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作者: 澳门新葡亰游戏网址|来源: http://www.xmshou.com|栏目:澳门新葡亰游戏网址|    日期:2019-08-10

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  AT89S52是一个低电压高性能CMOS 8位单片机 片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器 RAM 器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产 兼容标准MCS 51指令系统 片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元 AT8

  AT89S52是一个低电压高性能CMOS 8位单片机 片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器 RAM 器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产 兼容标准MCS 51指令系统 片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元 AT89C52单片机在电子行业中有着广泛的应用。澳门新葡亰游戏网址主要功能特性如下 1、兼容MCS51指令系统 2、8k可反复擦写 大于1000次 Flash ROM 3、32个双向I 4、256x8bit内部RAM5、3个16位可编程定时 计数器中断 6、时钟频率0 24MHz 7、2个串行中断 可编程UART串行通道 8、2个外部中断源 共8个中断源 9、2个读写中断口线、低功耗空闲和掉电模式 软件设置睡眠和唤醒功能 11、有PDIP、PQFP、TQFP及PLCC等几种封装形式 以适应不同产品的需求。 在内部功能及管脚排布上与通用的8xc52 相同其主要用于会聚调整时的功能控制。功能包括对会聚主IC 内部寄存器、数据RAM及外部接口等功能部件的初始化 会聚调整控制 会聚测试图控制 红外遥控信号IR的接收解码及与主板CPU通信等。主要管脚有 XTAL1 19 和XTAL218 为振荡器输入输出端口外接12MHz 晶振。RST Vpd 为复位输入端口外接电阻电容组成的复位电路。VCC 40 和VSS20 为供电端口分别接 5V电源的正负端。P0 P3 为可编程通用I 其功能用途由软件定义在本设计中 P0 端口 32 39 被定义为N1功能控制端口 分别与N1的相应功能管脚相连接 13 脚定义为IR输入端 10 脚和11脚定义为I2C总线 脚及28 脚定义为握手信号功能端口 连接主板CPU 的相应功能端 用于当前制式的检测及会聚调整状态进入的控制功能。如图 3单片机引脚图11 第三章 超声波测距系统的硬件设计 整体电路设计整体电路的控制核心为单片机AT89C52。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 单片机电路 显示电路与温度测量电路等几部分模块组成。而超声波发射与接收电路还要加入放大电路。在发射后把信号放大 接收前也要把还再次放大。整体电路结构图如图3 1超声波测距原理图单片机发出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 用锁相环电路进行检波处理后 启动单片机中断程序 测得时间为t 再由软件进行判别、计算 得出距离数并送LED显示。 12 超声波发射器的注意事项超声波发射器向某一方向发射超声波 在发射超声波的同时开始计时 超声波在空气中传播 途中碰到障碍物反射后立即返回来 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约为340m 根据计时器记录的时间t就可以计算出超声 波发射点距障碍物的距离 这就是所谓的时间差测距法。在4个因素限制了该系统的最大可测距离 超声波的幅度、反射的质地、反射回波和发射声波之间的夹角以及接收换能器的灵敏度。 测距误差主要来源于以下几个方面 超声波波束对探测目标的入射角的影响 超声波回波声强与待测距离的远近有直接关系所以实际测量时 不一定是第一个回波的过零点触发 超声波传播速度对测距的影响。稳定准确的超声波传播速度是保证测量精度的必要条件波的传播速度取决于传播媒质的特性。