基于51单片机控制超声波测距仪毕业设计l论文

I摘 要在空气介质中，超声测距传感器因其性能好，价格低廉、使用方便，在现场机器人定位系统、车辆自动导航、车辆安全行驶辅助系统、城市交通管理和高速公路管理监测系统，以及河道、油井和仓库及料位的探测中都有应用。由于超声波传播不易受干扰，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量，如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。为此，深入研究超声波的产生与传播规律、开发高性能超声波换能器及其收发电路，对于超声波检测技术的发展具有十分重要的现实意义。本设计介绍了基于单片机控制的超声测距仪的原理：由 AT89C51 控制定时器产生超声波脉冲并计时，计算超声波自发射至接收的往返时间，从而得到实测距离。并且在数据处理中采用了温度补偿的调整，用四位 LED 数码管切换显示距离和温度。整个硬件电路由超声波发射电路、超声波接收电路、电源电路、显示电路等模块组成。各探头的信号经单片机综合分析处理，实现超声波测距仪的各种功能。在此基础上设计了系统的总体方案，最后通过硬件和软件实现了各个功能模块。相关部分附有硬件电路图、程序流程图，给出了系统构成、电路原理及程序设计。此系统具有易控制、工作可靠、测距准确度高、可读性强和流程清晰等优点。实现后的作品可用于需要测量距离参数的各种应用场合。关键词：AT89C51；超声波；测距；电路IIAbstractThe features of the good performance,low cost，easy use are inearnated in the ultrasonic distance measurement sensor.The ultrasonic distance measurement sensor is usually used at thescene robot positioning system，automatic vehicle navigation，the safety of vehicles traveling support system，the uran traffic management and the highway management monitoring system，as well as the detect in rivers，oil wells，storages and materials.The ultrasonic wave transmssion is not easy todisturb，its energy consumption is slowly and it can be transmitted distantly in the medium，so it isfrequently used in ultrasonic distance measurement.For example，the range finder and the materiallevel finder can be aehieved by ultrasonic wave.Therefore，the in-depth study of the generationand transmission law of ultrasonic and the development of high-performance ultrasonic sensor andtransmit and receive circuits is of great practical significance in the development of ultrasonicdetection technology.The design introduces the principle of the ultrasonic distance measurement instrument based on SCMC-controlled: AT89C51 controls timers to produce the ultrasonic wave pulse and time,count the time of ultrasonic wave spontaneous emission to receive round-trip,thus obtains the measured distance.And the temperature compensation adjustment is used in the data processing, with four LED nixie tubes display distance or temperature by switching.The entire hardware circuit is composed by ultrasonic transmitter circuit, ultrasonic receiver circuit, the power circuit, display circuit, and other modules. The probe