【正文】 寬度為 12μ s 左右同時把計數器 T0 打開進行計時超聲波發(fā)生子程序較簡單但要求程序運行準確所以采用匯編語言編 程 超聲波測距儀主程序利用外中斷 0 檢測返回超聲波信號一旦接收到返回超聲波信號即 INT0 引腳出現(xiàn)低電平立即進入中斷程序進入中斷后就立即關閉計時器T0 停止計時并將測距成功標志字賦值 1 如果當計時器溢出時還未檢測到超聲波返回信號則定時器 T0 溢出中斷將外中斷 0 關閉并將測距成功標志字賦值 2 以表示此次測距不成功前方測距電路的輸出端接單片機 INT0 端口中斷優(yōu)先級最高左右測距電路的輸出通過與門 IC3A 的輸出接單片機 INT1 端口同時單 C3A 的輸入端中斷源的識別由程序查詢來處理中斷優(yōu)先級為先右后左部分源程序如下 receive1push psw push acc clr ex1 關外部中斷 1 jnb p11 right P11 引腳為 0 轉至右測距電路中斷服務程序 jnb p12 left P12 引腳為 0 轉至左測距電路中斷服務程序 returnSETB EX1 開外部中斷 1 pop acc pop psw reti right 右測距電路中斷服務程序入口 ajmp return left 左測距電路中斷服務程序入口 45 系統(tǒng)的軟硬件的調試超聲波測距儀的制作和調試都比較簡單其中超聲波發(fā)射和接收采用Φ 15 的超聲波換能器 TCT4010F1T 發(fā)射和 TCT4010S1R 接收中心頻率為 40kHz 安裝時應保持兩換能器中心軸線平行并相距 4～ 8cm 其余元件無特殊要求若能將超聲波接收電路用金屬殼屏蔽起來則可提高抗干擾能力根據測量范圍要求不同可適當調整與接收換能器并接的濾波電容 C0 的大小以獲得合適的接收靈敏度和抗干擾能力 硬件電路制作完成并調試好后便可將程序編譯好下載到單片機試運行根據實際情況可以修改超聲波發(fā)生子程序每次發(fā)送的脈沖寬度和兩次測量的間隔時間以適應不同距離的測量需要根據所設計的電路參數和程序測距儀 能測的范圍為 007～ 55m 測距儀最大誤差不超過 1cm 系統(tǒng)調試完后應對測量誤差和重復一致性進行多次實驗分析不斷優(yōu)化系統(tǒng)使其達到實際使用的測量要求軟件的調試程序見附錄一利用 C5 系列單片機的功能開發(fā)出來的產品經過一系列的測試與調節(jié)具有比較高的準確性適合大眾化汽車使用其檢測范圍在 8～ O． 3 m 之間誤差可以控制在 4o． 05 m 這個誤差在實際使用是可以接受的若想得到更高的精度可要選用處理速度高的 DSP芯片或高頻率的 MCU運算芯片靈敏度比較高的鎖定信號芯片響應速度快的超聲波收發(fā)傳感器而這些芯片一般應用在機器人設計的場合 比較多 超聲波測距的原理是利用超聲波的發(fā)射和接受根據超聲波傳播的時間來計算出傳播距離實用的測距方法有兩種一種是在被測距離的兩端一端發(fā)射另一端接收的直接波方式適用于身高計一種是發(fā)射波被物體反射回來后接收的反射波方式適用于測距儀此次設計采用反射波方式 超聲波測距儀硬件電路的設計主要包括單片機系統(tǒng)及顯示電路超聲波發(fā)射電路和超聲波檢測接收電路三部分單片機采用或其兼容系列采用 12MHz 高精度的晶振以獲得較穩(wěn)定時鐘頻率減小測量誤差單片機用 P10 端口輸出超聲波換能器所需的 40kHz的方波信號利用外中斷 0口監(jiān)測超聲波接收電 路輸出的返回信號顯示電路采用簡單實用的 4 位共陽 LED 數碼管段碼用 74LS244 驅動位碼用 PNP三極管 8550 驅動 超聲波發(fā)射電路主要由反相器 74LS04 和超聲波發(fā)射換能器 T 構成單片機P10端口輸出的 40kHz的方波信號一路經一級反向器后送到超聲波換能器的一個電極另一路經兩級反向器后送到超聲波換能器的另一個電極用這種推換形式將方波信號加到超聲波換能器的兩端可以提高超聲波的發(fā)射強度輸出端采兩個反向器并聯(lián)用以提高驅動能力上位電阻 R1OR11一方面可以提高反向器 74LS04輸出高電平的驅動能力另一方面可以增加超聲波 換能器的阻尼效果縮短其自由振蕩時間壓電式超聲波換能器是利用壓電晶體的諧振來工作的超聲波換能器內部有兩個壓電晶片和一個換能板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會發(fā)生共振并帶動共振板振動產生超聲波這時它就是一個超聲波發(fā)生器反之如果兩電極問未外加電壓當共振板接收到超聲波時將壓迫壓電晶片作振動將機械能轉換為電信號這時它就成為超聲波接收換能器超聲波發(fā)射換能器與接收換能器在結構上稍有不同使用時應分清器件上的標志 超聲波檢測接收電路主要是由集成電路 CX20216A 組成它是一款紅外線檢波接收的 專用芯片常用于電視機紅外遙控接收器考慮到紅外遙控常用的載波頻率38 kHz 與測距的超聲波頻率 40 kHz 較為接近可以利用它制作超聲波檢測接收電路實驗證明用 CX20216A 