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//@date
2012/04/21
// @author：高謹 孫娜 馬浩
//@E-mail：abc231@126.com
//參考資料：《全站儀紅外測距系統(tǒng)的研究》王萍 張志強
基于AT89S51單片機的超聲波測距系統(tǒng)
//2012/5/23日補充超聲波測距原理
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一、紅外測距小談
1、
光波測距原理：
利用電磁波在空氣中傳播速度c已知，測量其在待測距離D上的傳播時間t，利用下面的公式求解：D=c*t/2.
（1）
關(guān)鍵是求時間t。再按（1）求解。以下介紹三種方法來求解D。分別如下：
1.1脈沖法測距原理：
直接求得電磁波脈沖信號在待測距離D上的傳播時間t，利用式（1）求解。
1.2相位法測距原理：
目前，精度較高的測距中，都采用測定“調(diào)制光波”往返于被測距離的相位差，間接求得距離。
一、調(diào)制光波
紅外線光波長0.76um~1mm,光的傳播速度c=3×108
m/s相應(yīng)地紅外線頻率約為3×1011
Hz~4×1014Hz
。要精確測量這樣高頻率光波是不可能的。因此，目前使用相位法測距時，都是對光波再加一調(diào)制信號，使光波信號隨所加調(diào)制信號變化。這種光強最所加信號變化的光稱為調(diào)制光。調(diào)制信號時加在光波上傳輸出去的，這時光波又稱為載波。
二、相位法測距基本公式：
設(shè)調(diào)制光波頻率ｆ，在待測距AB上所用時間t，其相位移為Φ，如下圖1：
圖（1）相位法測距原理示意圖
起始時刻t1發(fā)射的調(diào)制光光強為
I1=Asin(ωt1+Φ0)
接收時調(diào)制光強為：
I2=Asin(ωt1+ωt+Φ0)
則接收與發(fā)射時刻相位差：Φ=(ωt1+ωt+Φ0)-
(ωt1+Φ0)=
ωt=2πｆt
t=Φ/（2πｆ）
（2）
將（2）代入（1）式得：D=ct/2=(c/2)*(
Φ/（2πｆ）=cΦ/(4πｆ)
(3)
可改寫為：
D=
λ/2（N+△φ/2/π）=L（N+△n）
式中，λ=
c/ｆ，N為整形波（2π）數(shù)，△n為不足整形的尾數(shù)。
三、相位法測距簡略框圖（2）
發(fā)出的光波，經(jīng)調(diào)制器成調(diào)制波，經(jīng)發(fā)射器發(fā)出調(diào)制光，沿測線傳播被返射器反回后，被接收器接收，得到測距信號，經(jīng)放大送到相位計，與發(fā)射時刻送到相位計的起始信號進行比較，得到發(fā)射時刻與接收時刻調(diào)制光波的相位差，然后由計數(shù)顯示單元計算并顯示相位距離值。
局限性：相位計只能辨認0~360°的相位差△φ,不能測出整相位2π個數(shù)，因此只能測出不足整測尺的距離值，常用多把測尺即多個調(diào)制頻率的方法來解決。
1.3變頻法測距原理：
由相位法測距可知，一般情況，在二倍待測距離上除了有整波數(shù)N外，還有不足整波的部分△φ/2π。變頻法則是在任何距離上都可以改變調(diào)制信號頻率，即改變測尺長，是在二倍待測距上正好是測尺長的整數(shù)倍，從而使△φ=0。
變頻法必須附有頻率計，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜（如變頻裝置，判零裝置等），因而在中短程測距儀中被淘汰。
2、測距實例：（以超聲波測距為例淺談紅外測距）
基于AT89S51單片機的超聲波測距系統(tǒng)
超聲波具有指向性強，能量消耗緩慢，傳播距離較遠等優(yōu)點，所以，在利用傳感器技術(shù)和自動控制技術(shù)相結(jié)合的測距方案中，超聲波測距是目前應(yīng)用最普遍的一種，它廣泛應(yīng)用于防盜、倒車雷達、水位測量、建筑施工工地以及一些工業(yè)現(xiàn)場。
1、基于單片機的超聲波測距系統(tǒng)
