【正文】 存儲器取指期間，每個機器周期兩次 /PSEN 有效。 EA/VPP：當 /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。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫 “1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復編程以前，該操作必須被執(zhí)行。在閑置模式下， CPU 停止工作。在掉電模式下，保存 RAM 的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復位為止。 CX20216 是一款應(yīng)用廣泛的紅外線檢波接收的專用芯片，其具有功能強、性能優(yōu)越、外圍接口簡單、成本低等優(yōu)點，由于紅外遙控常用的載波頻率 38 kHz與測距的超聲波頻率 40 kHz比較接近，而且CX20216 內(nèi)部設(shè)置的濾波器中心頻率 f0 可由其 5 腳外接電阻調(diào)節(jié)，阻值越大中心頻率越低，范圍為 30~60 kHz。 CX20216 內(nèi)部由前置放大器、限幅放大器、帶通濾波器、檢波器、積分器及整形電路構(gòu)成。當接收到與 CX20216濾波器中心頻率相符的回波信號時，其輸出端 7 腳就輸出低電平，而輸出端 7 腳直接接北華大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 到 AT89S52 的 INT0引腳上，以觸發(fā)中斷。芯片的引腳圖如圖 所示： 圖 CX20216A 芯片引腳圖 74LS245芯片介紹 74LS245 是我們常用的芯片，用來驅(qū)動 LED 或者其他的設(shè)備，它是 8 路同相三態(tài)雙向總線收發(fā)器，可雙向傳輸數(shù)據(jù)。當 8051 單片機的 P0 口總線負載達到或超過 P0 最大負載能力時，必須接入 74LS245 等總線驅(qū)動器。由于 P2口始終輸出地址的高 8位，接口時 74LS245的三態(tài)控制端 1G和 2G接地，P2 口與驅(qū)動器輸入線對應(yīng)相連。 8051 的 RD 和 PSEN 相與后接 DIR，使得 RD 或 PSEN 有效時， 74LS245 輸入（ ←Di ），其它時間處于輸出（ →Di ）。超聲波傳感器有四種檢測方式，分別為穿透式超聲波傳感器的檢測方式、限定距離式超聲波傳感器的檢測北華大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 方式、限定范圍式超聲波傳感器的檢測方式和回歸反射式超聲波傳感器的檢測方式。 著重點介紹了單片機的一些基本知識，如單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，單片機的工作原理等，只有詳細了解單片機的工作原理，才能更好的使用單片機，用單片機來設(shè)計電路。 北華大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 3 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計 超聲波發(fā)射電路 超聲波發(fā)射電路原理圖如圖 所示。輸出端采兩個反向器并聯(lián)，用以提高驅(qū)動能力。 圖 超聲波發(fā)射電路圖 壓電式超聲波換能器是利用壓電晶體的諧振來工作的。當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，這時它就是一個超聲波發(fā)生器；反之，如果兩電極問未外加電壓，當共振板接收到超聲波時，將壓迫壓電晶片作振北華大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 動，將機械能轉(zhuǎn)換為電信號，這時它就成為超聲波接收換能器。 超聲波接收電路 集成電路 CX20216A是一款紅外線檢波接收的專用芯片，常用于電視機紅外遙控接收器。實驗證明用 CX20216A接收超聲波 (無信號時輸出高電平 )，具有很好的靈敏度和較強的抗干擾能力。 在元件及調(diào)制方面，由于采用的電路使用了很多集成電路。一般只要電路焊接無誤，稍加調(diào)試應(yīng)該會正常工作。根據(jù)測量范圍要求不同，可適當調(diào)整與接收換能器連接的 CX20216A 芯片的參數(shù)，以獲得合適的接收靈敏度和抗干擾能力。 