传播媒质的温度、压力、密度对声速都将产生直接的影响 因此需对声速加以修正。 由于超声波利用接收发射波来进行距离的计算因而不可避免地存在发射和反射之间的夹角 其大小为2 很小的时候可直接按式2SCt V进行距离的计算 当夹角很大的时候 必须进行距离的修正 修正的公式为 cos2ctS 实际的调试过程中要十分注意发射和接收探头在电路板上的安装位置 这是因为每一种超声波发射、接收头都有一个有效测量夹角 这里用到的发射、接收头有效测量夹角为45 接收换能器对超声波脉冲的直接接收能力将决定该系统最小的可测距离。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。 超声波发射电路的设计超声波测距技术经过几年的研究和发展 已经有了很多比较成熟的技术和设计方案 13 使本次设计能有很多可借鉴的资料 从中学到了很多宝贵的知识。对自己设计电路有很大帮助。 超声波发射电路 要求功率尽量大些 发射距离大于1 6。吸取几个图的优点而避免他们的缺点然后结合分析设计超声波的发射与接收电路。 40kHZ超声波发射电路之一 电路中晶体管VT1、VT2组成强反馈稳频振荡器 振荡频率等于超声波换能器T40 16的共振频率。T40 16是反馈耦合元件 对于电路来说又是输出换能器。T40 16两端的振荡波形近似于方波 电压振幅接近电源电压。S是电源开关 按一下S 便能驱动T40 16发射出一串40kHZ超声波信号。电路工作电压9V 工作电流约25mA。发射超声波信号大于8m。电路不需调试即可工作。这样电路很简单与实用。 40khz超声波发射电路40kHZ超声波发射电路之二 由VT1、VT2组成正反馈回授振荡器。电路的振荡频率决定于反馈元件的T40 16 其谐振频率为40kHZ 2kHZ。频率稳定性好 不需作任何调整 并由T40 16作为换能器发出40kHZ的超声波信号。电感L1与电容C2调谐在40kHZ起作谐振作用。本电路适应电压较宽 12V且频率不变。电感采用固定式 电感量5 1mH。整机工作电流约25mA。发射超声波信号大于8m。如图 40kHZ超声波发射电路之三它主要由四与非门电路完成振荡及驱动功能 通过超声换能器T40 16辐射出超声波去控制接收机。其中门YF1与门YF2组成可控振荡器 振荡器起振调整RP改变振荡频率 应为40kHZ。振荡信号分别控制由YF4、YF3组成的差相驱动器工作 当YF3输出高电平时 YF4一定输出低电平 YF3输出低电平时 14 YF4输出高电平。此电平控制T40 16换能器发出40kHZ超声波。电路中YF1 YF4采用高速CMOS电路74HC00四与非门电路 该电路特点是输出驱动电流大 大于15mA 效率高等。电路工作电压9V 工作电流大于35mA 发射超声波信号大于10m。如图 40khz超声波发射电路15 40kHZ超声波发射电路之四 由LM555时基电路及外围元件构成40kHZ多谐振荡器电路 调节电阻器RP阻值 可以改变振荡频率。由LM555第3脚输出端驱动超声波换能器T40 16 使之发射出超声波信号。电路简单易制。电路工作电压9V 工作电流40 50mA。发射超声波信号大于8m。LM555可用NE555直接替代 效果一样。 NE555是一种用途很广的时基单元集成电路 其工作电压范围较宽 可在4 18V范围内工作其驱动电流可达200mA。NE555的内部中心电路是三极管Q15和Q17加正反馈组成的RS触发器。输入控制端有直接复位Reset端 通过比较器A1 复位控制端的TH、比较器A2置位控制的T。输出端为F 另外还有集电极开路的放电管DIS。它们控制的优先权是R、T、TH。利用NE555可以组成相当多的应用电路 甚至多达数百种应用电路 在各类书刊中均有介绍 例如家用电器控制装置、门铃、报警器、信号发生器、电路检测仪器、元器件测量仪、定时器、压频转换电路、电源应用电路、自动控制装置及其它应用电路都有着广泛的应用 这是因为NE555巧妙地将模拟电路和数字电路结合在一起的缘故。如图 40khz超声波发射电路40kHZ超声波发射电路之四 由于从单片里发出的40KHz脉冲信号的功率较低 不能直接驱动发射换能器 因而需要一个放大电路将脉冲信号放大后再送至发射换能器 驱动其发出与驱动信号同频率的超声波 所以发射电路的主要功能就是放大 发射电路如图5 2所示。为增大超声波的发射频率 本设计利用了单运放LM386 LM386是专为低损耗电源所设计的功率放大器集成电路。