超聲波測距儀設(shè)計

1、超聲波測距儀一、功能要求設(shè)計一個超聲波測距儀， 可以測量測距儀與被測物體間的距離。要求測量范圍0.14.00沒，測量精度1cm,測量時與被測物體不接觸，并將測量結(jié)果顯示出來。二、系統(tǒng)硬件電路1 .單片機系統(tǒng)及顯示電路單片機采用89C51或89S51。采用12MHz高精度晶振，以獲得較穩(wěn)定的時鐘頻率，減小測量誤差。單片機用p1.0端口輸出超聲波換能器所需的40Hz方波信號，利用外中斷0 口監(jiān)測超聲波接受電路輸出的返回信號。顯示電路采用簡單實用的4位共陽極LED數(shù)碼管，段碼用74LS244驅(qū)動，位用PNP8550驅(qū)動。2 .超聲波發(fā)射電路主要由74LS04和超聲波換能器 T構(gòu)成。這種推挽形式的方波

2、信號可以提高發(fā)射強度。 反相器并聯(lián)提高驅(qū)動能力。上拉電阻R1、R2提高74LS04輸出高電平的驅(qū)動能力。3 .超聲波接收電路CX20106A是接收38KHz超聲波的芯片，可利用它做接收電路。4 .系統(tǒng)程序超聲波測距儀的軟件主要由主程序、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。主程序：丟系統(tǒng)初始化，設(shè)置 T0為方式1, EA=1 , P0, P2清0。為避免超聲波發(fā)射器直接接傳 送到接收器，需要延時 0.1ms。由于時鐘的頻率是 12MHz ,計數(shù)器每計一個數(shù)就是1us。如果按聲速 344m/s,則 d=c*t/2=172T0 cm超聲波發(fā)生子程序：通過 P1.0端口發(fā)送2個左右

3、超聲波脈沖信號，脈寬12us,同時T0計數(shù)。超聲波測距儀利用中斷 0檢測返回的超聲波，一旦接收到返回的信號，立即進入中斷。中斷后就立即關(guān)閉 T0停止計時。如果計數(shù)器益出則測試不成功。3方案設(shè)計和選擇根據(jù)本次設(shè)計的要求，方案的選擇應(yīng)力求實用性強，性價比高，使用簡單。3.1 超聲波測距的基本原理諧振頻率高于20kHz的聲波被稱為超聲波。超聲波為直線傳播方式，頻率越 高，繞射能力越弱，但反射能力越強。利用超聲波的這種性能就可制成超聲傳感 器，或稱為超聲換能器，它是一種既可以把電能轉(zhuǎn)化為機械能、又可以把機械能轉(zhuǎn)化為電能的器件或裝置。換能器在電脈沖激勵下可將電能轉(zhuǎn)換為機械能，向外發(fā)送超聲波；反之，當(dāng)換能

4、器處在接收狀態(tài)時，它可將聲能（機械能）轉(zhuǎn)換為電能。3.1.1 超聲波發(fā)生器為了研究和利用超聲波，人們已經(jīng)設(shè)計和制成了許多超聲波發(fā)生器?？傮w上講，超聲波發(fā)生器可以分為兩大類：一類是用電氣方式產(chǎn)生超聲波，一類是用機械方式產(chǎn)生超聲波。電氣方式包括壓電型、磁致伸縮型和電動 型等；機械方式有加爾統(tǒng)笛、液哨和氣流旋笛等。它們所產(chǎn)生的超聲波的頻率、功率和聲波特性各不相同，因而用途也各不相同。目前較為常用的 是壓電式超聲波發(fā)生器。3.1.2 壓電式超聲波發(fā)生器原理壓電式超聲波發(fā)生器實際上是利用壓電晶體的諧振來工作的。超聲波發(fā)生器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 1所示，它有兩個壓電晶片和一個共振板。當(dāng)它的兩 極外加脈沖信 號，其

5、頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時，壓電晶片將會 發(fā)生共振，并帶動共振板振動，便產(chǎn)生超聲波。反之，如果兩電極間未外 加電壓，當(dāng)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器了。3.1.3 超聲波測距原理超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時刻的同時開始計時， 超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到 反射波就立即停 止計時。超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s,根據(jù)計時器記錄的時間t,就可以計算出發(fā)射點距障礙物的距離（s）,即：s=340t/2最常用的超聲測距的方法是回聲探測法，超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲 波，在發(fā)射時