圖 超 聲波接收電路 北華大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 超聲波顯示電路 LED(LightEmitting Diode，發(fā)光二極管 )有七段和八段之分，也有共陰和共陽兩種。圖 示出了八段 LED 數(shù)碼顯示管的結(jié)構(gòu)和原理圖。八段 LED 顯示管由八只發(fā)光二極管組成，編號是 a、 b、 c、d、 e、 f、 g 和 SP，分別與同名管腳相連。 圖 八段 LED 數(shù)碼顯示管原理和結(jié)構(gòu) 單片機對 LED 管的顯示可以分為靜態(tài)和動態(tài)兩種。 為了減少硬件開銷，提高系統(tǒng)可靠性并降低成本，單片機控制系統(tǒng)通常采用動態(tài)掃描顯示。具體的顯示電路如圖 所示： 北華大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 圖 超聲波測距顯示系統(tǒng) 超聲 波報警電路設(shè)計 采用一個蜂鳴器，由 輸出一定頻率的信號，在連接到蜂鳴器之前，經(jīng)過一個三極管 1015 的放大。 報警部分的連線，如圖 。其中采用的整流橋是由四只二極管組成，它屬全波整流，也就是說無論交流信號是正半周，還是負半周，整流橋總有二個整流二極管是導通的。整流橋由半導體二極管組成。原來有 “正、負 ”方向的交流電通過它時，一個方向能通過，另一個方向則被阻止，就成了 “直流 ”方向不變，大小有變化的直流電。 其中電源電路圖如 ： 北華大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 圖 電源電路 晶振電路 晶振電路：采用 12MHz的晶振。晶振用一種能把電能和機械能相互轉(zhuǎn)化的晶體在共振的狀態(tài)下工作，以提供穩(wěn)定，精確的單頻振蕩。高級的精度更高。 晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時鐘信號。有些通訊系統(tǒng)的基頻和射頻使用不同的晶振，而通過電子調(diào)整頻率 的方法保持同步。如果不同子系統(tǒng)需要不同頻率的時鐘信號，可以用與同一個晶振相連的不同鎖相環(huán)來提供。一般單片機的晶振工作于并聯(lián)諧振狀態(tài)，也可以理解為諧振電容的一部分。也能保證溫漂等誤差。晶振電路如 圖 ： 北華大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 圖 晶振電路 本章小結(jié) 本章是該課題的重點，給出了硬件電路和軟件的設(shè)計。在本章里，對設(shè)計的電路進行了調(diào)試和分析。如何減小系統(tǒng)的誤差，是設(shè)計測距系統(tǒng)必需要考慮的問題。壓電式超聲波換能器是利用壓電晶體的諧振來工作的。當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，這時它就是一個超聲波發(fā)生器；反之，如果兩電極問未外加電壓，當共振板接收到超聲波時，將壓迫壓電晶片作振動，將機械能轉(zhuǎn)換為電信號，這時它就成為超聲波接收換能器。 北華大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 22 4 系統(tǒng)軟件的設(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。 超聲波測距儀的算法設(shè)計 超聲波測距的原理為超聲波發(fā)生器 T在某一時刻發(fā)出一個超聲波信號，當這個超聲波遇到被測物體后反射回來，就被超聲波接收器 R所接收到。距離的計算公式為： d=s/2=(ct)/2 （ ） 其中， d為被測物與測距儀的距離， s為聲波的來回的路程， c為聲速， t為聲波來回所用的時間。當收到超聲波反射波時，接收電路輸出端產(chǎn)生一個負跳變，在 INT0或 INT1端產(chǎn)生一個中斷請求信號，單片機響應(yīng)外部中斷請求，執(zhí)行外部中斷服務(wù)子程序，讀取時間差，計算距離。 TR1=0。 EA=0。 rec_flag=1。 time=time*256+TL0。 /*補償軟件或硬件帶來的誤差 */ distance=time*。主程序完成初始化工作、各路超聲波發(fā)射和接收順序的控制。 圖 主程序流程圖 主程序首先是對系統(tǒng)環(huán)境初始化，設(shè)置定時器 T0 工作模式為 8 位定時計數(shù)器模式，記錄超聲波發(fā)出到接收的時間，設(shè)置 T1為時鐘發(fā)生器。