【正文】 超聲波傳播速度為 C0=測量 5m的距離用時 t0=（取 t0=14439us） T= 攝氏度 ,得出超聲波傳播速度為： C=速度誤差為： Δ V=－ 測量 5m產(chǎn)生的距離誤差為： Δd=Δ V t0=－ 2．設(shè)數(shù)字溫度傳感器給出的溫度為 T= 攝氏度，得出超聲波傳播速度為： C=速度誤差為： Δ V=＋ 測量 5m產(chǎn)生的距離誤差為： Δd=Δ V t0=＋ 由此可以看出， 采用溫度補償法測量出的距離精度高，使用方便 。 建立一個超聲波測距儀 主要工作有： 。 。 二、總體方案設(shè)計 超聲波發(fā)生器可以分為兩類：一類是用 電氣方式產(chǎn)生超聲波，一類是用機械方式產(chǎn)生超聲波。 所以， 本設(shè)計主要采用 AT89S51 單片機作為主控制器，用動態(tài)掃描法實現(xiàn) LED 數(shù) 7 字顯示，超聲波驅(qū)動信號用單片機的定時器完成 。由于本設(shè)計的各項功能均可以由 ATMEL 公司的 8951 單片機實現(xiàn)，而且它的售價相當(dāng)?shù)土?，一個在電子市場的價格也就6元錢左右，因此選擇它為本課題的主控制器。 此外， AT89S51 設(shè)計和配置了振蕩頻率可為 0Hz 并可通過軟件設(shè)置省電模式。同時該芯片還具有 PDIP、 TQFP 和 PLCC 等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。 此外， AT89S51 設(shè)計和配置了振蕩頻率可為 0Hz 并可通過軟 件設(shè)置省電模式。同時該芯片還具有 PDIP、TQFP 和 PLCC 等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。 GND： 接地。當(dāng) P1 口的管腳第一次寫 1時，被定義為高阻輸入。在 FIASH 編程時， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進行校驗時， P0 輸出原碼，此時 P0 外部必須被拉高。 P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2 口： P2 口為一個內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4個 TTL 門電流，當(dāng) P2口被寫“ 1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為 輸入。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在給出地址“ 1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P3 口 ： P3 口管腳是 8 個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個 TTL 門電流。作為輸入，由于外 10 部下拉為低 電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 TXD（串行輸出口） 。 /INT1（外部中斷 1） 。 T1（記時器 1 外部輸入） 。 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） 。 I/O 口 作為輸入口時有兩種工作方式即所謂的讀端口與讀引腳讀端口時實際上并不從外部讀入數(shù)據(jù)而是把端口鎖 存器的內(nèi)容讀入到內(nèi)部總線經(jīng)過某種運算或變換后再寫回到端口鎖存器只有讀端口時才真正地把外部的數(shù)據(jù)讀入到內(nèi)部總線上面圖中的兩個三角形表示的就是輸入緩沖器 CPU 將根據(jù)不同的指令分別發(fā)出讀端口或讀引腳信號以完成不同的操作這是由硬件自動完成的不需要我們操心 1然后再實行讀引腳操作否則就可能讀入出錯為什么看上面的圖如果不對端口置 1端口鎖存器原來的狀態(tài)有可能為 0Q端為 0Q^為 1加到場效應(yīng)管柵極的信號為 1該場效應(yīng)管就導(dǎo)通對地呈現(xiàn)低阻抗 ,此時即使引腳上輸入的信號為 1也會因端口的低阻抗而使信號變低使得外加的 1信號讀入后不一定是 1 若先執(zhí)行置 1操作則可以使場效應(yīng)管截止引腳信號直接加到三態(tài)緩沖器中實現(xiàn)正確的讀入由于在輸入操作時還必須附加一個準(zhǔn)備動作所以這類 I/O 口被稱為準(zhǔn)雙向口 89C51 的P0/P1/P2/P3 口作為輸入時都是準(zhǔn)雙向口接下來讓我們再看另一個問題從圖中可以看出這四個端口還有一個差別除了 P1 口外 P0P2P3 口都還有其他的功能 RST： 復(fù)位輸入。 