基于單片機的超聲波測距系統(tǒng)，是利用單片機編程產(chǎn)生頻率為40kHz的方波，經(jīng)過發(fā)射驅(qū)動電路放大，使超聲波傳感器發(fā)射端震蕩，發(fā)射超聲波。超聲波波經(jīng)反射物反射回來后，由傳感器接收端接收，再經(jīng)接收電路放大、整形，控制單片機中斷口。其系統(tǒng)框圖如圖1-1所示。
圖1-1
基于單片機的超聲波測距系統(tǒng)框圖
這種以單片機為核心的超聲波測距系統(tǒng)通過單片機記錄超聲波發(fā)射的時間和收到反射波的時間。當收到超聲波的反射波時，接收電路輸出端產(chǎn)生一個負跳變，在單片機的外部中斷源輸入口產(chǎn)生一個中斷請求信號，單片機響應(yīng)外部中斷請求，執(zhí)行外部中斷服務(wù)子程序，讀取時間差，計算距離，結(jié)果輸出給LED顯示。利用本測距系統(tǒng)測量范圍應(yīng)在
40cm～599cm，其誤差1cm。
利用單片機準確計時，測距精度高，而且單片機控制方便，計算簡單。許多超聲波測距系統(tǒng)都采用這種設(shè)計方法。
2、超聲波測距原理概述
超聲波是由機械振動產(chǎn)生的,可在不同介質(zhì)中以不同的速度傳播。由于超聲波指向性強，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離較遠，因而超聲波經(jīng)常用于距離的測量，如測距儀和物位測量儀等都可以通過超聲波來實現(xiàn)。超聲測距是一種非接觸式的檢測方式。與其它方法相比，如電磁的或光學(xué)的方法，它不受光線、被測對象顏色等影響。對于被測物處于黑暗、有灰塵、煙霧、電磁干擾、有毒等惡劣的環(huán)境下有一定的適應(yīng)能力。因此在液位測量、機械手控制、車輛自動導(dǎo)航、物體識別等方面有廣泛應(yīng)用。特別是應(yīng)用于空氣測距，由于空氣中波速較慢，其回波信號中包含的沿傳播方向上的結(jié)構(gòu)信息很容易檢測出來，具有很高的分辨力，因而其準確度也較其它方法為高;而且超聲波傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、信號處理可靠等特點。利用超聲波檢測往往比較迅速、方便、計算簡單、易于做到實時控制，并且在測量精度方面能達到工業(yè)實用的要求。
超聲波測距的方法有多種，如相位檢測法、聲波幅值檢測法和渡越時間檢測法等。相位檢測法雖然精度高，但檢測范圍有限;
聲波幅值檢測法易受反射波的影響。
本測距系統(tǒng)采用超聲波渡越時間檢測法。其原理為:
檢測從超聲波發(fā)射器發(fā)出的超聲波，經(jīng)氣體介質(zhì)的傳播到接收器的時間，即渡越時間。渡越時間與氣體中的聲速相乘，就是聲波傳輸?shù)木嚯x。超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時刻的同時單片機開始計時，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。再由單機計算出距離，送LED數(shù)碼管顯示測量結(jié)果。
超聲波在空氣中的傳播速度隨溫度變化，其對應(yīng)值如表2-1
，根據(jù)計時器記錄的時間t
(見圖2-1)，就可以計算出發(fā)射點距障礙物的距離( s )
，即: s = v t / 2
。
表2-1
聲速與溫度的關(guān)系
|
溫度(℃)
|
－30
|
－20
|
－10
|
0
|
10
|
20
|
30
|
100
|
|
聲速(m/s)
|
313
|
319
|
325
|
323
|
338
|
344
|
349
|
386
|
圖2-1
超聲波測距時序圖
超聲波測距的步驟[1]：(1)采取IO觸發(fā)測距，給至少10微秒的高電平信號；
(2)模塊自動會發(fā)送8個40KHZ的方波，自動檢測是否有信號返回；(無需編程干預(yù)，由
模塊自動完成)
(3)模塊通過IO返回8051單片機一個高電平信號，高電平持續(xù)的時間就是超聲波從發(fā)
射到返回的時間。
2.1超聲波傳感器
2.1.1
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。總體上講，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。
