...wd......wd......wd...超聲波測(cè)距儀的設(shè)計(jì)摘要：本設(shè)計(jì)采用以AT89C52單片機(jī)為核心的低成本、高精度、微型化數(shù)字顯示超聲波測(cè)距儀的硬件電路和軟件設(shè)計(jì)方法。整個(gè)電路采用模塊化設(shè)計(jì)，由主程序、預(yù)置子程序、發(fā)射子程序、接收子程序、顯示子程序等模塊組成。各探頭的信號(hào)經(jīng)單片機(jī)綜合分析處理，實(shí)現(xiàn)超聲波測(cè)距儀的各種功能。在此根基上設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的總體方案，最后通過硬件和軟件實(shí)現(xiàn)了各個(gè)功能模塊。相關(guān)局部附有硬件電路圖、程序流程圖。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，這套系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)合理、抗干擾能力強(qiáng)、實(shí)時(shí)性良好，經(jīng)過系統(tǒng)擴(kuò)展和升級(jí)，可以有效地解決汽車倒車、建筑施工工地以及一些工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的位置監(jiān)控。關(guān)鍵字：?jiǎn)纹瑱C(jī)超聲波測(cè)距儀目錄1緒論........................................................11.1選題背景及研究意義.....................................11.2研究步驟、方法..........................................22設(shè)計(jì)方案.....................................................42.1設(shè)計(jì)的目的和要求........................................42.2系統(tǒng)的工作原理..........................................53系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)..........................................73.1單片機(jī)簡(jiǎn)介.............................................73.1.1單片機(jī)的開展與應(yīng)用.................................73.1.2AT89C52單片機(jī)的概述..............................83.2超聲波傳感器...........................................123.3超聲波接收電路.........................................133.4超聲波接收電路........................................143.5LED碼管..............................................154設(shè)計(jì)原理及工作說明...........................................174.1計(jì)原理圖及分析........................................174.2設(shè)計(jì)說明...............................................18完畢語........................................................19附錄一超聲波測(cè)距儀電路圖.....................................21附錄二超聲波測(cè)距儀匯編程序...................................241緒論隨著科學(xué)技術(shù)越來越廣泛地使用,科技成果的迅速開展，給人民的日常生活，給我們的生活方便了許多。超聲波測(cè)距儀，就是本著這個(gè)宗旨，利用超聲波功能為我們服務(wù)。1.1選題背景及研究意義人們可以聽到聲音的振動(dòng)產(chǎn)生的原因是對(duì)象，在為20Hz-20kHz的，超過20KHZ的范圍稱為超聲，低于20Hz的叫次聲的頻率。超聲波頻率用于千赫，幾十兆赫不等。由于超聲波指向性，往往用于距離測(cè)量。利用超聲波檢測(cè)往往更快速，方便，計(jì)算簡(jiǎn)單，易于做到實(shí)時(shí)控制和測(cè)量精度可以到達(dá)工業(yè)的實(shí)際要求標(biāo)準(zhǔn)了，因此在移動(dòng)機(jī)器人，汽車安全，海洋測(cè)繪等得到廣泛應(yīng)用范圍。這種設(shè)計(jì)提供了一系列數(shù)字顯示裝置，該裝置使用單獨(dú)的發(fā)送和接收超聲波傳感器和單片機(jī)。超聲波傳感器在發(fā)射和接收操作，利用空氣中的速度和聲波脈沖發(fā)射到接收反射脈沖來計(jì)算的距離之間的距離障礙超聲波的時(shí)間間隔。這種設(shè)計(jì)使在前面的障礙距離測(cè)量，被測(cè)物體距離的增加和減少，數(shù)碼管顯示不同的值。用超聲波檢測(cè)距離，設(shè)計(jì)更加方便，計(jì)算也對(duì)比簡(jiǎn)單，在測(cè)量精度方面能到達(dá)我們的日常需要。超聲波用于倒車，建筑工地以及一些工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控位置測(cè)距儀也可以使用，例如的水平，深度，管長度測(cè)量的場(chǎng)合。