6、刻的同時計數(shù)器開始計時， 超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物 面阻擋就立即反射回來，超聲波接收器收到反射回的超聲波就立即停止計時。超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s,根據(jù)計時器記錄的時間t,就可以計算出發(fā) 射點距障礙物面的距離s,即：s=340t/2 0由于超聲波也是一種聲波，其聲速V與溫度有關(guān)。在使用時，如果傳播介質(zhì) 溫度變化不大，則可近似認為超聲波速度在傳播的過程中是基本不變的。如果對測距精度要求很高，則應(yīng)通過溫度補償?shù)姆椒▽y量結(jié)果加以數(shù)值校正。聲速確定后，只要測得超聲波往返的時間，即可求得距離。這就是超聲波測距儀的基本原 理。如圖3-1所示：圖3-1超聲波的測距原理H = S co

7、s r(3-1 )a a arctg ()H，(3-2)式中:L-兩探頭之間中心距離的一半.又知道超聲波傳播的距離為：2S =vt(3-3)式中:v 超聲波在介質(zhì)中的傳播速度；t一超聲波從發(fā)射到接收所需要的時間.將(32)、(33)代入(3-1)中得：,1 r L,H = - vt cosarctg (3-4)其中，超聲波的傳播速度 v在一定的溫度下是一個常數(shù)(例如在溫度T=30度 時,V=349m/s);當(dāng)需要測量的距離H遠遠大于L時，則(34)變?yōu)椋? H vt2(3-5)所以，只要需要測量出超聲波傳播的時間t,就可以得出測量的距離H.3.2 單片機 AT89S52單片機一詞最初源于“ S

8、ingle-Chip Microcomputer ”，簡稱“ SCM。單片 機也叫做“微控制器”或者“嵌入式微控制器”。它不是完成某一個邏輯功能的 芯片(芯片也稱為集成電路塊，它是 1958年9月12日，在Robert Noyce的領(lǐng) 導(dǎo)下，科研小組發(fā)明集成電路后開始出現(xiàn)的一個名稱)，而是把一個微型計算機 系統(tǒng)集成到一個芯片上。概括的講：一塊芯片就成了一臺計算機。它體積小、質(zhì) 量輕、價格便宜，為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。近年來，微處理器已廣 泛應(yīng)用于多種領(lǐng)域，尤其是在智能儀器儀表中的應(yīng)用更是如此， 這不僅引起了產(chǎn) 品本身的變革，也深深地影響設(shè)計的理念的變革。智能儀器儀表作為一種智能系 統(tǒng)

9、，其核心在于微處理器。基于微處理器的智能系統(tǒng)設(shè)計，已成為目前電子設(shè)計 領(lǐng)域的一個熱點。智能系統(tǒng)是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，一般包含微處理器、按鍵與顯示 人機界面、A/D轉(zhuǎn)換、D/A轉(zhuǎn)換等基本功能部件，同時也包含與應(yīng)用領(lǐng)域相關(guān)的 其他特殊部件。智能系統(tǒng)一般需要在惡劣的環(huán)境下長期連續(xù)地工作，因此在滿足 功能的基礎(chǔ)上，其可靠性也是設(shè)計時需要考慮的一個方面，目前已經(jīng)普遍應(yīng)用于通信、雷達、遙控和自動控制等各個領(lǐng)域中。在本次畢業(yè)設(shè)計中我選用的是 AT89S52II片機。AT89S52是一個低功耗，高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含 8k BytesISP(In-system programmable) 的可反復(fù)擦寫

10、1000次的Flash只讀程序存儲器， 器件采用ATME公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單 元，功能強大的微型計算機的AT89S52可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價 比的解決方案。4.1整體電路設(shè)計整體電路的控制核心為單片機AT89S52超聲波發(fā)射和接收電路中都對相應(yīng) 信號進行整形及放大，以保證測量結(jié)果盡可能精確。超聲波探頭接OUTq實現(xiàn)超 聲波的發(fā)射和接收。另外還有溫度測量電路測量當(dāng)時的空氣溫度，等到把數(shù)據(jù)送到單片機后使用軟件對超聲波的傳播速度進行調(diào)整，使測量精度能夠達到要求。 整

