超声波测距电路设计毕业设计论文(编辑修改稿)

超声波测距电路设计毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流 (IIL)。 在访问外部程序存储器或 16 位地址的外部数据存储器（例如执行 MOVX @DPTR 指令）时， P2 口送出高 8 位地址数据。 在访问 8 位地址的外部数据存储器（如执行 MOVX @RI 指令）时， P2 口输出 P2 锁存器的内容。 Flash 编程或校验时， P2 亦接收高位地址和一些控制信号。 P3 口： P3 口是一组带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口。 P3 口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流） 4 个 TTL 逻辑门电路。 对 P3 口写入 ―1‖时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。 此时，被外部拉低的 P3 口将用上拉电阻输出电流。 P3 口除了作为一般的 I/O 口线外，更重要的用途是它的第二功能 P3 口还接收一 些用于 Flash 闪速存储器编程和程序校验的控制信号。 RST：复位输入。 当振荡器工作时， RST 引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。 ALE/PROG： 当访问外部程序存储器或数据存储器时， ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低 8 位字节。 一般情况下， ALE 仍以时钟振荡频率的 1/6 输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。 要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个 ALE 脉冲。 对 Flash 存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（ PROG）。 如有必要，可通过对特殊 功能寄存器（ SFR）区中的 8EH 单元的 D0 位置位，可禁止 ALE 操作。 该位置位后，只有一条 MOVX 和 MOVC 指令才能将 ALE 激活。 此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置 ALE 禁止位无效。 PSEN：程序储存允许（ PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当 STC89C52 由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次 PSEN 有效，即输出两个脉冲。 在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次 PSEN 信号。 沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文） 9 EA/VPP：外部访问允许。 欲使 CPU 仅访问外部程序存储器， EA 端必须保持低电平（接地）。 需注意的是：如果加密位 LB1 被编程，复位时内部会锁存 EA 端状态。 如 EA 端为高电平（接 VCC 端）， CPU 则执行内部程序存储器中的指令。 Flash 存储器编程时，该引脚加上 +12V 的编程允许电源 Vpp，当然这必须是该器件是使用 12V 编程电压 Vpp。 XTAL1：振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。 XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。 定时 器 0 和定时器 1： STC89C52 的定时器 0 和定时器 1 的工作方式与 AT89C51 相同。 定时器 2：定时器 2 是一个 16 位定时 /计数器。 它既可当定时器使用，也可作为外部事件计数器使用，其工作方式由特殊功能寄存器 T2CON（如表 3）的 C/T2 位选择。 定时器 2 有三种工作方式：捕获方式，自动重装载（向上或向下计数）方式和波特率发生器方式，工作方式由 T2CON 的控制位来选择。 定时器 2 由两个 8 位寄存器 TH2 和 TL2 组成，在定时器工作方式中，每个机器周期 TL2 寄存器的值加 1，由于一个机器周期由 12 个振荡时钟构成，因此，计数速率为振荡频率的 1/12。 