【正文】 圖54本次設計選用定時器T0完成定時功能，選用方式1時最多也只能定時，顯然不能滿足定時1的要求，可以用下面這種方法解決：采用T0定時50ms，連續(xù)循環(huán)定時20次即可完成1定時，用一個計數單元20H存放循環(huán)的次數，每一次循環(huán)20H單元自減1，當20H單元為零時則1定時到時。明確頻率計工作原理以后，為了思路更清晰地對程序編寫，還應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 。*********************。設定定時器1為方式1 MOV TH0,00H 。*********************START: MOV 70H,00H 。*********************。 ，計數器每計一個數大約就是1us，當主程序檢測到接收成功的標志位后，將計數器T1中的數（即超聲波單位時間內的方波個數）讀出，然后加以計算，就可以得出速度值，假設本設計中取常溫下的聲速為344m/s，則有氣體流體介質速度值： （42） 其中是單片機T1口的計數值，測得風速值結果后將以十進制BCD碼的方式送到數碼管顯示，如果超出范圍將會出現報警。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出超聲波束幅度變化次數即可測得風速值。如圖321：圖321第4章 軟件設計 主程序 主程序首先對系統環(huán)境進行初始化，設置定時器T1工作模式為16位定時計數器模式,并給顯示端口P0，P2，RXD端口置零。本設計采用的就是獨立式鍵盤。獨立式鍵盤接法簡單，但是嚴重浪費單片機的I/O口資源。矩陣鍵盤用I/O口線組成行列結構，按鍵設置在行列的交點上。 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，矩陣式鍵盤在計算機，電話，手機，微波爐等各式電子產品上已經被廣泛應用。柔性按鍵最大特點是防塵、防潮、耐蝕, 外形美觀, 裝嵌方便。凸球型動作幅度觸感明顯, 富有立體感, 但制造工藝相對復雜。但是時間長了, 橡膠老化而使彈力下降, 同時易侵入灰塵。但是觸點處易侵入灰塵而導致接觸不良, 體積相對較大。 常用的按鍵有三種: 機械觸點式按鍵、導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完成的基本任務 。鍵盤上閉合鍵的識別由專用的硬件編碼器實現，并產生鍵編碼號或鍵值的稱為編碼鍵盤，如計算機鍵盤；而靠軟件編程來識別的稱為非編碼鍵盤；在單片機組成的各種系統中，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。本設計中LM392 是雙電壓比較器集成電路。電壓比較器和運算放大器的區(qū)別 比較器在最常用的簡單積體電路中排名第二，僅次于排名第一的運算放大器。電壓比較器的基本功能：1. 用做整形電路，把不規(guī)則的輸入信號整形成為矩形脈沖。通常要求轉換時間盡可能短，以便實現高速比較。2. 鑒別靈敏度，理想的電壓比較器，在高、低電平轉換的門限UT處具有階躍的傳輸特性。本設計選用基準電壓VREF=1/2Vcc=。此外由于高電平相當于邏輯“1”，低電平相當邏輯“0”，所以比較器可作為摸擬與數字電路之間的接口電路。 (312)本設計中采用145Khz中心頻率，故參數設計值為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，屬于任意差動型電平比較圖318 電壓比較器的功能是對兩個輸入電壓的大小進行比較，并根據比較結果輸出高、低兩個電平。電路設計中常選擇C（C7）=500 pF，R（R10）= Ohm如圖316為LM324構成的OPA積分器模型圖316在積分電容上并用了反饋電阻后，出現新的點，即： (39)使其約為本設計的中心頻率145KHz，Cf（C8）=，Rf（R11）=110Ohm如圖317為RC高通濾波器模型圖317 在電頻率信號經過包絡檢波環(huán)節(jié)檢測出渦街信號后，設計環(huán)節(jié)加入RC高通濾波電路，將雜波信號再次過濾，使信號波形更加平整?；灸Ｐ腿?14所示圖314(1) 傳遞函數==0，即=利用節(jié)點電流法，即求出傳遞函數== (36)(2) 頻率特性== (37)其中固有角頻率=，阻尼系數=，而通帶放大倍數=。圖313超聲波接收器S 將聲波信號轉換為電信號，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濾波，經過包絡檢波環(huán)節(jié)，檢測出渦街信號，渦街信號經過簡單的積分后，在電壓比較器和RC高通濾波電路構成的整形濾波環(huán)節(jié)中與輸入的基準電壓1/2Vcc作比較，被整形為與風速成正比的矩形波，信號周期隨檢波信號變化而變化。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(調制信號)相一致的電壓波形，有很小的起伏。與超聲波發(fā)射器對應，選用TCT4012R 接收頭。30%5) 探測距離（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） 超聲波檢測接收電路設計如圖313，是本設計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輸入，卻能輸出矩形波，其實質是將直流形式的電能變?yōu)榫匦尾ㄐ问降碾娔?。此時電源再次向電容C放電，重復上述過程。按指數規(guī)律下降，當時比較器輸出由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。時刻，上升到，比較器的輸出由１變?yōu)椋?，這時，觸發(fā)器復0，定時器輸出。當上升到時，輸出由0翻轉為１，這時，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構成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路，當方波信號的下降沿到來時，在13管腳產生觸發(fā)脈沖。 這部分電路的作用是由單片機控制產生頻率為145KHz的超聲波。 ~ 經連接電阻，連接到數碼管的段選通端。 ~ 經電阻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碼管。這部分電路的作用是對測量結果進行準確清晰的實時顯示。報警電路連接到單片機RXD/，同過程序，可以使該引腳在符合特定條件時置高位，從而使三極管8550導通，蜂鳴器發(fā)出報警聲。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，用于汽車倒車報警裝置時，可以通過程序使其在測量結果小于一定值時發(fā)出鳴叫聲，即汽車與汽車間距小于安全距離時，發(fā)出報警，引起司機警覺，免于發(fā)生撞車的危險。 