ALE/PROG： 當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在平時， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ALE脈沖。此時， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是ALE 才起作用。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次 /PSEN 有效。 EA/VPP： 當(dāng) /EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。在 FLASH編程期間，此引腳也用于施加 12V編程電源（ VPP）。 XTAL2： 來自反向振蕩器的輸出。內(nèi)部電路由前置放大器、自動偏置電平控制電路（ ABLC）、限幅放大器、帶通濾波器、峰值檢波器 和波形整形電路組成。 圖 4 CX20206A 邏輯框圖 CX20206A 的主要技術(shù)特點有以下幾點： 1. 低電壓供電，其典型值為 5V。 3. 帶通濾波器的中心頻率可通過改變引腳 5和電源之間的電阻進行調(diào)節(jié)，其調(diào)節(jié)的范圍為 30— 60kHz。 4. 能與 PIN 光電二極管直接連接。 6. 8 引腳單列直插式塑料封裝。 5kΩ。電阻值大，容量值小，則增益低；反之則高。 3 C2 檢波電容連接端 該腳與地之間接有檢波電容，電容量大為平均值檢波，瞬態(tài)響應(yīng)靈敏度低；電容量小，則為峰值檢波，瞬態(tài)響應(yīng)靈敏度高，但檢波輸出的脈寬變動大，容易造成遙控誤動作。 0 13 5 fo 帶通濾波器中心頻率設(shè)置端 該腳與電源間所接電阻器，是用來設(shè)置帶通濾波器的中心頻率 fo，電阻值為 200kΩ時，中心頻率 fo=40kHz；電阻值為 220kΩ時，則中心頻率 fo=38kHz。 1 7 OUT 遙控指令信號輸出端 該 端 口 為 集 電 極 開路輸出端。 工作 電源電壓輸入端 5 最后再讓我們再看看 CX20206A 集成塊內(nèi)電路方框圖與它的典型應(yīng)用電路，見圖 5。 14 圖 6 TCT4010外觀圖 圖 7 超聲波轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)圖 壓電超聲波轉(zhuǎn)換器的功能：利用壓電晶體諧振工作。當(dāng)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，并帶動共振板振動產(chǎn)生超聲波，這時它就是一超聲波發(fā)生器 。超聲波發(fā)射轉(zhuǎn)換器 與接受轉(zhuǎn)換器其結(jié)構(gòu)稍有不同?？紤]到紅外遙控常用的載波頻率 38KHz 與測距超聲波頻率40KHz 較為接近，可以 利用它作為超聲波檢測電路。適當(dāng)改變 C4的大小，可改變接受電路的靈敏度和抗干擾能力。因此用它來組成一個測溫系統(tǒng)，具有線路簡單，在一根通 信線，可以掛很多這樣的數(shù)字溫度計，十分方便。 2. 單總線數(shù)據(jù)通信。 ℃。 5. 可選擇寄生工作方式。 8． 在 DS18B20 中的每個器件上都有獨一無二的序列號。 圖 11 DS18B20 外觀圖 圖 12 DS18B20 引腳圖 再來看看它的引腳圖，如 上圖 12： DS18B20 有多種封裝形式，本課題使用的是常見的 3 長針腳的封裝形式。開漏單總線接口引腳。 3 VDD 可選擇的 VDD 引腳。 由于 DS18B20 采用的是 1－ Wire 總線協(xié)議方式，即在一根數(shù)據(jù)線實現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸，而對 AT89S51 單片機 來說，硬件上并不支持單總線協(xié)議，因此，我們必須采用軟件的方法來模擬單總線的協(xié)議時序來完成對 DS18B20 芯片的訪問。單片機用 端口輸出超聲波轉(zhuǎn)化器所需的 40KHz 方波信號，利用外中斷 0口檢測超聲波接受電路輸出的返回信號。