【正文】 首先感謝我的導(dǎo)師隋濤老師，在隋老師的言傳身教和悉心指導(dǎo)下，我順利地完成了畢業(yè)設(shè)計的選題及設(shè)計。由于時間有限，加之技術(shù)發(fā)展極其迅速，所以本設(shè)計有不妥之處在所難免，衷心希望老師和同學(xué)們批評指正。使得程序部分適合硬件部分，使系統(tǒng)功能得以實現(xiàn)。系統(tǒng)以AT89C51單片機為設(shè)計核心，測量得到超聲波的傳播時間，計算出傳播的距離，從而得到所要測量的液位距離。本次設(shè)計中，硬件部分，超聲波發(fā)射電路將AT89C51單片機送來的20ms的方波脈沖信號放大到300V，以滿足超聲波發(fā)射探頭的發(fā)射需要。)}else{int t0()。buf[3]=h1%10。buf[1]=(h1%1000)/100。((BYTE*)$position)[1]=STL2。F3=0。STH2=SSH。ST1=SSL。F1=f2=f3=f4=0。P17=0。TR0=1。IT0=1。TL1=0X00。TL0=0X23。CKCON=0X18。TMOD=0X12。p11=0。TL1=0。TR1=1}}Else{p10=1value2=0。f3=0。=1。if(value2==2){f3=0。}void intt0(){if(f2==1){valuel。dl_ms(1)。I4。8279A=0X90。} 8279A=0x00。while(sel==1){jf=8279。void d1_ms (uchar idata *p)void display(uchar idata *p)uchar sel=1,I,jf。為顯示程序流程圖。}T0中斷服務(wù)程序：void toint() interrupt1{ f2=1。P17=0。SSL=TL1。外部中斷為電平觸發(fā)方式，即下降沿觸發(fā)，用來接收標準桿中斷與水面的中斷，用T0來定時40μs中斷，T1用來計時從發(fā)射超聲波到接收發(fā)射波的時間差t0和t1。所謂中斷是指中央處理器CPU正在處理某件事情的時候，外部發(fā)生了某一事件，請求CPU迅速去處理，CPU暫時中斷當前的工作，轉(zhuǎn)入處理所發(fā)生的事件，處理完后，再回到原來被中斷的地方，繼續(xù)原來的工作，這樣的過程稱為中斷。由于人們的視覺暫留現(xiàn)象和發(fā)光二極管的作輝效應(yīng)，因此，人們認為每個LED都在穩(wěn)定顯示。所謂動態(tài)顯示就是將所需顯示字段斷續(xù)通以電流，逐次把所需顯示的字符顯示出來，每位應(yīng)持續(xù)通電一段時間，使之發(fā)光穩(wěn)定。LED顯示接口對LED顯示可分為靜態(tài)和動態(tài)兩種。AAAA（D3D0）：為顯示RAM單元地址，用來尋址顯示緩沖器RAM單元中的一個單元。其命令字的格式和功能介紹如下：顯示方式設(shè)置命令字：D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0000DDKKK（D4D3）為顯示方式，在本設(shè)計中設(shè)置為00—8個字符顯示，左端輸入。本設(shè)計為8位顯示。OUTA0—OUTA3（A組顯示信號）、 OUTB0—OUTB3（B組顯示信號）：輸出線。該信號線用來擴充鍵開關(guān)的功能，可以用作鍵盤的上、下?lián)豕δ苕I。RL0—RL7 （回復(fù)線）：輸入，它們是鍵盤矩陣或傳感器矩陣的列信號輸入線。在傳感器工作方式中，每逢檢出傳感器狀態(tài)變化時，IRQ就出現(xiàn)高電平。CPU每次從RAM讀出數(shù)據(jù)時，IRQ就變?yōu)榈碗娖?。IRQ（中斷請求）：輸出，高電平有效。、（讀、寫信號）：輸入，低電平有效。只有當 = 0時，8279才被選中，CPU才能對其進行讀、寫操作，否則被禁止。③ 程序時鐘編程設(shè)定為31。當復(fù)位信號RESET=1時，8279被復(fù)位，復(fù)位后的狀態(tài)如下：① 16個字符顯示——左入。CLK（系統(tǒng)時鐘）：輸入線，用于8279內(nèi)部定時，以產(chǎn)生工作所需要的時序。其引腳功能分述如下：D0D7（數(shù)據(jù)總線）：雙向、三態(tài)總線。該芯片能對顯示器實現(xiàn)自動掃描，能自動識別鍵盤的鍵號，它大大減輕了CPU的負擔，因此，在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，它獲得了廣泛的應(yīng)用[19]。 74LS373引腳圖顯示器接口Intel8279在電路中起驅(qū)動LED顯示的功能。Q0接8279的A0口，當A0為高電平時，送的是命令；A0為低電平時，輸出的是數(shù)據(jù)。本電路采用74LS373芯片，其結(jié)構(gòu)如圖 。下面對各組成部件進行分別介紹。本系統(tǒng)采用8279來驅(qū)動LED的顯示。三級放大電路的放大倍數(shù)為倍,則電壓變?yōu)?，此后電壓波形?jīng)過電容C9，這時負半周部分將被二極管濾掉，正半周部分在C9，累計到12V ，通過電壓比較器可產(chǎn)生12V的電源脈沖，此脈沖作用于6N137的3管腳，4管腳導(dǎo)通，6N137的6管腳產(chǎn)生一負脈沖，使輸出引腳6產(chǎn)生正脈沖，若此時在U16B引腳5加入正脈沖，便可產(chǎn)生負脈沖信號使單片機的外部中斷INT0產(chǎn)生中斷。