接收超聲波 無信號時輸出高電平 具有很好的靈敏度和較強的抗干擾能力適當更改電容 C4 的大小可以改變接收電路的靈敏度和抗干擾能力 超聲波測距儀的軟件設計主要由主程序超聲波發(fā)生子程序超聲波接收中斷程序及顯示子程序組成我們知道 C 語言程序有利于實現(xiàn)較復雜的算法匯編語言程序則具有較高的效率且容易精細計算程序運行的時間而超聲波測距儀的程序既有較復雜的計算 計算距離時又要求精細計算程序運行時間超聲波測距時所以控制程序可采用 C語言和匯編語言混合編程主超聲波測距儀主程序利用外中斷 0檢測返回超聲波信號一旦接收到返回超聲波信號即 INT0 引腳出現(xiàn)低電平立即進入中斷程序進入中斷后就立即關閉計時器 T0 停止計時并將測距成功標志字賦值1 如果當計時器溢出時還未檢測到超聲波返回信號則定時器 T0 溢出中斷將外中斷 0關閉并將測距成功標志字賦值 2以表示此次測距不成功前方測距電路的輸出端接單片機 INT0端口中斷優(yōu)先級最高左右測距電路的輸出通過與門 IC3A的輸出接單片機 INT1端口同時單 C3A的輸入端中斷源的識別由程序查詢來處理中斷優(yōu)先級為先右后左 超聲波測距的算法設計原理為超聲波發(fā)生器 T 在某一時刻發(fā)出一個超聲波信號當這個超聲波遇到被測物體后反射回來就被超聲波接收器 R 所接收到這樣只要計算出從發(fā)出超聲波信號到接收到返回信號所用的時間就可算出超聲波發(fā)生器與反射物體的距離在啟動發(fā)射電路的同時啟動單片機內部的定時器 T0 利用定時器的計數功能記錄超聲波發(fā)射的時間和收到反射波的時間當收到超聲波反射波時接收電路輸出端產生一個負跳變在 INT0或 INT1端產生一個中斷請求信號單片機響應外部中斷請求執(zhí)行外部中斷 服務子程序讀取時間差計算距離 在元件及調制方面由于采用的電路使用了很多集成電路外圍元件不是很多所以調試應該不會太難一般只要電路焊接無誤稍加調試應該會正常工作電路中除集成電路外對各電子元件也無特別要求根據測量范圍要求不同可適當調整與接收換能器并接的濾波電容 C0 的大小以獲得合適的接收靈敏度和抗干擾能力若能將超聲波接收電路用金屬殼屏蔽起來則可提高抗干擾能力 參考文獻 ] 現(xiàn)代化 202110 [2]時德剛 量與控制 202110 [3]華兵 MCS51 單片機原理應用武漢武漢華中科技大學出版社 2021 5 [4]李華 MCU51 系列單片機實用接口技術北京北京航空航天大學出版社 1993 6 [5]陳光東單片機微型計算機原理與接口技術 第二版 武漢華中理工大學出版社 19994 [6]徐淑華程退安姚萬生單片機微型機原理及應用哈爾濱哈爾濱工業(yè)大學出版社 1999 6 [7] 人民郵電出版社 19937 [8] 中國科技大學出版社 199310 [9] 遼寧科學技術出版社 20215 [10]樊昌元丁義元 高精度測距雷達研究電子測量與儀器學報 202110 [11]蘇偉 術 2021 [12]永學等 1Wire 總線數 字溫度傳感器 DS18B20 及應用電子產品世界202112 [13]勝全 D18B20 數字溫度計在微機溫度采集系統(tǒng)中的序編制 南京南京大學出版社 1998 3 [14]恒清張靖加強單片機系統(tǒng)抗干擾能力的方法通化師范學院學報 2021 10 [15]晗曉袁慧梅單片機系統(tǒng)的印制板設計與抗干擾技術電子工藝技術 2021 6 [16]薛紅宣采用軟件抗干擾設計提高微機系統(tǒng)的可靠性電子產品世界20211 [17]占操梁厚琴曹燕單片機系統(tǒng)中的軟件抗干擾技術電子技術 20213 [18]華兵 MCS51 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最后我要深深地感謝我的家人正是他們含辛茹苦地把我養(yǎng)育成人在生活和學習上給予我無盡的愛理解和支持才使我時刻充滿信心和勇氣克服成長路上的種種困難順利的完成大學學習 附錄 A 超聲波測距電路原理圖 超聲波測距電路原理圖 speak EQU p11 中斷入口程序 ORG 0000H LJMP START ORG 0003H LJMP PINT0 ORG 000BH reti ORG 0013H RETI ORG 001BH LJMP INTT1 ORG 0023H RETI ORG 002BH RETI 主 程 序 START MOV SP4FH MOV R040H 40H43H 為顯示數據存放單元40H 為最高位 MOV R70BH CLEARDISP MOV R000H INC R0 DJNZ R7CLEARDISP MOV 20H00H MOV TMOD11H T1 為 T0 為 16 位定時器 MOV TH000H 65 毫秒初值 MOV TL000H MOV TH100H MOV TL100H MOV P00FFH MOV P10FFH MOV P20FFH MOV P30FFH MOV R404H 超聲波脈沖個數控制為賦值的一半 SETB PX0