基于51单片机超声波测距器的设计

基于51单片机超声波测距器的设计内容摘要：

51 单片机系统和声光报警、距离显示等设备组成。 如图 21 所示 图 21 超声波测距报警装置原理框图 发射部分由高频振荡器、单脉冲发生器、编码调制器、功率放大器及超声换能器组 成。 单脉冲发生器在振荡器的每个周期内都被触发，产生固定脉宽的脉冲序列，来自单片机的编码信号对脉冲序列进行编码调制，经功率放大后，通过超声换能器发射超声波。 接收部分由超声换能器、接收放大器和编码解调器组成。 接收到的超声波反射信号经超 声换能器转换、放大、解调后，送到单片机系统进行处理，并通过距离显示器显示车辆与飞机之间的距离，当该距离小于设定的告警距离时，启动报警系统报警。 在多台车辆同时作业时，某台车辆发射的超声波信号可能被其它车辆接收，从而因造成 系统混乱而产生误报。 为解决这一问题，系统对不同的车辆 进行不同的编码调制，使每辆车只能接收到其本身发射的信号。 为有效消除干扰，编码解调采用积累检测解调。 V1 为被放大后的含有干扰的接收信号，经门限检测电路与门限电压 V0 比较后输出脉冲 V2（当 V1＞ V2 时，输出脉冲，反之无输出）。 单稳电路 1 和单稳电 路 2 相互配合与或非门共同构成一个可以重新触发的单稳电路，通过此单稳电路，实现对脉冲序 列的延时积累，其输出为 V3， V3 经积分器积分后输出 V4，最后经整形电路整形后输出， V5 并送入单片机处理。 系统中的发射和接收部分由单片机控制轮流工作。 在单片机编码发送完毕后，即 转入接收状态，同时关闭发射部分的单脉冲发生器；当接收一定时间后再转入发射状态重发编码时 ，同时关闭接收放大器。 因此，为保证测距正确，接收时间必须根据实际量程来限高频振荡 单脉冲 发生器 编码 调制 编码解调 距离显示 声光报警 超声波换能器 功放 51 单片机 系统 收发转换 接收放大 超声波换能器 5 制时，众所周知，声波传播的距离 s、速度 c 及传播时间 t 之间的关系为： s=c t。 若系统量程为 5m，则接收时间 T 应满足： msT *2  (式 22) 6第 3 章 系统设计 系统设计 本设计采用 AT89S51 单片机作为主控制器，用动态扫描法实现 LED 数字显示，超 声波驱动信号用单片机的定时器和计数器来完成，超声波测距器的系统框图如图 31 所示 ： 图 31 超声波测距器系统的框图 系统框图中的单片机 AT89S51 用来协调各个单元，超声波接收电路用来接收要接收的信号，超声波发射电路用来发射需要发射的信号，存储器用来存储接收的信号，用数码管 LED 显示距离。 AT89S51 介绍 单片机的概述 由于此单片机应用在测距仪上，所以本设计选用 了 低功耗、低价格、小管脚 (40 脚 )的 AT89S51 单片机。 如图 32所示 ： 图 32 AT89S51芯片引脚图 AT89S51 是一个低功耗，高性能 CMOS 8 位单片机，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准 MCS51 指令系统及 80S51 引脚结构， AT89S51具有 40 个引脚， 4k Bytes Flash片内程序存储器， 128 Bytes 的随机存取数据存储器（ RAM），32 个外部双向输入 /输出（ I/O）口， 5 个中断优先级 2 层中断嵌套中断， 2 个 16 位可编程定时器 计时器 调制器 接收检测 声电换能 振荡器 电声换能 障 碍 物 控制 显示器 7 定时计数器 ,2 个全双工串行 通信口，看门狗（ WDT）电路，片内时钟振荡器。 引脚功能介绍 ：电源电压。 ：地。 口： P0 口是一组 8 位漏极开路型双向 I/O 口，也即地址 /数据总线复用口，作为输出口用时，每位能驱动 8 个 TTL。 逻辑门电路，对端口写： “ 1” 可作为高阻抗输入端用。 在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低 8 位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。 在 Flash 编程时 ， P0 口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。 口： P1 是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， P1 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流） 4 个 TTL 逻辑门电路，对端口写 “ 1” ，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。 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）。 Flash 编程和程序校验期间， P1 接收低 8 位地址。 表 31 P1口的功能 端口引脚 第二功能 MOSI（用于 ISP 编程） MISO（用于 ISP 编程） SCK （用于 ISP 编程） 口： P2 是一个带有内部上 拉电阻的 8位双 I/O 口， P2 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流） 4 个 TTL 逻辑门电路。 对端口写“ 1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，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）。 Flash 编程或校验时 ， P2亦接收高位地址和其它控制信号。 口： P3 口是一个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，它们被内部的上拉电阻拉高并可作为输入端口，作输入端时，被外部拉低 的 P3 口将用上拉电阻输出电流（ IIL）。 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，如表 所示 表 P3口的功能 8端口引脚 第二功能 PXD（串行输入口） TXD（串行输出口） INT0（外中断 0） INT1（外中断 1） T0（定时 /计数器 0） T1（定时 /计数器 1） WR（外部数据存储器写选通） RD（外部数据存储器写选通） ：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。 WDT 溢出将使该引脚输出高电平，设置 SFR AUXR 的 DISRTO 位（地址 8EH）可打开或关闭该功能。 DISRTO 位缺省为 RESET 输出高电平打开状态。 ：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。 即使不访问外部存储器， ALE 仍以时钟振荡频率的 1/6输出固定的正脉冲信号，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。 ：外部访问允许。 欲使 CPU仅访问外部程序存储器（地址为 0000HFFFFH），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的编程电压 Vpp。 ：程序储存允许（ PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当 AT89S51由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期为两次 PSEN 有效，即输出两个脉冲。 当访问外部数据存储器，没有 两次有效的 PSEN 信号。 ：振荡器反相 放大器及内部时钟发生器的输入端。 ：振荡器反相放大器的输出端。 传感器的定义及作用 一、 广义地来说，传感器是一种能把物理量或化学量转变成便于利用的电信号的器件。 国际电工委员会 (IEC:International Electrotechnical Committee)的定义为： “传感器是测量系统中的一种前置部件，它将输入变量转换成可供测量的信号 ”。 按照 Gopel 等的说法是：“传感器是包括承载体和电路连接的敏感元 件 ”，而 “传感器系统则是组合有某种信息处理(模拟或数字 )能力的传感器 ”。 传感器是传感器系统的一个组成部分，它是被测信号输入的第一道关口。 二、传感器的作用。