由于采 用的是 12MHz 的晶振，計數(shù)器每計一個數(shù)就是 ，當主程序檢測到接收成功的標志位后，將計數(shù)器 T0中的數(shù)（即超聲波來回所用的時間）按式（ ）計算，即可得被測物體與測距儀之間的距離，設(shè)計時取 20℃ 時的聲速為 344 m/s 則有： d=(ct)/2=172*T0/10000cm () 其中， T0 為計數(shù)器 T0 的計算值。為了有利于程序結(jié)構(gòu)化和容易計算出距離，主程序采用 C 語言編寫。超聲波發(fā)生子程序較簡單，但要求程序運行準確。進入中斷后就立即關(guān)閉計時器 T0停止計時，并將測距成功標志字賦值 1。其中此部分流程如圖 ，發(fā)射階段的源程序如下： /*定時器 T1 中斷程序 */ void TIMER1() interrupt 3 { vout=!vout。 if(k=4) /*超聲波脈沖個數(shù)控制（為賦值的一半） */ { k=0。 ET1=0。j0。 /*1ms 延時避開盲區(qū) */ for(j=200。j)。j0。 EX0=1。 TR1=0。 EA=0。 rec_flag=1。 返回 停止發(fā)射 發(fā)送超聲波 定時器初始化 定時中斷入口 發(fā)射是否完畢？ Y N 北華大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 26 time=time*256+TL0。 /*補償軟件或硬件帶來的誤差 */ distance=time*。若能將超聲波接收電路用金屬殼屏蔽起來，則可提高抗干擾能力。 (1)定時器 T1 之所以是 65ms 溢出是因為它是 16位定時 /計數(shù)器 (65535)。 (2)本設(shè)計中 40 kHz方波的產(chǎn)生采用軟件方式實現(xiàn)：控制 口輸出 12μs的高電平，再輸出 13μs的低電平，這樣得到一個周期的 40 kHz的脈沖，再循環(huán)發(fā)送 8次。從發(fā)射開始一直到 “ 虛假反射波 ” 結(jié)束這段時間，不開放 INT0 中斷申請，可有效躲避干擾，但也會造成測試的 “ 盲區(qū) ” 。 (4)最大測試距離將取決于：兩次脈沖群發(fā)送之間的最小時間間隔和脈沖的能量。但也不是無限制的，本次讀取定時器 T0的計數(shù)值，最大能測試的距離是 T0 尚沒溢出，故在溫度 20℃ 下，最大測試距離為 s=vt/2=65535344/(2106)=。 本章小結(jié) 本章為本設(shè)計的軟件編程部分，給出了整個程序的思路以及程序流程圖。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。 北華大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 28 結(jié) 論 本課題介紹 了一種基于單片機的超聲波測距系統(tǒng)的原理和設(shè)計。 超聲波傳感器是本系統(tǒng)的核心器件，本論文詳細地介紹了超聲波傳感器的原理、結(jié)構(gòu)、檢測方式以及它的一些特性。單片機是本系統(tǒng)的控制部分，采用 Atmel 公司生產(chǎn)的 AT89C51 芯片。本系統(tǒng)的發(fā)射電路采用 74LC04 六反向器，通過它對單片機產(chǎn)生的方波信號進行放大，以驅(qū)動傳感器工作。本系統(tǒng)的 LED 顯示部分采用的是靜態(tài)掃描方式，并用單片機軟件譯碼。 本課題所設(shè)計的超聲波測距系統(tǒng)具有測量精度較高、速度快、控制簡單方便等優(yōu)點。10cm 內(nèi)。但由于經(jīng)驗不足，電路硬件、軟件部分都有不夠完善的地方，在今后的學習中會進一步改進。了解了超聲波傳感器的原理，學會了各種放大電路的分析、設(shè)計，也掌握了單片機的開發(fā)過程和利用單片機設(shè)計電路的方法。這些對我今后的學習和工作都會有很大幫助的。在我畢業(yè)論文寫作期間，賈雁飛老師給我提供了種種專業(yè)知識上的指導和日常生活上的關(guān)懷，沒有您這樣的幫助和關(guān)懷，我不會這么順利的完成畢業(yè)設(shè)計，借此 機會，向您表示由衷的感激。 接著，我要感謝我的同學。同時，我還要感謝我的寢室同學和身邊的朋友，正是在這樣一個團結(jié)友愛，相互促進的環(huán)境中，在和他們的相互幫助和啟發(fā)中，才有我今天的小小收獲。 還有許許多多給予我學業(yè)上鼓勵和幫助的朋友，在此無法一一列舉，在此也一并表示忠心地感謝！