【正文】 ，它可使放大及限幅電路輸出電平穩(wěn)定的編碼信號(hào)） ，可自動(dòng)調(diào)整放大器的偏置電壓，使放大器的輸出電平穩(wěn)定。信號(hào)再進(jìn)入帶通濾波器，濾除頻率范圍 3050KHZ 以外的干擾信號(hào)。調(diào)節(jié)其阻值可調(diào)節(jié)帶通濾波器的中心頻率值。檢波出的信號(hào)再送到整形電路中進(jìn)行波形轉(zhuǎn)換與整形，最后由 7 腳輸出數(shù)字編碼脈沖信號(hào)，送至 CPU 去識(shí)別，處理。而由檢波器輸出的數(shù)據(jù)編碼信號(hào)，CPU 不能識(shí)別，故在檢波器后設(shè)置由積分電路和磁滯回線型比較器組成的整形電路，整形電路是一種波形變換電路，它可將檢波器輸出的寬度編碼脈沖整形變換為 CPU 所能識(shí)別的數(shù)字信號(hào)。根據(jù)以上原理，超聲波測(cè)距系統(tǒng)的接收電路如圖 所示。當(dāng)芯片接收到 40KHZ 的信號(hào)時(shí)，7 腳的輸出由高電平轉(zhuǎn)為低電平，單片機(jī)外部中斷 0口檢測(cè)到輸入信號(hào)的下降沿或者低電平時(shí)，立即產(chǎn)生中斷，同時(shí)停止定時(shí)/計(jì)數(shù)器 T0。圖 超聲波接收電路原理圖 單片機(jī)部分 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)測(cè)距原理超聲波測(cè)距原理是通過(guò)超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時(shí)刻的同時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，超聲波在空氣中傳播時(shí)碰到障礙物就立即返回來(lái)，超聲波接收器收到反射波就立即停止計(jì)時(shí)。限制該系統(tǒng)的最大可測(cè)距離存在 4 個(gè)因素：超聲波的幅度、反射的質(zhì)地、反射和入射聲波之間的夾角以及接收換能器的靈敏度。為了增加所測(cè)量的覆蓋范圍、減小測(cè)量誤差，可采用多個(gè)超聲波換能器分別作為多路超聲波發(fā)射/接收的設(shè)計(jì)方法。表 波速與溫度關(guān)系表溫度/℃ 波速/m/s20 31910 3250 32310 33820 34430 349100 386在測(cè)距時(shí)由于溫度變化，可通過(guò)溫度傳感器自動(dòng)探測(cè)環(huán)境溫度、確定計(jì)算距離時(shí)的波速 C，較精確地得出該環(huán)境下超聲波經(jīng)過(guò)的路程，提高了測(cè)量精確度。單片機(jī)（AT89C52）發(fā)出短暫的 40kHz 信號(hào)，經(jīng)放大后通過(guò)超聲波換能器輸出；反射后的超聲波經(jīng)超聲波換能器作為系統(tǒng)的輸入，鎖相環(huán)對(duì)此信號(hào)鎖定，產(chǎn)生鎖定信號(hào)啟動(dòng)單片機(jī)中斷程序，得出時(shí)間 t，再由系統(tǒng)軟件對(duì)其進(jìn)行計(jì)算、判別后，相應(yīng)的計(jì)算結(jié)果被送至 LED 顯示電路進(jìn)行顯示，若測(cè)得的距離超出設(shè)定范圍系統(tǒng)將提示聲音報(bào)警電路報(bào)警 [11]。超聲波接收器將接收到的反射超聲波送到放大器進(jìn)行放大，然后用鎖相環(huán)電路進(jìn)行檢波。 單片機(jī)最小系統(tǒng)自單片機(jī)出現(xiàn)至今，它已走過(guò)近 20 年的發(fā)展路程?，F(xiàn)代單片機(jī)具有壽命長(zhǎng)、速度越來(lái)越快、低電壓、低功耗、低噪聲與高可靠性技術(shù)等許多優(yōu)點(diǎn) [10]。