這種設(shè)計(jì)是要求非接觸式測(cè)距，本人設(shè)計(jì)了一個(gè)工程的設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)可廣泛用于生活、軍事等各個(gè)領(lǐng)域，該設(shè)計(jì)需要設(shè)計(jì)者有較好的數(shù)電、模電知識(shí)，并且具有一定的編程能力，綜合運(yùn)用以上知識(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)超聲波發(fā)射與接收信號(hào)進(jìn)展控制，計(jì)算，處理最后在LED數(shù)碼管顯示。測(cè)量范圍：0.5m——12.0m,測(cè)量精度0.1m，不與被測(cè)物體直接接觸測(cè)量，可顯示清晰，穩(wěn)定的測(cè)量結(jié)果。通過我在大學(xué)四年的努力學(xué)習(xí)，得到了能夠獲得的專業(yè)知識(shí)，已經(jīng)有電路原理，模擬電子技術(shù)，數(shù)字電子技術(shù)，專業(yè)知識(shí)和微控制器和接口技術(shù)，檢測(cè)與轉(zhuǎn)換，編程知識(shí)和能力一定程度上為了使用到的知識(shí)服務(wù)社會(huì)，運(yùn)用他們的知識(shí)，所以我選擇這個(gè)主題。1.2研究步驟、方法〔1〕硬件電路的設(shè)計(jì):硬件電路的設(shè)計(jì)主要包括單片機(jī)系統(tǒng)及顯示電路、超聲波發(fā)射電路和超聲波檢測(cè)接收電路四局部。超聲波傳感器的原理及應(yīng)用：超聲波傳感器分為集成與獨(dú)立的發(fā)送和接收到兩種。本設(shè)計(jì)采用超聲波傳感器發(fā)射承受別離式?！?〕單片機(jī)的應(yīng)用及語言：對(duì)比常用的單片機(jī)有INTEL公司的MCS-51系列單片機(jī)，有兩大系列MCS-51子系列和MCS-52子系列及ATMEL公司AT89C系列單片機(jī)，有4種型號(hào)：AT89C51、AT89C52、AT89C1051、AT90C2051。軟件的實(shí)現(xiàn)何以用C語言或匯編語言來實(shí)現(xiàn)。本設(shè)計(jì)考慮到功能和成本選取了AT89C52單片機(jī)做控制器?！?〕顯示器：液晶顯示我們可以使用北京精電蓬遠(yuǎn)顯示技術(shù)的MDLS16265B液晶LCD顯示器或者八段數(shù)碼管LED。本設(shè)計(jì)選用八段數(shù)碼管LED做顯示器件?！?〕超聲波測(cè)距的范圍和精度：由于實(shí)際需要和傳感器的性能限制，測(cè)距都要有一定的范圍和精度，所以在設(shè)計(jì)測(cè)距儀時(shí)應(yīng)該考慮這兩方面的技術(shù)要求。本設(shè)計(jì)選取的傳感器要能到達(dá)要求的測(cè)量范圍和精度。二.軟件的設(shè)計(jì)超聲波測(cè)距儀的軟件設(shè)計(jì)主要由主程序，子程序超聲發(fā)射，超聲波接收中斷程序和顯示子程序。我們知道，C語言程序有利于更復(fù)雜的算法，匯編語言編程效率高，準(zhǔn)確計(jì)算運(yùn)行時(shí)間，匯編語言程序設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單。這個(gè)設(shè)計(jì)采用的是匯編語言。2超聲波智能測(cè)距儀系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案2．1超聲波智能測(cè)距儀系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的和要求1、智能超聲波測(cè)距系統(tǒng)的目的是：這種設(shè)計(jì)的主題是智能超聲波測(cè)距儀的設(shè)計(jì)，我們可以看到設(shè)計(jì)目標(biāo)是利用超聲波傳感器測(cè)量距離。隨著超聲波測(cè)量距離的超聲波發(fā)生器原理的超聲波發(fā)送信號(hào)，當(dāng)超聲波反射回來后，經(jīng)歷了被測(cè)對(duì)象是超聲接收者接收時(shí)間是T。這是計(jì)算只要超聲波信號(hào)發(fā)送到接收器從返回信號(hào)所用的時(shí)間，可以計(jì)算出超聲波發(fā)生器和從物體反射。距離計(jì)算公式：

d=s/2=(c×t)/2〔2-1〕其中，d為被測(cè)物與測(cè)距儀的距離，s為聲波的來回的路程，c為聲速，t為聲波往返所用的時(shí)間。

要設(shè)計(jì)出超聲波智能測(cè)距儀，首先要讓超聲波傳感器發(fā)射局部發(fā)射超聲波信號(hào)的時(shí)候讓定時(shí)器0計(jì)時(shí)；再要讓超聲波傳感器承受局部承受超聲波信號(hào)的時(shí)候讓定器停頓計(jì)時(shí)；最后要使計(jì)時(shí)的時(shí)間轉(zhuǎn)換為測(cè)量的距離，并且要到達(dá)一定的精度。在這個(gè)設(shè)計(jì)中在發(fā)射超聲波信號(hào)的同時(shí)翻開了總中斷，用定時(shí)器0計(jì)時(shí)，承受超聲波信號(hào)的時(shí)，用外部中斷0關(guān)閉總中斷，這時(shí)定時(shí)器0中斷停頓計(jì)時(shí)，定時(shí)器0中斷定時(shí)時(shí)間定為294US〔超聲波傳播經(jīng)過0.1m所需要的時(shí)間〕來計(jì)數(shù)。這樣可以把測(cè)量的時(shí)間轉(zhuǎn)化為測(cè)量的距離值，又可以使測(cè)量到達(dá)所需要的精度。在本設(shè)計(jì)里需要使用用到的超聲波傳感器和AT89C52單片機(jī)、超生波發(fā)射和接收電路、LED數(shù)碼管、相關(guān)驅(qū)動(dòng)電路將在后面介紹。