二級放大電路的放大倍數(shù)為A2=(R20+R17)/R17=。圖 （a）電路圖 圖 （b）傳輸特性，為超聲波接收電路圖。可見，在比較器的輸入端進行模擬信號大小的比較，在輸出端則以高電平或低電平（即為數(shù)字信號“1”或“0” ）來反映比較結(jié)果。當時，U0=U0M。因此，用作比較器時，運算放大器工作在飽和區(qū)，即非線性區(qū)。是參考電壓，加在同相輸入端，輸入電壓加在反相輸入端。其傳遞函數(shù)為： T（j）=| T（j）| 式中 |T（j）|=設(shè) 則 T（j）= ，（b）所示。因此，它具有兩個截止頻率（即上限截止頻率和下限截止頻率），設(shè)低頻段的截止頻率為fp1，高頻段的截止頻率為fp2，頻率為fp1到fp2 之間的信號可以通過，低于fp1或高于fp2的信號被衰減的濾波電路稱為帶通濾波電路。 =則式（）式可寫成 Au = ()其幅頻特性和相頻特性分別為Au== () () 當時， |Au |== ()由式（）和（）即可畫出高通電路的波特圖。設(shè)截止頻率，頻率高于的信號可以通過，而頻率低于的信號被衰減。（4）內(nèi)部具有短路保護功能。15V電源電壓時，共模電壓177。5V電源時，共模電壓177。12V。；采用177。輸出阻抗：11。 （2）優(yōu)良的直流精度輸入失調(diào)電壓：，最大值3mv。轉(zhuǎn)換速率：2500V/。每一級的放大倍數(shù)均不同。接收電路應(yīng)用了三級放大，一級放大的正相輸入端經(jīng)1M電阻接地，由于此電阻遠遠大于100，因此，從JSXH來的電壓全部加在AD811的正極輸入端。具有高速、高頻、寬頻帶、低噪聲等優(yōu)異特性，并且是電流反饋運算放大器。接收電路主要由AD811，高通濾波電路，帶通濾波電路等組成。，開始發(fā)射，并立即啟動定時器T1計時，接收到的兩次電信號經(jīng)接收電路進行三極放大、比較器比較，光耦和開關(guān)電路產(chǎn)生中斷信號，送回單片機作為外中斷INT0的觸發(fā)信號，引起CPU的兩次中斷。在超聲波接收電路中放大器選用AD811,前兩極之間外接RC電路組成高通濾波器，后兩極之間外接選頻電路，有效的抑制噪聲。發(fā)射電路的主要功能就是產(chǎn)生300V尖脈沖。同理，經(jīng)一階微分電路輸出負的尖脈沖信號，雙向可控硅截止，此時，電容C3開始充電，在d點產(chǎn)生300V尖脈沖信號。由于電容兩端的電壓不能突變，因此，在C3的另一極板上迅速產(chǎn)生300V電壓。當a點為高電平，此信號經(jīng)一階微分電路，在R3兩端輸出正的尖脈沖信號，此時，雙向可控硅導(dǎo)通。在經(jīng)電容濾波后，輸出平穩(wěn)的300V電壓。在橋式整流電路輸出端并聯(lián)一個較大的電容C，構(gòu)成電容濾波電路。電源電路電源電路由整流電路加濾波電路組成，整流電路是將交流電變?yōu)槊}動直流電，但其中含有大量的交流成分，離所要求的平滑直流狀態(tài)還差得太遠。系統(tǒng)應(yīng)用它的快速開通和關(guān)斷的特性來控制300伏脈沖的輸出。一個雙向可控硅可代替兩個反并聯(lián)的普通可控硅元件，而且只有一個控制極，這樣可使線路進一步簡化，裝置的體積進一步縮小，重量相應(yīng)減輕。反之，當G極和T2極相對于T1的電壓均為負時，T1變成陽極，T2為陰極。表示，不再劃分成陽極或陰極。（b）所示，為一階微分電路波形圖。則V2（t1）= VC（t1）=E，而后電容又很快放電，V2也相應(yīng)地很快下降到零，于是便輸出一個負尖脈沖。又由于，電容充電很快，VC很短時間就增長到E值，相應(yīng)地V2也很快下降為零，于是，在電阻兩端就輸出一個正的尖脈沖信號。輸入電壓為V1，幅值為E ,寬度為的矩形脈沖波，輸出電壓V2=VR。同理，光耦合器5腳輸出低電平信號。經(jīng)反向器反向后輸出高電平，使發(fā)光二極管導(dǎo)通發(fā)光，光敏二極管接收到光信號導(dǎo)通，經(jīng)電流電壓轉(zhuǎn)換后送到與門的一個輸入端，與門的另一個輸入為使能端，當使能端為高時與門輸出高電平，經(jīng)輸出三極管反向后光電隔離器輸出低電平。它的輸出延遲極其微小，可忽略不計，這是普通光耦合器所達不到的。又由于它具有單向信號傳輸功能，因而具有脈沖轉(zhuǎn)換和直流電平轉(zhuǎn)換的特性。高速光耦光耦合器主要由一個發(fā)光二極管和一個光敏二極管同時封裝在一個外殼內(nèi)組合而成的轉(zhuǎn)換元件。 超聲波發(fā)射電路發(fā)射電路主要由光耦合器、一階微分電路、雙向可控硅以及電源電路等組成。本系統(tǒng)的發(fā)射電路的主要作用是產(chǎn)生300V的電脈沖信號，以觸發(fā)探頭發(fā)射超聲波信號。發(fā)射脈沖可以由單片機或振動器來實現(xiàn)。 發(fā)射電路設(shè)計發(fā)射電路的主要目的是驅(qū)動超聲波發(fā)射探頭內(nèi)的壓電晶片振動，使之發(fā)出超聲波，并且發(fā)射的超聲波具有一定的能量，可傳播較遠的距離，實現(xiàn)測量的目的。當T60時，采集回波信號的通道打開，開中斷，準備接收標準桿的中斷，進入中斷后，讀取定時器計數(shù)值t0，采集回波信號的通道關(guān)閉，關(guān)中斷。