【正文】 圖54本次設(shè)計(jì)選用定時(shí)器T0完成定時(shí)功能，選用方式1時(shí)最多也只能定時(shí)，顯然不能滿足定時(shí)1的要求，可以用下面這種方法解決：采用T0定時(shí)50ms，連續(xù)循環(huán)定時(shí)20次即可完成1定時(shí)，用一個(gè)計(jì)數(shù)單元20H存放循環(huán)的次數(shù)，每一次循環(huán)20H單元自減1，當(dāng)20H單元為零時(shí)則1定時(shí)到時(shí)。明確頻率計(jì)工作原理以后，為了思路更清晰地對(duì)程序編寫，還應(yīng)該作出程序的總體框圖，如圖54所示。開外部中斷1 SETB EA 。*********************MAIN: SETB TR0 。*********************。設(shè)定定時(shí)器1為方式1 MOV TH0,00H 。*********************START: MOV 70H,00H 。*********************。 ，計(jì)數(shù)器每計(jì)一個(gè)數(shù)大約就是1us，當(dāng)主程序檢測(cè)到接收成功的標(biāo)志位后，將計(jì)數(shù)器T1中的數(shù)（即超聲波單位時(shí)間內(nèi)的方波個(gè)數(shù)）讀出，然后加以計(jì)算，就可以得出速度值，假設(shè)本設(shè)計(jì)中取常溫下的聲速為344m/s，則有氣體流體介質(zhì)速度值： （42） 其中是單片機(jī)T1口的計(jì)數(shù)值，測(cè)得風(fēng)速值結(jié)果后將以十進(jìn)制BCD碼的方式送到數(shù)碼管顯示，如果超出范圍將會(huì)出現(xiàn)報(bào)警。即超聲波幅度變化頻率與旋渦的頻率一致，從接收換能器上檢測(cè)出超聲波束幅度變化次數(shù)即可測(cè)得風(fēng)速值。如圖321：圖321第4章 軟件設(shè)計(jì) 主程序 主程序首先對(duì)系統(tǒng)環(huán)境進(jìn)行初始化，設(shè)置定時(shí)器T1工作模式為16位定時(shí)計(jì)數(shù)器模式,并給顯示端口P0，P2，RXD端口置零。本設(shè)計(jì)采用的就是獨(dú)立式鍵盤。獨(dú)立式鍵盤接法簡(jiǎn)單，但是嚴(yán)重浪費(fèi)單片機(jī)的I/O口資源。矩陣鍵盤用I/O口線組成行列結(jié)構(gòu)，按鍵設(shè)置在行列的交點(diǎn)上。 矩陣式鍵盤 矩陣式鍵盤是一種常見的輸入裝置，在日常的生活中，矩陣式鍵盤在計(jì)算機(jī)，電話，手機(jī)，微波爐等各式電子產(chǎn)品上已經(jīng)被廣泛應(yīng)用。柔性按鍵最大特點(diǎn)是防塵、防潮、耐蝕, 外形美觀, 裝嵌方便。凸球型動(dòng)作幅度觸感明顯, 富有立體感, 但制造工藝相對(duì)復(fù)雜。但是時(shí)間長了, 橡膠老化而使彈力下降, 同時(shí)易侵入灰塵。但是觸點(diǎn)處易侵入灰塵而導(dǎo)致接觸不良, 體積相對(duì)較大。 常用的按鍵有三種: 機(jī)械觸點(diǎn)式按鍵、導(dǎo)電橡膠式和柔性按鍵( 又稱觸摸式鍵盤) 。 。 非編碼鍵盤的鍵輸入程序應(yīng)完成的基本任務(wù) 。鍵盤上閉合鍵的識(shí)別由專用的硬件編碼器實(shí)現(xiàn)，并產(chǎn)生鍵編碼號(hào)或鍵值的稱為編碼鍵盤，如計(jì)算機(jī)鍵盤；而靠軟件編程來識(shí)別的稱為非編碼鍵盤；在單片機(jī)組成的各種系統(tǒng)中，用的最多的是非編碼鍵盤。2mV；共模輸入電壓范圍寬， VIC=0～；輸出與TTL，DTL，MOS，CMOS 等兼容；輸出可以用開路集電極連接“或”門；采用雙列直插8 腳塑料封裝（DIP8）和微形的雙列8 腳塑料封裝（SOP8）。1～177。本設(shè)計(jì)中LM392 是雙電壓比較器集成電路。電壓比較器和運(yùn)算放大器的區(qū)別 比較器在最常用的簡(jiǎn)單積體電路中排名第二，僅次于排名第一的運(yùn)算放大器。電壓比較器的基本功能：1. 用做整形電路，把不規(guī)則的輸入信號(hào)整形成為矩形脈沖。通常要求轉(zhuǎn)換時(shí)間盡可能短，以便實(shí)現(xiàn)高速比較。2. 鑒別靈敏度，理想的電壓比較器，在高、低電平轉(zhuǎn)換的門限UT處具有階躍的傳輸特性。本設(shè)計(jì)選用基準(zhǔn)電壓VREF=1/2Vcc=。此外由于高電平相當(dāng)于邏輯“1”，低電平相當(dāng)邏輯“0”，所以比較器可作為摸擬與數(shù)字電路之間的接口電路。 (312)本設(shè)計(jì)中采用145Khz中心頻率，故參數(shù)設(shè)計(jì)值為C（C9）= R（R12）=110 Ohm 電壓比較器的施密特接法 如圖318為帶有上拉電阻的電壓比較器，屬于任意差動(dòng)型電平比較圖318 電壓比較器的功能是對(duì)兩個(gè)輸入電壓的大小進(jìn)行比較，并根據(jù)比較結(jié)果輸出高、低兩個(gè)電平。電路設(shè)計(jì)中常選擇C（C7）=500 pF，R（R10）= Ohm如圖316為LM324構(gòu)成的OPA積分器模型圖316在積分電容上并用了反饋電阻后，出現(xiàn)新的點(diǎn)，即： (39)使其約為本設(shè)計(jì)的中心頻率145KHz，Cf（C8）=，Rf（R11）=110Ohm如圖317為RC高通濾波器模型圖317 在電頻率信號(hào)經(jīng)過包絡(luò)檢波環(huán)節(jié)檢測(cè)出渦街信號(hào)后，設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)加入RC高通濾波電路，將雜波信號(hào)再次過濾，使信號(hào)波形更加平整?；灸Ｐ腿?14所示圖314(1) 傳遞函數(shù)==0，即=利用節(jié)點(diǎn)電流法，即求出傳遞函數(shù)== (36)(2) 頻率特性== (37)其中固有角頻率=，阻尼系數(shù)=，而通帶放大倍數(shù)=。圖313超聲波接收器S 將聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，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(hào)濾波，經(jīng)過包絡(luò)檢波環(huán)節(jié)，檢測(cè)出渦街信號(hào)，渦街信號(hào)經(jīng)過簡(jiǎn)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(zhǔn)電壓1/2Vcc作比較，被整形為與風(fēng)速成正比的矩形波，信號(hào)周期隨檢波信號(hào)變化而變化。5. C9，R12組成RC高通濾波環(huán)節(jié)。3. 二極管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(hào))相一致的電壓波形，有很小的起伏。與超聲波發(fā)射器對(duì)應(yīng)，選用TCT4012R 接收頭。30%5) 探測(cè)距離（m）：~206) －6dB指向角：70o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(cè)接收電路設(shè)計(jì)如圖313，是本設(shè)計(jì)采用的超聲波接收電路。 三極管放大電路如圖311是 共射極基本放大電路圖3111. 一般硅管VBE=，β (80)已知。多諧振蕩器無外部信號(hào)輸入，卻能輸出矩形波，其實(shí)質(zhì)是將直流形式的電能變?yōu)榫匦尾ㄐ问降碾娔堋４藭r(shí)電源再次向電容C放電，重復(fù)上述過程。按指數(shù)規(guī)律下降，當(dāng)時(shí)比較器輸出由０變?yōu)椋?，Ｒ－Ｓ觸發(fā)器的，Ｑ的狀態(tài)不變，的狀態(tài)仍為低電平。時(shí)刻，上升到，比較器的輸出由１變?yōu)椋?，這時(shí)，觸發(fā)器復(fù)0，定時(shí)器輸出。當(dāng)上升到時(shí)，輸出由0翻轉(zhuǎn)為１，這時(shí)，觸發(fā)順保持狀態(tài)不變。其工作波如圖38所示。這里選用的是TCT4012T發(fā)射頭。2. 74LSl23構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路，當(dāng)方波信號(hào)的下降沿到來時(shí)，在13管腳產(chǎn)生觸發(fā)脈沖。 這部分電路的作用是由單片機(jī)控制產(chǎn)生頻率為145KHz的超聲波。 ~ 經(jīng)連接電阻，連接到數(shù)碼管的段選通端。 ~ 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。這里選用PNP三極管9012。這里選用的是共陰極的四位數(shù)碼管。這部分電路的作用是對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行準(zhǔn)確清晰的實(shí)時(shí)顯示。報(bào)警電路連接到單片機(jī)RXD/，同過程序，可以使該引腳在符合特定條件時(shí)置高位，從而使三極管8550導(dǎo)通，蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲。這里選用的是PNP型三極管9012 。圖34如圖所示，這部分電路主要包括:1. 蜂鳴器B 。例如，用于汽車倒車報(bào)警裝置時(shí)，可以通過程序使其在測(cè)量結(jié)果小于一定值時(shí)發(fā)出鳴叫聲，即汽車與汽車間距小于安全距離時(shí)，發(fā)出報(bào)警，引起司機(jī)警覺，免于發(fā)生撞車的危險(xiǎn)。 報(bào)警電路設(shè)計(jì)如圖34，是本設(shè)計(jì)采用的報(bào)警電路。能夠?qū)ESET引腳置高電位的復(fù)位電路。上節(jié)已對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。圖33 單片機(jī)系統(tǒng)及復(fù)位電路原理圖如圖所示，這部分電路主要包括:1. 單片機(jī)U1。 這部分電路的作用是作為超聲波測(cè)距系統(tǒng)的核心，運(yùn)行整個(gè)程序，使系統(tǒng)能夠正常工作，并按照預(yù)期的目標(biāo)完成任務(wù)，且能達(dá)到要求的精度。以上是對(duì)AT89S52的外部結(jié)構(gòu)從邏輯上進(jìn)行的簡(jiǎn)要介紹，對(duì)于定時(shí)器及中斷將在下一章中進(jìn)行介紹。XTAL1: 振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令，EA應(yīng)該接VCC。EA/VPP: 訪問外部程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)。PSEN: 外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)（PSEN）是外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)。否則，ALE 將被微弱拉高。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。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(shí)器或時(shí)鐘使用。ALE/PROG：地址鎖存控制信號(hào)（ALE）是訪問外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，鎖存低8 位地址的輸出脈沖。特殊寄存器AUXR(地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能無效。晶振工作時(shí)，RST腳持續(xù)2 個(gè)機(jī)器周期高電平將使單片機(jī)復(fù)位。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P3口也接收一些控制信號(hào)。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。P3 口：P3 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，p2 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4 個(gè)TTL 邏輯電平。在使用8位地址（如MOVX RI）訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。在訪問外部程序存儲(chǔ)器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行MOVX DPTR）時(shí)，P2 口送出高八位地址。對(duì)P2 端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口接收低8位地址字節(jié)。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。P1 口：P1 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，p1 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4 個(gè)TTL 邏輯電平。在flash編程時(shí)，P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯電平。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。