【正文】 顯示數(shù)值，但是搭建電路時比較煩索 。 而動態(tài)顯示是數(shù)碼管輪流顯示 ，只要輪流顯示的速度足夠快，每秒約 50次以上，由于人眼的 “視覺暫留”特性， 看起來就像是連續(xù)顯示。這種顯示方式在數(shù)碼管應用系統(tǒng)中應用的最為廣泛，這也是本次設計中所應用的顯示方法。 超聲波測距系統(tǒng)的硬件電路設計 本系統(tǒng)的 特點是利用單片機控制超聲波的發(fā)射和對超聲波自發(fā)射至接收往返時間 計時，單片機選用 AT89C51，經(jīng)濟易用，且片內有 4K 的 ROM，便于編程。 超聲波測距儀 硬件電路的設計主要包括 AT80C51 單片機系統(tǒng)及顯示電路、超聲波發(fā)射電路和超聲波接收電路三部分。 其電路圖 74ls1624C0 LM35 LM567 都起到一定作用。下面介紹一下其特點及作用。 電路原理圖 另附 。 (1)74ls164 是 8 位串入，并出移位寄存器 ， 74HC16 74HCT164 是74HC16 74HCT164 是 8 位邊沿觸發(fā)式移位寄存器，串行輸入數(shù)據(jù)，然后并行輸出。數(shù)據(jù)通過兩個輸入端（ DSA 或 DSB）之一串行輸入；任一輸入端可以用作高電平使能端，控制另一輸入端的數(shù)據(jù)輸入。兩個輸入端或者連接在一起，或者把不用的輸入端接高電平，一定不要懸空。 時鐘 (CP) 每次由低變高時，數(shù)據(jù)右移一位，輸入到 Q0， Q0 是兩個數(shù)據(jù)輸入端（ DSA 和 DSB）的邏輯與，它將上升時鐘沿之前保持一個建立時間的長度。 主復位 (MR) 輸入端上的一個低電平將使其它所有輸入端都無效，同時非同步地清除寄存器，強制所有的輸 出為低電平。 (2)串行 E2PROM 是基于 I2CBUS 的存儲器件，遵循二線制協(xié)議，由于其具有接口方便，體積小，數(shù)據(jù)掉電不丟失等特點，在儀器儀表及工業(yè)自動化控制中得到大 量的應用。 (3)LM358 里面包括有兩個高增益、獨立的、內部頻率補償?shù)碾p運 算 放大器 ，適用于電壓范圍很寬的單電源，而且也適用于雙電源工作方式，它哈爾濱理工大學專科畢業(yè) 論文 16 的應用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運放的地方使用 。 LM358 封裝有塑封 8引線雙列直插式和貼片式兩種 。 LM358 的特點 : 內部頻率補償 . 低輸入偏流 . 低輸入 失調電壓和失調電流 . 共模輸入電壓范圍寬，包括接地 . 差模輸入電壓范圍寬，等于電源電壓范圍 . 直流電壓增益高 (約 100dB) . 單位增益頻帶寬 (約 1MHz) . 電源電壓范圍寬：單電源 (3— 30V)； . 雙電源 (177。 一 177。15V) . 低功耗電流，適合于電池供電 . 輸出電壓擺幅大 (0 至 ) （ 4） LM567 為通用鎖相環(huán)電路音調譯碼器， LM567 的內部電路及詳細工作過程非常復雜，這里僅將其基本功能概述如下：當 LM567 的 ③ 腳輸入幅度 ≥25mV、頻率在其帶寬內的信號時， ⑧ 腳由高電平變成低電平， ② 腳輸出經(jīng)頻率 /電壓變換的調制信號；如果在器件的 ② 腳輸入音頻信號，則在⑤ 腳輸出受 ② 腳輸入調制信號調制的調頻方波信號。用外接元件獨立設定中心頻率帶寬和輸出延遲。主要用于振蕩、調制、解調、和遙控編、譯碼電路。如電力線載波通信，對講機亞音頻譯碼，遙控等。 功能介紹： ① 、 ② 腳通常分別通過一電容器接地，形成輸出濾波網(wǎng)絡和環(huán)路單級低通濾波網(wǎng)絡。 ② 腳所接電容決定鎖相環(huán)路的捕捉帶寬：電容值越大，環(huán)路帶寬越窄。 ① 腳所接電容的容量應至少是 ② 腳電容的 2倍。 ③ 腳是輸入端，要求輸入信號 ≥25mV。 ⑤ 、 ⑥ 腳外接的電阻和電容決定了內部壓控振蕩器的中心頻率 f2，f2≈1/。 ⑧ 腳是邏輯輸出端，其內部是一個集電極開路的三極管 。 哈爾濱理工大學專科畢業(yè) 論文 17 4 系統(tǒng)軟件的設計 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。 超聲波測距儀的算法設計 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。這樣只要計算出從發(fā)出超聲波信號到接收到返回信號所用的時間，就可算出超聲波發(fā)生器與反射物體的距離。