【正文】 psen 片外 rom選通端 單片機(jī)對(duì)片外 rom操作時(shí) 29 腳 (psen)輸出低電平 30:ALE/PROG 地址鎖存器 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 18 31:EA/ROM 取指令控制器 高電平片內(nèi)取 低電平片外取 32~39:~ 40:電源 +5V 電路設(shè)計(jì)： 單片機(jī)正常工作時(shí)，都需要一個(gè)時(shí)鐘電路和一個(gè)復(fù)位電路來構(gòu)成單片機(jī)的最小系統(tǒng)。外 部始終是使用外部振蕩脈沖信號(hào)，常用于多片單片機(jī)同時(shí)工作，以便于同步。 AT89S52 內(nèi)部有一個(gè)可控制的負(fù)反饋反向大器，引腳 XTAL1和 XTAL2 分別是此放大器的輸入端和輸出端。外接晶體以及電容 C1 和 C2 構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反饋回路中。出于對(duì)測(cè)距精度的考慮，本設(shè)計(jì)采用 12MHZ的晶體振蕩 器 [20]， c1 和 c2 的電容值約為 30PF。在 RST 端出現(xiàn)高電平后的第二個(gè)周期，執(zhí)行內(nèi)部復(fù)位，以后每個(gè)周期重復(fù)一次，直至 RST 端變低。本設(shè)計(jì)采用手動(dòng)復(fù)位方式。單片機(jī)的基本的連接電路如圖所示： 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 19 圖 單片機(jī)最小系統(tǒng)圖 發(fā)射模塊 MAX232EPE 簡(jiǎn)介： 圖 MAX232EPE實(shí)物與引腳分布圖 第一部分是電荷泵電路。功能是產(chǎn)生 +12v 和12v兩個(gè)電源，提供給 RS232 串口電平的需要。由 1 1 1 14 腳構(gòu)成兩個(gè)數(shù)據(jù)通道。 8 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 20 腳（ R2IN）、 9 腳（ R2OUT）、 10腳（ T2IN）、 7 腳（ T2OUT）為第二數(shù)據(jù)通道。 第三部分是供電。 電路設(shè)計(jì)： 超聲波發(fā)射部分是為了讓超聲波發(fā)射換能器 TCT40－ 16T 能向外界發(fā)出 40 kHz 左右的方波脈沖信號(hào)。 由于單片機(jī)端口輸出功率不夠， 故需要通過發(fā)射模塊來實(shí)現(xiàn)推動(dòng)超聲波發(fā)射探頭工作的效果 ， 通過 編程由單片機(jī) （詳見圖 ） 輸出脈沖信號(hào) 至發(fā)射模塊 ， 發(fā)射模塊隨即控制 超聲波發(fā)射器 TCT40－ 16T 以 將超聲波 發(fā)射到空氣中。 2 腳：該腳與 GND 之間連接 RC 串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，它們是負(fù)反饋串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)組 成部分，改變它們的數(shù)值能改變前置放大器的增益和頻率特性。但 C 的改變會(huì)影響到頻率特性，一般在實(shí)際使用中不必改動(dòng)，推薦選用參數(shù)為 R=， C=。 4 腳：接地端。例如，取 R=200kΩ時(shí)， nf ≈42kHz，若取 R=220kΩ，則中心頻率 0f ≈38kHz。 7 腳：遙控命令輸出端，它是集電極開路的輸出方式，因此該引腳必須接 上一個(gè)上拉電阻到電源端，該電阻推薦阻值為 22kΩ，沒有接收信號(hào)時(shí)該端輸出為高電平，有信號(hào)時(shí)則會(huì)下降。 電路設(shè)計(jì)： TCT40－ 16T 發(fā)射 的超聲波 在空氣中傳播，遇到障礙物就會(huì)返回， 返回的部分有超聲波接收器接收。 在這里我 采用的是 集成電路 CX20216A，這是一款紅外線檢波接收的專用芯片，常用于電視機(jī)紅外遙控接收器。