它的内建增益为20 透过pin 1和pin8脚位间电容的搭配 增益最高可达200。LM386可使用电池为供应电源 输入电压范围可由4V 12V 16动时仅消耗4mA电流 且失线的驱动放大功能将单片机产生的40kHz方波放大输出。驱动压电式超声波发射头发射超声波。 结合上诉四种超声波发射电路设计 采取第四种电路 该电路的优点是结构简单 易于理解 易于掌握的一种产生频率为40KHz的方波的方法。如图3 稳压电源设计因为本次设计的元器件都可以使用 12V或是 5V的电源来驱动 所以我制作了一个稳压电源 它使用三端集成稳压器CW7812和CW7805来设计。通过变压器的直流电通过由二极管组成的桥式整流电路进入三端稳压元件 CW7812和CW7805分别为电路提供稳定的12V和5V直流电源。极性电容起滤波电容的作用 非极性电容则可以改善负载的瞬态影响 使电路稳定工作。如图3 7所示 稳压电源17 显示电路设计在单片机应用系统中 LED数码管的显示常用两种方法 静态显示和动态扫描显示。所谓静态显示 就是每一个显示器都要占用单独的具有锁存功能的I O接口用于笔划段字形代码。这样单片机只要把要显示的字形代码发送到接口电路 就不用管它了 直到要显示新的数据时 再发送新的字形码 因此 使用这种方法较为简单与便利。可以提供单独锁存的I O接口电路很多 常用的就是通过串口外接串并转换器74LS164 扩展并行的I O口。需要几个数码管就扩展几个并行接口 数码管直接接在74LS164的输出脚上 单片机通过串口将要显示数据的字形码逐一的串行移出至74LS164的输出脚上数码管就可以显示相应的数字。 在显示电路的设计上 利用单片机的P0 P2口来控制数码管显示 这种接法虽然比较浪费管脚资源 但是对单片机的理论知识要求相对比较低 而且超声波发射和接收电路并不需要很多的管脚来支持 所以我选择这种方案。数码管的选择上 为了使数码管亮度大 本人选择了共阳极的数码管 数码管管脚接到低电平发亮。显示及其驱动电路的原理图见图3 超声波检测接收电路设计检测接收电路中的CX20106A芯片是一款红外线检波接收的专用芯片 常用于电视机红外遥控接收器。 考虑到红外遥控常用的载波频率38kHz 与测距超声波频率40kHz 较为接近 可以利用它作为超声波检测电路 超声波接收头将机械能转换为电信号。但这个电信号非常微弱 必须经过放大 CX20106A芯片完成放大调制的功能。 实验证明 CX20106A芯片具有很高的灵敏度和较强的抗干扰能力。内部电路由前置放大器、自动偏置电平控制电路、限幅放大器、带通滤波器、峰值检波器和整形输出电路组成。接收的回波信号先经过前置放大器和限幅放大器 将信号调整到合适的幅值 再经过带通滤波器滤波得到有用信号 滤除干扰信号 最后由峰值检波器和整形电路输出到锁相环路 实现准确的计时。为了测量结果的准确性 对于超声波探头接收到的信号同样需要进行处理。探头收到的回波信号经OUT口回到电路中 经过电容C10耦合 只保留测距需要的交流信号。电路中加入二极管D1同样是因为上面提到的探头的感性。由于感性的存在 在停止发送超声波的那一刻 OUT口会出现一个反向电动势 即电位低于地电位。这样 如果没有二极管保护 这个反向电动势将会全部加在三极管Q4的b e结上 如果探 18 头的感性比较强 其反向电动势足以将b e结击穿。二极管D1提供了一个电流的泻放电路 也可以说是将反向电动势降到最小 7V左右保护三极管及其他电路。电容C9对经过三极管的信号进一步整形 去掉信号波形中的毛刺 使波形更好。电阻R5起一个上拉电阻的作用 因为回波信号经过滤波后很可能会衰减的很严重 所以利用R5将其幅度上拉到5V 以便单片机更好的检测回波信号。如图 1脚是接收信号输入端。2脚是调节接收信号灵敏度电阻越小 灵敏度越高。电容越大 灵敏度越高。电容一般取1μF 电阻50 300 在干扰较大的场合增加电阻阻值可将灵敏度调低干扰小的场合减小阻值将灵敏度调高。5脚主要用来调节中心频率 这里取200 7脚接上拉电阻这里取1 kΩ左右。 US R1 为超声波接收头 当收到超声波时产生一个下降沿 接到单片机的外部中断INT0 上。当超声波接收头接收到40kHz 方波信号时 将会将此信号通过CX20106A 驱动放大送入单片机的外部中断0 口。单片机在得到外部中断0 的中断请求后 会转入外部中断0 的中断服务程序进行处理。检测接受电路如图3 10所示

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