2.1.2
壓電式超聲波發(fā)生器原理
壓電型超聲波傳感器的工作原理：它是利用壓電效應(yīng)的原理，壓電效應(yīng)有逆效應(yīng)和順效應(yīng)，超聲波傳感器是可逆元件，超聲波發(fā)送器就是利用壓電逆效應(yīng)的原理。所謂壓電逆效應(yīng)如圖2-2所示，是在壓電元件上施加電壓，元件就變形，即稱應(yīng)變。若在圖a所示的已極化的壓電陶瓷上施加如圖b所示極性的電壓，外部正電荷與壓電陶瓷的極化正電荷相斥，同時，外部負電荷與極化負電荷相斥。由于相斥的作用，壓電陶瓷在厚度方向上縮短，在長度方向上伸長。若外部施加的極性變反，如圖c所示那樣，壓電陶瓷在厚度方向上伸長，在長度方向上縮短。
圖2-2壓電逆效應(yīng)圖
2.1.3單片機超聲波測距系統(tǒng)構(gòu)成
單片機AT89S51發(fā)出短暫的40kHz信號，經(jīng)放大后通過超聲波換能器輸出；反射后的超聲波經(jīng)超聲波換能器作為系統(tǒng)的輸入，鎖相環(huán)對此信號鎖定，產(chǎn)生鎖定信號啟動單片機中斷程序，讀出時間t，再由系統(tǒng)軟件對其進行計算、判別后，相應(yīng)的計算結(jié)果被送至LED數(shù)碼管進行顯示。
限制超聲波系統(tǒng)的最大可測距離存在四個因素：超聲波的幅度、反射物的質(zhì)地、反射和入射聲波之間的夾角以及接收換能器的靈敏度。接收換能器對聲波脈沖的直接接收能力將決定最小可測距離。
圖2-3
超聲波測距系統(tǒng)框圖
3、 設(shè)計方案
按照系統(tǒng)設(shè)計的功能的要求，初步確定設(shè)計系統(tǒng)由單片機主控模塊、顯示模塊、超聲波發(fā)射模塊、接收模塊共四個模塊組成。
單片機主控芯片使用51系列AT89S51單片機，該單片機工作性能穩(wěn)定，同時也是在單片機課程設(shè)計中經(jīng)常使用到的控制芯片。
發(fā)射電路由單片機輸出端直接驅(qū)動超聲波發(fā)送。
接收電路使用三極管組成的放大電路，該電路簡單，調(diào)試工作小較小。
圖3-1：系統(tǒng)設(shè)計框圖
硬件電路的設(shè)計主要包括單片機系統(tǒng)及顯示電路、超聲波發(fā)射電路和超聲波接收電路三部分。單片機采用AT89S51。采用12MHz高精度的晶振，以獲得較穩(wěn)定時鐘頻率，減小測量誤差。單片機用P0.0端口輸出超聲波換能器所需的40kHz的方波信號，P3.7端口監(jiān)測超聲波接收電路輸出的返回信號。顯示電路采用簡單實用的3位共陽LED數(shù)碼管，段碼輸出端口為單片機的P2口，位碼輸出端口分別為單片機的P0.2、P0.3、P0.4口,數(shù)碼管位驅(qū)運用PNP三極管S9012三極管驅(qū)動。
3.1 AT89S51單片機介紹見后面
3.2
超聲波測距系統(tǒng)構(gòu)成
本系統(tǒng)由單片機AT89S51控制，包括單片機系統(tǒng)、發(fā)射電路與接收放大電路和顯示電路幾部分組成。硬件電路的設(shè)計主要包括單片機系統(tǒng)及顯示電路、超聲波發(fā)射電路和超聲波接收電路三部分。單片機采用AT89S51。采用12MHz高精度的晶振，以獲得較穩(wěn)定時鐘頻率，減小測量誤差。單片機用P0.0端口輸出超聲波換能器所需的40kHz的方波信號，P3.7端口監(jiān)測超聲波接收電路輸出的返回信號。顯示電路采用簡單實用的3位共陽LED數(shù)碼管，段碼輸出端口為單片機的P2口，位碼輸出端口分別為單片機的P0.2、P0.3、P0.4口,數(shù)碼管位驅(qū)運用PNP三極管S9012三極管驅(qū)動。
超聲波接收頭接收到反射的回波后，經(jīng)過接收電路處理后，向單片機P3.7輸入一個低電平脈沖。單片機控制著超聲波的發(fā)送，超聲波發(fā)送完畢后，立即啟動內(nèi)部計時器T0計時，當檢測到P3.7由高電平變?yōu)榈碗娖胶?/font>，立即停止內(nèi)部計時器計時。單片機將測得的時間與聲速相乘再除以2即可得到測量值，最后經(jīng)3位數(shù)碼管將測得的結(jié)果顯示出來。