2、超聲波智能測(cè)距儀系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求：〔1〕設(shè)計(jì)控制電路、技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式使用單片機(jī)控制。〔2〕采用超聲波測(cè)距方式實(shí)現(xiàn)。〔3〕采用LED數(shù)碼管顯示結(jié)果。2．2超聲波智能測(cè)距儀系統(tǒng)的工作原理距離的超聲波測(cè)距方法的原理通常使用時(shí)間差。首先測(cè)量從發(fā)射超聲波遇到障礙后返回按時(shí)間，通過對(duì)超聲聲速的兩倍乘以聲源與障礙物之間的距離。聲波智能測(cè)距儀設(shè)計(jì)測(cè)量裝置利用超聲波傳感器，與單片機(jī)處理，最后通過LED數(shù)碼管顯示測(cè)量值之間的距離。智能超聲波測(cè)距儀由四個(gè)局部組成，包括微控制器，超聲波傳感器和數(shù)字控制。由上圖2.1可以看出，硬件電路設(shè)計(jì)主要包括單片機(jī)系統(tǒng)，超聲波發(fā)射器和超聲波接收器，顯示電路四局部組成?；蛘哂肁T89C52單片機(jī)微控制器系列兼容系列代替。單片機(jī)對(duì)超聲波發(fā)射器進(jìn)展控制，超聲波承受器把檢測(cè)的信號(hào)輸入到單片機(jī)中，然后通過內(nèi)部程序傳輸?shù)男盘?hào)進(jìn)展分析，計(jì)算和處理，由LED數(shù)碼管顯示測(cè)量距離的最終值。超聲波測(cè)距儀的軟件設(shè)計(jì)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。設(shè)計(jì)中單片機(jī)內(nèi)的程序開了定時(shí)器0中斷和外部中斷0，使定時(shí)器工作在方式2狀態(tài)，使THO=6DH，TL0=6DH，每過294US〔超聲波傳播0.1m所需要的時(shí)間〕中斷一次,到到對(duì)測(cè)量距離計(jì)數(shù),外部中斷0承受到超聲波回波時(shí),外部中斷0產(chǎn)生中斷,使定時(shí)間0停頓計(jì)時(shí).定時(shí)器0定時(shí)初值的推導(dǎo):T=0.1%340=0.000294S=294US(2-2)T為定時(shí)器設(shè)置的定時(shí)時(shí)間.因?yàn)樵诰д?MHZ時(shí),機(jī)器周期為2US.超聲波傳播0.1M需要的機(jī)器周期數(shù)為N=294%2=147(2-3)由此可以知道,定時(shí)器0使用方式二的8位自動(dòng)重裝計(jì)數(shù)器即可,T0的定時(shí)初值為X=M-N=256-147=109D=6DH(2-4)3超聲波智能測(cè)距儀系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)3.1單片機(jī)簡(jiǎn)介單片機(jī)，亦稱單片微電腦或單片微型計(jì)算機(jī)〔SingleChipMicrocomputer〕。它是中央處理單元〔CPU〕，隨機(jī)存取存儲(chǔ)器〔RAM或EPROM，EEPROM〕中，只讀存儲(chǔ)器〔ROM〕，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，輸入/輸出端口〔I/0〕和其他主要功能集成到在一個(gè)集成電路計(jì)算機(jī)芯片的微型計(jì)算機(jī)。目前，有一種微控制器A/D和D/A轉(zhuǎn)換器，高速輸入/輸出單元，DMA通道，浮點(diǎn)運(yùn)算和其他特殊功能的新類型。3.1.1單片機(jī)的開展與應(yīng)用1974年，美國仙童(Fairchild)公司研制的世界上第一個(gè)單芯片微型計(jì)算機(jī)F8。本機(jī)有兩個(gè)集成電路芯片，構(gòu)造奇特,具有與眾不同的指令系統(tǒng),深受民用電器和儀器儀表領(lǐng)域的歡送和重視。自此，開場(chǎng)了單片機(jī)的開展也在不斷擴(kuò)大。現(xiàn)成為微型計(jì)算機(jī)，單片機(jī)開發(fā)過程中的重要分支，通?？梢苑譃橐韵碌拈_展過程劃分?！?〕第一代4位單片機(jī)(1974-1976)：這是單片機(jī)的初級(jí)階段。單片機(jī)在此期間生產(chǎn)的特點(diǎn)是集成制造工藝落后，雙片形式使用。典型的代表產(chǎn)品有Fairchild公司的F8和Mostek387公司的3870等〔2〕第二代低檔8位單片機(jī)(1976-1978)：這是微控制器的第二個(gè)開展階段。而生產(chǎn)微控制器這個(gè)時(shí)代已經(jīng)能夠在單芯片上集成的CPU，并行端口，定時(shí)器，RAM和ROM等特點(diǎn)，但性能低，品種少，不是很廣泛的應(yīng)用，英特爾的典型產(chǎn)品公司的MCS-48系列機(jī)器。〔3〕第三代高檔8位單片機(jī)(1979-1982)：這是成熟的單片機(jī)階段。這種單片機(jī)的產(chǎn)生和前幾代相比，不僅解決了存儲(chǔ)容量和范圍，并中斷源，并行I/O端口，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的數(shù)量不同程度增加，更先進(jìn)的是新的集成全雙工串行通訊接口電路。在指令中，一般將乘法和除法和對(duì)比指令。在此期間，供給鏈管理的全系列產(chǎn)品，滿足了各種不同領(lǐng)域的需要。代表產(chǎn)品有Intel公司的MCS-51系列機(jī),Motorola公司的MC6801系列機(jī),TI公司的TMS7000系列機(jī),此外,Rockwell,NS,GI和日本松下等公司也先后生產(chǎn)了自己的單片機(jī)系列〔4〕16位單片機(jī)〔1982?1990年〕〔5〕新一代的單片機(jī)〔自90年代以來〕供給鏈管理已經(jīng)成為更廣泛的應(yīng)用范圍：1〕控制系統(tǒng)。