ATMEL 公司的 89 系列單片機(jī)以其卓越的性能、完善的兼容性、快捷便利的電擦寫(xiě)操作，低廉的價(jià)格、超強(qiáng)的加密功能，完全替代 87C51/62 和 8751/52，低電壓、低電源、低功耗，有 DIP、PLCC 、QFP 封裝，有民用型、工業(yè)級(jí)、汽車(chē)級(jí)、軍品級(jí)等多種溫度等級(jí)，是當(dāng)今世界上性能最好、價(jià)格最低、最受歡迎的八位單片機(jī) [12]。壽命：1000 寫(xiě)/擦循環(huán)；數(shù)據(jù)保存時(shí)間：10年（3）全靜態(tài)工作：0Hz ～33MHz（4）三級(jí)程序存儲(chǔ)器加密鎖定（5）128 8 內(nèi)部 RAM?（6）32 條可編程 I/O 口線（7）兩個(gè) 16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（8）6 個(gè)中斷源（9）可編程串行通道（10）低功耗的閑置和掉電模式AT89C52 是一種帶 4K 字節(jié)閃速可編程只讀存儲(chǔ)器（ PROM）的低功耗、高性能CMOS 8 位微控制器。由于將多功能 8 位 CPU 和閃速存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL 的 AT89C52 是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。P1 口：P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉的 8 位雙向 I/O 口。 P1 口管腳寫(xiě)入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入。在 FLASH 編程和校驗(yàn)IL時(shí)，P1 口作為低八位地址接收。 P2 口管腳被外部拉低，將輸出電流（ ） ，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P3 口：P3 口管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉的雙向 I/O 口，可接收或輸出 4 個(gè) TTL 門(mén)電流。P3 口管腳被外部拉低，將輸出電流（ ） ，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。ALE/ ：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許輸出電平，用于鎖存地址的低位字PROG節(jié)。SEN：當(dāng) 保持低電平時(shí)，則只訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器（0000H ～FFFFH ） ，不/PAV管是否有內(nèi)部存儲(chǔ)器。XTAL2：來(lái)自反向振蕩放大器的輸出。具體接法是 89S52的 119 腳接 12MHz 晶振，40 腳輸入信號(hào)為 5 伏， 20 腳接地，EA 腳接高電平。在這里我們可以采用數(shù)碼管作為指示和單片機(jī)AT89C52 直接連接，電路如圖 所示。 它 的 樣 子 像 是 普 通 的 三 極 管 ， TO220 的 標(biāo)準(zhǔn) 封 裝 ， 也 有 9013 樣 子 的 TO92 封 裝 。 該 系 列集 成 穩(wěn) 壓 IC 型 號(hào) 中 的 78 或 79 后 面 的 數(shù) 字 代 表 該 三 端 集 成 穩(wěn) 壓 電 路 的 輸 出 電 壓 ，如 7806 表 示 輸 出 電 壓 為 正 6V， 7909 表 示 輸 出 電 壓 為 負(fù) 9V。內(nèi)含過(guò)流、過(guò)熱和過(guò)載保護(hù)電路。雖然是固定穩(wěn)壓電路，但使用外接元件，可獲得不同的電壓和電流。