【正文】 A L 218X T A L 119A L E30EA31P S E N29R S T9P 0. 0/ A D 039P 0. 1/ A D 138P 0. 2/ A D 237P 0. 3/ A D 336P 0. 4/ A D 435P 0. 5/ A D 534P 0. 6/ A D 633P 0. 7/ A D 732P 1. 01P 1. 12P 1. 23P 1. 34P 1. 45P 1. 56P 1. 67P 1. 78P 3. 0/ R X D10P 3. 1/ T X D11P 3. 2/ IN T 012P 3. 3/ IN T 113P 3. 4/ T 014P 3. 7/ R D17P 3. 6 /W R16P 3. 5/ T 115P 2. 7/ A 1 528P 2. 0/ A 821P 2. 1/ A 922P 2. 2/ A 1 023P 2. 3/ A 1 124P 2. 4/ A 1 225P 2. 5/ A 1 326P 2. 6/ A 1 427U1A T 89 C 5 1 圖 12 AT89C51 單片機 單片機主要特性 與 MCS51 兼容 4K字節(jié)可編程 FLASH 存儲器 壽命： 1000 寫 /擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時間： 10 年 全靜態(tài)工作： 0Hz24MHz 三級程序存儲器鎖定 128 8位內(nèi)部 RAM . . 32 可編程 I/O 線 兩個 16位定 時器 /計數(shù)器 5個中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 AT89C51 提供以下標準功能： 4k 字節(jié) Flash 閃速存儲器， 128 字節(jié)內(nèi)部 RAM， 32 個 I/O 口線，兩個 16位定時 /計數(shù)器，一個 5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路?？臻e方式停止 CPU的工作，但允許 RAM，定時 /計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。 管腳說明 VCC：供電電壓。 P0 口： P0 口為一個 8 位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。 P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的低八位。 P1口： P1 口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出4TTL 門電流。在 FLASH 編程和校驗時， P1 口作為低八位地址接收。并因此作為輸入時， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。 P2口當用于外部程序存儲器或 16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時， P2 口輸出地址的高八位。 P2 口在 FLASH 編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。當 P3 口寫入“ 1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。 P3口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如下所示： 口管腳 備選功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷 0） /INT1（外部中斷 1） T0（記時器 0 外部輸入） T1（記時器 1 外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。當振蕩器復位器件時，要保持 RST 腳兩個機器周期的高電平時間。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。另外，該引腳被略微拉高。 /PSEN：外部程序存儲器的選通信號。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的 /PSEN 信號將不出現(xiàn)。注意加密方式 1時， /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當 /EA 端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。有. . 