2〕智能電表。3〕機(jī)電一體化。4〕智能接口。5〕智能民用產(chǎn)品。6〕配電系統(tǒng)的功能。7〕功能集散控制系統(tǒng)。8〕局部網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。中國于1982年開場(chǎng)使用單片機(jī)的短短五年中的最新開展極為迅速。截至今天，單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)的飛速開展，據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國的單片機(jī)年容量已達(dá)1——3億片，且每年以大約16%的速度增長，但相比于中國的世界市場(chǎng)份額不到1％。特別是在玩具廠等生產(chǎn)產(chǎn)品的沿海地區(qū)，大多采用微控制器，并繼續(xù)向內(nèi)地輻射，所以在中國供給鏈管理有一個(gè)廣闊的前景。3.1.2AT89C52單片機(jī)的概述AT89C52引腳構(gòu)造圖3.1AT89C52引腳構(gòu)造功能特性描述:與MCS-51單片機(jī)產(chǎn)品兼容、8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器、1000次擦寫周期、全靜態(tài)操作：0Hz～33Hz、三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器、2個(gè)可編程I/O口線、三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、八個(gè)中斷源、全雙工UART串行通道、低功耗空閑和掉電模式、掉電后中斷可喚醒、看門狗定時(shí)器等AT89C51引腳功能描述VCC:電源GND:地P0口：P0口是一個(gè)8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯電平。對(duì)P0端口寫“1”時(shí)，引腳用作高阻抗輸入。當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下，P0具有內(nèi)部上拉電阻。在flash編程時(shí)，P0口也用來接收指令字節(jié)；而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。程序校驗(yàn)時(shí)，需要外部上拉電阻。P1口：P1口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，p1輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯電平。對(duì)P1端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，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flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口接收低8位地址字節(jié)。P2口：P2口是一個(gè)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(dòng)4個(gè)TTL邏輯電平。對(duì)P2端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用作為輸入使用時(shí)，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flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P2口亦接收低高位地址和其它控制信號(hào)。P3口：P3口是一個(gè)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(dòng)4個(gè)TTL邏輯電平。對(duì)P3端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，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flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P3口也接收一些控制信號(hào)。P3口亦作為AT89S52特殊功能〔第二功能〕使用，如下所示。AT89S52引腳號(hào)第二功能P3.0RXD〔串行輸入〕P3.1TXD〔串行輸出〕P3.2INT0(外部中斷0)P3.3INT1(外部中斷1)P3.4T0〔定時(shí)器0外部輸入〕P3.5T1〔定時(shí)器1外部輸入〕P3.6WR(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通)P3.7RD(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通)RST:復(fù)位輸入。晶振工作時(shí)，RST腳持續(xù)2個(gè)機(jī)器周期高電平將使單片機(jī)復(fù)位。ALE/PROG：地址鎖存控制信號(hào)〔ALE〕是訪問外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，鎖存低8位地址的輸出脈沖。在一般情況下，ALE以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來作為外部定時(shí)器或時(shí)鐘使用。然而，特別強(qiáng)調(diào)，在每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE脈沖將會(huì)跳過一個(gè)ALE脈沖。