【正文】 片機系統(tǒng)的晶振為 12M 晶振，因而單片機的時間分辨率是1181。s，半周期為 。圖 34：超聲波測距發(fā)送單元該測距電路的 40kHz 方波信號由單片機 AT89S51 的 發(fā)出。發(fā)送出的超聲波，遇到障礙物后，產生回波，反射回來的回波由超聲波接收頭接收到。接收電路由 BGBG2 組成的兩組三級管放大電路構成；超聲波的檢波電路、比較整形電路由 CDD2 及 BG3 組成。圖 33：超聲波測距單片機系統(tǒng)13 超聲波發(fā)射、接收電路超聲波發(fā)射如圖 34，接收電路如圖 35。用于設定超聲波測距報警值。 超聲波測距單片機系統(tǒng)超聲波測距單片機系統(tǒng)主要由：AT89S51 單片機、晶振、復位電路、電源濾波部份構成。單片機控制著超聲波的發(fā)送，超聲波發(fā)送完畢后，立即啟動內部計時器 T0 計時，當檢測到 由高電平變?yōu)榈碗娖胶螅⒓赐Ｖ箖炔坑嫊r器計時。顯示電路采用簡單實用的 3 位共陽 LED 數(shù)碼管，段碼輸出端口為單片機的 P2 口，位碼輸出端口分別為單片機的 、 口,數(shù)碼管位驅運用 PNP 三極管 S9012 三極管驅動。采用 12MHz 高精度的晶振，以獲得較穩(wěn)定時鐘頻率，減小測量誤差。硬件電路的設計主要包括單片機系統(tǒng)及顯示電路、12超聲波發(fā)射電路和超聲波接收電路三部分。10pF 外部時鐘驅動電路陶瓷濾波器：C1，C2＝40pF177。圖32為晶體接線圖和外接時鐘線路圖。這種情況下，外部時鐘脈沖接到XTAL1端，即內部時鐘發(fā)生器的輸入端，XTAL2則懸空。用戶也可以采用外部時鐘。10pF，而如使用陶瓷諧振器選擇40pF177。對外接電容Cl、C2 雖然沒有十分嚴格的要求，但電容容量的大小會輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程序及溫度穩(wěn)定性。這個放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構成自激振蕩器，振蕩電路參見圖5。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，如下表所示：11P3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。對P3口寫入“l(fā)”時，它們被內部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。P3 口：P3 口是一組帶有內部上拉電阻的8 位雙向I／0 口。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MOVXDPTR指令）時，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。P2 口：P2 是一個帶有內部上拉電阻的8 位雙向I／O 口，P2 的輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4 個TTL邏輯門電路。Flash編程和程序校驗期間，Pl接收低8位地址。對端口寫“l(fā)” ，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復用，在訪問期間激活內部上拉電阻。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)總線復用口。Vcc：電源電壓10掉電方式保存RAM 中的內容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復位。同時，AT89S51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。掉電標識和快速編程特性中斷可從空閑模喚醒系統(tǒng)全雙工串行UART通道2個16位定時／計數(shù)器1288字節(jié)內部RAM全靜態(tài)工作模式：0Hz－33MHz1000次擦寫周期與MCS51產品指令系統(tǒng)完全兼容它集Flash程序存儲器既可在線編程（ISP）也可用傳統(tǒng)方法進行編程及通用8位微處理器于單片芯片中，ATMEL公司的功能強大，低價位AT89S51單片機可為您提供許多高性價比的應用場合，可靈活應用于各種控制領域。顯示電路采用簡單實用的 3 位共陽 LED 數(shù)碼管，段碼輸出端口為單片機的 P2 口，位碼輸出端口分別為單片機的 、 口,數(shù)碼管位驅運用 PNP 三極管 S9012 三極管驅動。單片機采用 AT89S51，系統(tǒng)晶振采用 12MHz高精度的晶振，以獲得較穩(wěn)定時鐘頻率，減小測量誤差。接收電路使用三極管組成的放大電路，該電路簡單，調試工作小較小。單片機主控芯片使用 51 系列 AT89S51 單片機，該單片機工作性能穩(wěn)定，同時也是在單片機課程設計中經常使用到的控制芯片。接收換能器對聲波脈沖的直接接收能力將決定最小可測距離。7圖 22 壓電逆效應圖 單片機超聲波測距系統(tǒng)構成單片機 AT89S51 發(fā)出短暫的 40kHz 信號，經放大后通過超聲波換能器輸出；反射后的超聲波經超聲波換能器作為系統(tǒng)的輸入，鎖相環(huán)對此信號鎖定，產生鎖定信號啟動單片機中斷程序，讀出時間 t，再由系統(tǒng)軟件對其進行計算、判別后，相應的計算結果被送至 LED 數(shù)碼管進行顯示。由于相斥的作用，壓電陶瓷在厚度方向上縮短，在長度方向上伸長。所謂壓電逆效應如圖 22 所示，是在壓電元件上施加電壓，元件就變形，即稱應變。目前較為常用的是壓電式超聲波發(fā)生器。 機械方式有加爾統(tǒng)笛、液哨和氣流旋笛等?？傮w上講，超聲波發(fā)生器可以分為兩大類: 一類是用電氣方式產生超聲波，一類是用機械方式產生超聲波。