， P0 口作為“低 8 位地址 /數(shù)據(jù)”總線使用； P1 口：內(nèi)部 帶 有弱上 拉電阻的雙向 I/O 口，作 為 輸入 引腳使用前 ， 先向 P1 口鎖存器寫(xiě)入 1，使 P1 口引腳被上拉為高電平。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中， ATMEL 的AT89C51 是一種高效微控制器。 單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除 1000 次 以上 。 4040CMOS12 級(jí)二進(jìn)制計(jì)數(shù)分頻器 4040 為二進(jìn)制計(jì)數(shù)分頻器，其芯片如圖 所示 。 當(dāng) “ /LDA” 為高電平時(shí)，在 時(shí)鐘端 CLK1和 CLK2脈沖 下降沿作用下進(jìn)行計(jì)數(shù)操作。芯片如圖 所示： 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um be r R e vi s i o nS iz eBD a t e : 15 Jun 20 08 S h e e t of F il e : C : \ D oc um e n t s a nd S e t ti ng s \ l e no vo \桌面 \ gg gg \主機(jī)部分 .D D BD r a w n B y:A02A13A24A35A46A57A68A79B018B117B216B315B414B513B612B711E19D I R174 L S 24 5 圖 74LS245 芯片功能表如表 所示： 表 74LS245 功能表 /E DIR 方向 L L B 到 A L H A 到 B H 無(wú) Isolation 計(jì)數(shù)器 74S196 74S196 為可預(yù)置的二－五－十進(jìn)制計(jì)數(shù)器 ，芯片如圖 所示： 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT itleN um be r R e vi s io nS iz eBD a te : 15 Jun 20 08 S h e e t of F ile : C :\D oc um e n ts a nd S e tting s \le no vo \桌面 \gg gg \主機(jī)部分 .D D BD r a w n B y:L D AC L K 2C L K 1DADBDCDDC L R74 S 1 96 圖 計(jì)數(shù)器 74S196 異步清除端 “ /CLR” 為低電平時(shí) ， 不管時(shí)鐘端 CLK1和 CLK2狀態(tài)如何， 即可完成清除功能。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 芯片資料 總線收發(fā)器 74LS245 74LS245 為三態(tài)輸出的八組總線收發(fā)器 。當(dāng)完成所定的多脈沖個(gè)數(shù)后，分頻器產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)，關(guān)斷高頻方波，使計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)。當(dāng)聲循環(huán)次數(shù) N 足夠大 ,由于統(tǒng)計(jì)作用 ,上述兩次聲循環(huán)的固有電聲延遲 (包括超聲波經(jīng)過(guò)換能器透聲斜楔、管壁等所需的時(shí)間以及電信號(hào)滯后的時(shí)間 )之和相等 ,所以可得單次正逆發(fā)射傳播時(shí)間差 。當(dāng)聲循環(huán) N 次 ,分頻器滿并產(chǎn)生一信號(hào) ,關(guān)斷高頻方波 ,使計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù) ,同時(shí)單片機(jī)斷開(kāi) K1 停止聲循環(huán) ,讀取鎖存器中的順流發(fā)射聲循環(huán)計(jì)數(shù)值 ,再使開(kāi)關(guān) K1閉合 ,K2合向上邊 ,觸發(fā)換能器 T2發(fā)內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 射。具體工作過(guò)程是 :單片機(jī)先對(duì)各計(jì)數(shù)器請(qǐng)零 ,使開(kāi)關(guān) K1閉合 ,K2合向下邊 ,然后控制同步電路發(fā)出一同步啟動(dòng)脈沖 ,觸發(fā)超聲波換能器 T1發(fā)射第一個(gè)超聲脈沖波 ,同時(shí)使計(jì)數(shù)電路開(kāi)始對(duì)頻率為 f 的高頻方波進(jìn)行計(jì)數(shù)。這一級(jí)放大電路采用放大器 INA128。 帶通濾波電路 MAX275 帶通濾波器電路如圖 所示： 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 圖 MAX275 帶通濾波器電路 二級(jí)放大電路 超聲接收換能 器 接收到的信號(hào)經(jīng)過(guò)一級(jí)放大器后，信號(hào)還比較小，再經(jīng)過(guò)帶通濾波器，信號(hào)又有一定程度的衰減，因此，還需要再進(jìn)行放大。 本系統(tǒng)采用 MAX410 芯片構(gòu)成第一級(jí)放大電路， MAX41O 是一種低電壓、低噪聲、精密放大器， 性能優(yōu)良，可以用來(lái)作為前級(jí)放大，其電路 如圖 所示 ： 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 圖 一級(jí)放大電路 超聲接收換能器接收到的信號(hào)，經(jīng)電阻從 MAX41O的 3 腳輸入，放大后的信號(hào)由MAX410 的 6 腳輸出，輸出的信號(hào)分兩路，一路反饋到 ICICD4046 的 14 腳用來(lái)完成鎖相，另一路送帶通濾波器進(jìn)行后續(xù)處理。因此，對(duì)接收信號(hào)的調(diào)理是非常必要和重要的。發(fā)射電路如圖 所示 : 圖 超聲波發(fā)射電路 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 超聲波發(fā)射電路采用了單脈沖發(fā)射電路，它由脈沖發(fā)生、放大電路構(gòu)成，單片機(jī)發(fā)出的方波信號(hào)經(jīng)三極管放大和變壓器升壓，達(dá)到足夠功率后推動(dòng)換能器產(chǎn)生超聲波，這里變壓器的主要用途是升高脈沖電壓和使振蕩器的輸出阻抗與負(fù)載（超聲波換能器）阻抗匹配，變壓器與探頭接成單端激勵(lì)方式。至此，從硬件邏輯角度完成了一次發(fā)射到接收的過(guò)程。應(yīng)用這種多脈沖聲循環(huán)法對(duì)微小時(shí)間進(jìn)行累積后，現(xiàn)有的電子線路可以非常容易的對(duì) 3t 和 4t 進(jìn)行測(cè)量，時(shí)間差 t? 的準(zhǔn)確測(cè)量就變的非常容易。在完成 N 次聲循環(huán)后循環(huán)停止，假設(shè)這 N 次順流聲循環(huán)所需的時(shí)間為 3t ，它包括 N 次固有延遲時(shí)間 )(i? ，（ i= 3… N）之和以及 N個(gè)超聲波在水中單次順流傳播時(shí)間 1t 之和，即： 113 )( NtitNi ???? ?