：圖 外接元件封裝圖圖 內(nèi)部原理圖對(duì) 7805 的應(yīng)用是比較廣泛的，在此我們介紹下它的典型應(yīng)用電路，如圖 ：圖 7805 典型應(yīng)用電路圖本系統(tǒng)的電源電路如下：我們用外部電源比如可以用變壓器輸入電源，經(jīng)過(guò) 7805以后會(huì)輸出我們單片機(jī)所需要的+5V 電，如圖 所示：圖 系統(tǒng)的電源電路3 軟件設(shè)計(jì) KEIL uVISION2 簡(jiǎn)介KEIL uVISION2 是眾多單片機(jī)應(yīng)用開(kāi)發(fā)軟件中最常的軟件之一，它支持大部分不同公司的 MCS51 架構(gòu)的芯片，它集編輯、編譯、仿真等于一體，同時(shí)還支持 PLM、匯編和 C 語(yǔ)言的程序設(shè)計(jì)，它的界面和常用的微軟 VC++的界面相似，界面友好，易學(xué)易用，在調(diào)試程序，軟件仿真方面也有很強(qiáng)大的功能。（1）點(diǎn)擊 Project 菜單，選擇彈出的下拉式菜單中的 New Project，接著彈出一個(gè)標(biāo)準(zhǔn) Windows 文件對(duì)話窗口，在“文件名” 中輸入您的第一個(gè) C 程序項(xiàng)目名稱， “保存”后的文件擴(kuò)展名為 uv2，這是 KEIL uVision2 項(xiàng)目文件擴(kuò)展名，以后就可以直接點(diǎn)擊此文件以打開(kāi)先前做的項(xiàng)目。（3）首先要在項(xiàng)目中創(chuàng)建新的程序文件或加入舊程序文件。在 KEIL 中有一些程序示例，在這里以一個(gè)匯編程序?yàn)槔榻B如何新建一個(gè)匯編程序和如何加到項(xiàng)目中?，F(xiàn)在可以編寫(xiě)程序了，光標(biāo)已出現(xiàn)在文本編輯窗口中，下面就以一個(gè)簡(jiǎn)單的程序作為示例。因是新文件所以保存時(shí)會(huì)彈出文件操作窗口，把第一個(gè)程序命名為 ，保存在項(xiàng)目所在的目錄中，這時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)程序單詞有了不同的顏色，說(shuō)明 KEIL 的匯編語(yǔ)法檢查生效了。選“Add File to Group‘Source Group 1’”彈出文件窗口，選擇剛剛保存的文件，按ADD 按鈕，關(guān)閉文件窗，程序文件已加到項(xiàng)目中了。（5）匯編程序文件已加到了項(xiàng)目中了，下面就剩下編譯運(yùn)行了。然后右擊的 Target1 項(xiàng)目文件夾，彈出項(xiàng)目功能菜單，選 Options for TargetTarget1，彈出項(xiàng)目選項(xiàng)設(shè)置窗口，同樣先選中項(xiàng)目文件夾圖標(biāo)，這時(shí)在 Project 菜單中也有一樣的菜單可選。接下來(lái)是編譯。根據(jù) creating hex file from“c51”提示，說(shuō)明現(xiàn)在已經(jīng)建立一個(gè)用于芯片燒寫(xiě)的.hex 文件。圖中 a 為運(yùn)行，當(dāng)程序處于停止?fàn)顟B(tài)時(shí)才有效，b 為停止，程序處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)才有效。c 是復(fù)位，模擬芯片的復(fù)位，程序回到最開(kāi)頭處執(zhí)行。按 d 打開(kāi)串行調(diào)試窗口，再按運(yùn)行鍵。最后停止程序運(yùn)行回到文件編輯模式中，就要先按停止按鈕再按開(kāi)啟/ 關(guān)閉調(diào)試模式按鈕。下面對(duì)超聲波測(cè)距器的算法、主程序、超聲波發(fā)射子程序、超聲波接受中斷程序、距離計(jì)算子程序及顯示子程序的大概流程做逐一簡(jiǎn)單介紹。然后調(diào)用超聲波發(fā)生子程序送出三個(gè)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(cè)距器會(huì)有一個(gè)最小可測(cè)距離的原因）后，才打開(kāi)外中斷 0 接收返回的超聲波信號(hào)。主程序框圖如 圖 ：圖 主程序流程圖 超聲波發(fā)生子程序和超聲波接收中斷程序流程超聲波發(fā)生子程序的作用是通過(guò) 端口發(fā)送 3 個(gè)左右的超聲波信號(hào)頻率約40KHz 的方波，脈沖寬度為 12us 左右，同時(shí)把計(jì)數(shù)器 T0 打開(kāi)進(jìn)行計(jì)時(shí)。