超聲波在空氣中的傳播速度隨溫度變化，其對應值如表 21 ，根據(jù)計時器記錄的時間 t (見圖 21)，就可以計算出發(fā)射點距障礙物的距離( s ) ，即: s = v t / 2 。超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時刻的同時單片機開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到反射波就立即停止計時。其原理為: 檢測從超聲波發(fā)射器發(fā)出的超聲波，經氣體介質的傳播到接收器的時間，即渡越時間。 聲波幅值檢測法易受反射波的影響。超聲波測距的方法有多種，如相位檢測法、聲波幅值檢測法和渡越時間檢測法等。而且超聲波傳感器具有結構簡單、體積小、信號處理可靠等特點。因此在液位測量、機械手控制、車輛自動導航、物體識別等方面有廣泛應用。與其它方法相比，如電磁的或光學的方法，它不受光線、被測對象顏色等影響。由于超聲波指向性強，能量消耗緩慢，在介質中傳播的距離較遠，因而超聲波經常用于距離的測量，如測距儀和物位測量儀等都可以通過超聲波來實現(xiàn)。利用本測距系統(tǒng)測量范圍應在 40cm～699cm，其誤差 1cm。系統(tǒng)定時發(fā)射超聲波，在啟動發(fā)射電路的同時啟動單片機內部的定時器，利用定時器的計數(shù)功能記錄超聲波發(fā)射的時間和收到反射波的時間。超聲波在空氣中的傳播速度為 V，根據(jù)計時器記錄的時間 t，就可以計算出發(fā)射點距障礙物的距離。本課題研究的測距系統(tǒng)就是用單片機控制的。許多超聲波測距系統(tǒng)都采用這種設計方法。當收到超聲波的反射波時，接收電路輸出端產生一個負跳變，在單片機的外部中斷源輸入口產生一個中斷請求信號，單片機響應外部中斷請求，執(zhí)行外部4中斷服務子程序，讀取時間差，計算距離，結果輸出給 LED 顯示。其系統(tǒng)框圖如圖 21 所示。 基于單片機的超聲波測距系統(tǒng)基于單片機的超聲波測距系統(tǒng)，是利用單片機編程產生頻率為 40kHz 的方波，經過發(fā)射驅動電路放大，使超聲波傳感器發(fā)射端震蕩，發(fā)射超聲波。因此研究超聲波測距系統(tǒng)的原理有著很大的現(xiàn)實意義。利用單片機控制超聲波檢測往往比較迅速、方便、計算簡單、易于做到實時控制，并且測量精度較高。信息技術包括計算機技術、通信技術和傳感器技術，計算機技術相當于人的大腦，通信相當于人的神經，而傳感器就相當于人的感官。 Range finding。Key Words: Ultrasonic wave。This subject has introduced principle and characteristic of the ultrasonic sensor in detail ,and the performance and characteristic of onechip puter AT89S51 of Atmel Company ,and on the basis of analyzing principle that ultrasonic wave finds range ,the systematic thinking and questions needed to consider that have pointed out that designs and finds range ,provide low cost , the hardware circuit of high accuracy , ultrasonic range finder of miniature digital display and software design method taking AT89S51 as the core ,this circuit of system is reasonable in design, working stability, performance good measuring speeding soon , calculating simple , apt to acplish realtime control ,and can reach industry39。該系統(tǒng)電路設計合理、工作穩(wěn)定、性能良好、檢測速度快、計算簡單、易于做到實時控制，并且在測量精度方面能達到工業(yè)實用的要求?；?AT89S51 單片機的超聲波測距系統(tǒng) 完成日期：2022 年 4 月 1 日1摘 要超聲波具有指向性強，能量消耗緩慢，傳播距離較遠等優(yōu)點，所以，在利用傳感器技術和自動控制技術相結合的測距方案中，超聲波測距是目前應用最普遍的一種，它廣泛應用于防盜、倒車雷達、水位測量、建筑施工工地以及一些工業(yè)現(xiàn)場。本課題詳細介紹了超聲波傳感器的原理和特性，以及 Atmel 公司的 AT89S51 單片機的性能和特點，并在分析了超聲波測距的原理的基礎上，指出了設計測距系統(tǒng)的思路和所需考慮的問題，給出了以 AT89S51 單片機為核心的低成本、高精度、微型化數(shù)字顯示超聲波測距儀的硬件電路和軟件設計方法。關鍵詞：超聲波 單片機 測距 AT89S51AbstractUltrasonic wave has strong pointing to nature ,slowly energy consumption ,propagating distance farther ,so, in utilizing the scheme of distance finding that sensor technology and automatic control technology bine together ,ultrasonic wave finds range t