單片機系統(tǒng)及顯示電路如圖 14所示 ： 圖 14 單片機及其顯示原理圖 18 四、系統(tǒng)軟件設(shè)計 超聲波測距軟件設(shè)計主要由主程序，超聲波發(fā)射子程序，超聲波接受中斷程序及顯示子程序組成。然后調(diào)用超聲波發(fā)生子程序送出一個超聲波 脈沖，為避免超聲波從發(fā)射器直接傳送到接收器引起的直接波觸發(fā)，需延遲(這也就是測距器會有一個最小可測距離的原因 )后，才打開外中斷 0 接收返回的超聲波信號。 測出距離后結(jié)果將以十進制 BCD 碼方式 LED,然后再發(fā)超聲波脈沖重復(fù)測量過程。超聲波測距器主程序利用外中斷 0 檢測返回超聲波信號，一旦接收到返回超聲波信號（ INT0 引腳出 19 現(xiàn)低電平 )，立即進入中斷程序。如果當(dāng)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(guān)閉，并將測距成功標(biāo)志字賦值 2 以表示此次測距不成功。本課題采用的 AT89S51 等器件都是電子市場上非常容易找到的，而且價格低廉，功能齊全，能滿足設(shè)計需要，達(dá)到理想的效果。它已經(jīng)為我們的工業(yè)生產(chǎn)，資源探索，日常生活的一門重要測量距離解決手段，為我們帶來了方 便。超聲波測距一定是將來一種最重要的短距離測量方法，一定能在我們的更多領(lǐng)域起到不可或缺的作用。 ” 終于完成了畢業(yè) 設(shè)計 的全部工作，有一種如釋重負(fù)的感覺。其間有過百思不解時的苦悶，也有過豁然開朗時的喜悅，不曾身處其境的人，一般不宜感同身受。正因為這樣，我們才要努力做出成果！ ” 事先有了心理準(zhǔn)備，做起事來才不至于手足無措。學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)未雨綢繆， 提前讓我們熟悉了解了畢業(yè)設(shè)計的基礎(chǔ)知識 ，同時下發(fā)《畢業(yè)設(shè)計（論文）指導(dǎo)手冊》予以輔導(dǎo)，這給了我們極大的鼓舞和幫助。更難忘 實驗室老師 劉強 和 寢室同學(xué) 對 我的這次畢業(yè)設(shè)計的幫助與關(guān)心， 使 得 我的工作和學(xué)習(xí)得以順利進行。 22 附 錄 附錄一： 以下是用匯編語言編寫的超聲波測距控制源程序： 采用 AT89S51 12ＭＨ z 晶振 顯示緩沖單元在 40H～ 43H，使用內(nèi)存 44H、 45H、 46H 用于計算距離 20H 用于標(biāo)志 VOUT EQU ； 脈沖輸出端口 *中斷入口程序 * ORG 0000H LJMP START ORG 0003H LJMP PINT0 ORG 000BH LJMP INTT0 ORG 0013H RETI ORG 001BH LJMP INTT1 ORG 0023H RETI ORG 002BH RETI *主程序 * START: MOV SP, 4FH MOV R0, 40H ； 40~43H 為顯示數(shù)據(jù)存放單元 （ 40 為最高位 ） MOV R7,0BH CLEARDISP:MOV R0, 00H INC R0 DJNZ R7, CLEARDISP MOV 20H, 00H MOV TMOD, 21H ； T1 為 8 位自動重裝模式， T0 為16 位定時器 MOV TH0, 00H ； 65ms 初值 MOV TL0, 00H ； 40KHz 初值 MOV TH1, 0F2H MOV TL1, 0F2H MOV P0, 0FFH 23 MOV P1, 0FFH MOV P2, 0FFH MOV P3, 0FFH MOV R4, 04H ；超聲波脈沖個數(shù)控制（為賦值的一半） SETB PX0 SETB ET0 STEB EA CLR 00H SETB TR0 ； 開啟測距定時器 START1: LCALL DISPLAY JNB 00H, START1 ；收到反射信號時標(biāo)志位為 1 CLR EA LCALL WORK ；計算距離子程序 SETB EA CLR 00H SETB TR0 ；重新開啟測距定時器 MOV R2, 64H ； 測 量 間 隔 控 制 （ 約4*100=400ms） LOOP: LCALL DISPLAY DJNZ R2, LOOP SJMP START 1 *中斷程序 * 。外中斷 0，收到回波時進入 PINT0: CLR TR0 ；關(guān)計數(shù)器