signals are integrated analysised by SCMC to achieve the various functions of ultrasonic distance measurement instrument. Based on this has designed systems overall concept, final adoption of hardware and software to achieve the various functional modules. The relevant parts have the hardware schematics and process flow chart.It has given the system constitution, the circuitry and the programming. The instrument system has features: ease of control, stability of operation, highness of precision and distinctness of programme process ,etc. After the realization of the works can be used for needs of the various parameters measured distance applications.Keywords:AT89C51; Ultrasonic wave; Measure distance; circuitIII目 录摘 要 .IAbstract II1 绪论 .11.1 课题研究的背景 11.2 课题的提出及研究意义 21.2.1 课题的提出 .21.2.2 课题的研究意义 .22 超声波的介绍及超声波测距的原理 .32.1 超声波的介绍 32.1.1 什么是超声波 .32.1.2超声波的特性及特点 32.1.3超声波的应用 42.2 超声波测距的原理及误差分析 52.2.1 超声波测距的原理 .52.2.2 超声波测距误差分析 .52.3 单片机实现测距的原理 63 系统硬件设计 .73.1 系统结构设计 73.2 AT89C51单片机简介 .83.2.1 AT89C51单片机的功能 83.2.2 AT89C51单片机主要特性 9IV3.2.3 AT89C51管脚说明 93.3 DS18B20温度传感器简介 113.4 T40、R40 超声波传感器简介 .123.4.1 超声波传感器的基本介绍 123.4.2 超声波传感器的主要应用 123.4.3 超声波传感器的工作原理 133.5 LM7805端稳压集成电路 .143.5.1 LM7805介绍 143.5.2 LM7805的特点 143.5.3 LM7805的实际应用 143.6 LM567锁相环 153.6.1 LM567的概述 .153.6.2 LM567的功能叙述 .153.6.3 LM567主要参数 .153.7 超声波发射器电路 .163.8 超声波检测接受电路 .173.9 显示电路 .183.10 LM7805电平转换电路 193.11 AT89C51复位电路 .204 系统软件设计 214.1 主程序流程 .214.2 子程序设计 .23V4.2.1超声波发送子程序及超声波接收中断子程序 .234.2.2测温子程序 .254.2.3距离计算子程序 .265 总结 27致 谢 28参考文献 29附录 A 国外相关文章 30附录 B中文翻译 33附录 C超声波测距电路原理图 35附录 D程序清单 36基于 51 单片机的超声波测距毕业设计论文 电子烧友会 11 绪论1.1 课题研究的背景利用超声波测量已知标准位置与目标物体表面之间距离的方法叫做超声波测距法。超声波是指频率在 20kHz 以上的声波，它属于机械波的范畴。从技术上看，超声波测距系统在上个世纪 70 年代已经实用化，从 70 年代末期开始广泛应用于生产领域。近年来，随着电子测量技术的发展，运用超声波精确测量已成可能。随着经济发展，电子测量技术应用越来越广泛，而超声波测量精确高，成本低，性能稳定则备受青睐。随着机器人技术在其诞生后短短几十年中的迅猛发展,它的应用范围也逐步由工业生产走向人们的生活。如此广泛的应用使得提高人们对机器人的了解显得尤为重要。机器人通过其感知系统察觉前方障碍物距离和周围环境来实现绕障、自动寻线、测距等功能。超声波测距相对其他测距技术而言成本低廉,测量精度较高,不受环境的限制,应用方便，将它与红外、灰度传感器等结合共同实现机器人寻线和绕障功能。超声波由于指向性强、能量消耗缓慢且在介质中传播的距离较远，因而经常用于距离的测量。它主要应用于倒车雷达、测距仪、物位测量仪、移动机器人的研制、建筑施工工地以及一些工业现场等，例如：距离、液位、井深、管道长度、流速等场合。利用超声波检测往往比较迅速、方便，且计算简单、易于做到实时控制，在测量精度方面也能达到工业实用的要求，因此得到了广泛的应用。本课题的研究是非常有实用和有商业价值的。