超声波测距仪学士毕业论文(编辑修改稿)

超声波测距仪学士毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

统原理图 AT89C51 标准功能 (1)与 MCS51 单片机产品兼容 (2)8K 字节在系统可编程 Flash 存储器 (3)1000 次擦写周期 (4)全静态操作： 0Hz～ 33Hz (5)三级加密程序存储器 (6)32 个可编程 I/O 口线 (7)三个 16 位定时器 /计数器 (8)八个中断源 (9)全双工 UART 串行通道 (10)低功耗空闲和掉电模式 (11)掉电后中断可唤醒 (12)看门狗定时器 (13)双数据指针 (14)掉电标识符 毕业设计用纸 Ⅰ 管脚说明 (1) VCC:电源 (2) GND:地 (3) P0 口： P0 口是一个 8 位漏极开路的双向 I/O 口。 作为输出口，每位能驱动 8 个 TTL 逻辑电平。 对 P0 端口写“ 1”时，引脚用作高阻抗输入。 当访问外部程序和数据存储器时， P0 口也被作为低 8 位地址 /数据复用。 在这种模式下， P0具有内部上拉电阻。 (4) P1 口： P1 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， P1 输出缓冲器能驱动 4 个 TTL 逻辑电平。 对 P1 端口写“ 1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输出口使用。 作输入使 用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（ IIL）。 此外， 和 分别作定时器 /计数器 2 的外部计数输入（ ）和时器 /计数器 2 的触发输入（ ） ，具体如表 所示。 在 flash 编程和校验时， P1 口接收低 8 位地址字节。 表 41 P1 口第二功能 引脚号 第二功能 T2（定时器 /计数器 T2 的外部计数输入） ，时钟输出 T2EX（定时器 /计数器 T2 的捕捉 /重载触发信号和方向控制） MOSI（在系统编程用） MISO（在系统编程用） SCK（在系统编程用） (5) P2 口： P2 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， P2 输出缓冲器能驱动 4 个TTL 逻辑电平。 对 P2 端口写“ 1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。 作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（ IIL）。 在访问外部程序存储器或用 16 位地址读取外部数据存储器 （例如执行 MOVX @DPTR）时，P2 口送出高八位地址。 在这种应用中， P2 口使用很强的内部上拉发送 1。 在使 用 8 位地址（如MOVX @RI）访问外部数据存储器时， P2 口输出 P2 锁存器的内容。 在 flash 编程和校验时， P2 口也接收高 8 位地址字节和一些控制信号。 (6) P3 口： P3 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， p2 输出缓冲器能驱动 4 个TTL 逻辑电平。 对 P3 端口写“ 1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。 作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（ IIL）。 P3 口亦作为 AT89C51 特殊功能（第二功能）使用，如表 所示。 在 flash 编程和校验时，P3 口也接收一些控制信号。 表 42 P3 口第二功能 引脚号 第二功能 RXD（串行输入） TXD（串行输出） INT0(外部中断 0) INT0(外部中断 0) T0（定时器 0 外部输入） T1（定时器 1 外部输入） WR(外部数据存储器写选通 ) RD(外部数据存储器写选通 ) (7) RST: 复位输入。 晶振工作时， RST 脚持续 2 个机器周期高电平将使单片机复位。 看门狗计时完 成后， RST 脚输出 96 个晶振周期的高电平。 特殊寄存器 AUXR(地址 8EH)上的 DISRTO 位可以使此功能无效。 DISRTO 默认状态下，复位高电平有效。 (8) ALE/PROG：地址锁存控制信号（ ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低 8 位地址的输出脉冲。 在 flash 编程时，此引脚（ PROG）也用作编程输入脉冲。 毕业设计用纸 Ⅰ 在一般情况下， ALE 以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。 然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时， ALE 脉冲将会跳过。 如果需要，通过将地址为8EH 的 SFR 的第 0 位置“ 1”， ALE 操作将无效。 这一位置 “ 1”， ALE 仅在执行 MOVX 或 MOVC指令时有效。 否则， ALE 将被微弱拉高。 这个 ALE 使能标志位（地址为 8EH 的 SFR 的第 0 位）的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。 (9) PSEN:外部程序存储器选通信号（ PSEN）是外部程序存储器选通信号。 当 AT89C51 从外部程序存储器执行外部代码时， PSEN 在每个机器周期被激活两次，而在访问外部数据存储器时，PSEN 将不被激活。 (10) EA/VPP:访问外部程序存储器控制信号。 