余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。超聲波是一種振動頻率高于聲波的機械波，由換能晶片在電壓的激勵下發(fā)生振動產(chǎn)生的，它具有頻率高、波長短、繞射現(xiàn)象小，特別是方向性好、能夠成為射線而定向傳播等特點。超聲波碰到雜質(zhì)或分界面會產(chǎn) 生顯著反射形成反射成回波，碰到活動物體能產(chǎn)生多普勒效應。 以超聲波作為檢測手段，必須產(chǎn)生超聲波和接收超聲波。 超聲波探頭主要由壓電晶片組成，既可以發(fā)射超聲波，也可以接收超聲波。它有許多不同的結(jié)構(gòu)，可分直探頭（縱波）、斜探頭（橫波）、表面波探頭（表面波）、蘭姆波探頭（蘭姆波）、雙探頭（一個探頭反射、一個探頭接收）等。超聲波在醫(yī)學上的應用主要是診斷疾病，它已經(jīng)成為了臨床醫(yī)學中不可缺少的診斷方法。因而推廣容易，受到醫(yī)務工作者和患者的歡迎。這個方法是利用超聲波的反射。每遇到一個 反射面時，回聲在示波器的屏幕上顯示出來，而兩個界面的阻抗差值也決定了回聲的振幅的高低。過去，許多技術(shù)因為無法探測到物體組織內(nèi)部而受到阻礙，超聲波傳感技術(shù)的出現(xiàn)改變了這種狀況。在未來的應用中，超聲波將與信息技術(shù)、新材料技術(shù)結(jié)合起來，將出現(xiàn)更多的智能化、高靈敏度的超聲波傳感器。 超聲波碰到雜質(zhì)或分界面會產(chǎn)生顯著反射形成反射成回波，碰到活動物體能產(chǎn)生多普勒效應。超聲波距離傳感器可以廣泛應用在物位（液位）監(jiān)測，機器人防撞，各種超聲波接近開關(guān)，以及防盜報警等相關(guān)領域，工作可靠，安裝方便， 防水型，發(fā)射夾角較小，靈敏度高，方便與工業(yè)顯示儀表連接，也提供發(fā)射夾角較大的探頭。在工業(yè)中應用主 要采用縱向振蕩。另外，它也有折射和反射現(xiàn)象，并且在傳播過程中有衰減。在空氣中衰減較快，而在液體及固體中傳播，衰減較小，傳播較遠。 超聲波傳感器主要材料有壓電晶體（電致伸縮）及鎳鐵鋁合金（磁致伸縮）兩類。壓電晶體組成 的超聲波傳感器是一種可逆?zhèn)鞲衅?，它可以將電能轉(zhuǎn)變成機械振蕩而產(chǎn)生超聲波，同時它接收到超聲波時，也能轉(zhuǎn)變成電能，所以它可以分成發(fā)送器或接收器。這里僅介紹小型超聲波傳感器，發(fā)送與接收略有差別，它適用于在空氣中傳播，工作頻率一般為 2325KHZ 及 4045KHZ。該種有T/R4060， T/R4012 等（其中 T 表示發(fā)送， R 表示接收， 40 表示頻率為 40KHZ， 16及 12 表示其外徑尺寸，以毫米計）。它的特點是具有防水作用（但不能放入水中），可以作料位及接近開關(guān)用，它的性能較好。 由發(fā)送傳感器 (或稱波發(fā)送器 )、接收傳感器 (或稱波接收器 )、控制部分與電源部分組成?？刂撇糠种饕獙Πl(fā)送器發(fā)出的脈沖鏈頻率、占空比及稀疏調(diào)制和計數(shù)及探測距離等進行控制。發(fā)射電路主要由反相器 74LS04 和超聲波發(fā)射換能器 T40 構(gòu)成，單片機 端口輸出的 40kHz 的方波信號一路經(jīng)一級反向器后送到超聲波換能器的一個電極，另一路經(jīng)兩級反向器后送到超聲波換能器的另一個電極，用這種推換形式將方波信號 加到超聲波換能器的兩端，可以提高超聲波的發(fā)射強度。上位電阻 R R2 一方面可以提高反向器 74LS04 輸出高電平的驅(qū)動能力，另一方面可以增加超聲波換能器的阻尼效果，縮短其自由振蕩時間。 40 kHz 左右的方波脈沖信號的產(chǎn)生通常有兩種方法：采用硬件如由555 振蕩產(chǎn)生或軟件如單片機軟件編程輸出，本系統(tǒng)采用后者。發(fā)射部分的電路，如圖 31 所示。 發(fā)射電路輸出波形分析 發(fā)射波形的重復性 為獲得高分辨力，發(fā)射電路設計應 保證發(fā)射的超聲波波形有良好的重復性 。為避免超聲波在障礙物表面反射時造成的各種損失和干擾。發(fā)射電路設計的是否合理直接影響發(fā)射波功率和波形的重復性。測距所用超聲波一般都是間斷單脈沖發(fā)射，每測距一次，發(fā)送、接收一次。此方法測試距離太近 。 發(fā)射波形電壓及功率 傳感器發(fā)射電壓大小主要取決于發(fā)射信號損失及接收機的靈敏度，綜合各種損耗的因素，包括往返傳播損失，聲波傳輸損失，聲波反射損失，環(huán)境噪聲損失 。 T 4 0R136 0R23. 6 K超聲波發(fā)射端Q1N P N 圖 13 超聲 波發(fā)射電路原理 超聲波接收電路由超聲波傳感器、兩級放大電路和鎖相環(huán)電路組成。