11、體結(jié)構(gòu)圖包括超聲波發(fā)射電路，超聲波接收電路，單片機電路，顯示電路與溫度 測量電路等幾部分模塊組成。而超聲波發(fā)射與接收電路還要加入放大電路。在發(fā)射后把信號放大，接收前也要把還再次放大。整體電路結(jié)構(gòu)圖如圖4-1 0圖4-1超聲波測距原理圖單片機發(fā)出40kHz的信號，經(jīng)放大后通過超聲波發(fā)射器輸出；超聲波接收器將接收到的超聲波信號經(jīng)放大器放大，用鎖相環(huán)電路進行檢波處理后，啟動單片機中斷程序，測得時間為t,再由軟件進行判別、計算，得出距離數(shù)并送 LED 顯示。圖4-2超聲波發(fā)送原理圖5.4實現(xiàn)重要功能的程序的分析5.4.1 實現(xiàn)溫度讀取功能/讀取溫度，返回整數(shù)值uint Read_Temperature

12、(void) uint c;reset();/tu=0;/if(r)write(OxCC);/write(OxBE);/c=read();/reset();/write(OxCC);write(0x44);復(fù)位18b20芯片先置位溫度正負標(biāo)示為正跳過多傳感器識別skio rom發(fā)讀內(nèi)部9字節(jié)內(nèi)容指令讀兩個字讀完兩個字節(jié)后復(fù)位/跳過多傳感器識別skio rom/發(fā)啟動溫度變換指令圖5-1程序流程框圖停止發(fā)射外部中斷入口卻卜而斷讀取時間結(jié)果輸出V開外部中斷若溫度小于0,tu=1/去掉低四位即為整數(shù)溫度值，無需if(c>0x1000)c=c+1;tu=1;/c>>=4;*0.062

13、5return c; elsereturn r; /5.4.2 實現(xiàn)根據(jù)溫度轉(zhuǎn)化聲速 int C_speed(void)/uchar y;y=Read_Temperature(); if(r) 速 T_c=y;if(tu=0)speed=332+T_C*0.607; else speed=332-T_C*0.607; else speed=346.5;返回0XFF表示未檢測到18B20芯片根據(jù)溫度查算聲速值/采溫度/若溫度有變化則按溫度值取聲/溫度值=變化后的溫度值/溫度為正則+聲速/溫度為負則-聲速/ 若1820不存在即無法讀取溫度,速=346.5M/S （取 25 度）return spe

14、ed;5.4.3 實現(xiàn)距離計算float Dis_count()/距離計算函數(shù)float cm;cm=TH1*256+TL1;cm-=7610;/減去限制10M的初值+可調(diào)誤差值cm*=speed;/計算跑離uS*34650mcm/=20000;/轉(zhuǎn)換為s單程return cm;5.4.4 主函數(shù)的結(jié)構(gòu)與內(nèi)容void main(void)/主函數(shù)uchar w;Read_Temperature();/ 先采一次溫度for(w=11;w<255;w-)/ 啟動顯示 90, HA -LED_Data=LED0w;led_1H=0;led_2H=0;led_3H=0;time(400);bel

15、l=0;LED_Data=0xff;time(20);bell=1;OFF=0xff;/ 關(guān)閉 P3 口/ key();T_show:/標(biāo)號EA=0;/關(guān)總中斷TR1=0;/停止計數(shù)doLED_T_C(Read_Temperature();/ 采溫度并轉(zhuǎn)換為 LED顯示值show(25);/顯168次后采一次溫度key(); show(25); key(); show(25); key(); show(25); key(); show(25); key(); show(25);key()；show(25);key()；while(show_temperature=1);/ 測距部分開始TMOD

16、=0X11;/計數(shù)模式EA=1;/IT1=1;/w=0; while(1) TT1()；/TR1=1;/Send_40K();/time_11uS(6);/ET1=1;/EX0=1;/do led_display();while(flag=0&&TO=0); /判斷是否超出測量范圍if(flag=1)if(w>27)C_speed();w=0; w+;/如W師0只顯示溫度設(shè)定時器T0、T1工作于16位定時/開總中斷外部中斷下降沿觸發(fā)方式裝T1初值啟動定時器T1發(fā)送測量方波延時66uS,限制最小測量允許T1中斷允許外部中斷0中斷判斷是否有收到回波 如有則計算/測Wu距后取一

17、次溫度聲速dis=Dis_count();/ 轉(zhuǎn)換距離flag=0;if(dis<=8|dis>=996)temp0=0xF7;temp1=0xF7;temp2=0xF7;溢出處理elsebell=0;LED_temp(dis);bell=1;show(10);/測量數(shù)據(jù)顯示 TO=0;show(10);key()；if(show_temperature=1)goto T_show;/ 如果 WM 0 則只顯示溫度 第1部分 系統(tǒng)整體方案設(shè)計與比較一、實驗?zāi)康? .用所學(xué)知識結(jié)合所查閱的資料提出設(shè)計方案2 .掌握系統(tǒng)整體方案設(shè)計的方法3 .培養(yǎng)分析系統(tǒng)設(shè)計方案的能力并從方案中選擇一