3.2.1
超聲波測距單片機系統(tǒng)
超聲波測距單片機系統(tǒng)主要由：AT89S51單片機、晶振、復(fù)位電路、電源濾波部份構(gòu)成。由K1、K2、K3組成測距系統(tǒng)的按鍵電路。用于設(shè)定超聲波測距報警值。如圖3-3。
圖3-3：超聲波測距單片機系統(tǒng)
3.2.2
超聲波發(fā)射、接收電路
超聲波發(fā)射、接收電路如圖3-4。超聲波發(fā)射電路由電阻R2、三極管BG1、超聲波脈沖變壓器B及超聲波發(fā)送頭T40構(gòu)成，超聲波脈沖變壓器，在這里的作用是提高加載到超聲波發(fā)送頭兩端的電壓，以提高超聲波的發(fā)射功率，從而提高測量距離。接收電路由BG1、BG2組成的兩組三級管放大電路構(gòu)成；超聲波的檢波電路、比較整形電路由C7、D1、D2及BG3組成。
40kHz的方波由AT89S51單片機的P0.0輸出，經(jīng)BG1推動超聲波脈沖變壓器，在脈沖變壓器次級形成60VPP的電壓，加載到超聲波發(fā)送頭上，驅(qū)動超聲波發(fā)射頭發(fā)射超聲波。發(fā)送出的超聲波，遇到障礙物后，產(chǎn)生回波，反射回來的回波由超聲波接收頭接收到。由于聲波在空氣中傳播時衰減，所以接收到的波形幅值較低，經(jīng)接收電路放大，整形，最后輸出一負跳變，輸入單片機的P3.7腳。
圖3-4：超聲波測距發(fā)送接收單元、單元
該測距電路的40kHz方波信號由單片機AT89S51
的P0.0發(fā)出。方波的周期為1/40ms，即25μs，半周期為12.5μs。每隔半周期時間，讓方波輸出腳的電平取反，便可產(chǎn)生40kHz方波。由于單片機系統(tǒng)的晶振為12M晶振，因而單片機的時間分辨率是1μs，所以只能產(chǎn)生半周期為12μs或13μs的方波信號，頻率分別為41.67kHz和38.46kHz。本系統(tǒng)在編程時選用了后者，讓單片機產(chǎn)生約38.46kHz的方波。
由于反射回來的超聲波信號非常微弱，所以接收電路需要將其進行放大。接收電路如圖3-4所示。接收到的信號加到BG2、BG3組成的兩級放大器上進行放大。每級放大器的放大倍數(shù)為70倍。放大的信號通過檢波電路得到解調(diào)后的信號，即把多個脈沖波解調(diào)成多個大脈沖波。這里使用的是1N4148檢波二極管，輸出的直流信號即兩二極管之間電容電壓。該接收電路結(jié)構(gòu)簡單，性能較好，制作難度小。
3.2.3顯示電路
本系統(tǒng)采用三位一體L E D
數(shù)碼管顯示所測距離值，如圖3-5。數(shù)碼管采用動態(tài)掃描顯示，段碼輸出端口為單片機的P2口，位碼輸出端口分別為單片機的P0.2、P0.3、P0.4口,數(shù)碼管位驅(qū)運用PNP三極管S9012三極管驅(qū)動。
圖3-5：顯示單元圖
3.2.4
供電電路
本測距系統(tǒng)由于采用的是LED數(shù)碼管用為顯示方式，正常工作時，系統(tǒng)工作電流約為30-45mA，考慮到調(diào)試方便，設(shè)計時直接由電腦的USB口供電。為提高超聲波測距板的供電品質(zhì)，板上設(shè)有C1、C2用為濾波。
圖3-6：供電單元電路圖
3.2.4報警輸出電路
為提高測測距系統(tǒng)的實用性，本測距系統(tǒng)的報警輸出提供開關(guān)量信號及聲響信號兩種方式。
報警信號由單片機P3.6口輸出，提供聲響報警信號，電路由電阻R10、三極管BG8、蜂鳴器BY組成，當測量值低于事先設(shè)定的報警值時，單片機P3.6口輸出高電平，三極管BG8導(dǎo)通，蜂鳴器發(fā)出“滴、滴、滴…..”報警聲響信號，測量值高于設(shè)定的報警值時，停止發(fā)出報警聲響。報警輸出電路如圖3-7。
圖3-7
報警輸出電路
4、系統(tǒng)軟件設(shè)計
4.1
主程序設(shè)計
超聲波測距的軟件設(shè)計主要由主程序、超聲波發(fā)生子程序、超聲波接收程序及顯示子程序組成。超聲波測距的程序既有較復(fù)雜的計算（計算距離時），又要求精細計算程序運行時間（超聲波測距時），所以控制程序可采用C語言編程。