由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量，如超声波测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求，因此在移动机器人的研制上也得到了广泛的应用。为了使移动机器人能自动避障行走，就必须装备测距系统，以使其及时获取距障碍物的距离信息（距离和方向） 。超声波测距系统，就是为机器人了解其前方、左侧和右侧的环境而提供一个运动距离信息。为了研究和利用超声波，人们已经设计和制成了许多超声波发生器。总体上讲，超声波发生器可以分为两大类：一类是用电气方式产生超声波，一类是用机械方式产生超声波。电气方式包括压电型、磁致伸缩型和电动型等；机械方式有加尔统笛、液哨和气流旋笛等。它们所产生的超声波的频率、功率和声波特性各不相同，因而用途也各不相同。目前较为常用的是压电式超声波发生器。基于 51 单片机的超声波测距毕业设计论文 电子烧友会21.2 课题的提出及研究意义1.2.1 课题的提出测距的原理和方法有很多，根据其信息载体的不同可归纳为光学方法、无线电方法和超声波方法。前两者在某些地方有局限性，相比之下，超声波方法具有突出的优点，首先，超声波对色彩、光照度不敏感，可用于测量透明及漫反射性差的物体(如玻璃、抛光体);其次，超声波对外界光线和电磁场不敏感，可用于黑暗、有灰尘或烟雾、电磁干扰强、有毒等恶劣环境中;最后，超声波传感器结构简单、体积小、费用低，信息处理简单可靠，易于小型化和集成化。因此超声波作为非接触测量手段，己越来越引起人们的重视。本课题设计为基于超声波的测距。1.2.2 课题的研究意义超声波测距是一种极有潜力的方法，近距范围内超声测距有其不受光线影响、结构简单、成本低等特点。超声测量另一个突出优点是: 环境介质可以为空气、液体或固体，适用范围广泛。更重要的是超声波检测降低了劳动强度，避免工人在恶劣工作环境下(高、低温，高、低压，强辐射，有毒气、液体环境等)受到伤害，还大大提高了测量精度，可靠性高;另外，超声波测距还可以应用到其他的功能系统中，例如在机器人避障系统、移动机器人避障的超声测距系统、智能机器人管家和简易智能电动车自动避障系统、车载系统、自动泊车系统、自动刹车系统和倒车雷达系统中，超声波测距也有其重要的应用。目前超声波测距已得到广泛应用，国内一般使用专用集成电路根据超声波测距原理设计各种测距仪器，但是专用集成电路的成本较高、功能单一。而以单片机为核心的测距仪器可以实现预置、多端口检测、显示、报警等多种功能，并且成本低、精度高、操作简单、工作稳定、可靠。以 8051 为内核的单片机系列，其硬件结构具有功能部件齐全、功能强等特点。尤其值得一提的是，出 8 位 CPU 外，还具备一个很强的位处理器，它实际上是一个完整的位微计算机，即包含完整的位 CPU，位 RAM、ROM（EPROM ） ，位寻址寄存器、I/O 口和指令集。所以，8051 是双 CPU 的单片机。位处理在开关决策、逻辑电路仿真、过程测控等方面极为有效；而 8 位处理则在数据采集和处理等方面具有明显长处。基于 51 单片机的超声波测距毕业设计论文 电子烧友会 32 超声波的介绍及超声波测距的原理2.1 超声波的介绍2.1.1 什么是超声波声波是物体机械振动状态（或能量）的传播形式。所谓振动是指物质的质点在其平衡位置附近进行的往返运动形式。譬如，鼓面经敲击后，它就上下振动，这种振动状态通过空气媒质向四面八方传播，这便是声波。超声波是指振动频率大于 20000Hz 以上的，其每秒的振动次数（频率）甚高，超出了人耳听觉的一般上限（20000Hz） ，人们将这种听不见的声波叫做超声波。超声和可闻声本质上是一致的，它们的共同点都是一种机械振动模式，通常以纵波的方式在弹性介质内会传播，是一种能量的传播形式，其不同点是超声波频率高，波长短，在一定距离内沿直线传播具有良好的束射性和方向性，目前腹部超声成象所用的频率范围在 25 兆 Hz 之间，常用为 33.5 兆 Hz（每秒振动 1 次为 1Hz，1 兆 Hz=106Hz,即每秒振动 100 万次，可闻波的频率在 1620，000HZ 之间） 。超声波在媒质中的反射、折射、衍射、散射等传播规律，与可听声波的规律没有本质上的区别。但是超声波的波长很短，只有几厘米，甚至千分之几毫米。与可听声波比较，超声波具有许多奇异特性：传播特性超声波的波长很短，通常的障碍物的尺寸要比超声波的波长大好多倍，因此超声波的衍射本领很差，它在均匀介质中能够定向直线传播，超声波的波长越短，该特性就越显著。功率特性当声音在空气中传播时，推动空气中的微粒往复振动而对微粒做功。声波功率就是表示声波做功快慢的物理量。在相同强度下，声波的频率越高，它所具有的功率就越大。由于超声波频率很高，所以超声波与一般声波相比，它的功率是非常大的。空化作用当超声波在液体中传播时，由于液体微粒的剧烈振动，会在液体内部产生小空洞。这些小空洞迅速胀大和闭合，会使液体微粒之间发生猛烈的撞击作用，从而产生几千到上万个大气压的压强。微粒间这种剧烈的相互作用，会使液体的温度骤然升高，起到了很好的搅拌作用，从而使两种不相溶的液体（如水和油）发生乳化，且加速溶质的溶解，加速化学反应。这种由超声波作用在液体中所引起的各种效应称为超声波的空化作用。频率高于 210 千赫兹的声波。研究超声波的产生、传播、接收，以及各种超声效应和应用的声学分支叫超声学。