18、個最優(yōu)的設(shè)計方案二、實驗內(nèi)容針對本次課題，提出幾種總體設(shè)計方案，并比較具優(yōu)缺點，確定兩套方案中 的一套為本課題采納的方案并對主要思想進行初步的閘序。 用方框圖畫出個方案 的原理框圖。并分析方案的重點也難點。三、實驗原理與方法題目的要求是設(shè)計一個超聲波測距儀， 可以應(yīng)用于汽車倒車、建筑施工工地 以及一些工業(yè)現(xiàn)場的位置監(jiān)控，也可以用于如液位、井深、管道長度的測量等場 合。具體要求如下：1測量范圍在0.5-4.00m ,測量精度1cm=2測量時與被測物體無直接接觸，能夠清晰穩(wěn)定地顯示測量結(jié)果。本次設(shè)計的重點與難點：1要對單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，特別是各個I/O 口，中斷和定時器部分。以及其 外圍電路的具體

19、連接方法。2要對單片機的語言指令特別的熟練運用，能夠根據(jù)參考資料結(jié)合自己的設(shè) 計進行對程序的設(shè)計，排錯。3選擇一種適合的超聲波測距方法。同時掌握其原理及工作方式。四、實驗步驟多路遙控開關(guān)的實現(xiàn)方法有很多。但大部分都是純硬件的電路。這樣的電路 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不容易調(diào)試。但總的來說有無線和紅外線等幾種方式。就器件的簡單 程度和特定的民用要求，采用了紅外線的遙控方式。且利用的是兩片AT89S51單片機來實現(xiàn)的。根據(jù)老師的建議及性能的比較，選擇了用軟硬件結(jié)合的方式來 實現(xiàn)。現(xiàn)在對如下兩種方案做如下的簡要介紹。Zu tk 1 :利用分立模塊的超聲波測距儀系統(tǒng)包括超聲波測距模組、LED數(shù)碼顯示模組、驅(qū)動模組控

20、制模組及電源五 部分。超聲波測距模塊主要由發(fā)射部分和接收部分組成，超聲波的發(fā)射受主控制器 控制（如圖1.1所示）；超聲波換能器諧振在40KHz的頻率，模塊上帶有40KHz 方波產(chǎn)生電路。顯示模塊是一個8位段數(shù)碼顯示的LCD測量結(jié)果的顯示用到三位數(shù)字段碼， 格式為X點XX米，同時還用兩位數(shù)字段碼顯示數(shù)據(jù)的個數(shù)。電源采用9V的DC電源輸入，經(jīng)穩(wěn)壓管后得出5V以及3.3V的電源供系統(tǒng)各 部分電路使用。圖1.1超聲波測距的結(jié)構(gòu)圖圖1.2紅外接收電路萬案2:根據(jù)設(shè)計要求并綜合各方面因素，可以采用 AT89S52單片機作為主控制器， 用LED數(shù)碼管顯示，超聲波驅(qū)動信號用單片機發(fā)出和接收， 基于AT89S5

21、2單片機 的超聲波測距儀系統(tǒng)框圖如圖 1.3所示。超聲波測距原理，即超聲波發(fā)生器T在某一時刻發(fā)出的一個超聲波信號，當(dāng)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。圖1.3基于AT89S52單片機的超聲波測距儀系統(tǒng)框圖這樣只要計算出發(fā)出信號到接收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。距離計算公式：d=s/2=(cx t)/2d為被測物與測距儀的距離s為聲波的來回路程c為聲速t為聲波來回所用時間超聲波是指頻率高于20kHz的機械波。為了以超聲波作為檢測手段，必須 產(chǎn)生超聲波和接收超聲波，完成這種功能的裝置就是超聲波傳感器， 習(xí)慣上稱為 超聲波換能器或超聲波探頭，超聲

22、波傳感器有發(fā)送器和接收器，但一個超聲波傳 感器也可具有發(fā)送和接收聲波的雙重作用。超聲波傳感器是利用壓電效應(yīng)的原理 將電能和超聲波相互轉(zhuǎn)化，即在發(fā)射超聲波的時候，將電能轉(zhuǎn)換，發(fā)射超聲波， 而在收回波的時候，則將超聲振動轉(zhuǎn)換成電信號。超聲波測距的原理一般一般采用渡越時間法 TOF(time off light)。首先測出超聲波從發(fā)射到遇到障礙物返回所經(jīng)歷的時間，再乘以超聲波的速度就得到二倍的聲源與障礙物之間的距離，測量距離的方法有很多種，短距離的可以泳尺， 遠距離的有激光測距等，超聲波測距適用于高精度的中長距離測量，因為超聲波在標(biāo)準(zhǔn)空氣中的傳播速度為331.45m/s。單片機使用12MHzS振，所