在计数工作方式时，当 T2 引脚上外部输入信号产生由 1 至 0 的下降沿时，寄存器 的值加 1，在这种工作方式下，每个机器周期的 5SP2 期间，对外部输入进行采样。 若在第一个机器周期中采到的值为 1，而在下一个机器周期中采到的值为 0，则在紧跟着的下一个周期的 S3P1 期间寄存器加 1。 由于识别 1 至 0 的跳变需要 2 个机器周期（ 24 个振荡周期），因此，最高计数速率为振荡频率的 1/24。 为确保采样的正确性，要求输入的电平在变化前至少保持一个完整周期的时间，以保证输入信号至少被采样一次。 捕获方式：在捕获方式下，通过 T2CON 控制位 EXEN2 来选择两种方式。 如果EXEN2=0，定时器 2 是一个 16 位定时器或计数器，计数溢出时，对 T2CON 的溢出标志 TF2 置位，同时激活中断。 如果 EXEN2=1，定时器 2 完成相同的操作，而当 T2EX 引脚外部输入信号发生 1 至 0 负跳变时，也出现 TH2 和 TL2 中的值分别被捕获到 RCAP2H 和 RCAP2L 中。 另外， T2EX 引脚信号的跳变使得 T2CON 中的EXF2 置位，与 TF2 相仿， EXF2 也会激活中断。 捕获方式如图 4 所示。 自动重装载（向上或向下计数器）方式：当定时器 2 工作于 16 位自动重装载方式时，能对其编程为向上或向下计数方式，这个功能可 通过特殊功能寄存器 T2CON的 DCEN 位（允许向下计数）来选择的。 复位时， DCEN 位置 ―0‖，定时器 2 默认设置为向上计数。 当 DCEN 置位时，定时器 2 既可向上计数也可向下计数，这取决于 T2EX 引脚的值，当 DCEN=0 时，定时器 2 自动设置为向上计数，在这种方式下，T2CON 中的 EXEN2 控制位有两种选择，若 EXEN2=0，定时器 2 为向上计数至0FFFFH 溢出，置位 TF2 激活中断，同时把 16 位计数寄存器 RCAP2H 和 RCAP2L重装载， RCAP2H 和 RCAP2L 的值可由软件预置。 若 EXEN2=1，定时器 2 的 16 位重装载由溢出或外部输入端 T2EX 从 1 至 0 的下降沿触发。 这个脉冲使 EXF2 置位，如果中断允许，同样产生中断。 定时器 2 的中断入口地址是： 002BH ——0032H。 当 DCEN=1 时，允许定时器 2 向上或向下计数。 这种方式下， T2EX 引脚控制计数器方向。 T2EX 引脚为逻辑 ―1‖时，定时器向上计数，当计数 0FFFFH 向上溢出时，置位 TF2，同时把 16 位计数寄存器 RCAP2H 和 RCAP2L 重装载到 TH2 和 TL2 中。 T2EX 引脚为逻辑 ―0‖时，定时 器 2 向下计数，当 TH2 和 TL2 中的数值等于 RCAP2H 和 RCAP2L 中的值时，计数溢出，置位TF2，同时将 0FFFFH 数值重新装入定时寄存器中。 当定时 /计数器 2 向上溢出或向下溢出时，置位 EXF2 位。 根据主机系统的芯片选择和引脚说明，可以画出主机系统的电路图， 如图 所示 ： 沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文） 11 图 主机系统电路图 其作用主要是为了保证单片机系统能正常工作。 如图 31所示，单片机最小系统主要由 STC89C51单片机、外部振荡电路、复位电路和 +5V 电源 组成。 在外部振荡电路中，单片机的 XTAL1和 XTAL2管脚分别接至由 12MHZ 晶振和两个 30PF 电容 构成的振荡电路两侧，为电路提供正常的时钟脉冲。 在复位电路中，单片机 RESET 管脚一方面经 20 F 的电容接至电源正极，实现上电自动复位，另一方面经开关 s 接电源。 其主要功能是把 PC 初始化为 0000H，是 单片机从 0000H 单元开始执行程序，除了进入系统的初始化之外，当由于程序出错或者操作错误使系统处于死锁状态时，为了摆脱困境，也需要按复位键重新启动，因此，复位电路是单片机系统中不可缺少的一部分。 数码管显示的设计 八位 7 段数码管工作原理 八位 7 段数码管属于 LED 发光器件的一种，它由 8 个发光二极管 LED 组成，这8 个二极管 LED 又包括 7 个细长型的 LED 和 1 个小数点型的 LED。 8 个 LED 分别为a,b,c,d,e,f,g,dp,每一个 LED 称之为一个字段， dp 为小数点。 7 段数码 管分为共阴极和共阳极两种显示方式。 如果把 7 段数码管的每一字段都等效成发光二极管的正负两个极，共阴极把 a,b,c,d,e,f,g 的 7 个发光二极管的负极连接在一起并接地，正极接到 7段译码驱动电路相对应的驱动上。 