产生超声波的装置有机械型超声发生器（例如气哨、汽笛和液哨等） 、利用电磁感应和电磁作用原理制成的电动超声发生器、以及利用压电晶体的电致伸缩效应和铁磁物质的磁致伸缩效应制成的电声换能器等。2.1.2超声波的特性及特点超声波的特性1 超声波可在气体、液体、固体、固熔体等介质中有效传播。 2 超声波可传递很强的能量。 3 超声波会产生反射、干涉、叠加和共振现象。 4 超声波在液体介质中传播时，可在界面上产生强烈的冲击和空化现象。 超声波是声波大家族中的一员。 基于 51 单片机的超声波测距毕业设计论文 电子烧友会4声波是物体机械振动状态（或能量）的传播形式。所谓振动是指物质的质点在其平衡位置附近进行的往返运动。譬如，鼓面经敲击后，它就上下振动，这种振动状态通过空气媒质向四面八方传播，这便是声波。 超声波是指振动频率大于 20KHz 以上的，人在自然环境下无法听到和感受到的声波。 超声波的特点1 超声波在传播时，方向性强，能量易于集中。 2 超声波能在各种不同媒质中传播，且可传播足够远的距离。 3 超声波与传声媒质的相互作用适中，易于携带有关传声媒质状态的信息。超声波是一种波动形式，它可以作为探测与负载信息的载体或媒介（如 B 超等用作诊断） ；超声波同时又是一种能量形式，当其强度超过一定值时，它就可以通过与传播超声波的媒质的相互作用，去影响，改变以致破坏后者的状态，性质及结构 。2.1.3超声波的应用超声波在工农业生产中有极其广泛的应用。包括超声波检测、超声波探伤、功率超声、超声波处理、超声波诊断、超声波治疗等。超声波在工业中可用来对材料进行检测和探伤，可以测量气体、液体和固体的物理参数，可以测量厚度、液面高度、流量、粘度和硬度等，还可以对材料的焊缝、粘接等进行检查。超声波清洗和加工处理可以应用于切割、焊接、喷雾、乳化、电镀等工艺过程中。超声波清洗是一种高效率的方法，已经用于尖端和精密工业。大功率超声可用于机械加工，使超声波在拉管、拉丝、挤压和铆接等工艺中得到应用。应用在医学中的超声波诊断发展甚快，已经成为医学上三大影象诊断方法之一，与 X 线、同位素分别应用于不同场合，例如超声波理疗、超声波诊断、肿瘤治疗和结石粉碎等。在农业中，可以用超声波对有机体细胞的杀伤的特性来进行消毒灭菌，对作物种子进行超声波处理，有利于种子发芽和作物增产。此外超声波的液体处理和净化可应用于环境保护中，例如超声波水处理、燃油乳化、大气除尘等。微波超声的重点放在微波电子器件，已经制成了超声波延迟线、声电放大器、声电滤波器、脉冲压缩滤波器等。超声波测距主要应用于倒车雷达、建筑施工工地以及一些工业现场，例如：液位、井深、管道长度等场合。在机器人作为一种能代替人工作业的智能机器，有着广泛的应用前景的前提下，其关键技术取决于机器人失却系统设计的精确于否。超声波传感器以其价格低廉、硬件容易实现的优点，被广泛用用作测距传感器，实现定位以及环境建模。超声波测距作为辅助视觉系统与其它视觉系统（如 CCD 图像传感器）配合使用，可实现整个视觉功能，具有自动探测前方障碍物、自动减速或刹车的功能，是未来高级小汽车和载重车辆必备的安全行驶辅助装置。日本、美国和欧洲等各大汽车公司都已投入了相当的人力、物力开发在高级汽车上使用的防撞与安全预警系统，包括毫米雷达、CCD 摄像机、GPS、和高档微机等。基于 51 单片机的超声波测距毕业设计论文 电子烧友会 52.2 超声波测距的原理及误差分析超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。超声波在空气中的传播速度为 340m/s，根据计时器记录的时间 t，就可以计算出发射点距障碍物的距离(s) ，即：s=340t/2 。这就是所谓的时间差测距法。2.2.1 超声波测距的原理超声波测距的原理是利用超声波在空气中的传播速度为已知，测量声波在发射后遇到障碍物反射回来的时间，根据发射和接收的时间差计算出发射点到障碍物的实际距离。由此可见，超声波测距原理与雷达原理是一样的。 测距的公式表示为：L=CT 式中 L 为测量的距离长度；C 为超声波在空气中的传播速度； T 为测量距离传播的时间差(T 为发射到接收时间数值的一半)。 超声波测距主要应用于倒车提醒、建筑工地、工业现场等的距离测量，虽然目前的测距量程上能达到百米，但测量的精度往往只能达到厘米数量级。 由于超声波易于定向发射、方向性好、强度易控制、与被测量物体不需要直接接触的优点，是作为液体高度测量的理想手段。在精密的液位测量中需要达到毫米级的测量精度，但是目前国内的超声波测距专用集成电路都是只有厘米级的测量精度。通过分析超声波测距误差产生的原因，提高测量时间差到微秒级，以及用 LM92 温度传感器进行声波传播速度的补偿后，我们设计的高精度超声波测距仪能达到毫米级的测量精度。2.2.2 超声波测距误差分析根据超声波测距公式 L=CT，可知测距的误差是由超声波的传播速度误差和测量距离传播的时间误差引起的。 1）时间误差 当要求测距误差小于 1mm 时，假设已知超声波速度 C=344m/s (20室温)，忽略声速的传播误差。测距误差 st(0.001/344) 0.000002907s 即 2.907s 。 在超声波的传播速度是准确的前提下，测量距离的传播时间差值精度只要在达到微秒级，就能保证测距误差小于 1mm 的误差。