基于51單片機的超聲波測距儀LED顯示電路的設計
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超聲波測距儀主程序利用外中斷0檢測返回超聲波信號，一旦接收到返回超聲波信號（即INT0引腳出現低電平），立即進(jìn)入中斷程序。進(jìn)入中斷后就立即關(guān)閉計時(shí)器T0停止計時(shí)，并將測距成功標志字賦值1。如果當計時(shí)器溢出時(shí)還未檢測到超聲波返回信號，則定時(shí)器T0溢出中斷將外中斷0關(guān)閉，并將測距成功標志字賦值2以表示此次測距不成功。 前方測距電路的輸出端接單片機INT0端口，中斷優(yōu)先級最高，左、右測距電路的輸出通過(guò)與門(mén)IC3A的輸出接單片機INT1端口，同時(shí)單片機P1.3和P1.4接到IC3A的輸入端，中斷源的識別由程序查詢(xún)來(lái)處理，中斷優(yōu)先級為先右后左。部分源程序如下：
INTT0: CLR EA
CLR TR0
MOV TH0,#00H
MOV TL0,#00H
SETB ET1
SETB EA
SETB TR0
SETB TR1
OUT : RET;T1中斷，發(fā)超聲波用：
INTT1 : CPL VOUT
DJNZ R4,RETIOUT
CLR TR1
CLR ET1
MOV R4,#04H
SETB EX0
RETIOUT:RETI;外中斷0，收到回波時(shí)進(jìn)入
PINT0: CLR TR0
CLR TR1
CLR ET1
CLR EA
CLR EX0
MOV 44H,TL0
MOV 45H,TH0
SETB 00H
RETI
3.3.4 系統的軟硬件的調試
超聲波測距儀的制作和調試都比較簡(jiǎn)單，其中超聲波發(fā)射和接收采用模塊直接實(shí)現。
硬件電路制作完成并調試好后，便可將程序編譯好下載到單片機試運行。根據實(shí)際情況可以修改超聲波發(fā)生子程序每次發(fā)送的脈沖寬度和兩次測量的間隔時(shí)間，以適應不同距離的測量需要。根據所設計的電路參數和程序，測距儀能測的范圍為0.07～5.5m，測距儀最大誤差不超過(guò)1cm。系統調試完后應對測量誤差和重復一致性進(jìn)行多次實(shí)驗分析，不斷優(yōu)化系統使其達到實(shí)際使用的測量要求。
軟件的調試程序見(jiàn)附錄三.
4 總結和體會(huì )
由于時(shí)間和其它客觀(guān)上的原因，此次設計沒(méi)有成功做出實(shí)物。但是對設計有一個(gè)很好的理論基礎。設計的最終結果是使超聲波測距儀能夠產(chǎn)生超聲波，實(shí)現超聲波的發(fā)送與接收，從而實(shí)現利用超聲波方法測量物體間的距離。以數字的形式顯示測量距離。
超聲波測距的原理是利用超聲波的發(fā)射和接受，根據超聲波傳播的時(shí)間來(lái)計算出傳播距離。實(shí)用的測距方法有兩種，一種是在被測距離的兩端，一端發(fā)射，另一端接收的直接波方式，適用于身高計；一種是發(fā)射波被物體反射回來(lái)后接收的反射波方式，適用于測距儀。此次設計采用反射波方式。
超聲波測距儀硬件電路的設計主要包括單片機系統及顯示電路、超聲波發(fā)射電路和超聲波檢測接收電路三部分。單片機采用AT89S51或其兼容系列。采用12MHz高精度的晶振，以獲得較穩定時(shí)鐘頻率，減小測量誤差。單片機用P1.0端口輸出超聲波換能器所需的40kHz的方波信號，利用外中斷0口監測超聲波接收電路輸出的返回信號。顯示電路采用簡(jiǎn)單實(shí)用的4個(gè)七段共陽(yáng)數碼管組成動(dòng)態(tài)掃描電路 。
超聲波發(fā)射電路主要由反相器4069和超聲波發(fā)射換能器FSQ構成，單片機P1.0端口輸出的40kHz的方波信號一路經(jīng)一級反向器后送到超聲波換能器的一個(gè)電極，另一路經(jīng)兩級反向器后送到超聲波換能器的另一個(gè)電極，用這種推換形式將方波信號加到超聲波換能器的兩端，可以提高超聲波的發(fā)射強度。輸出端采兩個(gè)反向器并聯(lián)，用以提高驅動(dòng)能力。超聲波換能器內部有兩個(gè)壓電晶片和一個(gè)換能板。當它的兩極外加脈沖信號，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時(shí)，壓電晶片會(huì )發(fā)生共振，并帶動(dòng)共振板振動(dòng)產(chǎn)生超聲波，這時(shí)它就是一個(gè)超聲波發(fā)生器；反之，如果兩電極問(wèn)未外加電壓，當共振板接收到超聲波時(shí)，將壓迫壓電晶片作振動(dòng)，將機械能轉換為電信號，這時(shí)它就成為超聲波接收換能器。超聲波發(fā)射換能器與接收換能器在結構上稍有不同，使用時(shí)應分清器件上的標志。