主程序首先是對系統(tǒng)環(huán)境初始化，設(shè)定時器0為計數(shù)，設(shè)定時器1定時。置位總中斷允許位EA。進行程序主程序后，進行定時測距判斷，當測距標志位ec=1時，測量一次，程序設(shè)計中，超聲波測距頻度是4-5次/秒。測距間隔中，整個程序主要進行循環(huán)顯示測量結(jié)果。當調(diào)用超聲波測距子程序后，首先由單片機產(chǎn)生4個頻率為38.46kHz超聲波脈沖，加載的超聲波發(fā)送頭上。超聲波頭發(fā)送完送超聲波后，立即啟動內(nèi)部計時器T0進行計時，為了避免超聲波從發(fā)射頭直接傳送到接收頭引起的直射波觸發(fā)，這時，單片機需要延時約1.5 -2ms時間（這也就是超聲波測距儀會有一個最小可測距離的原因，稱之為盲區(qū)值）后，才啟動對單片機P3.7腳的電平判斷程序。當檢測到P3.7腳的電平由高轉(zhuǎn)為低電平時，立即停止T0計時。由于采用單片機采用的是12 MHz的晶振，計時器每計一個數(shù)就是1μs，當超聲波測距子程序檢測到接收成功的標志位后，將計數(shù)器T0中的數(shù)（即超聲波來回所用的時間）按式（2）計算，即可得被測物體與測距儀之間的距離。
設(shè)計時取15℃時的聲速為340 m/s則有： d=(c×t)/2=172×T0/10000cm其中，T0為計數(shù)器T0的計算值。 測出距離后結(jié)果將以十進制BCD碼方式送往LED顯示約0.5s，然后再發(fā)超聲波脈沖重復(fù)測量過程。
4.2
超聲波測距子程序
void
csbcj()
//超聲波測距子程序
{
if(cl==1)
{
sx=0;
delay(5000);
csbint=1;
TR1=0;
TH0=0x00;
TL0=0x00;
csbfs();
//超聲波發(fā)送
csbout=1;
TR0=1;
while(i--)
{
}
i=0;
while(csbint)
//判斷接收回路是否收到超聲波的回波
{
i++;
if(i>=2000)
//如果達到一定時間沒有收到回波,則將csbint置零,退出接收回波處理程序
csbint=0;
}
csbint=1;
TR0=0;
t=TH0;
t=t*256+TL0;
t=t;
s=t*csbc;
//計算測量結(jié)果
s=s/2;
cl=0;
TH1=0xE7;
TL1=0xC2;
TR1=1;
}
}
產(chǎn)生超聲波的子程序：
為了方便程序移置及準確產(chǎn)生超聲波信號，本測距的超聲波產(chǎn)生程序是用匯編語言編寫的進退聲波產(chǎn)生程序。產(chǎn)生的超聲波個數(shù)為
UCSBFS SEGMENT
CODE
RSEG UCSBFS
PUBLIC
CSBFS
CSBFS:
mov R6,#8h
;超聲波發(fā)射的完整波形個數(shù)：共計四個
here:
cpl
p0.0
;輸出40kHz方波
nop
nop
nop
nop
nop
nop
nop
nop
nop
nop
djnz
R6,here
RET
END
4.3
超聲波測距程序流程圖
4.4
超聲波測距程子序流程圖
5、調(diào)試及性能分析
5.1調(diào)試步驟
我們的步驟是先焊接各個模塊，焊接完每個模塊以后，再進行模塊的單獨測試，以確保在整個系統(tǒng)焊接完能正常的工作，原件安裝完畢后，將寫好程序的AT89S51機裝到測距板上，通電后將測距板的超聲波頭對著墻面往復(fù)移動，看數(shù)碼管的顯示結(jié)果會不會變化，在測量范圍內(nèi)能否正常顯示。如果一直顯示“- - -”，則需將下限值增大。本測距板1s測量2-3次，超聲波發(fā)送功率較大時，測量距離遠，則相應(yīng)的下限值（盲區(qū)）應(yīng)設(shè)置為高值。試驗板中的聲速沒有進行溫度補償，聲速值為340m/s，該值為15℃時的超聲波值。
5.2
性能分析
從實物測試的總體來說本測距板基本上達到了要求，理想上超聲波測距能達到500到700厘左右，而我們所能實現(xiàn)的最大距離只有699厘，測量結(jié)果受環(huán)境溫度影響。分析原因如下：
1.