使用的 12MHz 晶体作时钟基准的 89C51 单片机定时器能方便的计数到 1s 的精度，因此系统采用 89C51 定时器能保证时间误差在1mm 的测量范围内。 2）超声波传播速度误差 超声波的传播速度受空气的密度所影响，空气的密度越高则超声波的传播速度就越快，而空气的密度又与温度有着密切的关系。 已知超声波速度与温度的关系如下： 式中： r 气体定压热容与定容热容的比值，对空气为 1.40， R 气体普适常量，8.314kgmol-1K-1， 基于 51 单片机的超声波测距毕业设计论文 电子烧友会6M气体分子量，空气为 28.810-3kgmol-1， T 绝对温度，273K+T。 近似公式为：C=C0+0.607T 式中：C0 为零度时的声波速度 332m/s； T 为实际温度( )。 对于超声波测距精度要求达到 1mm 时，就必须把超声波传播的环境温度考虑进去。例如当温度 0时超声波速度是 332m/s, 30时是 350m/s，温度变化引起的超声波速度变化为 18m/s。若超声波在 30的环境下以 0的声速测量 100m 距离所引起的测量误差将达到 5m，测量 1m 误差将达到 5mm。超声波发生器可以分为两类：一类是用电气方式产生超声波，一类是用机械方式产生超声波。电气方式包括压电型、电动型等；机械方式有加尔统笛、液哨和气流旋笛等。它们所产生的超声波的频率、功率、和声波特性各不相同，因而用途也各不相同。目前在近距离测量方面常用的是压电式超声波换能器。2.3 单片机实现测距的原理单片机发出超声波测距是通过不断检测超声波发射后遇到障碍物所反射的回波，从而测出发射和接收回波的时间差 tr，然后求出距离 SCt2，式中的 C 为超声波波速。限制该系统的最大可测距离存在 4 个因素：超声波的幅度、反射的质地、反射和入射声波之间的夹角以及接收换能器的灵敏度。接收换能器对声波脉冲的直接接收能力将决定最小的可测距离。为了增加所测量的覆盖范围、减小测量误差，可采用多个超声波换能器分别作为多路超声波发射接收的设计方法。由于超声波属于声波范围，其波速C 与温度有关。基于 51 单片机的超声波测距毕业设计论文 电子烧友会 73 系统硬件设计3.1 系统结构设计整体电路的控制核心为单片机 AT89C51。超声波发射和接收电路中都对相应信号进行整形及放大，以保证测量结果尽可能精确。超声波探头接 OUT 口实现超声波的发射和接收。另外还有温度测量电路测量当时的空气温度，等到把数据送到单片机后使用软件对超声波的传播速度进行调整，使测量精度能够达到要求。整体结构图包括超声波发射电路、超声波接收电路、放大电路、比较震荡电路、单片机电路、键盘输入电路、电源电路、复位电路、显示电路、温度测量电路及温度补偿电路等几部分模块组成。超声波测距系统结构图如图 3-1 所示；超声波接收电路放大电路超声波发射电路放大电路比较电路震荡电路单片机AT89C51键盘输入复位电路温度传感器DS18B20电源电路4 位 LED显示器R40超声波传感器T40 超声波传感器基于 51 单片机的超声波测距毕业设计论文 电子烧友会8图 3-1超声波测距系统结构图单片机发出 40kHZ 的信号，经放大后通过超声波发射器输出；超声波接收器将接收到的超声波信号经放大器放大，用比较电路进行检波处理后，启动单片机中断程序，测得时间为 t，用温度测量电路测量当时的空气温度，等到把数据送到单片机后使用软件对超声波的传播速度进行调整，使测量精度能够达到要求。再由软件进行判别、计算，得出距离数并送 LED 显示。用复位电路重置系统后可进行下一次测试。3.2 AT89C51单片机简介3.2.1 AT89C51单片机的功能AT89C51 是一种带 4K 字节 FLASH 存储器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能 CMOS 8 位微处理器，俗称单片机。AT89C2051 是一种带 2K 字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除 1000 次。该器件采用 ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的 MCS-51 指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能 8 位 CPU 和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL 的 AT89C51 是一种高效微控制器，AT89C2051 是它的一种精简版本。AT89C 单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。该系列单片机引脚如图 3.2 所示。 