進(jìn)入該中斷后就立即關(guān)閉計(jì)時(shí)器 T0 停止計(jì)時(shí)，并將測(cè)距成功標(biāo)志字賦值 1。外部中斷服務(wù)子程序和定時(shí)中斷服務(wù)子程序流程圖如下：圖 外部中斷服務(wù)子程序流程圖圖 定時(shí)中斷服務(wù)子程序流程圖 超聲波測(cè)距器的算法設(shè)計(jì)下圖示意了超聲波測(cè)距的原理，即超聲波發(fā)生器 T 在某一時(shí)刻發(fā)出的一個(gè)超聲波信號(hào)，當(dāng)超聲波遇到被測(cè)物體后反射回來(lái)，就被超聲波接收器 R 所接受。距離計(jì)算（公式 ）：d=s/2=（c*t） /2 （）（d 為被測(cè)物與測(cè)距器的距離 ，s 為聲波的來(lái)回路程， c 為聲速，t 為聲波 來(lái)回所用的時(shí)間）圖 超聲波測(cè)距原理圖聲速 c 與溫度有關(guān)，下 表中列出了部分溫度與波速關(guān)系，如溫度變化不大，則可認(rèn)為聲速是基本不變的，如 表 所示。調(diào)試的目的就是尋找軟硬件設(shè)計(jì)上的不足之處，將一個(gè)可能存在問(wèn)題與隱患的系統(tǒng)盡可能地改造成一個(gè)無(wú)錯(cuò)的系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)預(yù)定目標(biāo)。不重視調(diào)試方法很有可能導(dǎo)致在出現(xiàn)問(wèn)題的時(shí)候不知道從何處下手。軟件的調(diào)試步驟與硬件的調(diào)試步驟是不同的，但所遵循的原則是一樣的，都是從整體到局部再到整體。最后將模塊連接起來(lái)進(jìn)行整機(jī)調(diào)試，這時(shí)出現(xiàn)的問(wèn)題大多是模塊之間的接口（如硬件中的負(fù)載效應(yīng)，軟件中的參數(shù)傳遞）不匹配或者是由于模塊的獨(dú)立性不高資源沖突造成的。注意，在出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，我們應(yīng)該采用盡可能多的方法去研究這個(gè)問(wèn)題，盡量從多個(gè)角度去觀察這個(gè)問(wèn)題，這有利于我們盡快找到問(wèn)題的實(shí)質(zhì)和解決辦法。 硬件調(diào)試對(duì)于軟硬件互相結(jié)合的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，要想實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能，首先就要建立一個(gè)無(wú)錯(cuò)的硬件系統(tǒng)。本系統(tǒng)的調(diào)試經(jīng)過(guò)了一下幾個(gè)步驟。（2）在上一步無(wú)誤的基礎(chǔ)上將原理圖生成 PCB 圖，制作電路板并焊接元器件，然后測(cè)試連通性，對(duì)電路板上關(guān)鍵點(diǎn)的電壓進(jìn)行測(cè)試，確保無(wú)虛焊漏焊合短路現(xiàn)象。（3）調(diào)試超聲波發(fā)射傳感器有無(wú)信號(hào)輸出。先用示波器觀察單片機(jī) 口是否輸出40KHz 的方波信號(hào)，再觀察超聲波發(fā)射傳感器兩端的信號(hào)是否是 40KHz 的方波信號(hào)，并且觀察是否有失真。（4）接收電路的檢測(cè)。測(cè)試線路連接正常后，再用示波器觀察接收傳感器兩端是否有信號(hào)。接下來(lái)，就可以將軟件寫(xiě)入單片機(jī)進(jìn)行整機(jī)調(diào)試 [14]。本系統(tǒng)軟件調(diào)試采用從部分到整體，直到系統(tǒng)功能全部實(shí)現(xiàn)的步驟。在這個(gè)過(guò)程中，建議不要放過(guò)任何一個(gè)警告信息。對(duì)于本系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，為了能夠看到程序的運(yùn)行情況，最好的方法就是首先加載顯示程序，這就是軟件加載的切入點(diǎn)。