超声波传感器测距离(2)

三．系统总体设计方案

超声波测距的原理是利用超声波的发射和接受，根据超声波传播的时间来计算出传播距离。实用的测距方法有两种，一种是在被测距离的两端，一端发射，另一端接收的直接波方式，适用于身高计；一种是发射波被物体反射回来后接收的反射波方式，适用于测距仪。此次设计采用反射波方式。

测距仪的分辨率取决于对超声波传感器的选择。超声波传感器是一种采用压电效应的传感器，常用的材料是压电陶瓷。由于超声波在空气中传播时会有相当的衰减，衰减的程度与频率的高低成正比；而频率高分辨率也高，故短距离测量时应选择频率高的传感器，而长距离的测量时应用低频率的传感器。

超声波测距系统主要由超声波接收器、发射器、放大电路、单片机和显示器几部分组成，其系统框图如下图3.1所示：

超声波接收器放大电路（三级放大）障碍物定时器单片机控制显示超声波放射器（40kHz方波）

放大电路图3.1 超声波测距系统框图

显示模块中，通过测得数据经p0口送至LCD进行显示，LCD显示原理：液晶显示模块是128×64 点阵的汉字图形型液晶显示模块，可显示汉字及图形，内置8192 个中文汉字、16X16 点阵、128 个字符、8X16 点阵及64X256 点阵，显示RAM GDRAM 可与CPU 直接，接口提供两种界面来连接微处理机8-位并行及串行两种连接方式具有多种功能光标显示画面移位睡眠模式等。显示资料RAM 提供642 个位元组的空间，最多可以控制4 行16 字和64 个字的中文字型显示，当写入显示资料RAM 时可以分别显示CGROM HCGROM 与CGRAM 的字型，ST7920A 可以显示三种字

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型：半宽的HCGROM 字型CGRAM 字型及中文CGROM 字型 ，三种字型的选择由DDRAM 中写入的编码选择，在0000H 0006H 的编码中将自动的结合下一个位元组，组成两个位元组的编码达成中文字型的编码，A140 D75F 各种字型详细编码如下：

1 显示半宽字型 将8 位元资料写入DDRAM 中范围为02H 7FH 的编码 2 显示CGRAM 字型将16 位元资料写入DDRAM 中总共有0000H 0002H 0004H 0006H 四种编码

3 显示中文字形将16 位元资料写入DDRAMK ，范围为A1A1H- F7FEH 的编码。 绘图显示RAM 提供64 *32 个位元组的记忆空间，最多可以控制256 *64 点的二维绘图缓冲空间，在更改绘图RAM 时，先连续写入水平与垂直的坐标值，再写入两个8 位元的资料到绘图RAM而地址计数器AC 会自动加一。在写入绘图RAM 的期间，绘图显示必须关闭整个写入绘图RAM的步骤如下： 1 关闭绘图显示功能

2 先将水平的位元组坐标X 写入绘图RAM 地址 3 再将垂直的坐标Y 写入绘图RAM 地址 4 将D15 D8 写入到RAM 中 5 将D7 D0 写入到RAM 中 6 打开绘图显示功能

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四．系统的硬件结构设计

硬件电路的设计主要包括单片机系统及显示电路、超声波发射电路和超声波检测接收电路四部分。单片机采用AT89S52或其兼容系列。采用12MHz高精度的晶振，以获得较稳定时钟频率，减小测量误差。单片机用P1.0端口输出超声波换能器所需的40kHz的方波信号，利用外中断0口监测超声波接收电路输出的返回信号。显示电路采用简单实用的LED。

4.1 单片机最小系统原理概述

AT89S52单片机是整个系统的主控制器，欲使单片机正常工作，必须要设计单片机的最小系统。单片机最小系统，是指最少的元件组成的单片机可以工作的系统。对于51系列的单片机来说，最小系统一般应该包括单片机、晶振电路、复位电路。一般的晶振电路中晶振的负载电容为15p或12.5p ，如果再考虑元件引脚的等效输入电容，则两个22p的电容构成晶振的振荡电路就是比较好的选择。单片机复位电路就好比电脑的重启部分，当电脑在使用中出现死机，按下重启按钮电脑内部的程序从头开始执行。单片机也一样，当单片机系统在运行中，受到环境干扰出现程序跑飞的时候，按下复位按钮内部的程序自动从头开始执行。51单片机的最小系统原理图如下图4.1所示。

图4.1 51单片机最小系统原理图

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AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash 存储器。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得AT89S52在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。AT89S52 是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造。

AT89S52具有以下标准功能： 8k字节Flash，256字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16 位 定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口， 片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工 作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结， 单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。

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不具有内部上拉电阻。 在flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验 时，需要外部上拉电阻。

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）。

此外，P1.0和P1.1分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和定时器/计数器2 的触发输入（P1.1/T2EX）。 在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。

引脚号第二功能：

P1.0 T2（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出

P1.1 T2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制） P1.5 MOSI（在系统编程用） P1.6 MISO（在系统编程用）

P1.7 SCK（在系统编程用）

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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。

P3 口：P3 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，p3 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AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。 在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。 端口引脚 第二功能： P3.0 RXD(串行输入口) P3.1 TXD(串行输出口) P3.2 INTO(外中断0) P3.3 INT1(外中断1) P3.4 TO(定时/计数器0) P3.5 T1(定时/计数器1) P3.6 WR(外部数据存储器写选通) P3.7 RD(外部数据存储器读选通)

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是单片机复位。

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

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