EA/VP31X92RSTD7W6IN045LGUC图 3.2 AT89C51单片机基于 51 单片机的超声波测距毕业设计论文 电子烧友会 93.2.2 AT89C51单片机主要特性与 MCS-51 兼容4K 字节可编程 FLASH 存储器寿命：1000 写/擦循环数据保留时间：10 年全静态工作：0Hz-24MHz三级程序存储器锁定1288 位内部 RAM32 可编程 I/O 线两个 16 位定时器/计数器5 个中断源可编程串行通道低功耗的闲置和掉电模式片内振荡器和时钟电路AT89C51 提供以下标准功能：4k 字节 Flash 闪速存储器，128 字节内部 RAM，32 个 I/O 口线，两个 16 位定时/计数器，一个 5 向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51 可降至 0Hz 的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止 CPU 的工作，但允许 RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存 RAM 中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。3.2.3 AT89C51管脚说明VCC：供电电压。GND：接地。P0 口：P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口，每脚可吸收 8TTL 门电流。当 P0 口的管脚第一次写 1 时，被定义为高阻输入。P0 能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的低八位。在 FIASH 编程时，P0 口作为原码输入口，当 FIASH 进行校验时，P0 输出原码，此时 P0 外部必须接上拉电阻。 P1 口：P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P1 口缓冲器能接收输出4TTL 门电流。P1 口管脚写入 1 后，被内部上拉为高，可用作输入，P1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在 FLASH 编程和校验时，P1 口作为低八位地址接收。P2 口：P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 口缓冲器可接收，输出 4个 TTL 门电流，当 P2 口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2 口基于 51 单片机的超声波测距毕业设计论文 电子烧友会10当用于外部程序存储器或 16 位地址外部数据存储器进行存取时，P2 口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2 口输出其特殊功能寄存器的内容。P2 口在 FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3 口：P3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 I/O 口，可接收输出 4 个 TTL 门电流。当 P3 口写入 “1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3 口将输出电流（ ILL）这是由于上拉的缘故。P3 口也可作为 AT89C51 的一些特殊功能口，如下所示： 口管脚 备选功能P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 /INT0（外部中断 0）P3.3 /INT1（外部中断 1）P3.4 T0（记时器 0 外部输入）P3.5 T1（记时器 1 外部输入）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）P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持 RST 脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在 FLASH 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE 端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的 1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个 ALE 脉冲。如想禁止 ALE 的输出可在 SFR8EH 地址上置 0。此时，ALE 只有在执行 MOVX，MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态 ALE 禁止，置位无效。/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN 有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN 信号将不出现。/EA/VPP：当/EA 保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH） ，不管是否有内部程序存储器。注意加密方式 1 时，/EA 将内部锁定为 RESET；当/EA 端保持高电平时，此间内部程序存储器。在 FLASH 编程期间，此引脚也用于施加 12V 编程电源（VPP） 。