實(shí)驗(yàn)證明其具有很高的靈敏度和較強(qiáng)的抗干擾能力。電路內(nèi)部由振蕩器、語音存儲(chǔ)單元、前置放大器、自動(dòng)增益控制電路、抗干擾濾波器、輸出放大器組成。 電路設(shè)計(jì)： 如果 A6,A7 同為高電平時(shí) ,它們即為模式位。 使用操作模式有兩點(diǎn)要注意 : 所有初始操作都是從 0地址開始 ,0 地址是 ISD1420 存儲(chǔ)空間的起始端 ,以后的操作可根據(jù)模式的不同 ,而從不同的地址開始工作。 當(dāng) PLAYL、 PLAYE 或 REC 變?yōu)榈碗娖?,同時(shí) A6,A7 為高電平時(shí) ,執(zhí)行對(duì)應(yīng)操作模式。操作模式可以與微控制器一起使用 ,也可用硬件連線得到所需系統(tǒng)操作。這種模式僅用于放音 ,通常與 A4 操作同時(shí)應(yīng)用 。當(dāng)這個(gè)操作模式完成時(shí) ,錄入的所有信息就作為一個(gè)連續(xù)的信息放出。 A3循環(huán)重放信息 (PLAYE 或 PLAYLonly)可使存于存儲(chǔ)空間始端的信息自動(dòng)地連續(xù)重放。 A4連續(xù)尋址：在正常操作中 ,當(dāng)一個(gè)信息放出 ,遇到一個(gè) EOM 標(biāo)志時(shí) ,地址計(jì)數(shù)器會(huì)復(fù)位，A4可防止地址計(jì)數(shù)器復(fù)位 ,使得信息連續(xù)不斷地放出。為提高測(cè)距精度，采用溫度檢測(cè)電路。利用溫度檢測(cè)電路實(shí)時(shí)的測(cè)量環(huán)境溫度 T并將結(jié)果送至單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)式子 C=+ 計(jì)算超聲波的修正后速度 C[21]。 SIM 電壓為 3V/， TC35i 的數(shù)據(jù)接口 (CMOS 電平 )通過 AT命令可雙向傳輸指令和數(shù)據(jù) ,可選波特率為 300b/s～ 115kb/s , 自動(dòng)波特率為 ～ 115kb/s。模塊的供電電壓如果低于 會(huì)自動(dòng)關(guān)機(jī)。同時(shí)在此電流峰值時(shí)，電源電壓（送入模塊的電壓）下降值不能超過 。 單片機(jī)通過兩根 I/O 口控制TC35 的開關(guān)機(jī)、復(fù)位等，通過串口與 TC35 進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，通信速率為 9600Kbps，采用 8 位異步通訊方式， 1位起始位， 8位數(shù)據(jù)位， 1 位停止位 。 具體電路設(shè)計(jì)如下： 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 26 圖 TC35i 模塊實(shí)物圖 圖 無線傳輸模塊電路圖 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 27 第四章 超聲波測(cè)距系統(tǒng)軟件部分設(shè)計(jì) 超聲波測(cè)距儀的軟件設(shè)計(jì)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。 超聲波測(cè)距儀的算法設(shè)計(jì) 超聲波測(cè)距的原理為超聲波發(fā)生器 T 在某一時(shí)刻發(fā)出一個(gè)超聲波信號(hào)，當(dāng)這個(gè)超聲波遇到被測(cè)物體后反射回來，就被超聲波接收器 R 所接收到。距離的計(jì)算公式為： 2)*(2d tcs ?? 其中， d為被測(cè)物與測(cè)距儀的距離， s 為聲波的來回的路程， c 為聲速， t 為聲波來回所用的時(shí)間。當(dāng)收到超聲波反射波時(shí)，接收電路輸出端產(chǎn)生一個(gè)負(fù)跳變，在 INT0 端 （單片機(jī) 12 號(hào)管腳，見圖 ） 產(chǎn)生一個(gè)中斷請(qǐng)求信號(hào)，單片機(jī)響應(yīng)外部中斷請(qǐng)求，執(zhí)行外部中斷服務(wù)子程序，讀取時(shí)間 差，計(jì)算距離。 