超聲波發(fā)射部份由電阻R2、三極管BG1、超聲波脈沖變壓器B及超聲波發(fā)送頭T40構(gòu)成，以提高超聲波的發(fā)射功率，從面提高測量距離。這種方式，加大的超聲波了送頭的余振時間，造成超聲波測距盲區(qū)值較大（本系統(tǒng)盲區(qū)值為40厘米）。
2.本測距板沒有設(shè)計溫度補償對測量結(jié)果進行修正。但在硬件的PCB上預(yù)留的位置。
參考文獻
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單片機微型計算機與接口技術(shù).
北京:電子工業(yè)出版社,2001
[5]
樓然苗、李光飛.
51系列單片機設(shè)計實例.
北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2003
[6]
王守中
51單片機開發(fā)入門與典型實例.
北京：人民郵電出版社，2009
附錄一：基于AT89S51單片機超聲波測距系統(tǒng)電原理圖
附錄二基于AT89S51單片機超聲波測距系統(tǒng)PCB圖
附錄三基于AT89S51單片機超聲波測距系統(tǒng)焊接組裝圖
附錄四
元件清單
|
編號
|
型號、規(guī)格
|
描述
|
數(shù)量
|
編號
|
型號、規(guī)格
|
描述
|
數(shù)量
|
|
R1
|
10k
|
1/4W電阻器
|
1
|
C1
|
220uF
|
電解電容器
|
1
|
|
R2
|
150k
|
1/4W電阻器
|
1
|
C2
|
104
|
瓷片電容器
|
1
|
|
R3
|
4.7k
|
1/4W電阻器
|
1
|
C3
|
30pF
|
電解電容器
|
1
|
|
R4
|
150k
|
1/4W電阻器
|
1
|
C4
|
30pF
|
瓷片電容器
|
1
|
|
R5
|
4.7k
|
1/4W電阻器
|
1
|
C5
|
10 uF
|
瓷片電容器
|
1
|
|
R6
|
4.7k
|
1/4W電阻器
|
1
|
C6
|
103
|
瓷片電容器
|
1
|
|
R7
|
4.7k
|
1/4W電阻器
|
1
|
C7
|
103
|
瓷片電容器
|
1
|
|
R8
|
4.7k
|
1/4W電阻器
|
1
|
IC1
|
AT89S51
|
單片機
|
1
|
|
R9
|
4.7k
|
1/4W電阻器
|
1
|
Y1
|
12MHz
|
晶振
|
1
|
|
R10
|
4.7k
|
1/4W電阻器
|
1
|
T
|
T40-16T
|
傳聲波傳感器
|
1
|
|
BG1
|
9012
|
PNP
|
1
|
R
|
T40-16R
|
傳聲波傳感器
|
1
|
|
BG2
|
9013
|
NPN
|
1
|
D1
|
IN4148
|
開關(guān)二極管
|
1
|
|
BG3
|
9013
|
NPN
|
1
|
D2
|
IN4148
|
開關(guān)二極管
|
1
|
|
BG4
|
9013
|
NPN
|
1
|
J1
|
USB
|
USB接口
|
1
|
|
BG5
|
9012
|
NPN
|
1
|
J2
|
ISP
|
IDC10
|
1
|
|
BG6
|
9012
|
PNP
|
|
BY
|
BEEP
|
5V有源蜂鳴器
|
1
|
|
BG7
|
9012
|
PNP
|
1
|
K1
|
SW-0606
|
輕觸銨鈕
|
1
|
|
BG8
|
909013
|
PNP
|
1
|
K2
|
SW-0606
|
輕觸銨鈕
|
1
|
|
LED
|
HS310561K
|
三位數(shù)碼管
|
1
|
K2
|
SW-0606
|
輕觸銨鈕
|
1
|
|
B
|
7M-7.6
|
高頻變壓器
|
1
|
|
|
|
|
51單片機超聲波DIY
AT89S51簡介：
AT89S51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低功耗，高性能CMOS8位單片機，片內(nèi)含4k bytes的可系統(tǒng)編程的Flash只讀程序存儲器,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準8051指令系統(tǒng)及引腳。它集Flash程序存儲器既可在線編程（ISP）也可用傳統(tǒng)方法進行編程及通用8位微處理器于單片芯片中，ATMEL公司的功能強大，低價位AT89S51單片機可為您提供許多高性價比的應(yīng)用場合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。
主要性能參數(shù)：
·與MCS-51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容
·4k字節(jié)在系統(tǒng)編程（ISP）Flash閃速存儲器
·1000次擦寫周期
·4.0－5.5V的工作電壓范圍
·全靜態(tài)工作模式：0Hz－33MHz
·三級程序加密鎖
·128×8字節(jié)內(nèi)部RAM
·32個可編程I／O口線
·2個16位定時／計數(shù)器
·6個中斷源
·全雙工串行UART通道
·低功耗空閑和掉電模式
·中斷可從空閑模喚醒系統(tǒng)
·看門狗（WDT）及雙數(shù)據(jù)指針
·掉電標識和快速編程特性
·靈活的在系統(tǒng)編程（ISP字節(jié)或頁寫模式）
功能特性概述：
AT89S51
提供以下標準功能：4k
字節(jié)Flash
閃速存儲器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32個I／O