23、以此系統(tǒng)的 測量精度理論上可以達到毫米級。超聲波發(fā)生器可以分為兩類：一類是用電氣方式產(chǎn)生超聲波，另一類是用 機械方式產(chǎn)生超聲波。本課題屬于近距離測量，可以采用常用的壓電式超聲波換 能器來實現(xiàn)。六、實驗記錄與結(jié)論以上兩種方案都有各自的優(yōu)缺點，其中前者是純硬件的數(shù)模電路，電路所涉 及的器件相對較多，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，產(chǎn)品的壽命也因器件的數(shù)量而減少。 同時考 慮到本次設(shè)計為專業(yè)綜合實驗和單片機的優(yōu)越性，盡管方案2應(yīng)用到軟件的知識 太多，增大了電路實現(xiàn)的難度。但根據(jù)設(shè)計的技術(shù)含量和調(diào)試的簡便性， 同時該 方案的系統(tǒng)穩(wěn)定性較好，故選擇了第二套方案。第2部分原理圖的繪制及仿真軟件訓(xùn)練一、實驗?zāi)康? .掌握原理

24、圖的繪制方法和protel軟件的使用，便于以后實驗的設(shè)計與進 行2 .掌握電路仿真的方法和proteus軟件的使用，便于對以后的實驗的仿真與 修改3 .掌握運用SYSTEM VIEW）使用方法并用其對以后的軟件系統(tǒng)做仿真二、實驗內(nèi)容1 .練習(xí)使用protel軟件，并且用其繪制系統(tǒng)原理圖2 .練習(xí)使用proteus軟件，并且用來仿真單片機的部分實例3 .練習(xí)使用SYSTEM VIE演統(tǒng)平臺，并進行系統(tǒng)的設(shè)計與仿真三、實驗原理與方法本次實驗主要用到了 protel軟件和proteus軟件。1. PROTE歐件介紹PROTELI PORTE公司在80年代末推出的EDA件，在電子行業(yè)的 CADC 件中

25、，它當(dāng)之無愧地排在眾多EDA®C件的前面，是電子設(shè)計者的首選軟件，它較 早就在國內(nèi)開始使用，在國內(nèi)的普及率也最高，有些高校的電子專業(yè)還專門開設(shè) 了課程來學(xué)習(xí)它，幾乎所有的電子公司都要用到它，許多大公司在招聘電子設(shè)計 人才時在其條件欄上常會寫著要求會使用PROTEL2. Proteus軟件介紹Proteus軟件是英國Labcenter electronics 公司出版的EDA工具軟件。它 不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。它是目前 最好的仿真單片機及外圍器件的工具。 雖然目前國內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片 機愛好者、從事單片機教學(xué)的教師、致力于單片機開發(fā)應(yīng)用

26、的科技工作者的青睞。 Proteus是世界上著名的EDAT具（仿真軟件），從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片 機與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCBS計，真正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整 設(shè)計。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCBS計軟件和虛擬模型仿真軟件三 合一的設(shè)計平臺。3. SYSTEM VIEV< 件介紹System View是一個用于現(xiàn)代工程與科學(xué)系統(tǒng)設(shè)計及仿真的動態(tài)系統(tǒng)分析平臺。從濾波器設(shè)計、信號處理、完整通信系統(tǒng)的設(shè)計與仿真，直到一般的系統(tǒng) 數(shù)學(xué)模型建立等各個領(lǐng)域，System View在友好而且功能齊全的窗口環(huán)境下，為 用戶提供了一個精密的嵌入式分析工具。四、實驗步驟使用prot

27、el繪制原理圖的步驟1 .設(shè)計圖紙大小。首先要構(gòu)思好零件圖，設(shè)計好圖紙大小。圖紙大小是根據(jù) 電路圖的規(guī)模和復(fù)雜程度而定的，設(shè)置合適的圖紙大小是設(shè)計好原理圖的第一 步。2 .設(shè)置protel 99 se/Schematic設(shè)計環(huán)境。包括設(shè)置格點大小和類型，光標(biāo)類型等等，大多數(shù)參數(shù)也可以使用系統(tǒng)默認值。3 .旋轉(zhuǎn)零件。用戶根據(jù)電路圖的需要，將零件從零件庫里取出放置到圖紙上， 并對放置零件的序號、零件封裝進行定義和設(shè)定等工作。4 .原理圖連線。利用protel 99 se/Schematic提供的各種工具，將圖紙上的元件用具有電氣意義的導(dǎo)線、符號連接起來，構(gòu)成一個完整的原理圖。5 .調(diào)整線路。將初步

