【正文】 停止計時。使用本方案的優(yōu)點在于在超聲波測距儀設(shè)計中采用的是MAX7000s系列中的EPM7128SLC8415的CPLD器件，可用于組合邏輯電路、時序邏輯電路、算法、雙端口RAM等的設(shè)計。又因其延時平均的特點，保證了測距結(jié)果精度高、響應(yīng)速度快。同時在FPGA中還要用硬件描述語言(VHDL語言)編寫程序來實現(xiàn)硬件電路功能。 方案設(shè)計三：采用鎖相環(huán)頻率合成技術(shù)采用鎖相環(huán)頻率合成技術(shù)，也可以實現(xiàn)我們所需要的超聲波測距儀。它的優(yōu)點就是工作頻率可調(diào)，也可以達到很高的頻率分辨率；缺點是要求使用的濾波器通帶可變，實現(xiàn)很困難。發(fā)射器發(fā)出的超聲波以速度υ在空氣中傳播，在到達被測物體時被反射返回，由接收器接收，其往返時間為t，由s=vt/2即可算出被測物體的距離。在使用時，如果溫度變化不大，則可認為聲速是基本不變的。表21 超聲波波速與溫度的關(guān)系表From 21Ultrasonic velocity with temperature table溫度（℃）3020100102030100聲速（m／s）313319325323338344349386單片機發(fā)出40kHZ的信號，經(jīng)放大后通過超聲波發(fā)射器輸出；超聲波接收器將接收到的超聲波信號經(jīng)放大器放大，用鎖相環(huán)電路進行檢波處理后，啟動單片機中斷程序，測得時間為t，再由軟件進行判別、計算，得出距離數(shù)并送LED顯示。 系統(tǒng)的硬件總體設(shè)計按照系統(tǒng)設(shè)計的功能的要求，初步確定設(shè)計系統(tǒng)由單片機主控模塊、顯示模塊、超聲波發(fā)射模塊、接收模塊共四個模塊組成。發(fā)射電路由單片機輸出端直接驅(qū)動超聲波發(fā)送。硬件電路的設(shè)計主要包括單片機系統(tǒng)及顯示電路、超聲波發(fā)射電路和超聲波接收電路四部分。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P0口，、,數(shù)碼管位驅(qū)運用PNP三極管8850三極管驅(qū)動。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(nèi)部計時器T0計時，立即停止內(nèi)部計時器計時。由于傳感器的中心頻率是40KHZ，本系統(tǒng)采用的是高精度的12MHZ晶振，方波的周期為1/40ms，即25181。每隔半周期時間，讓方波輸出腳的電平取反，便可產(chǎn)生40kHz方波。s，所以只能產(chǎn)生半周期為12181。s的方波信號。超聲波發(fā)送部份為了簡化電路,沒加設(shè)置專門的超聲波驅(qū)動電路,，從而增加驅(qū)動電流，就直接驅(qū)動超聲波發(fā)送頭。超聲波在介質(zhì)中傳播時，隨著傳播距離的增加，其能量逐漸減弱，這種現(xiàn)象叫超聲波的衰減。超聲波的聲壓和聲強均隨至聲源的距離的增加而減弱。 （3）粘滯衰減:聲波在介質(zhì)中傳播時，由于介質(zhì)的粘滯性造成近質(zhì)點之間的內(nèi)摩擦從而使一部分聲能轉(zhuǎn)化熱能。超聲波的衰減有兩種表示方法。這種方法僅能粗略地比較聲波在不同材料中的衰減程度，也就是對同樣厚度的不同材料在同樣的儀器靈敏度下，觀察它們的底面反射波的次數(shù)，底波次數(shù)多的材料，說明聲波在該材料中衰減少，底波次數(shù)少，則聲波衰減比較嚴重。由于反射回來的超聲波信號非常微弱，所以接收電路需要對其進行放大。每級放大器的進行放大。這里使用的是I N 4148檢波二極管，輸出的直流信號即兩二極管之間電容電壓。軟件編程實現(xiàn)動態(tài)顯示，并且軟件消影。使用Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。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。掉電保護方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)數(shù)碼管由7 個發(fā)光二極管組成,行成一個日字形,它門可以共陰極,也可以共陽極，通過解碼電路得到的數(shù)碼接通相應(yīng)的發(fā)光二極而形成相應(yīng)的字,這就是它的工作原理。另外為了顯示小數(shù)點，增加了1 個點狀的發(fā)光二極管，因此數(shù)碼管就由8 個LED 組成，我們分別把這些發(fā)光二極管命名為a，b，c，d，e，f，g，dp?！　」碴帞?shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(COM)的數(shù)碼管。當某一字段的陽極為低電平時，相應(yīng)字段就不亮?！　」碴枖?shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極(COM)的數(shù)碼管。當某一字段的陰極為高電平時，相應(yīng)字段就不亮?！　。?） 動態(tài)顯示驅(qū)動：數(shù)碼管動態(tài)顯示接口是單片機中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的8 個顯示筆劃“a, b, c, d, e, f, g, dp“的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極COM 增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的I/O 線控制，當單片機輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機對位選通COM 端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點亮時間為1～2ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實際上各位數(shù)碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O 端口，而且功耗更低。