然后將各個(gè)功能模塊按照邏輯關(guān)系順序逐個(gè)加載，加載一個(gè)測(cè)試一次。實(shí)驗(yàn)證明，在一個(gè)簡(jiǎn)單的人機(jī)接口程序的基礎(chǔ)上擴(kuò)展的方法是一種很好的方法，尤其對(duì)于復(fù)雜的程序，這一點(diǎn)尤為重要。（4）接著就是脈寬（即 40KHz 方波信號(hào)）的調(diào)試，脈寬通過(guò)延時(shí)來(lái)處理?？梢宰屜到y(tǒng)在不同的環(huán)境下運(yùn)行，檢查其功能能否實(shí)現(xiàn)。 整體調(diào)試當(dāng)把靜態(tài)顯示程序的軟硬件調(diào)好之后，加入 40KHz 的方波信號(hào)定時(shí)中斷程序，編 文件后，用示波器測(cè) 口的輸出波形，是否為所需要頻率的波形。接著把速度和距離計(jì)算程序以及其他子程序逐個(gè)調(diào)好之后，再把所有的程序與硬件電路進(jìn)行聯(lián)調(diào)，直至沒(méi)問(wèn)題為止。 誤差分析雖然已經(jīng)采用了一些措施來(lái)消除系統(tǒng)誤差，但是引起系統(tǒng)誤差還有其他的不可避免的因素。而發(fā)射出去的超聲波能量的主要因素是超聲波的幅值。接收換能器對(duì)聲波脈沖的直接接收能力將決定最小的可測(cè)距離。但是脈沖數(shù)量多，會(huì)導(dǎo)致死區(qū)的范圍增大。死區(qū)就是由這個(gè)延遲所形成的。假如每隔 50ms 發(fā)射一組脈沖，那么最大的測(cè)距范圍就是超聲波在 25ms 內(nèi)走過(guò)的路程。發(fā)射出去的超聲波不僅在傳播的過(guò)程中會(huì)衰減，而且在被反射物反射的過(guò)程中，也存在著衰減。反射物在反射過(guò)程中吸收超聲波能量的多少由反射物的質(zhì)地有關(guān) [15]。發(fā)射波和入射波間的夾角也有一定的限制。綜上所述，可以總結(jié)出限制系統(tǒng)的最大可測(cè)距離存在四個(gè)因素：超聲波的幅度，反射物的質(zhì)地，反射波和入射聲波之間的夾角以及接收換能器的靈敏度。實(shí)驗(yàn)證明，系統(tǒng)在空氣中測(cè)量范圍為超聲波能夠被反射回來(lái)，04 米左右，測(cè)量時(shí)要求被測(cè)表面比較光滑平坦，確保并被探頭接收。線性度，穩(wěn)定性和重復(fù)性都比較好。，準(zhǔn)確穩(wěn)定可靠，而且可以隨時(shí)通過(guò)軟件編程改變頻率，以驅(qū)動(dòng)相應(yīng)發(fā)射探頭。，使系統(tǒng)體積小，重量輕，加強(qiáng)了靈活性和可靠性，修改調(diào)試定標(biāo)都方便。，不影響被測(cè)表面，對(duì)比較光滑的表面均可測(cè)量，應(yīng)用范圍廣。測(cè)量距離與發(fā)射功率直接相關(guān)，由于探頭功率有限，只能在室內(nèi)小范圍測(cè)量。另外可以考慮更換更低中心頻率的超聲傳感器，同時(shí)修改單片機(jī)程序，使得測(cè)試距離更遠(yuǎn)。，接收基于單片機(jī)的超聲測(cè)距系統(tǒng)回波的幅值隨傳播距離的增加成指數(shù)規(guī)律衰減，使得遠(yuǎn)距離回波難以檢測(cè)。自己的黃金時(shí)期能夠在大學(xué)度過(guò)是非常的幸運(yùn)的事情，在這幾年的時(shí)間中既學(xué)到理論知識(shí)，更體會(huì)到生活的豐富多彩，學(xué)到做人處事的方法。在此期間，劉瑩老師提出了很多有益的建議并給予我很大幫助。在沈陽(yáng)理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院這個(gè)學(xué)習(xí)氛圍活躍、團(tuán)結(jié)友愛(ài)的集體里，大家互相幫助，彼此討論問(wèn)題，共同提高。最后，再次向劉瑩老師以及幫助過(guò)我的同學(xué)們表示最真誠(chéng)的謝意！論文寫(xiě)作期間，給了我很多幫助和指導(dǎo)，使我得以順利