28、繪制好的電路圖作進一步的調(diào)整和修改，使得原理圖更加美觀。6 .報表輸出。通過protel 99 se/Schematic提供的各種報表工具生成各種報表，其中最重要的報表是網(wǎng)絡(luò)表，通過網(wǎng)絡(luò)表為后續(xù)的電路板設(shè)計作準(zhǔn)備。7 .文件保存及打印輸出。最后的步驟是文件保存及打印輸出。使用proteus仿真的步驟1 .添加元件；添加本次仿真所需要的元件到元件列表。2 .放置元件；將添加進來的元件，放置到原理圖編輯區(qū)中。3 .電路圖布線；將各個元件連接起來。4 .系統(tǒng)仿真；導(dǎo)入程序文件，進行仿真，觀察結(jié)果。五、實驗記錄與結(jié)論使用protel繪制出來的單片機最小系統(tǒng)的原理圖截圖，如圖2.1。圖2.1 ADC轉(zhuǎn)換

29、原理圖使用proteus設(shè)計的電動機顯示實例截圖，如圖 2.2。2通過本次實驗讓我對>XTAL1PO0/SXTAL2P0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3RSTU1PSENP0.4/AD4P0.6 薩£)5P0.6/AD6P0 7/AD7P2J0W8P2.1M9P2 2ZA10P23AMialeP2.4/A12AT89C51P25al 3P1.0P2.6/A14P27/A1SP3.0/RXDP3.1XTXDri .1F>1,2P3.2ANT0P1 W ma jtP33IMT1P3.4/T0PI . 4P1.5P3.5/T1器圖2.2電動機加時旅DProteus

30、, protel和 System view 有了39工363534212324工282.定的了解，能用Proteus繪制一些簡單的仿真圖如圖 2.1和2.2。同時對protel的制作步驟也有了個較深的了解，相信對后面的系統(tǒng)設(shè)計有很大的幫助。最后也對Systemview做了一定的了解，但是還很薄弱，以后還得加強。第3部分 系統(tǒng)的硬件電路及軟件設(shè)計一、實驗?zāi)康? .掌握運用匯編語言編寫程序和模塊化的編程概念2 .對系統(tǒng)硬件電路進行詳細設(shè)計，畫出原理圖3 .掌握各單元模塊的使用方法及功能二、實驗內(nèi)容1 .設(shè)計超聲波測距儀系統(tǒng)各個部分的硬件電路，并且在 protel中畫出原理 圖。2.利用Keil軟件

31、，設(shè)計出系統(tǒng)軟件的程序代碼。三、實驗原理與方法。At89s52是一種低功耗、高性能CMOS8微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程 Flash存儲器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完 全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于 常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的 8位CPUffi在系統(tǒng)可編程Flash ,使得 AT89S52*眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。AT89S52 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash , 256字節(jié)RAM 32位I/O 口線，看門狗定 時器，2個數(shù)據(jù)指針，三個16位 定時器/計數(shù)器，一個6向量

32、2級中斷結(jié)構(gòu)， 全雙工用行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外，AT89S52可降至0Hz靜態(tài)邏 輯 操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下， CPU停止工作，允許RAM 定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下， RAM內(nèi)容被保存，振 蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。 8位微控 制器8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash AT89S52 P0 口： P0 口是一個8位漏極開路的 雙向I/O 口。作為輸出口，每位能驅(qū)動8個TTL邏輯電平。對P0端口寫“1”時， 引腳用作高阻抗輸入。當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，P0 口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在 這種模式下，

33、P0不具有內(nèi)部上拉電阻。在flash編程時，P0 口也用來接收指令 字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。程序校驗時，需要外部上拉電阻。P1 口：P1 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向I/O 口，pl輸出緩沖器能驅(qū)動4個 TTL邏輯電平。對P1端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作 為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因， 將輸 出電流（IIL ）。止匕外，P1.0和P1.1分別作定時器/計數(shù)器2的外部計數(shù)輸入 （P1.0/T2）和定時器/計數(shù)器2的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX）,具體如下表所示。在flash編程和校驗時，P1 口接收低8位地址字節(jié)。引腳號

