【正文】 17 6．調(diào)試 6． 1 硬件調(diào)試 當(dāng)設(shè)計好硬件電路之后，在 Protues 中畫好電路圖，然后進(jìn)行調(diào)試。進(jìn)入中斷后就立即關(guān)閉計時器 T0 停止計時，并將測距成功標(biāo)志字賦值 1。主程序框圖如下所示： 15 主程序框圖 超聲波發(fā)生子程序的作用是通過 端口發(fā)送 2 個左右的超聲波信號頻率約 40KHZ 的方波，脈沖寬度為 12us 左右，同時把計數(shù)器T0 打開進(jìn)行計時。雖然用一個單獨(dú)計時器電路也可以測量超聲波的傳輸時間，但利用 AT89S51 單片機(jī)可以簡化設(shè)計，便于操作和直 觀讀數(shù)。它采用模塊化設(shè)計，由主程序、發(fā)射子程序、接收子程序、定時子程序、顯示子程序等模塊組成。發(fā)射探測方式的接收 /發(fā)射器可以較近配置，有反射波時，說明存在被測物體，發(fā)射探測方式的接 收 /發(fā)射器有單獨(dú)使用與共用兩種方式，共用方式就是一個超聲波傳感即用作接收器，也用作發(fā)送器，但需要收發(fā)切換電路。 直接探測方式的接收 /發(fā)射器要相互配置，如果接收到超聲波（有信號電壓）時，說明接收 /發(fā)射器中間沒有被測物體。但光電傳感器不能探測透明的物體，紅外線傳感器在探測物體時需要有像人和動物那樣與周圍有一定的溫度差這個條件。 13 超聲波發(fā)射電路 4． 5 超聲波接收電路的設(shè)計 超聲波接收電路主要由 CX20206A和超聲波換能器構(gòu)成， CX20206A是一款紅外的專用芯片，考慮到紅外遙控常用的載波頻率 38KH 與測距的超聲波頻率 40KHZ 較為接近，故利用它制作超聲波檢測接收電路，如下圖所示 。 本設(shè)計的顯示電路采用四個共陽 LED 四位數(shù)碼管，位碼用 PNP 三極管驅(qū)動。在輪流點(diǎn)亮掃描過程中，每位顯示器的點(diǎn)亮?xí)r間極為短暫，但由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)。由于單片機(jī)本生具有較強(qiáng)的邏輯控制能力，所以采用動態(tài)掃描軟件譯碼并不復(fù)雜。顯示新的數(shù)據(jù)時，單片機(jī)再發(fā)送新的數(shù)據(jù)。靜態(tài)顯示中，每個顯示器都要占用單獨(dú)的具有鎖存功能的 I/O 接口，該接口用于筆劃段字型代碼。 靜態(tài)顯示就是顯示驅(qū)動電路具有鎖存功能，單片機(jī)將所要顯示的數(shù)據(jù)送出后就不再控制 LED，直到下次顯示時再傳送一次新的顯示數(shù)據(jù)。其外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示： LED 的管腳和電路原理 11 共陰極 LED 數(shù)碼顯示塊的發(fā)光二極管陰極連接在一起，形成該模塊的公共端（通常稱為位選端），因此稱為共陰極 LED 數(shù)碼顯示器， 8個數(shù)碼管的另一端通常稱為段選端，當(dāng)顯示器的公共端接低電平，某個發(fā)光二極管的陽極接高電平時，該發(fā)光二極管被點(diǎn)亮；而共陽極LED 數(shù)碼顯示管是將二極管的陽極連接在一起，形成共陽極 LED 數(shù)碼顯示塊的公共端，該公共端必須接高電平，同理在共 陽極 LED 數(shù)碼顯示塊中如某個發(fā)光二極管的陰極為低電平時，該發(fā)光二極管被點(diǎn)亮。 4． 3 測距顯示電路的設(shè)計 LED 數(shù)碼顯示管有兩種，一種是共陽極數(shù)碼管，其內(nèi)部是由八個陽極相連接的發(fā) 光二級管組成；另一種是共陰極數(shù)碼管，其內(nèi)部是由四個陰極相連接的發(fā)光二極管組成。 ⑾ XTAL1：振蕩器反相放大器及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。 ⑽ PSEN：程序儲存允許（ PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當(dāng) AT89S51 由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)時），每個機(jī)器周期為兩次 PSEN 有效，即輸出兩個脈沖。 如 EA 端為高電平（接 VCC 端）， CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。欲使 CPU 僅訪問外部程序存儲器（地址為 0000HFFFFH） ， EA 端必須保持低電平（接地）。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個 ALE 脈沖。 ⑻ ALE/PROG：當(dāng)訪問外部 程 序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時， ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。當(dāng)振蕩器工作時， RST 引腳出現(xiàn)兩個機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。對 p3口寫入“ 1”時，它們被內(nèi)部的上拉電阻拉高并可作為輸入端口，作輸入端時，被外部拉低的 p3 口將 用上 拉電阻輸出電流（ IIL） 。 Flash 編程或校驗(yàn)時， p2 亦接收高位地址和其它控制信號。 Flash 編程和程序校驗(yàn)期間， p1 接收低 8 位地址。 ⑷ 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，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。 邏輯門電路，對端口寫“ 1”可作為高阻抗輸入端用 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。 4． 2 芯片 AT89S51 介紹 4． 2． 1 AT89S51 單片機(jī)的概述 由于此單片機(jī)應(yīng)用于測距儀上，所以本設(shè)計選用了低功耗、低價格，小管腳（ 40 腳）的 AT89S51 單片機(jī)，如下圖所示： 7 AT89S51 芯片引腳圖 AT89S51 是一個低功耗，高性能 CMOS8 位單片機(jī)，器件采用 ATMEL公司的高密度，非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)及 80S51 引腳結(jié)構(gòu)， AT89S51 具有 40 個引腳， 4KBytes Flash 片內(nèi)程序存儲器， 128Bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM）， 32 個外部雙向輸入 /輸出口（ I/O） 口， 5 個中斷優(yōu)先級 2 層中斷嵌套中斷， 2 個 16位可編程定時器計數(shù)器， 2 個全雙工串行通行口，看門狗（ WDT）電路，片內(nèi)時鐘振蕩器。在單片機(jī)編碼發(fā)送完畢后，即轉(zhuǎn)入接收狀態(tài)，同時關(guān)閉發(fā)射部分的單脈沖發(fā)生器；當(dāng)接收一定時間后再6 轉(zhuǎn)入發(fā)射狀態(tài)重發(fā)編碼時，同時關(guān)閉接收放大器。 為有效消除干擾，編碼解調(diào)采用積累檢測解調(diào)。 在多臺車輛同時作業(yè)時，某 臺車輛發(fā)射的超聲波信號可能被其它車輛接收，從而因造成系統(tǒng)混亂而產(chǎn)生誤報。 接收部分由超聲換能器、接收放大器和編碼解調(diào)器組成。整個系統(tǒng)由超聲波發(fā)射、 超聲波接收、5 51 單片機(jī)系統(tǒng)和聲光報警、距離顯示等設(shè)備組成，如下圖所示： 超聲波測距報警裝置原理框圖 發(fā)射部分由高頻振蕩器、單脈沖發(fā)生器、編碼調(diào)制器、功率放大器及超聲換能器組成。該課題屬于近距離測量，可以采用常用的壓電式超聲波換能器來實(shí)現(xiàn)。利用超聲波檢測距離，設(shè)計較方便 ，計算處理也較簡單，并且在測量精度方面也能達(dá)到要求。 測量距離的方法有多種，短距離的可以用尺，遠(yuǎn)距離的有激光測距等，超聲波測距適用于高精度的中長距離測量，因?yàn)槌暡ㄔ跇?biāo)準(zhǔn)空氣中的傳播速度為 ，由單片機(jī)計時，單片機(jī)使用 的晶振，所以此系統(tǒng)的測量精度理論上可以達(dá)到毫米級。超聲波傳感器是利用壓電效應(yīng)的原理將電能和超聲波相互轉(zhuǎn)化，即在發(fā)射 超聲波的時候，將電能轉(zhuǎn)換，發(fā)射超聲波；而在收到回波的時候，則將超聲振動轉(zhuǎn)換成電信號。完成此功能的裝置就是超聲波傳4 感器，習(xí)慣上稱為超聲波換能器或超聲波探頭。 不同測距的方式比較 方式比較 精度 造價 抗干擾 測試距離 激光 7mm 較高 強(qiáng) 較長 超聲波 32mm 低 一般 較長 紅外線 20cm150cm 低 弱 短 超聲波是指頻率高于 20KHZ 的機(jī)械波。隨著超聲波技術(shù)的發(fā)展，高端的超聲波測距模塊在精度上已經(jīng)達(dá)到 mm 級別，而超聲波測距帶溫度補(bǔ)償?shù)墓δ苡挚梢源蟠蟮南郎囟鹊挠绊懀箿y量更精確、更穩(wěn)定。由于聲波 的振動引起附加壓力現(xiàn)象叫聲壓作用。物資分子由于振動3 所獲得的能量除了與分子本身的能量有關(guān)外，主要是由分子的振動速