另外，AT89S52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。使用Atmel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。主要性能：l 與MCS51單片機(jī)產(chǎn)品兼容l 8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器l 1000次擦寫周期l 全靜態(tài)操作：0Hz～33Hzl 三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器l 32個(gè)可編程I/O口線l 三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器l 八個(gè)中斷源l 全雙工UART串行通l 低功耗空閑和掉電模式l 掉電后中斷可喚醒l 看門狗定時(shí)器l 雙數(shù)據(jù)指針l 掉電標(biāo)識(shí)符下面對(duì)其功能進(jìn)行簡(jiǎn)要描述。圖31 AT89S52的外部引腳結(jié)構(gòu)圖如圖32，為AT89S52內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。（6） 顯示及其報(bào)警等等。（4） 電信號(hào)經(jīng)過選頻放大，過濾整形得出新的渦街頻率f。（2） 脈沖串通過超聲波發(fā)射換能器發(fā)出超聲波。軟件部分由主程序，超聲波接收子程序，鍵盤驅(qū)動(dòng)程序，溫度補(bǔ)償程序及顯示程序等部分組成。再經(jīng)濾波器濾波，最后由比較器整形和放大，就獲得頻率為渦街頻率f的方波信號(hào)，最后使用計(jì)數(shù)電路進(jìn)行測(cè)頻和處理即可得出風(fēng)速值。圖25超聲波發(fā)生器發(fā)射端利用LM555定時(shí)器芯片發(fā)生145KHz的超聲波脈沖，經(jīng)過信號(hào)提升環(huán)節(jié)，通過流動(dòng)空氣介質(zhì)；超聲波發(fā)生器接收端把聲信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，送到選頻放大器。超聲波傳感器的指向圖是由一個(gè)主瓣和幾個(gè)副瓣構(gòu)成，其物理意義是Ф=0聲壓最大，角度逐漸增大時(shí)，聲壓減小。指向特性用指向圖表示。如圖24圖23圖24 2 指向特性 實(shí)際的超聲波傳感器中壓電晶片是個(gè)小圓片，可以把表面上每個(gè)點(diǎn)看成1個(gè)振蕩源，輻射出一個(gè)半球面波（子波），這些子波沒有指向性。并且最大靈敏度向著稍低的頻率移動(dòng)。另外，超聲波接收器的頻率特性和輸出端外接電阻有很大關(guān)系，如果R很大，（如大于100K）頻率特性是尖銳共振的，并且在這個(gè)共振頻率上靈敏度很高。曲線在f0處最尖銳，輸出電信號(hào)的幅度最大，信號(hào)f0處接收靈敏度最高。因此，超聲波發(fā)射器一定要使用非常接近中心頻率的f0的交流電壓來激勵(lì)。圖中，f0為超聲波發(fā)射器的中心頻率 ，在f0處，超聲波發(fā)射器產(chǎn)生的超聲機(jī)械波最強(qiáng)，也就是說，在f0處所產(chǎn)生的超聲波聲壓能級(jí)最高。共振板 電極 壓電晶片 圖22 超聲波傳感器的基本特性分為頻率特性和指向特性。當(dāng)它的兩極外加脈沖信號(hào)，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時(shí)，壓電晶片將會(huì)發(fā)生共振，并帶動(dòng)共振板振動(dòng)，便產(chǎn)生超聲波。壓電式超聲波發(fā)生器原理：壓電式超聲波發(fā)生器實(shí)際上是利用壓電晶體的諧振來工作的。當(dāng)作用力的方向改變時(shí)，電荷極性也隨著改變。 超聲波傳感器是利用壓電效應(yīng)的原理工作的，壓電效應(yīng)有逆效應(yīng)和順效應(yīng)，超聲波傳感器是可逆元件，超聲波發(fā)送器就是利用壓電逆效應(yīng)的原理。目前在近距離測(cè)量方面常用的是壓電式超聲波換能器。電氣方式包括壓電型、電動(dòng)型等；機(jī)械方式有加爾統(tǒng)笛、液哨和氣流旋笛等。一般是用電能和超聲波能量來相互轉(zhuǎn)換。已發(fā)明設(shè)計(jì)并制成了許多類型的超聲波發(fā)生器，機(jī)械方式和電氣方式產(chǎn)生超聲波發(fā)生器。在這種頻率范圍，超聲波敏感元件成為薄膜狀，與傳統(tǒng)的形狀大相徑庭，它的進(jìn)步對(duì)電子學(xué)的發(fā)展起到了巨大的作用。很早以前人們便掌握