報警電路設計如圖34，是本設計采用的報警電路。能夠將RESET引腳置高電位的復位電路。上節(jié)已對其進行簡要介紹。圖33 單片機系統及復位電路原理圖如圖所示，這部分電路主要包括:1. 單片機U1。 這部分電路的作用是作為超聲波測距系統的核心，運行整個程序，使系統能夠正常工作，并按照預期的目標完成任務，且能達到要求的精度。以上是對AT89S52的外部結構從邏輯上進行的簡要介紹，對于定時器及中斷將在下一章中進行介紹。XTAL1: 振蕩器反相放大器和內部時鐘發(fā)生電路的輸入端。為了執(zhí)行內部程序指令，EA應該接VCC。EA/VPP: 訪問外部程序存儲器控制信號。PSEN: 外部程序存儲器選通信號（PSEN）是外部程序存儲器選通信號。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器或時鐘使用。ALE/PROG：地址鎖存控制信號（ALE）是訪問外部程序存儲器時，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，RST腳持續(xù)2 個機器周期高電平將使單片機復位。在flash編程和校驗時，P3口也接收一些控制信號。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。P3 口：P3 口是一個具有內部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，p2 輸出緩沖器能驅動4 個TTL 邏輯電平。在使用8位地址（如MOVX RI）訪問外部數據存儲器時，P2口輸出P2鎖存器的內容。在訪問外部程序存儲器或用16位地址讀取外部數據存儲器（例如執(zhí)行MOVX DPTR）時，P2 口送出高八位地址。對P2 端口寫“1”時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。在flash編程和校驗時，P1口接收低8位地址字節(jié)。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。P1 口：P1 口是一個具有內部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，p1 輸出緩沖器能驅動4 個TTL 邏輯電平。在flash編程時，P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。當訪問外部程序和數據存儲器時，P0口也被作為低8位地址/數據復用。作為輸出口，每位能驅動8個TTL邏輯電平。掉電保護方式下，RAM內容被保存，振蕩器被凍結，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。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 和在系統可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應用系統提供高靈活、超有效的解決方案。使用Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術制造，與工業(yè)80C51 產品指令和引腳完全兼容。主要性能：l 與MCS51單片機產品兼容l 8K字節(jié)在系統可編程Flash存儲器l 1000次擦寫周期l 全靜態(tài)操作：0Hz～33Hzl 三級加密程序存儲器l 32個可編程I/O口線l 三個16位定時器/計數器l 八個中斷源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 看門狗定時器l 雙數據指針l 掉電標識符下面對其功能進行簡要描述。圖31 AT89S52的外部引腳結構圖如圖32，為AT89S52內部結構圖。（6） 顯示及其報警等等。（4） 電信號經過選頻放大，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，鍵盤驅動程序，溫度補償程序及顯示程序等部分組成。再經濾波器濾波，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，最后使用計數電路進行測頻和處理即可得出風速值。圖25超聲波發(fā)生器發(fā)射端利用LM555定時器芯片發(fā)生145KHz的超聲波脈沖，經過信號提升環(huán)節(jié)，通過流動空氣介質；超聲波發(fā)生器接收端把聲信號轉換成電信號，送到選頻放大器。超聲波傳感器的指向圖是由一個主瓣和幾個副瓣構成，其物理意義是Ф=0聲壓最大，角度逐漸增大時，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 實際的超聲波傳感器中壓電晶片是個小圓片，可以把表面上每個點看成1個振蕩源，輻射出一個半球面波（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。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，并且在這個共振頻率上靈敏度很高。曲線在f0處最尖銳，輸出電信號的幅度最大，信號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。圖中，f0為超聲波發(fā)射器的中心頻率 ，在f0處，超聲波發(fā)射器產生的超聲機械波最強，也就是說，在f0處所產生的超聲波聲壓能級最高。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。當它的兩極外加脈沖信號，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時，壓電晶片將會發(fā)生共振，并帶動共振板振動，便產生超聲波。壓電式超聲波發(fā)生器原理：壓電式超聲波發(fā)生器實際上是利用壓電晶體的諧振來工作的。當作用力的方向改變時，電荷極性也隨著改變。 超聲波傳感器是利用壓電效應的原理工作的，壓電效應有逆效應和順效應，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的原理。目前在近距離測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、電動型等；機械方式有加爾統笛、液哨和氣流旋笛等。一般是用電能和超聲波能量來相互轉換。已發(fā)明設計并制成了許多類型的超聲波發(fā)生器，機械方式和電氣方式產生超聲波發(fā)生器。在這種頻率范圍，超聲波敏感元件成為薄膜狀，與傳統的形狀大相徑庭，它的進步對電子學的發(fā)展起到了巨大的作用。很早以前人們便掌握