uchar flag1。//定時(shí) 0 方式 1 TH0=0。//清定時(shí)值 。//開外部中斷 0 IT0=1。 //開總中斷 lcd_init()。 while(1) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 28 { flag1=1。 display2(tvalue)。 printstr(4,1,disbuft,7)。 send()。 if(s1462) {print(3,2,盲區(qū) )。} else {display(s)。 printstr(3,3,distance,7)。 sound_play2()。 while(1)。ErrorDisplay()。主程序完成初始化工作、各 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 29 路超聲波發(fā)射和接收順序的控 制。 圖 主程序流程圖 主程序首先是對(duì)系統(tǒng)環(huán)境初始化，設(shè)置定時(shí)器 T0 工作模式為 16 位定時(shí)計(jì)數(shù)器模式。然后調(diào)用超聲波發(fā)生子程序送出一個(gè)超聲波脈沖，為了避免超聲波從發(fā)射器直接傳送到接收器引起的直射波觸發(fā)，需要延時(shí)約 ms（這也就是超聲波測(cè)距儀會(huì)有一個(gè)最小可測(cè)距離的原因）后，才打開外中斷 0 接收返回的超聲波信號(hào)。 測(cè)出距離后結(jié)果將送往 LCD 顯示 ，按系統(tǒng)復(fù)位鍵后 再發(fā)超聲波脈沖重復(fù)測(cè)量過程。 主程序內(nèi)容詳見附錄。超聲波測(cè) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 30 距儀主程序利用外中斷 0 檢測(cè)返回超聲波信號(hào)，一旦接收到返回超聲波信號(hào)（即 INT0 引腳出現(xiàn)低電平），立即進(jìn)入中斷程序。如果當(dāng)計(jì)時(shí)器溢出時(shí)還未檢測(cè)到超聲波返回信號(hào)，則定時(shí)器 T0溢出中斷將外中斷 0 關(guān)閉，并將測(cè)距成功標(biāo)志字賦值 2以表示此次測(cè)距不成功。 TH0=0。//清定時(shí) 0 TR0=1。 for(i=0。i++) { sg=~sg。_nop_()。 _nop_()。_nop_()。_nop_()。 _nop_()。_nop_()。 delay(36)。 //開外部中斷 } void rec() interrupt 0 using 2 { Tout=0。 //外部中斷標(biāo)志位 TR0=0。 EX0=0。 } 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 31 第五章 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與檢驗(yàn) 硬件組實(shí)物圖 本次系統(tǒng)功能實(shí)測(cè)是在面包板上調(diào)試和進(jìn)行的，實(shí)物圖如下： 圖 語音播報(bào)電路實(shí)物圖 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 32 圖 主電路實(shí)物圖 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 33 圖 主電路實(shí)物細(xì)節(jié)圖 功能測(cè)試 測(cè)試環(huán)境 本次測(cè)試平臺(tái)為面包板，地點(diǎn)為物理實(shí)驗(yàn)室，測(cè)試障礙物為書本，通過標(biāo)尺來檢測(cè)測(cè)得障礙物距離與實(shí)際距離的誤差。 