在本系統(tǒng)中，當發(fā)射電路產(chǎn)生300V窄脈沖電信號加到探頭，使其發(fā)射超聲波，同時300V窄脈沖電信號回送到接收電路，將有60的振蕩，對于這些振蕩必須消除，消除方法為：只用反射回波的第一個脈沖信號。XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端[16]。Flash存儲器編程時，該引腳加上+12V的編程允許電源Vpp，然這必須是該器件是使用12V編程電源Vpp。需注意的是：如果加密位EB1被編程，復(fù)位時內(nèi)部會鎖存EA端狀態(tài)。EA/VPP：外部訪問允許。：程序儲存允許(}輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當AT89C51山外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次有效，即輸出兩個脈沖。該位置位后，只有一條MOVX和MOVC指令A(yù)LE才會被激活。對Flash存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖()。即使不訪問外部存儲器，ALE仍以時鐘振蕩頻率的1 /6輸出固定的正脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。當振蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使片片機復(fù)位。P3口除了作為一般的I/0口線外，更重要的用途是它的第二功能，: P3口第二功能表端口引腳第二功能RXD （串行輸入口）TXD （串行輸出口） （外中斷0） （外中斷1）T0 （定時/計數(shù)器0）T1 （定時/計數(shù)器1） （外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） （外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）P3口還接收一些用于Flash閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號。作輸入端時，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流（I181。P3口輸出緩沖級可驅(qū)動(吸收或輸出電流)4個TTL邏輯門電路。Flash編程或校驗時，P2亦接收高位地址和其它控制信號。在訪問外部程序存儲器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器(例如執(zhí)行MOVX DPTR 指令)時，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。對端口寫“1，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流（I181。Flash編程和程序校驗期間，P1接收低8位地址。作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流（I181。P1口：P1是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級可驅(qū)動(吸收或輸出電流)4個TTL邏輯門電路。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址(低8位)和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。 AT89C51引腳圖 AT89C51功能說明 主要性能參數(shù)(1) 與MCS51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容(2) 4k字節(jié)可重擦寫Flash閃速存儲器(3) 1000次擦寫周期(4) 全靜態(tài)操作:OHz24MHz(5) 三級加密程序存儲器(6) 128X8字節(jié)內(nèi)部RAM(7) 32個可編程I/0口線(8) 2個16位定時/計數(shù)器(9) 6個中斷源(10) 可編程串行UART通道(11) 低功耗空閑和掉電模式引腳功能說明Vcc：電源電壓GND：地P0口：P0口是一組8位漏極開路型雙向I/0口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。它是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含有4K bytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲器（PEROM）和128 bytes的隨機存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，與標準的MCS51指令系統(tǒng)兼容，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和FLASH存儲單元，功能強大，AT89C51單片機可以提供許多高性價比的應(yīng)用場合，可靈活應(yīng)用于各種