距離的計算公式 為： 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。 在啟動發(fā)射電路的同時啟動單片機內部的定時器T0，利用定時器的計數(shù)功能記錄超聲波發(fā)射的時間和收到反射波的時間。當收到超聲波反射波時，接收電路輸出端產生一個負跳變，在 INT0 或INT1 端產生一個中斷請求信號，單片機響應外部中斷請求，執(zhí)行外部中斷服務子程序，讀取時間差，計算距離。 主程序流程圖 軟件分為兩部分，主程序和中斷服務程序，如圖 31(a)(b)(c) 所示。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。 定時中斷服務子程序完成三方向超聲波的輪流發(fā)射，外部中斷服務子程序主要完成時間值的讀取、距離計算、結果的輸出等工作。 哈爾濱理工大學?？飘厴I(yè) 論文 18 Y Y N 圖 41主程序流程圖 主程序首先是對系統(tǒng)環(huán)境初始化，設置定時器 T0 工作模式為 16 位定時計數(shù)器模式。置位總中斷允許位 EA 并給顯示端口 P0和 P1 清 0。然后調用超聲波發(fā)生子程序送出一個超聲波脈沖，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)，需要延時約 ms（這也就是超聲波測距儀會有一個最小可 測距離的原因）后，才打開外中斷 0 接收返回的超聲波信號。由于采用的是 12 MHz 的晶 振，計數(shù)器每計一個數(shù)就是 1μs ，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 （ 2） 計算，即可得被測物體與測距儀之間的距離，設計時取 20℃ 時的聲速為 344 m/s 則有： )/2=172T0/10000cm 其中， T0為計數(shù)器 T0的計算值。測出距離后結果將以十進制 BCD碼方式送往 LED 顯示約 ，然后再發(fā)超聲波脈沖重復測量過程。 開始 單片機初始化 定時中斷子程序 有回波嗎 外部中斷子程序 返回 哈爾濱理工大學專科畢業(yè) 論文 19 超聲波發(fā)生子程序和超聲波接 收中斷程 序 超聲波發(fā)生子程序的作用是通過 端口發(fā)送 2 個左右超聲波脈沖信號（頻率約 40kHz 的方波），脈沖寬度為 12μs 左右，同時把計數(shù)器 T0 打開進行計時。超聲波發(fā)生子程序較簡單，但要求程序運行準確，所以采用匯編語言編程。 超聲波測距儀主程序利用外中斷 0 檢測返回超聲波信號，一旦接收到返回超聲波信號（即 INT0 引腳出現(xiàn)低電平），立即進入中斷程序。進入中斷后就立即關閉計時器 T0 停止計時，并將測距成功標志字賦值 1。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 T0溢出中斷將外中斷0 關閉，并將測 距成功標志字賦值 2 以表示此次測距不成功。 前方測距電路的輸出端接單片機 INT0 端口，中斷優(yōu)先級最高，左、右測距電路的輸出通過與門 IC3A 的輸出接單片機 INT1 端口，同時單片機 和 接到 IC3A 的輸入端，中斷源的識別由程序查詢來處理，中斷優(yōu)先級為先右后左。 N Y 圖 42 定時中斷服務子程序 發(fā)射超聲波 定時中斷入口 定時器初始化 三方向均發(fā)射完 停止發(fā)射 返回 哈爾濱理工大學?？飘厴I(yè) 論文 20 圖 43 外部中斷服務子程序 系統(tǒng)的軟硬件的調試 超聲波測距儀的制作和調試都比較簡單，其中超聲波發(fā)射和接收采 用Φ15 的超聲波換能器 TCT4010F1（ T 發(fā)射）和 TCT4010S1（ R 接收），中心頻率為 40kHz，安裝時應保持兩換能器中心軸線平行并相距 4～ 8cm，其余元件無特殊要求。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。根據(jù)測量范圍要求不同，可適當調整與接收換能器并接的濾波電容 C0的大小，以獲得合適的接收靈敏度和抗干擾能力。 外部中斷入口 關外部中斷 讀取時間值 計算距離 結果輸出 開外部中斷 返回 哈爾濱理工大學?？飘厴I(yè) 論文 21 超聲波測距時需要測的是從發(fā)射開始到接收到回波信號的這段時間里的聲波往返的時間差，由于需要對接收到的回波信號進行檢測，而檢測的有效信號為反射的回波信號，所以應該要盡量避免 檢測到余波信號而超聲波檢測中最小測量盲區(qū)存在的主要原因也是因為余波干