圖 測(cè)試平臺(tái)圖，通過標(biāo)尺來檢測(cè)測(cè)得障礙物距離與實(shí)際距離的誤差 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 34 圖 障礙物太近或太遠(yuǎn)則顯示盲區(qū) 圖 顯示結(jié)果 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 35 圖 實(shí)測(cè)示意圖 測(cè)試結(jié)果 表格 測(cè)試結(jié)果表（單位：米） 障礙距離 顯示數(shù)據(jù) 盲區(qū) 誤差值 * 顯示數(shù)據(jù) 顯示距離 誤差值 障礙距離 顯示數(shù)據(jù) 盲區(qū) 盲區(qū) 誤差值 * * 注：誤差值為顯示數(shù)據(jù)與障礙距離之差值 超聲波測(cè)距誤差分析 發(fā)射接收時(shí)間以及當(dāng)?shù)芈曀賹?duì)測(cè)量精度的影響分析 發(fā)射接收時(shí)間 對(duì)測(cè)量精度的影響分析 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 36 采用 TCT40 壓電超聲波傳感器，脈沖發(fā)射由單片機(jī)控制，發(fā)射頻率 40KHz ，忽略脈沖電路硬件產(chǎn)生的延時(shí)，可知由軟件生成的起始時(shí)間對(duì)于一般要求的精度是可靠的。 設(shè)測(cè)量設(shè)備基準(zhǔn)面距被測(cè)物距離為 h，則空氣中傳播的超聲波波動(dòng)方程 為： )c o s ()c o s ()( 20 ktteAktthAA k ???? ? ?? ? 由以上公式可知，超聲波在傳播過程中存在衰減，且超聲波頻率越高，衰減越快，但頻率的增高有利于提高超聲波的指向性。 當(dāng)?shù)芈曀賹?duì)測(cè)量精度的影響分析 當(dāng)?shù)芈曀賹?duì)超聲波測(cè)距測(cè)量精度的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)要比收發(fā)時(shí)間的影響嚴(yán)重。工程上常用的由氣溫估算當(dāng)?shù)芈曀俚墓饺缦拢? 273/10 TCC ?? 式中 C0=； T 為絕對(duì)溫度，單位 K 。實(shí)際情況下，溫度每上升或者下降 1 C? , 聲速將增加或者減少 ，這個(gè)影響對(duì)于較高精度的測(cè)量是相當(dāng)嚴(yán)重的。 提高精度的方案及系統(tǒng)設(shè)計(jì) （ 1） 溫度校正的方法提高測(cè)距精度 由上述的誤差分析知，如果能夠知道當(dāng)?shù)販囟?，則可根據(jù)公式 求 出當(dāng)?shù)芈曀?，從而能夠獲得較高的測(cè)量精度。采用熱敏電阻、熱電耦、集成溫度傳感器都可以獲得較為準(zhǔn)確的溫度值。 DS18B20 能夠僅在占用控制器一個(gè) I/O 口的情況下工作，極大的方便了使用者的調(diào)試使用，而且其在 10 C? ～ +85 C? 的工作環(huán)境下可以保持 177。 通過 DS18B20 芯片獲得的數(shù)據(jù)信號(hào)傳至 單片機(jī) ，由軟件進(jìn)行聲速換算。 AT89S52 采用了低成本、低功耗、強(qiáng)抗干擾設(shè)計(jì)，并且在最高支持 48MHz 的前提下能夠?qū)崿F(xiàn) 1 個(gè)時(shí)鐘 / 機(jī)械周期的運(yùn)行速度。 （ 2） 標(biāo)桿校正的方法提高測(cè)距精度 在復(fù)雜環(huán)境下，如果難于獲得環(huán)境溫度，或者不便獲得環(huán)境溫度時(shí)，如果仍舊要求較高的測(cè)量精度， 可以 采用所謂標(biāo)桿校正的方法實(shí)現(xiàn)超聲波測(cè)距精度的校正。通過這樣的方法，我們也能夠順利的求出聲速，省去了使用傳感器測(cè)量溫度所帶來的麻煩。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 38 第六章 結(jié)束語 超聲波測(cè)距系統(tǒng)在上個(gè)世紀(jì) 70 年代已經(jīng)實(shí)用化，從 70 年代末期開始廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)領(lǐng)域。利用超聲波檢測(cè)往往比較迅速、方便、計(jì)算簡(jiǎn)單、易于做到實(shí)時(shí)控制，并且在測(cè)量精度方面