口線，看門狗（WDT），兩個數(shù)據(jù)指針，兩個16
位定時／計數(shù)器，一個5
向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。同時，AT89S51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時／計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM
中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復(fù)位。
引腳功能說明
·Vcc：電源電壓
·GND：地
·P0口：P0口是一組8位漏極開路型雙向I／0口，也即地址／數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時，每位能驅(qū)動8個TTL邏輯門電路，對端口寫“l(fā)”可作為高阻抗輸入端用。
在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。在F1ash編程時，P0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)，校驗時，要求外接上拉電阻。
·P1口：Pl
是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I／O口，Pl的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口寫“l(fā)”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流（IIL）。
Flash編程和程序校驗期間，Pl接收低8位地址。
端口引腳
第二功能：
P1.5 MOSI（用于ISP編程）
P1.6 MISO（用于ISP編程）
P1.7 SCK
（用于ISP編程）
·P2
口：P2
是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8
位雙向I／O
口，P2
的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4
個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流（IIL）。
在訪問外部程序存儲器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVX@DPTR指令）時，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問8
位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行MOVX@Ri
指令）時，P2
口線上的內(nèi)容（也即特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中P2寄存器的內(nèi)容），在整個訪問期間不改變。
Flash編程或校驗時，P2亦接收高位地址和其它控制信號。
·P3
口：P3
口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8
位雙向I／0
口。P3
口輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4
個TTL邏輯門電路。對P3口寫入“l(fā)”時，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。作輸入端時，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流（IIL）。
P3口除了作為一般的I／0口線外，更重要的用途是它的第二功能，如下表所示：
P3口還接收一些用于Flash閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號。
AT89S51
中有一個用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1
和XTAL2
分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器，振蕩電路參見圖3-2。
外接石英晶體（或陶瓷諧振器）及電容Cl、C2
接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。對外接電容Cl、C2
雖然沒有十分嚴格的要求，但電容容量的大小會輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程序及溫度穩(wěn)定性。如果使用石英晶體，推薦電容使用30pF±10pF，而如使用陶瓷諧振器選擇40pF±10F。
用戶也可以采用外部時鐘。采用外部時鐘的電路如圖5右圖所示。這種情況下，外部時鐘脈沖接到XTAL1端，即內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端，XTAL2則懸空。
由于外部時鐘信號是通過一個2分頻觸發(fā)器后作為內(nèi)部時鐘信號的，所以對外部時鐘信號的占空比沒有特殊要求，但最小高電平持續(xù)時間和最大的低電平持續(xù)時間應(yīng)符合產(chǎn)品技術(shù)條件的要求。圖3-2為晶體接線圖和外接時鐘線路圖。
圖3-2
內(nèi)部振蕩電路
[1]http://blog.sina.com.cn/s/blog_4f8cdc9e0100g3e7.html
(2012-04-20 23:59:54)