PSEN:外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)〔PSEN〕是外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)。當(dāng)AT89C51從外部程序存儲(chǔ)器執(zhí)行外部代碼時(shí)，PSEN在每個(gè)機(jī)器周期被激活兩次，而在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，PSEN將不被激活。EA/VPP:訪問外部程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)。為使能從0000H到FFFFH的外部程序存儲(chǔ)器讀取指令，EA必須接GND。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令，EA應(yīng)該接VCC。在flash編程期間，EA也接收12伏VPP電壓。XTAL1:振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。XTAL2:振蕩器反相放大器的輸出端。AT89C52有5個(gè)中斷源，中斷是指計(jì)算機(jī)在執(zhí)行某一程序的過程中,由于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)、外的某種原因,而必須中止原程序的執(zhí)行,轉(zhuǎn)去執(zhí)行相應(yīng)的處理程序,待處理完畢之后,再回來繼續(xù)執(zhí)行被中止的原程序的過程。采用了中斷技術(shù)后的計(jì)算機(jī),可以解決CPU與外設(shè)之間速度匹配的問題,使計(jì)算機(jī)可以及時(shí)處理系統(tǒng)中許多隨機(jī)的參數(shù)和信息,同時(shí),它也提高了計(jì)算機(jī)處理故障與應(yīng)變的能力。兩個(gè)外部中斷〔INT0和INT1〕，兩個(gè)定時(shí)中斷〔定時(shí)器0、1〕和一個(gè)串行中斷。每個(gè)中斷源都可以通過置位或去除特殊存放器IE中的相關(guān)中斷允許控制位分別使得中斷源有效或無效。IE還包括一個(gè)中斷允許總控制位EA，它能一次制止所有中斷。中斷源是在一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)中斷請(qǐng)求的來源，中斷可以人為設(shè)定，它可以在應(yīng)對(duì)突發(fā)隨機(jī)事件設(shè)置。通常的I/O設(shè)備，實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的故障隨機(jī)參數(shù)和信息源等。較高優(yōu)先級(jí)的中斷，那么到更高的優(yōu)先級(jí)響應(yīng)。當(dāng)運(yùn)行時(shí)，中斷服務(wù)程序，另一個(gè)中斷高優(yōu)先級(jí)中斷請(qǐng)求產(chǎn)生，當(dāng)電流CPU中斷服務(wù)將暫停高級(jí)別中斷處理應(yīng)用，可完成先進(jìn)的中斷處理程序中斷程序關(guān)閉，然后再返回到CPU原始點(diǎn)繼續(xù)這一過程被稱為嵌套。中斷響應(yīng)的過程：在每個(gè)指令完畢時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)檢測(cè)中斷請(qǐng)求信號(hào)，如果有一個(gè)中斷請(qǐng)求，并在翻開的CPU，那么響應(yīng)的中斷的中斷狀態(tài)?！?〕保護(hù)之前，在一般保護(hù)，制止中斷，以防止現(xiàn)場(chǎng)銷毀現(xiàn)場(chǎng)的一幕。保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)的指令一般用于堆疊在原程序中使用到堆棧中的存放器?！?〕中斷服務(wù)的相應(yīng)的中斷源是服務(wù)?！?〕恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)，將保護(hù)的數(shù)據(jù)在堆棧上彈出的復(fù)蘇之前，制止中斷現(xiàn)場(chǎng)，以防止破壞現(xiàn)場(chǎng)。時(shí)間后，現(xiàn)場(chǎng)恢復(fù)開放中斷。〔5〕返回時(shí)，此CPU的斷點(diǎn)地址時(shí)堆棧推彈回到程序計(jì)數(shù)器，使CPU繼續(xù)執(zhí)行被中斷的程序。晶振特點(diǎn)：如以以下列圖，單片機(jī)AT89C52的用于形成一個(gè)內(nèi)部振蕩器反相放大器，XTAL1和XTAL2的是放大器的輸入和輸出。圖3.2晶蕩電路連接圖3.2超聲波傳感器超聲波是一種機(jī)械波頻率高于20kHz的機(jī)械波。為了作為一種超聲波檢測(cè)手段，必須產(chǎn)生超聲波和接收超聲波。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的的設(shè)備是超聲波傳感器，可以使用超聲波換能器或超聲波探頭。超聲波傳感器發(fā)射器和接收器，但一個(gè)超聲波傳感器也可發(fā)送和接收聲波的雙重作用。超聲波發(fā)生器可以分為兩類：一類是電氣方式產(chǎn)生超聲波，一個(gè)是由機(jī)械方式產(chǎn)生超聲波。電氣方法包括壓力電動(dòng)式等;機(jī)械方法加爾，長笛等系統(tǒng)，它們產(chǎn)生超聲波頻率，功率和聲學(xué)特性各不一樣。在近距離電流測(cè)量更常用的壓電超聲換能器。