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。XTAL1 和 XTAL2 分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2 应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。基于 51 单片机的超声波测距毕业设计论文 电子烧友会 113.3 DS18B20温度传感器简介温度传感器主要由热敏元件组成。热敏元件品种教多，市场上销售的有双金属片、铜热电阻、铂热电阻、热电偶及半导体热敏电阻等。以半导体热敏电阻为探测元件的温度传感器应用广泛，这是因为在元件允许工作条件范围内，半导体热敏电阻器具有体积小、灵敏度高、精度高的特点，而且制造工艺简单、价格低廉。半导体热敏电阻按温度特性热敏电阻可分为正温度系数热敏电阻（电阻随温度上升而增加）和负温度系数热敏电阻（电阻随温度上升而下降） 。本设计采用的是美国 Dallas 半导体公司的不锈钢封装的 DS18B20 数字温度传感器。DS18B20 是采用专门设计的不锈钢外壳，仅有 0.2mm 的壁厚，具有很小的蓄热量，采用导热性高的密封胶，保证了温度传感器的高灵敏性，极小的温度延迟。DS18B20 支持“一线总线”接口（1-Wire） ，测量温度范围为 -55C+125C，在-10+85C 范围内,精度为0.5C。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。DS18B20 采用 3 脚 PR-35 封装；DS18B20 数字化温度传感器的主要性能如下：1) 适用电压为 3V5V；2) 912 位分辨率可调，对应的可编程温度分别为 0.5、0.25、0.125、0.0625；3) TO-92、 SOIC 及 CSP 封装可选；4) 测温范围：-55125；5) 精度：-1085范围内0.5；6) 无需外部元件，独特的一线接口，电源和信号复合在一起；7) 每个芯片唯一编码，支持联网寻址，零功耗等待。该系列温度传感器引脚如图 3.3 VDI/O2GN1US8B0图 3.3 DS18B20 温度传感器基于 51 单片机的超声波测距毕业设计论文 电子烧友会123.4 T40、R40 超声波传感器简介3.4.1 超声波传感器的基本介绍超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。超声波是一种振动频率高于声波的机械波，由换能晶片在电压的激励下发生振动产生的，它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。超声波对液体、固体的穿透本领很大，尤其是在阳光不透明的固体中，它可穿透几十米的深度。超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射成回波，碰到活动物体能产生多普勒效应。因此超声波检测广泛应用在工业、国防、生物医学等方面。以超声波作为检测手段，必须产生超声波和接收超声波。完成这种功能的装置就是超声波传感器，习惯上称为超声换能器，或者超声探头。超声波探头主要由压电晶片组成，既可以发射超声波，也可以接收超声波。小功率超声探头多作探测作用。它有许多不同的结构，可分直探头（纵波） 、斜探头（横波） 、表面波探头（表面波） 、兰姆波探头（兰姆波） 、双探头（一个探头反射、一个探头接收）等。3.4.2 超声波传感器的主要应用超声波传感技术应用在生产实践的不同方面，而医学应用是其最主要的应用之一，下面以医学为例子说明超声波传感技术的应用。超声波在医学上的应用主要是诊断疾病，它已经成为了临床医学中不可缺少的诊断方法。超声波诊断的优点是：对受检者无痛苦、无损害、方法简便、显像清晰、诊断的准确率高等。因而推广容易，受到医务工作者和患者的欢迎。超声波诊断可以基于不同的医学原理，我们来看看其中有代表性的一种所谓的 A 型方法。这个方法是利用超声波的反射。当超声波在人体组织中传播遇到两层声阻抗不同的介质界面是，在该界面就产生反射回声。每遇到一个反射面时，回声在示波器的屏幕上显示出来，而两个界面的阻抗差值也决定了回声的振幅的高低。在工业方面，超声波的典型应用是对金属的无损探伤和超声波测厚两种。过去，许多技术因为无法探测到物体组织内部而受到阻碍，超声波传感技术的出现改变了这种状况。当然更多的超声波传感器是固定地安装在不同的装置上， “悄无声息”地探测人们所需要的信号。在未来的应用中，超声波将与信息技术、新材料技术结合起来，将出现更多的智能化、高灵敏度的超声波传感器。超声波距离传感器技术应用超声波对液体、固体的穿透本领很大，尤其是在阳光不透明的固体中，它可穿透几十米的深度。基于 51 单片机的超声波测距毕业设计论文 电子烧友会 13超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射成回波，碰到活动物体能产生多普勒效应。因此超声波检测广泛应用在工业、国防、生物医学等方面。超声波距离传感器可以广泛应用在物位（液位）监测，机器人防撞，各种超声波接近开关，以及防盗报警等相关领域，工作可靠，安装方便， 防水型，发射夹角较小，灵敏度高，方便与工业显示仪表连接，也提供发射夹角较大的探头。