靜態(tài)驅(qū)動是指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個單片機的I/O 端口進行驅(qū)動，或者使用如BCD 碼二十進制譯碼器譯碼進行驅(qū)動。數(shù)碼管的8段，對應(yīng)一個字節(jié)的8位，a對應(yīng)最低位，dp對應(yīng)最高位?？梢钥闯龉碴?，共陰數(shù)碼管兩個編碼的各位正好相反。每一位數(shù)碼管顯示了它前一位要顯示的字符和它本身要顯示的字符的重疊效果。=”，這樣各位數(shù)碼管都不會選中，然后下一位再顯示時就不會有影響了，這就是所謂的消“影”。器件的輸入是和標準 CMOS 輸出兼容的；加上拉電阻，他們能和 LS/ALSTTL 輸出兼容。當鎖存使能變低時，符合建立時間和保持時間的數(shù)據(jù)會被鎖存。LE為所存控制端。測試距離=（高電平*聲速（340M/S)/2.圖36 模塊實物圖Fig36 Module physical map 圖37 超聲波時序圖Fig37 Ultrasound timing diagram4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計超聲波測距儀的軟件設(shè)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。該系統(tǒng)的信號產(chǎn)生與數(shù)據(jù)處理傳送部分，由AT89s52單片機主控芯片，方波信號產(chǎn)生，中斷程序，定時器計時，低電平檢測，數(shù)碼管顯示程序設(shè)計。軟件開發(fā)工作由單片機控制軟件來實現(xiàn)。 //為STC單片機定義,系統(tǒng)時鐘分頻 //為STC單片機的IO口設(shè)置地址定義sfr P0M1 = 0X93。sfr P1M1 = 0X91。sfr P2M1 = 0X95。//***********************************************sbit Trig = P1^0。 //回波引腳sbit test = P1^1。//數(shù)碼管09uint distance[4]。 //自定義寄存器bit succeed_flag。void delay_20us()。void main(void) // 主程序{ uint distance_data,a,b。 CLK_DIV=0X03。 //將io口設(shè)置為推挽輸出 P1M1 = 0。 P0M0 = 0XFF。 P2M0 = 0XFF。 flag=0。 Trig=0。 //定時器0，定時器1，16位工作方式 TR0=1。 //由高電平變低電平，觸發(fā)外部中斷 ET0=1。 //打開定時器1中斷 EX0=0。 //打開總中斷0 while(1) //程序循環(huán) { EA=0。 delay_20us()。 //產(chǎn)生一個20us的脈沖，在Trig引腳 while(Echo==0)。 //清測量成功標志 EX0=1。 //定時器1清零 TL1=0。 // TR1=1。 while(TH1 30)。 //關(guān)閉定時器1 EX0=0。 //測量結(jié)果的高8位 distance_data=8。//與低8位合并成為16位結(jié)果數(shù)據(jù) distance_data*=12。 //微秒的單位除以58等于厘米 } //為什么除以58等于厘米， Y米=（X秒*344）/2 // X秒=（ 2*Y米）/344 ==》X秒=*Y米 ==》厘米=微秒/58 if(succeed_flag==0) { distance_data=0。 //測試燈變化 } /// distance[i]=distance_data。 /// if(i==3) /// { /// distance_data=(distance[0]+distance[1]+distance[2]+distance[3])/4。 /// distance_data=distance[1]。 if(b==a) CONT_1=0。 if(CONT_1=3) { CONT_1=0。 conversion(b)。 /// } }}//***************************************************************//外部中斷0，用做判斷回波電平INTO_() interrupt 0 // 外部中斷是0號 { outeH =TH1。 //取出定時器的值 succeed_flag=1。 //關(guān)閉外部中斷 }//****************************************************************//定時器0中斷,用做顯示timer0() interrupt 1 // 定時器0中斷是1號 { TH0=0xfd。 switch(flag) {case 0x00:P0=ge。flag++。 case 0x01:P0=shi。flag++。 case 0x02:P0=bai。flag=0。 } }//*****************************************************************/*//定時器1中斷,用做超聲波測距計時timer1() interrupt 3 // 定時器0中斷是1號 {TH1=0。 }*///******************************************************************//顯示數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序void conve