超聲波傳感器是壓電效應(yīng)的原理和超聲波能量相互轉(zhuǎn)化，即使用，當(dāng)超聲波發(fā)射器，將電能轉(zhuǎn)化，超聲波發(fā)射器和接收回波時(shí)，將超聲振動(dòng)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。壓電超聲換能器是利用壓電晶體振蕩器工作。在圖所示超聲換能器的內(nèi)部構(gòu)造，它有兩個(gè)壓電陶瓷基板和一個(gè)傳聲筒。當(dāng)它應(yīng)用于雙極性脈沖信號(hào)，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時(shí)，壓電晶片將會(huì)發(fā)生共振，促進(jìn)了超聲振動(dòng)共振板發(fā)電的話，它是一種超聲波發(fā)生器，另一方面，如果不施加電壓之間的兩個(gè)電極，當(dāng)共振板收到超聲波共振，這是抑制振動(dòng)的壓電晶片，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，然后它成為一個(gè)超聲波接收傳感器。超聲波發(fā)射器和接收器的超聲波傳感器探頭的構(gòu)造略有不同。3.3超聲波發(fā)射電路圖3.4超聲波發(fā)射電路原理圖超聲波發(fā)射電路原理圖如3.4圖所示。發(fā)射電路主要由反相器74LS04和超聲波發(fā)射換能器T構(gòu)成，單片機(jī)P2.0端口輸出高電平驅(qū)動(dòng)振蕩電路產(chǎn)生的40KHZ方波信號(hào)一路經(jīng)一級(jí)反相器后送到超聲波換能器的一個(gè)電極，另一路經(jīng)兩級(jí)反相器后送到超聲波換能器的一個(gè)電極。用這種推挽形式將方波信號(hào)加到超聲波換能器的兩端，可以提高超聲波的發(fā)射強(qiáng)度。輸出端采用兩個(gè)反相器并聯(lián)，用以提高驅(qū)動(dòng)能力。上拉電阻R10、R11一方面可以提高反相器74LS04輸出高電平的驅(qū)動(dòng)能力，另一方面可以增加超聲波換能器的阻尼效果，縮短其自由振蕩的時(shí)間。3.4超聲波接收電路圖3.5超聲波檢測(cè)接收電路圖超聲波檢測(cè)接收電路集成電路CX20106A是一款紅外檢波接收的專用芯片，常用于電視機(jī)紅外遙控承受器?？紤]到紅外遙控常用的載波頻率38KHZ與測(cè)距的超生波頻率40KHZ較為接近，可以利用它制作超聲波檢測(cè)接收電路實(shí)驗(yàn)證明用CX20106A承受超聲波〔無信號(hào)時(shí)輸出高電平〕，具有很高的靈敏度和較強(qiáng)的抗干擾能力。適當(dāng)更改電容C4的大小，可以改變承受電路的靈敏度和抗干擾能力。其中，CXA20106A為紅外線接收專用芯片，可以用于超聲波的接收。各引腳說明如表。表1.1CXA20106A各引腳說明引腳號(hào)說明1超聲波信號(hào)輸入端口，輸入阻抗為40kΩ。2該腳和地之間為RC串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，是負(fù)反響串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的組成局部，改變其數(shù)值可以改變前置放大器的增益與頻率特性。加大電阻或減小電容,會(huì)增大負(fù)反響，減小放大倍數(shù)。但電容的改變會(huì)影響頻率特性，推薦選用R4=4.7Ω，C5=1μF。3該腳與地之間為檢波電容，電容大時(shí)為平均值檢波，瞬間的靈敏度低；電容小時(shí)為峰值檢波，瞬間靈敏度高，但輸出的脈寬變動(dòng)幅度大，推薦參數(shù)為3.3μf。4該端口為接地端。5該腳和電源之間接一個(gè)電阻，設(shè)置帶通濾波器的中心頻率f0，值越大，f0越低。6該腳和地間接一個(gè)積分電容，一般為330pF，如果取得太大，探測(cè)距離會(huì)變短。7集電極開路輸出，遙控命令輸出端，故該腳必須接上一個(gè)上拉電阻，阻值一般為22kΩ，沒接收信號(hào)時(shí)輸出為高電平，有信號(hào)時(shí)電平下降。8電源正端，一般在4.5與5.5V之間。3.5LED數(shù)碼管LED數(shù)碼顯示管是由發(fā)光二極管按一定的構(gòu)造組合起來的顯示器件，通常使用的是8段式數(shù)碼管，它一般有共陽和共陰兩種。圖(a)為共陰極數(shù)碼管的引腳圖，從a-g引腳輸入不同的8位二進(jìn)制編碼，可用于顯示不同的數(shù)字或字符。圖(b)為共陽極數(shù)碼管構(gòu)造，8段發(fā)光二極管的陽極接在一起，陰極端分開控制，使用時(shí)公共端來接電源。要使哪根發(fā)光二極管亮，那么對(duì)應(yīng)的陰極接地。圖(c)為共陰極數(shù)碼管構(gòu)造，8段發(fā)光二極管的陰極接在一起，陽極端分開來控制，使用時(shí)公共端接地，要使哪根發(fā)光二極管亮，那么對(duì)應(yīng)的陽極端接高電平。圖3.6數(shù)碼管數(shù)碼管在顯示時(shí)通常有靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示兩種顯示方式。(1)動(dòng)態(tài)顯示：動(dòng)態(tài)顯示是將所有的數(shù)碼管的段選線并接連接在一起，用一個(gè)I/O接口控制，公共端不是直接接地(共陰極)或電源(共陽極)，而是通過相應(yīng)的I/O接口線控制，每一個(gè)數(shù)碼管的公共端與一根I/O線相連。桑單片機(jī)在輸入字符碼時(shí)，所有的數(shù)碼管接收到的字符碼一樣，但是哪個(gè)數(shù)碼管顯示取決于，】公共端控制碼。通過分時(shí)輪流來控制各個(gè)數(shù)碼管的的公共端，就可以讓數(shù)碼管輪流受控顯示。由于人的視覺暫留效應(yīng)，只要循環(huán)的周期足夠快，那么看起來所有的數(shù)碼管都是一起顯示的，這就是動(dòng)態(tài)顯示原理。