34、第二功能P1.0 T2 （定時器/計數(shù)器T2的外部計數(shù)輸入），時鐘輸出P1.1 T2EX （定時器/計數(shù)器T2的捕捉/重載觸發(fā)信號和方向控制）P1.5 MOSI （在系統(tǒng)編程用）P1.6 MISO （在系統(tǒng)編程用）P1.7 SCK （在系統(tǒng)編程用）P2 口： P2 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向I/O 口，P2輸出緩沖器 能驅(qū)動4個TTL邏輯電平。對P2端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此 時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原 因，將輸出電流（IIL ）。在訪問外部程序存儲器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存 儲器（例如執(zhí)行MOVDPTR時，P2口送出高

35、八位地址。在這種應(yīng)用中，P2 口 使用很強的內(nèi)部上拉發(fā)送1。在使用8位地址（如MOVRI訪問外部數(shù)據(jù)存儲 器時，P2 口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。在flash編程和校驗時，P2 口也接收高8 位地址字節(jié)和一些控制信號。P3 口： P3 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向I/O 口，p3輸出緩沖器能 驅(qū)動4個TTL邏輯電平。對P3端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，止匕 時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原 因，將輸出電流（IIL ）。P3口亦作為AT89S52W殊功能（第二功能）使用。在flash編程和校驗時，P3 口也接收一些控制信號。端口引腳第二功能P3

36、.0 RXD（串行輸入口）P3.1 TXD（用行輸出口）P3.2 INTO（外中斷 0）P3.3 INT1（外中斷 1）P3.4 TO（定時/計數(shù)器0）P3.5 T1（定時/計數(shù)器1）P3.6 WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7 RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）止匕外，P3口還接收一些用于FLASHY存編程和程序校驗的控制信號。RST-復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電 平將是單片機復(fù)位。ALE/PRO G當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ALE（地址鎖存允許） 輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。一般情況下，ALE仍以時鐘振蕩頻率的1/6 輸出固定的脈沖信號，因此它可

37、對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個 ALE脈沖。對FLASHY儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PRO6如有必要，可通過對特殊功能寄存器（SFR區(qū)中的8EH單元的D0位置位， 可禁止ALE操作。該位置位后，只有一條MOVX口 MOV的令才能將ALE激活。此 外，該引腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應(yīng)設(shè)置 ALE禁止位無效。PSEG一程序儲存允許（PSEN輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當(dāng) AT89S52由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次PSENt效,即輸出兩個脈沖，在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，將跳過兩次PSENB號。E

38、A/VPP-外部訪問允許，欲使CPU僅訪問外部程序存儲器（地址為 0000H-FFFFH, EA端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被編程，復(fù)位時內(nèi)部會鎖存EA端狀態(tài)(T2>P1.O 匚w14 口Zl vccT2EX)F1.- C238Z1 PC C (ADj 1F1J2 匚3犯 FC - I-.Z- 1P1.3 匚43?內(nèi)P1,4 匚53B3 PC 3 iAD.< 1(MOSI>P1.5 匚6S5 PD.-fl (AC4)lMlSD>Pl.6E7嬖Zl PD.B (AM)(SCK； P1.7 匚333 PO-6 (AM)RST匚932口 FC - 3

39、 二(RXD) P3 0 匚ID31 E&VPPiT?O：, P3.1 匚1130ALSRCGfrrTC：ps.2C1225J PSEN(IFTEPlW 匚1326 P217 供 13(T0>P3i,4E142? P2l6AH)(Ti> P35 匚152S1 P2r fAtS而 P3出匚W25Zl P2.4(A12)F3：,P3.7：17¥Zl P2 3.AnXTAL2C1823 P2.2 (AID)XTAL1匚223P2.i<as)GND匚20212 P2 D i：A5i如EA端為高電平（接 執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器的指FLASHY儲器編程時， 的編程允許電源V

40、pp,當(dāng) 件是使用12V編程電壓Vcc 端）,CPU貝U 令。該引腳加上+12V 然這必須是該器Vppo圖3.1 AT89S52引腳圖此設(shè)計采用AT89S52單片機作為主控制器，用LEDR碼管顯示，超聲波驅(qū)動 信號用單片機發(fā)出和接受，基于 AT89S52單片機的超聲波測距儀系統(tǒng)框圖如圖 3.1所示。圖3.1基于AT89S52單片機的超聲波測距儀系統(tǒng)框圖超聲波測距原理，即超聲波發(fā)生器T在某一時刻發(fā)出的一個超聲波信號，當(dāng)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。單片機采用AT89S52系統(tǒng)用12MHzt精度晶振得到較為穩(wěn)定的時鐘頻率以 減小測量誤差。用單片機P1.0端口卒&出