为使能从 0000H 到 FFFFH 的外部程序存储器读取指令， EA 必须接 GND。 为了执行内部程序指令， EA 应该接 VCC。 在 flash 编程期间， EA 也接收 12 伏 VPP 电压。 (11) XTAL1:振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。 (12) XTAL2:振荡器反相放大器的输出端。 超声波谐振频率调理电路模块 超声波发射电路原理图如图 17 所示。 发射电路主要由反相器 74ls04 和超声波发射换能器 T 构成，单片机 端口输出的 40kHz 的方波信号一路经一级反向器后送到超声波换能器的一个电极，另一路经两级反 向器后送到超声波换能器的另一个电极，用这种推换形式将方波信号加到超声波换能器的两端，可以提高超声波的发射强度。 输出端采两个反向器并联，用以提高驱动能力。 上位电阻 R1O、R11 一方面可以提高反向器 74hc04 输出高电平的驱动能力，另一方面可以增加超声波换能器的阻尼效果，缩短其自由振荡时间。 其原理图如图 42 所示。 1A11Y22A32Y43A53Y6GND74Y84A95Y105A116Y126A13VCC14U27 4 H C 0 4V C CR 1 51KR 1 61KV C CV C CB1TP1.0 图 42 超声波谐振频率调理电路 压电式超声波换能器是利用压电晶体的谐振来工作的。 超声波换能器内部有两个压电晶片和一个换能板。 当它的两极外加脉冲信 号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片会发生共振，并带动共振板振动产生超声波，这时它就是一个超声波发生器；反之，如果两电极问未外加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，这时它就成为超声波接收换能器。 超声波发射换能器与接收换能器在结构上稍有不同，使用时应分清器件上的标志。 毕业设计用纸 Ⅰ 超声波回路接收处理电路模块 集成电路 CX20xx6A 是一款红外线检波接收的专用芯片，常用于电视机红外遥控接收器。 考虑到红外遥控常用的载波频率 38 kHz 与测距的超声波频率 40 kHz 较为接 近，可以利用它制作超声波检测接收电路 (如图 4)。 实验证明用 CX20xx6A 接收超声波 (无信号时输出高电平 )，具有很好的灵敏度和较强的抗干扰能力。 适当更改电容 C4 的大小，可以改变接收电路的灵敏度和抗干扰能力。 IN1C12C23GND4F05C36OUT7VCC8U3C X 2 0 1 0 6 AR174.7KR 1 8200KB2RC4102C7331C61uFC5 R 1 922KV C CV C CP3.2 图 43 超声波检测接收电路 数码管显示模块 本电路的显示模块主要由一个 4 位一体的 7 段 LED 数码管构成，用于显示测量到的电压值。 它是一个共阳极的数码管，每一位数码管的 a,b,c,d,e,f,g 和 dp 端都各自连接在一起，用于接收单片机的P1 口产生的显示段码。 S1， S2， S3， S4 引脚端为其位选端 ，用于接收单片机的 P2 口产生的位选码。 本系统采用动态扫描方式。 扫描方式是用其接口电路把所有数码管的 8 个比划段 a~g 和 dp 同名端连在一起，而每一个数码管的公共极 COM 各自独立地受 I/O 线控制。 CUP 从字段输出口送出字型码时，所有数码管接收到相同的字型码，但究竟是哪个数码管亮，则取决于 COM 端。 COM 端与单片机的 I/O 接口相连接，由单片机输出位位选码到 I/O 接口，控制何时哪一位数码管被点亮。 在轮流点亮数码管的位扫描过程中，每位数码管的点亮时间极为短暂。 但由于人的视觉暂留现象，给人的印象就是一组稳定显示的数码。 动 态方式的优点是十分明显的，即耗电省，在动态扫描过程中，任何时刻只有一个数码管是处于工作状态的。 具体原理图如图 44 毕业设计用纸 Ⅰ P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78RST9P3.0(RXD)10P3.1(TXD)11P3.2(INT0)12P3.3(INT1)13P3.4(T0)14P3.5(T1)15P3.6(WR)16P3.7(RD)17XTAL218XTAL119GND20(A8)P2.021(A9)P2.122(A10)P2.223(A11)P2.324(A12)P2.425(A13)P2.526(A14)P2.627(A15)P2.728PSEN29ALE/PROG30EA/VPP31(AD7)P0.732(AD6)P0.633(AD5)P0.534(AD4)P0.435(AD3)P0.336(AD2)P0.237(AD1)P0.138(AD0)P0.039VCC40U1A T 8 9 C 5 1e1d2dp3c4g5S46b7S38S29f10a11S112L14 L E DV C CAAFF BB EE DDdpdpCC GGS4 S3 S2S1R1510R2510R3510R4510R5510R6510R7510R8510V C CR94 . 7 KR 1 04 . 7 KR 1 14 . 7 KR 1 24 . 7 KbceQ18550bceQ48550bceQ28550bceQ38550S1 S2 S3 S4V C C 图 44 数码管显示模块 第五章 系统软件程序设计 超声波测距程序设计 超声波测距器软件设计主要由主程序、超声波发射子程序、超声波接收中断程序及显示子程序组成。 超声波主程序首先对系统初始化，设置定时器的初值和工作方式，使总中断允许位 EA=1，并给显示端口清零。 然后调用超声波发生子程序送出一个超声波脉冲，为避免超声波从发射器直接传送到接收器引起的直接波触发，需延时 （这 也就是测距器会有一个最小可能测距的原因）后，才能打开外中断 0。