動(dòng)態(tài)顯示所用的I/O接口信號(hào)線少，線路簡(jiǎn)單。(2)靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)：靜態(tài)顯示時(shí)，在其公共端直接接地(共陰極)或電源(共陽極)，各段選線分別與I/O接口線相連。想要顯示字符，直接在I/O線發(fā)送相應(yīng)的字符碼。靜態(tài)顯示構(gòu)造簡(jiǎn)單，則顯示方便，要顯示某個(gè)字符，直接在I/O線上發(fā)送相應(yīng)的字符碼，但是一個(gè)數(shù)碼管需要8根I/O線，如果數(shù)碼管個(gè)數(shù)少，這時(shí)用起來方便，但是如果數(shù)碼管數(shù)目較多，這時(shí)占用很多的I/O線，所以數(shù)碼管較多時(shí)常采用動(dòng)態(tài)顯示。此設(shè)計(jì)顯示電路采用4位共陽LED數(shù)碼管，段碼輸出端口為單片機(jī)的P0口，位碼輸出端口分別為單片機(jī)的P2.0、P2.1、P2.2、P2.3口,數(shù)碼管位驅(qū)運(yùn)用74LS07驅(qū)動(dòng)。為使電路簡(jiǎn)單，提高可靠性，此超聲波測(cè)距儀的顯示系統(tǒng)采用動(dòng)態(tài)顯示。4設(shè)計(jì)原理及工作說明4．1設(shè)計(jì)原理圖及分析系統(tǒng)初始化系統(tǒng)初始化開場(chǎng)發(fā)射超聲波脈沖接收超聲波脈沖計(jì)算距離顯示結(jié)果圖4.1設(shè)計(jì)原理圖具體工作原理說明：超聲波傳感器發(fā)射局部主要受單片機(jī)控制發(fā)射超聲波，超聲波傳感器接收局部承受已發(fā)射的超聲波。單片機(jī)AT89C52中的程序可控制在超聲波傳感器發(fā)射超聲波時(shí)單片機(jī)內(nèi)的定時(shí)器開場(chǎng)計(jì)時(shí)，在超聲波傳感器承受到已發(fā)射的超聲波時(shí)，停頓單片機(jī)內(nèi)的定時(shí)器計(jì)時(shí)，并且把記錄的超聲波傳播時(shí)間來轉(zhuǎn)換為測(cè)距儀測(cè)量的電路與前方障礙物的距離值，最后通過LED數(shù)碼管顯示出來。4．2設(shè)計(jì)說明本設(shè)計(jì)單片機(jī)中的匯編程序包括中斷初始化、主程序、顯示程序和兩個(gè)中斷服務(wù)子程序。在中斷初始化中翻開了定時(shí)器0中斷，外部中斷0，定時(shí)器工作在方式2，使THO=6DHTL0=6DH。主程序中，超聲波傳感器發(fā)射超聲波的同時(shí)，翻開中斷總允許EA，此時(shí)定時(shí)器0開場(chǎng)計(jì)時(shí)。定時(shí)器0中斷服務(wù)子程序每計(jì)時(shí)294US〔超聲波傳播0.1m所需要的時(shí)間〕，定時(shí)器0中斷一次，并且使R0存放器加1，并且判斷計(jì)數(shù)值是否超過12m，假設(shè)超過使R3置1。當(dāng)超聲波傳感器承受到超聲波時(shí)，外部中斷0關(guān)閉中斷總允許EA，使定時(shí)器0停頓計(jì)時(shí)，這樣R0計(jì)錄的數(shù)值除以20就是測(cè)量的距離值〔R0計(jì)錄的時(shí)間超聲波傳播0。1M所需要的時(shí)間且為往返時(shí)間之和〕。主程序中，判斷記錄的距離值是否在0.5——12m之間，完畢語：該設(shè)計(jì)可廣泛用于生活、軍事等各個(gè)領(lǐng)域，該設(shè)計(jì)需要設(shè)計(jì)者有較好的數(shù)電、模電知識(shí)，并且具有一定的編程能力，上述知識(shí)的綜合運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)超聲波發(fā)射和接收信號(hào)，控制通過該方案中的微控制器超聲波信號(hào)分析，計(jì)算，處理在LED數(shù)碼管顯示最后一次。測(cè)量范圍在0.5m——12.0m,測(cè)量精度0.1m不與被測(cè)物體直接接觸，可顯示清晰，穩(wěn)定的測(cè)量結(jié)果。本文介紹了設(shè)計(jì)是由設(shè)計(jì)的超聲波傳感器發(fā)射與接收局部超聲波傳感器，超聲波接收器的超聲波發(fā)射器局部〔非接觸測(cè)量〕，測(cè)量要解決的主要問??題是若何實(shí)現(xiàn)的超聲波信號(hào)收發(fā)器實(shí)現(xiàn)物體的距離和0.1米的精度。這個(gè)設(shè)計(jì)使用兩個(gè)中斷，定時(shí)器中斷轉(zhuǎn)交有關(guān)外部中斷0和0啟用計(jì)時(shí)器，當(dāng)接收發(fā)射超聲波信號(hào)，外部中斷0來制止中斷，定時(shí)器中斷0總記錄的時(shí)間范圍內(nèi)的超聲波信號(hào)，轉(zhuǎn)發(fā)現(xiàn)者為對(duì)象，通過往返時(shí)間的前面。使用〔對(duì)超聲波的傳播速度V，設(shè)計(jì)設(shè)置340米/秒〕=T×V/2的公式，從微控制器處理的S值，通過LED顯示。由于設(shè)計(jì)較短，知識(shí)是有限的，如設(shè)計(jì)傳感器的靈敏度和測(cè)量范圍，測(cè)量的準(zhǔn)確度超聲波測(cè)距儀0.1m的一些缺點(diǎn)，測(cè)量范圍0.5m——12.0m，還可以做到更的準(zhǔn)確，測(cè)量范圍較大，但更要求在傳感器上。需要生產(chǎn)高精度傳感器技術(shù)，成本高，所以我選擇了對(duì)比常見的測(cè)量范圍和測(cè)量精度。隨著國內(nèi)電子技術(shù)的開展，我相信會(huì)有更好，更廉價(jià)的傳感器出現(xiàn)。另一個(gè)問題是，有沒有溫度補(bǔ)償，以不同的速度在不同超聲變速器溫度，設(shè)計(jì)溫度為室溫，超聲波速度為340米/秒時(shí)的基準(zhǔn)，所以在其他溫度測(cè)量使用超聲波測(cè)量儀器本會(huì)導(dǎo)致不準(zhǔn)確的。