3.4.3 超声波传感器的工作原理超声波是一种在弹性介质中的机械振荡，有两种形式：横向振荡（横波）及纵向振荡（纵波） 。在工业中应用主要采用纵向振荡。超声波可以在气体、液体及固体中传播，其传播速度不同。另外，它也有折射和反射现象，并且在传播过程中有衰减。在空气中传播超声波，其频率较低，一般为几十 KHZ，而在固体、液体中则频率可用得较高。在空气中衰减较快，而在液体及固体中传播，衰减较小，传播较远。利用超声波的特性，可做成各种超声传感器，配上不同的电路，制成各种超声测量仪器及装置，并在通迅，医疗家电等各方面得到广泛应用。超声波传感器主要材料有压电晶体（电致伸缩）及镍铁铝合金（磁致伸缩）两类。电致伸缩的材料有锆钛酸铅（PZT）等。压电晶体组成的超声波传感器是一种可逆传感器，它可以将电能转变成机械振荡而产生超声波，同时它接收到超声波时，也能转变成电能，所以它可以分成发送器或接收器。有的超声波传感器既作发送，也能作接收。这里仅介绍小型超声波传感器，发送与接收略有差别，它适用于在空气中传播，工作频率一般为23-25KHZ 及 40-45KHZ。这类传感器适用于测距、遥控、防盗等用途。该种有 T/R-40-60，T/R-40-12 等（其中 T 表示发送，R 表示接收， 40 表示频率为 40KHZ，16 及 12 表示其外径尺寸，以毫米计） 。另有一种密封式超声波传感器（MA40EI 型） 。它的特点是具有防水作用（但不能放入水中） ，可以作料位及接近开关用，它的性能较好。超声波应用有三种基本类型，透射型用于遥控器，防盗报警器、自动门、接近开关等；分离式反射型用于测距、液位或料位；反射型用于材料探伤、测厚等。由发送传感器(或称波发送器)、接收传感器(或称波接收器)、控制部分与电源部分组成。发送器传感器由发送器与使用直径为 15mm 左右的陶瓷振子换能器组成，换能器作用是将陶瓷振子的电振动能量转换成超能量并向空中辐射；而接收传感器由陶瓷振子换能器与放大电路组成，换能器接收波产生机械振动，将其变换成电能量，作为传感器接收器的输出，从而对发送的超进行检测.而实际使用中，用发送传感器的陶瓷振子的也可以用做接收器传感器社的陶瓷振子。控制部分主要对发送器发出的脉冲链频率、占空比及稀疏调制和计数及探测距离等进行控制。基于 51 单片机的超声波测距毕业设计论文 电子烧友会143.5 LM7805端稳压集成电路3.5.1 LM7805介绍用 lm78/lm79 系列三端稳压 IC 来组成稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜。该系列集成稳压 IC 型号中的 lm78 或 lm79 后面的数字代表该三端集成稳压电路的输出电压，如 lm7806表示输出电压为正 6V，lm7909 表示输出电压为负 9V。因为三端固定集成稳压电路的使用方便，电子制作中经常采用3.5.2 LM7805的特点1）最大输出电流 1A2）输出电压为 5V，6V，8V，9V，10V，12V，15V，18V，24V3）热过载保护5）短路保护6）输出晶体管安全工作区保护3.5.3 LM7805的实际应用在实际应用中，应在三端集成稳压电路上安装足够大的散热器（当然小功率的条件下不用） 。当稳压管温度过高时，稳压性能将变差，甚至损坏。当制作中需要一个能输出 1.5A 以上电流的稳压电源，通常采用几块三端稳压电路并联起来，使其最大输出电流为 N 个 1.5A，但应用时需注意：并联使用的集成稳压电路应采用同一厂家、同一批号的产品，以保证参数的一致。另外在输出电流上留有一定的余量，以避免个别集成稳压电路失效时导致其他电路的连锁烧毁。在 lm78 、lm79 系列三端稳压器中最常应用的是 TO-220 和 TO-202 两种封装。基于 51 单片机的超声波测距毕业设计论文 电子烧友会 153.6 LM567锁相环3.6.1 LM567的概述LM567 为通用锁相环电路音调译码器，LM567 的内部电路及详细工作过程非常复杂(具体的可参考:音频*567 芯片详解)，这里仅将其基本功能概述如下：当 LM567 的脚输入幅度25mV、频率在其带宽内的信号时，脚由高电平变成低电平，脚输出经频率/电压变换的调制信号；如果在器件的脚输入音频信号，则在脚输出受脚输入调制信号调制的调频方波信号。用外接元件独立设定中心频率带宽和输出延迟。主要用于振荡、调制、解调、和遥控编、译码电路。如电力线载波通信，对讲机亚音频译码，遥控等。LM567 如图 3.4 所示。3.6.2 LM567的功能叙述、脚通常分别通过一电容器接地，形成输出滤波网络和环路单级低通滤波网络。脚所接电容决定锁相环路的捕捉带宽：电容值越大，环路带宽越窄。脚所接电容的容量应至少是脚电容的 2 倍。脚是输入端，要求输入信号25mV。、脚外接的电阻和电容决定了内部压控振荡器的中心频率 f2，f21/1.1RC。脚是逻辑输出端，其内部是一个集电极开路的三极管，允许最大灌电流为100mA。 LM567 的工作电压为 4.759V，工作频率从直流到 500kHz，静态工作电流约 8mA。3.6.3 LM567主要参数工作温度范围:0C to +70CSVHC(高度关注物质):No SVHC (18-Jun