共阳极是把 a,b,c,d,e,f,g的 7 个发光二极管的正极连接在一起并接到 5V 的电源上，其余的 7 个负极接到相应的输出端上。 7 段显示数码管电路限流限阻计算公式： 限流电阻 =5V 电源电压 —发光二极管的工作电压 /10~15MA 发光二极管的工作电压一般在 ~ 之间，为了计算方便，通常选取 2V。 发光 二极管的工作电流选取 10~25MA 之间即可，电流过小， 7 段数码管不亮，过大数码管容易烧坏。 数码管显示方式： （ 1） 静态显示： 就是单片机将显示的数据送出去后就不在控制数码管，直到下一次数据送出后才会改变，所以显示驱动电路具有输出锁存功能。 静态显示占用 CPU 时间少，数据显示稳定，但每个显示模块都要单独显示驱动电路，所以硬件的开销和电源的功耗很大。 （ 2） 动态显示 用接口电路把所有的显示器的 8 个字段 ——a,b,c,d,e,f,g 和 dp 同名端连接起来，而每个显示器的公共极各自独立的接受 I/O 线控制。 CPU 向字段器输出端输出 字型码，所有的显示器都接受相同的字型码， I/O 控制的 COM 段决定哪一个显示进行显示。 动态显示占用 CPU 时间多，显示数据有闪烁感，但是硬件开销小，可以降低成本和功耗。 沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文） 13 图 7 段数码管原理图 超声波发射电路模块设计 压电超声波转换器的功能：利用压电晶体谐振工作。 它有两个压电晶片和一个共振板。 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，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动产生超声波，这时它就是一超声波发生器。 如没加电压，当共振板接受到超声波时， 将压迫压电振荡器作振动，将机械能转换为电信号，这时它就成为超声波接受转换器。 超声波发射转换器与接受转换器其结构稍有不同。 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。 本设计中发射器电路采用集成电路模块不需考虑这些问题，主要是采用 74CH04 反相器在换能器两端提供脉冲信号。 其原理图如图 所示。 图 超声波发射电路 超声波接收电路模块设计 超声波接收电路设计原理 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 34)。 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 CS的大小，可以改变接收电路的灵敏度和抗干扰能力。 此部分电路在集成芯片上。 沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文） 15 图 CX20xx6A CX20xx6A 作为超声波接收处理的典型电路。 （当 CX20xx6A 接收到 40KHz 的信号时，会在第 7脚产生一个低电平下降脉冲，这个信号可以接到单片机的外部中断引脚作为中断信号输入） 使用 CX 20xx6A集成电路对接收探头 收 到的信号进行放大、滤波。 其总放大增益 80db。 以下是 CX20xx6A 的引脚注释。 1脚：超声信号输入端，该脚的输入阻抗约为 40kΩ。 2脚：该脚与地之间连接 RC 串联网络，它们是负反馈串联网络的一个组成部分，改变它们的数值能改变前置放大器的增益和频率特性。 增大 电阻 R1或减小 C1,将使负反馈量增大，放大倍数下降，反之则放大倍数增大。 但 C1的改变会影响到频率特性，一般在实际使用中不必改动，推荐选用参数为 R1=， C1=1μF。 3脚：该脚与地之间连接检波电容，电容量大为平均值检波，瞬间相应灵敏度低；若容量小，则为峰值检波，瞬间相应灵敏度高，但检波输出的脉冲宽度变动大，易造成误动作，推荐参数为。 4脚：接地端。 5脚：该脚与电源间接入一个电阻，用以设置带通 滤波器 的中心频率 f0，阻值越大，中心频率越低。 例如，取 R=200kΩ 时， f0≈42kHz，若取 R=220kΩ，则中心频率f0≈38kHz。 6脚：该脚与地之间接一个积分电容，标准值为 330pF，如果该电容取得太大，会使探测距离变短。 7脚：遥控命令输出端，它是集电极开路输出方式，因此该引脚必须接上一个上拉电阻到电源端，推荐阻值为 22kΩ，没有接受信号是该端输出为高电平，有信号时则产生下降。 8脚：电源正极， ～ 5V。 超声波 传感器接收部电路采用集成电路 CX20xx6A。 这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 38kHz 与测距超声波频率 40kHz 较为接近，可以利。