這在兩個(gè)主要問題設(shè)計(jì)的突破：第一：要到達(dá)這對(duì)于超聲波速度V，為超聲，往返時(shí)間T一定的精度測(cè)量，超聲波測(cè)距原理設(shè)計(jì)為S=T，根據(jù)×V/2號(hào)，〔距離〕，通過定時(shí)器0的定時(shí)時(shí)間由0.1米0.1米超聲波設(shè)置時(shí)間提高準(zhǔn)確度。第二項(xiàng)就是：超聲時(shí)間控制，設(shè)計(jì)由外部中斷0和超聲定時(shí)控制，使用的定時(shí)器0，從超聲時(shí)間記錄，超聲波發(fā)射時(shí)，計(jì)時(shí)器開場(chǎng)計(jì)時(shí)時(shí)傳播的，當(dāng)接收到的超聲波波，當(dāng)外部中斷0使計(jì)時(shí)器停頓計(jì)時(shí)。附錄一超聲波測(cè)距儀電路圖.附錄二超聲波測(cè)距儀匯編程序ORG 0000HLJMP STARTORG 0003HLJMP PINT0ORG 000BHLJMPINTT0ORG 0013HRETIORG 001BHLJMP INTT1ORG 0023HRETIORG 002BHRETI****************主程序****************START:MOV SP,#4FHMOV R0,#40H;40H~43H為顯示數(shù)據(jù)存放單元〔40H為最高位〕MOV R7,#0BHCLEARDISP:MOV@R0,#00HINC R0DJNZ R7,CLEARDISPMOV 20H,#00HMOV TMOD,#21H;T1為8位自動(dòng)重裝模式，T0為16位定時(shí)器MOVTH0,#00HMOVTL0,#00HMOV TH1,#0F2HMOV TL1,#0F2H; ;40KHz初值MOV P0,#0FFHMOV P1,#0FFHMOV P2,#0FFHMOV P3,#0FFHMOV R4,#04H ;超聲波脈沖個(gè)數(shù)控制〔為賦值的一半〕SETB PX0SETB ET0SETB EASETB TR0; ；開啟測(cè)距定時(shí)器START1: LCALL DISPLAY JNB 00H,START1;；收到反射信號(hào)是標(biāo)志為1CLR EALCALL MATH;；計(jì)算距離子程序SETB EACLR 00H SETB TR0;；重新開啟測(cè)距定時(shí)器MOV R2,#64H;；測(cè)量間隔控制〔約4ms×100=400ms〕LOOP:LCALL DISPLAYDJNZ R2,LOOPSJMPSTART1**************顯示程序**************DISPLAY: MOV R1,#40H;40H為最高位，43H為最低位，先掃描高位MOV R5,#0F7HPLAY:MOV A,R5MOV P0,#0FFHMOV P2,AMOV A,@R1MOV DPTR,#TABMOVC A,@A+DPTRMOV P0,ALCALL DL1MSINC R1MOV A,R5JNBACC.0,ENDOUTRR AMOV R5,AAJMP PLAYENDOUT: MOV P2,#0FFHMOV P0,#0FFH RETTAB:DB0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H,0FFH,88H,0BFH;共陽段碼表“0〞，“1〞，“2〞，“3〞，“4〞，“5〞，“6〞，“7〞，“8〞，“9〞，“不亮〞，“A〞，“—〞****************中斷程序****************INTT0:CLR EA ;T0中斷，65ms中斷一次CLR TR0MOV TH0,#00HMOV TL0,#00HSETB ET1SETB EA SETB TR0;啟動(dòng)計(jì)數(shù)器T0，用以計(jì)算超聲來回時(shí)間SETB TR1;開啟發(fā)超聲波用定時(shí)器T1OUT:RETIINTT1:CPL VOUT ;T1中斷，發(fā)超聲波用DJNZ R4,RETIOUTCLR TR1;超聲波發(fā)送完畢，關(guān)T1CLR ET1MOV R4,#04HSETB EX0;開啟接收回波中斷RETIOUT:RETIPINT0:CLR TR0;外中斷0，收到回波時(shí)進(jìn)入，關(guān)計(jì)數(shù)器CLR TR1CLR ET1CLR EACLR EX0MOV 44H,TL0;將計(jì)數(shù)值移入處理單元MOV 45H,TH0SETB 00H;接收成功標(biāo)志RETI*************延時(shí)程序*************DL1MS: MOV R6,#14HDL: MOV R7,#19HDL1: DJNZ R7,DL1DJNZ R6,DLRET************距離計(jì)算程序〔距離=計(jì)數(shù)值×17／1000cm**********************MATH: PUSH ACCPUSH PSWPUSH BMOV PSW,#18HMOV R3,45HMOV R2,44HMOV R1,#00DMOV R0,#17DLCALL MUL2BY2MOV R3,#03HMOV R2,#0E8HLCALL DIV4BY2LCALL DIV4BY2MOV 40H,R4MOV A,40HJNZ J0 MOV 40H,#0AH ;最高位為0，不點(diǎn)亮J0: MOV A,R0MOV R4,AMOV A,R1MOV R5,AMOV R3,#00DMOV R2,#100DLCALL DIV4BY2MOV 41H,R4MOV A,41HJNZ J1 MOV A,40H;次高位為0，先看最高位是否為不亮SUBB A,#0AHJNZ J1 MOV 41H,#0AH; ；最高位不亮，次高位也不亮J1: MOV A,R0MOV R4,AMOV A,R1MOV R5,A MOV R3,#00DM