41、40KHz方波信號，禾I用外中斷0檢測接 受返回的超聲波信號，顯示電路采用常用的七段數(shù)碼管，電路圖原理圖如圖 3.2所示。圖3.2基于AT89S52單片機的超聲波測距儀原理圖超聲波發(fā)射采用推挽形式將 P1.0端口發(fā)出的方波信號加到超聲波換能器兩 端以提高超聲波發(fā)射的強度。發(fā)射電路主要由74LS04和超聲波換能器構(gòu)成，用單片機P1.0端口輸出40KHz方波信號一路經(jīng)一級反向后送到超聲波換能器的一 個電極，另一路經(jīng)兩級反向后送到超聲波換能器的另一個電極。超聲波接受采用的是常用于電視機紅外遙控接收器的芯片CX20106A考慮到紅外遙控常用的載波頻率38KHz與測距超聲波頻率40KHz較為接近，可以利

42、用 它作為超聲波檢測電路。實驗證明其具有很高的靈敏度和較強的抗干擾能力。適 當(dāng)改變超聲波接收探頭兩端電容的大小，可改變接收電路的靈敏度和抗干擾能 力。軟件設(shè)計部分超聲波測距儀軟件設(shè)計主要由主程序、超聲波發(fā)射子程序、超聲波接收中斷 程序及顯示子程序組成。超聲波主程序首先對系統(tǒng)初始化，設(shè)置定時器的初值和工作方式，使總中斷 允許位EA=1,并給顯示端口清00然后調(diào)用超聲波發(fā)生子程序送出一個超聲波脈 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 0.1ms （這也就是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12MHz的晶振，機器周期為1g當(dāng)

43、主程序檢測到接收 成功的標(biāo)志位后，將計數(shù)器 T0中的數(shù)（即超聲波來回所用的時間）按下式計算 即可測得物體與測距儀之間的距離， 設(shè)計時取20c時的聲速344m/s,則有：d=（c X t）/2=（172T0/10 000）cm,（其中T0為計數(shù)器T0的計數(shù)值）。超聲波發(fā)生子程序的作用是通過 P1.0端口發(fā)送2個左右的超聲波信號頻率 約40kKz的方波，脈沖寬度為12的左右，同時把計數(shù)器T0打開進行計時。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 （INT0引腳出現(xiàn)低電平），立即進入中斷程序。進入該中斷后就立即關(guān)閉計時器 T0停止計時，并將測距成功標(biāo)志字賦值1。如

44、果當(dāng)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(guān)閉，并將測距成功標(biāo)志字賦值 2,以表示此次測距不成功。程序流程圖：圖3.13超聲波測距儀系統(tǒng)程序流程圖四、實驗記錄及結(jié)果PROTE原理圖:圖3.4 超聲波測距儀硬件圖程序設(shè)計清單：(1)發(fā)射程序VOUT EQUP1.0;超聲波脈沖輸出端口ORG 0000HLJMP STARTORG 0003HLJMP PINT0ORG 000BHLJMP INTT0ORG 0013HRETIORG 001BHLJMP INTT1ORG 0023HRETIORG 002BHRETISTART:MOV SP,#4FHMOVR0,#40HM

45、OVR7,#0BHCLEARDISP: MOVR0,#00HINCR0DJNZR7,CLEARDISPMOV20H,#00HMOVTMOD,#21HMOVTH0,#00HMOVTL0,#00HMOVTH1,#0F2HMOVTL1,#0F2HMOVP0,#0FFHMOVP1,#0FFHMOVP2,#0FFHMOVP3,#0FFHMOVR4,#04 HSETBPX0SETBET0SETBEASETBTR0start1:LCALL DISPLAYJNB00H,START1CLREALCALLmathSETBEACLR00HSETBTR0MOVR2,#64HLOOP:LCALLDISPLAYDJNZR2,LOOPSJMPStart1DISPLAY: MOVR1,#40HMOVR5,#0F7HPLAY: MOV A,R5MOVP0,#0FFHMOVP2,AMOVA,R1MOVDPTR,#TABMOVCA,A+DPTRMOVP0,ALCALLDL1MSINCR1MOVA,R5JNBACC.0,ENDOUT;GRRAMOVR5,AAJMP PLAYENDOU