超聲波傳感器接收到的反射波信號非常微弱，兩級放大電路用于對傳感器接收到的信號進行放大。鎖相環(huán) LM567 內(nèi)部壓控振蕩器的中心頻率為 ，鎖定帶寬與 C3 有關(guān)。發(fā)送出的超聲波，在遇到障礙物后，會產(chǎn)生回波，反射回 來的回波由超聲波接收頭接收到。送到單片機中，讓單片機中的定時器停止計時，然后計算測量的時間，然后換. . 算成距離顯示出來。靜態(tài)顯示就是顯示某一字符時，相應的發(fā)光二極管恒定的截止或?qū)?，這種方法，每一顯示位都需要一個 8 位的輸出口控制，一般 僅用于的場合是顯示位數(shù)較少，其特點是顯示穩(wěn)定不閃爍，程序編寫簡單，但占用端口資源多。在本設計中根據(jù)實際情況采用的是共陽極動態(tài)顯示方法。所謂復位，就是強制單片機系統(tǒng)恢復到確定的初始狀態(tài)，并使系統(tǒng)重新從初始狀態(tài)開始工作。其電路圖 16 所示； 圖 16 AT89C51 復位電路 3. 8 蜂鳴器電路 本次設計通過一只蜂鳴器來提示用戶按鍵按下了，現(xiàn)在單片機開始了測距。電路如 17 圖。 R71kQ5N P NB U Z 1B U Z Z E RP 0. 2 . . 圖 17 蜂鳴器電路 超聲波測距儀的軟件設計主要由主程序、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。 因為本設計對時間要求精度較高的部分全部由單 片機內(nèi)部的定時器完成，而雖然溫度傳感器的讀寫對時間精度要求也高，但經(jīng)詳細計算所得出的 C 程序已被廣泛應用，故直接借用已有程序也能作到對溫度的準確讀取，所心本設計全部使用 C 語言編程，這樣能使設計中所用到的公式能方便快捷的體現(xiàn)和實現(xiàn)，又縮短了論文的篇幅。 單片機主控芯片是使用 AT89C51 單片機， 該單片機工作性能穩(wěn)定， 并且也是在單片機課程設計中經(jīng)常會使用到的控制芯 片。發(fā)射電路是由單片機輸出端直接驅(qū)動超聲波發(fā)送。硬件電路的設計主要是包括單片機系統(tǒng)和顯示電路、超聲波發(fā)射電路以及超聲波接收電路、報警輸出電路、供電電路等幾部分。單片機用 端口輸出超聲波換能器所需的 40kHz 的方波信號， 端口是監(jiān)測超聲波接收電路輸出的返回信號。超聲波接收頭接收到反射的回波后，經(jīng)過接收電路處理后，向單片機 輸入一個低電平脈沖。 單片機將會測得的時間與聲速相乘再除以 2 即可得到測量值，最后經(jīng)過 3 位數(shù)碼管將測得的結(jié)果顯 示出來 然后根據(jù)溫度和傳輸時間計算距離，溫度補償措施使測量精度有了明顯提高，計算出距離后調(diào)用距離顯示子程序， LED 顯示距離。 超聲波測距儀主程序利用外中斷 1 檢測返回超聲波信號，一旦接收到返回超聲波 信號 ，立即進入中斷程序。如果當計時器溢出時還未檢測到超聲波返回信號，則定時器 T1 溢出中斷將外中斷 1 關(guān)閉，并將測距成功標志字賦值 0 表示此次測距不成功。 超聲波測距儀主程序利用外中斷 1檢測返回超聲波信號，一旦接收到返回超聲波信號 ，立即進入中斷程序。如果當計時器溢出時還未檢測到超聲波返回信號，則定時器 T1 溢出中斷開始 系統(tǒng)初始化 啟動定時器 發(fā)射超聲波， T1計時 接收到反射波 T1停止時，保持定時值 . . 將外中斷 1關(guān)閉，并將測距成功標志字賦值 0表示此次測距不成功。 void timer0(void)interrupt 1 { send=!send。 TL0=0xf4。amp。 TR1=0。 t=TH1*256+TL1。 TH0=0x1f。 TH1=0x00。 } else { b=0。 TR0=0。 TL0=0xf4。 TL1=0x00。 根據(jù)測量距離 ctD 21? ，而其中KTcMRTc 27310 ??? ?， 故 可 簡化 為 ：KTtKTtcD 0 ????，其實現(xiàn)程序 算法如下： include void distance(void) { double radical,dist,t。 dist=*t*radical。 } . . 超聲波測距的原理是利用超聲波的發(fā)射和接收，根據(jù)超聲波傳播的時間來計算出傳播距離。 超聲波測距儀硬件電路的設計主要包括單片機系統(tǒng)及顯示電路、超聲波發(fā)射電路和超聲波檢測接收電路三部分。采用 12MHz 高精度的晶振，以獲得較穩(wěn)定時鐘頻率，減小測量誤差。顯示電路采用簡單實用的 4 位共陽 LED 數(shù)碼管，段碼用 74LS244 驅(qū)動，位碼用 PNP 三極管 8550 驅(qū)動。 C 語言程序有利于實現(xiàn)較復雜的算法，匯編語言程序則具有較高的效率且容易精細計算程