超聲波檢測接收電路主要是由集成電路CX20106A組成，它是一款紅外線(xiàn)檢波接收的專(zhuān)用芯片，常用于電視機紅外遙控接收器?？紤]到紅外遙控常用的載波頻率38 kHz與測距的超聲波頻率40 kHz較為接近，可以利用它制作超聲波檢測接收電路。實(shí)驗證明用CX20106A接收超聲波(無(wú)信號時(shí)輸出高電平)，具有很好的靈敏度和較強的抗干擾能力。適當更改電容Cs的大小，可以改變接收電路的靈敏度和抗干擾能力。
在元件及調制方面，由于采用的電路使用了很多集成電路。外圍元件不是很多，所以調試不會(huì )太難。一般只要電路焊接無(wú)誤，稍加調試應該會(huì )正常工作。電路中除集成電路外，對各電子元件也無(wú)特別要求。若能將超聲波接收電路用金屬殼屏蔽起來(lái)，則可提高抗干擾能力。
我要感謝孔老師，邵老師和陳老師在設計中對我給予的悉心指導和嚴格要求，同時(shí)也感謝本班同學(xué)在設計期間所給予我的幫助。在我論文寫(xiě)作期間，各位同學(xué)給我提供了種種專(zhuān)業(yè)知識上的指導，使我能夠這么順利的完成設計與制作，借此機會(huì )，向您們表示由衷的感激。同時(shí)還要感謝系實(shí)驗室在設計期間提供給我們優(yōu)越的實(shí)驗條件。
附錄一：電氣原理圖
附錄二：程序調試
VOUT EQU P1.0
ORG 0000H
LJMP START
ORG 0003H
LJMP PINT0
ORG 000BH
LJMP INTT0
ORG 0013H
RETI
ORG 001BH
LJMP INTT1
ORG 0023H
RETI
ORG 002BH
RETI
;***********主程序**************
START: MOV SP,#4FH
MOV R0,#40H
MOV R7,#0BH
CLEARDISP:MOV @R0, #00H
INC R0
DJNZ R7,CLEARDISP
MOV 20H, #00H
MOV TMOD,21H
MOV TH0, #00H
MOV TL0,00H
MOV TH1,0F2H
MOV TL1,0F2H
MOV P0, 0FFH
MOV P1, 0FFH
MOV P2, 0FFH
MOV P3, 0FFH
MOV R4, 04H
SETB PX0
SETB ET0
SETB EA
SETB TR0
START1: LCALL DISPLAY
JNB 00H,START1
CLR EA
LCALL WORK
SETB EA
CLR 00H
SETB TR0
MOV R2,#64H
LOOP: LCALL DISPLAY
DJNZ R2,LOOP
SJMP START1
INTT0: CLR EA
CLR TR0
MOV TH0,#00H
MOV TL0,#00H
SETB ET1
SETB EA
SETB TR0
SETB TR1
OUT : RET
;T1中斷，發(fā)超聲波用：
INTT1 : CPL VOUT
DJNZ R4,RETIOUT
CLR TR1
CLR ET1
MOV R4,#04H
SETB EX0
RETIOUT:RETI
;外中斷0，收到回波時(shí)進(jìn)入
PINT0: CLR TR0
CLR TR1
CLR ET1
CLR EA
CLR EX0
MOV 44H,TL0
MOV 45H,TH0
SETB 00H
RETI
;*****顯示程序：**********
DISPLAY:MOV R1, #40H;G
MOV R5,#0F7H;G
PLAY: MOV A,R5
MOV P0,#0FFH
MOV P2,A
MOV A,@R1
MOV DPTR,#TAB
MOVC A,@A+DPTR
MOV P0,A
LCALL DL1MS
INC R1
MOV A,R5
JNB ACC.0,ENDOUT;G
RR A
MOV R5,A
AJMP PLAY
ENDOUT: MOV R2,#0FFH
MOV P0,#0FFH
RET
TAB: DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H,0FFH,88H,0BFH
; 共陽(yáng)段碼管 "0","1","2","3","4","5","6","7","8","9","不亮","A","-"
;延時(shí)程序:
DL1MS: MOV R6,#14H
DL1: MOV R7,#19H
DL2: DJNZ R7,DL2
DJNZ R6,DL1
RET
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