2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

　　2.1 超聲波測距原理

　　單片機在 T0 時刻發(fā)射方波，同時啟動定時器開始計時，當收到回波后，產(chǎn)生一個負跳變到單片機中端口，單片機響應(yīng)中斷程序，定時器停止計數(shù)。計算時間差，即可得到超聲波在介質(zhì)中傳播的時間t ，由此便可計算出距離。其時序圖如圖3 所示。

　　圖3 超聲波時序圖

　　2.2 硬件電路

　　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)射電路和超聲波檢測接收電路三部分。單片機采用STC89C51 或其兼容系列。采用12 MHz 高準確度的晶振，以獲得較穩(wěn)定時鐘頻率，減小測量誤差。單片機用P2.4 端口輸出超聲波換能器所需的40 kHz 的方波信號，利用外中斷0 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4 位共陽LED 數(shù)碼管，段碼用程序驅(qū)動，位碼用PNP 三極管驅(qū)動。

　　STC89C51 芯片引腳與封裝如圖4 所示。

　　圖4 STC89C51 引腳

　　引腳功能說明：

　?。?）VCC：電源電壓。

　?。?）GND：接地。

　?。?）RST：復(fù)位輸入。當振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST 腳兩個機器周期的高電平時間。

　　（4）/EA/VPP：當/EA 保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。

　?。?）XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。

　?。?）XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。

　?。?）P0 口：P0 口為一個8 位漏級開路雙向I/O 口，也即地址/ 數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時，每腳可吸收8TTL 門電流。

　　（8）P1 口：P1 口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P1 口緩沖器能吸收或輸出4TTL門電流。

　?。?）P2 口：P2 口為一個內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P2 口緩沖器可吸收或輸出4 個TTL門電流，當P2 口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。

　?。?0）P3 口：P3 口管腳是8 個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O 口，可吸收或輸出4 個TTL 門電流。

　　P3 口也可作為AT89C52 的一些特殊功能口，如表1 所示。

　　表1 P3 特殊功能口

　　P3 口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。

　?。?1）ALE//PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。

　?。?2）/PSEN：外部程序存儲器的選通信號。

　　在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN 有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN 信號將不出現(xiàn)。

　　2.4 超聲波發(fā)射電路

　　超聲波發(fā)射電路原理如圖5 所示。輸出端采用兩個反向器并聯(lián)，用以提高驅(qū)動能力。上位電阻R10、R11 一方面可以提高反向器74LS04 輸出高電平的驅(qū)動能力，另一方面可以增加超聲波換能器的阻尼效果，縮短其自由振蕩時間。

　　圖5 超聲波發(fā)射電路原理圖

　　2.5 超聲波檢測接收電路

　　集成電路CX20106A 是一款紅外線檢波接收的專用芯片。考慮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（ 如圖6）。實驗證明用CX20106A 接收超聲波（ 無信號時輸出高電平），具有很好的靈敏度和較強的抗干擾能力。

　　圖6 超聲波檢測接收電路

　　2.6 顯示電路

　　顯示電路采用簡單實用的4 位共陽LED 數(shù)碼管，段碼用74LS244 驅(qū)動，位碼用PNP 三級管驅(qū)動。接P2.1 引腳的為個位顯示數(shù)碼管，其小數(shù)點在P2.1 有效時顯示，此功能由軟件來完成。

　　2.7 復(fù)位功能

　　系統(tǒng)應(yīng)具備測距啟動功能，可以復(fù)位系統(tǒng)，使其開始重新測距。

　　綜上所述，本系統(tǒng)的特點是利用單片機控制超聲波的發(fā)射和對超聲波自發(fā)射至接收往返時間的計時，單片機選用STC89C52，經(jīng)濟易用，且片內(nèi)有8K 的ROM，便于編程。電路原理如圖7 所示。