基于單片機(jī)測距的裝置設(shè)計(jì)

1、畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文)論文題目：基于單片機(jī)測距的裝置設(shè)計(jì)摘 要超聲波具有指向性強(qiáng)，能量消耗緩慢，傳播距離較遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn).所以，在利用傳感器技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)相結(jié)合的測距方案中,超聲波測距是目前應(yīng)用最普遍的一種,它廣泛應(yīng)用于煤位高度、防盜、倒車?yán)走_(dá)、水位測量、建筑施工工地以及一些工業(yè)現(xiàn)場。本設(shè)計(jì)詳細(xì)介紹了超聲波傳感器的原理和特性,以及Atmel公司的AT89S51單片機(jī)為核心的性能和特點(diǎn)，并在分析了超聲波測距的原理的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)測距系統(tǒng)的思路和所需考慮的問題，給出了以AT89S51單片機(jī)為核心的低成本、高精度、微型化數(shù)字顯示超聲波測距儀的硬件電路和軟件設(shè)計(jì)方法，由于溫度對(duì)超聲波影響較大，設(shè)計(jì)中添加

2、了溫度補(bǔ)償電路.該系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)合理、工作穩(wěn)定、性能良好、檢測速度快、計(jì)算簡單、易于做到實(shí)時(shí)控制,并且在測量精度方面能達(dá)到工業(yè)使用的要求。關(guān)鍵詞：AT89S51； 超聲波; 溫度； 補(bǔ)償；ABSTRACTUltrasonic has strong directional， energy consumption is slow， transmission distance is farther, etc. So， the use of the sensor technology and automatic control technology of combining the measuremen

3、t program, ultrasonic ranging is the application of the most common one.It is widely used in coal a height, guard against theft， backing up radar, water level measurement， construction site and some industrial field.The design detailed introduces the principle and characteristics of ultrasonic senso

4、rs。 and the Atmel company AT89S51 as the core of the performance and characteristics.And analysis the ultrasonic ranging based on the theory of the ideas and design ranging system needed to consider the question.The design is given based on AT89S51 as the core of low cost, high precision， miniaturiz

5、ation digital display ultrasonic rangefinder hardware circuit and software design method.Because the temperature effect is big， so in design add temperature compensation circuit. The system circuit design reasonable， stable, the performance good， detection speed, simple calculation， easy to do realt

6、ime control， and in the measurement precision can reach the requirements of industrial use。keywords：AT89S51; ultrasonic； temperature； compensation；目 錄1 緒 論11.1 課題研究意義11。2 測距傳感器12 超聲波測距設(shè)計(jì)概述22。1 超聲波的基本性質(zhì)22.2 超聲波測距原理32。3 超聲波傳感器的選型42.4 超聲波的影響因素43 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)53.1 單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)53。1。1 單片機(jī)的選擇53.1.2 單片機(jī)引腳功能73。1。3 單片機(jī)最小

7、系統(tǒng)103.2 超聲波發(fā)射和接收電路設(shè)計(jì)103.2。1 超聲波發(fā)射電路設(shè)計(jì)113。2.2 超聲波接收電路設(shè)計(jì)113。3 溫度傳感器的選擇133.3.1 DS18B20的特征143.3。2 DS18B20的引腳分布圖及其功能143。4 顯示模塊的選擇164 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)164。1 超聲波測距的算法設(shè)計(jì)164.2 主程序設(shè)計(jì)164。3 超聲波發(fā)生子程序和超聲波接收中斷程序174。4 溫度補(bǔ)償子程序195 電路的安裝與調(diào)試215.1 電路安裝要注意問題215。2 電路的調(diào)試225。2。1 調(diào)試電路常用的儀器225。2。2 調(diào)試電路前的檢查225。2.3 調(diào)試步驟225.2。4 調(diào)試注意事項(xiàng)236 系

8、統(tǒng)的測量數(shù)據(jù)及誤差分析246。1 實(shí)測比較246。2 溫度誤差分析246。3 時(shí)間誤差分析246。4 感應(yīng)角的誤差分析25結(jié) 論26參考文獻(xiàn)27附錄一29附錄二30附錄三31英文原文38中文譯文46致 謝52中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院2012屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)1中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院2012屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)1 緒 論1。1 課題研究意義由于超聲測距是一種非接觸檢測技術(shù)，超聲波是指頻率在20kHz以上的聲波，它屬于機(jī)械波的范疇，不受光線、被測對(duì)象顏色等的影響，較其它儀器更衛(wèi)生，更耐潮濕、粉塵、高溫、腐蝕氣體等惡劣環(huán)境,具有少維護(hù)、不污染、高可靠、長壽命等特點(diǎn)。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，電子測量技術(shù)應(yīng)用越來越廣泛，而超聲

9、波測量精確高，成本低，性能穩(wěn)定則備受青睞。超聲波也遵循一般機(jī)械波在彈性介質(zhì)中的傳播規(guī)律,如在介質(zhì)的分界面處發(fā)生反射和折射現(xiàn)象,在進(jìn)入介質(zhì)后被介質(zhì)吸收而發(fā)生衰減等。正是因?yàn)榫哂羞@些性質(zhì)，使得超聲波可以用于距離的測量中。因此可廣泛應(yīng)用于礦業(yè)、紙業(yè)、電廠、化工業(yè)、水處理廠、污水處理廠、農(nóng)業(yè)用水、環(huán)保檢測、食品、防汛、水文、明渠、空間定位、公路限高等行業(yè)中?？稍诓煌h(huán)境中進(jìn)行距離準(zhǔn)確度在線標(biāo)定,可直接用于水、酒、糖、飲料等液位控制,可進(jìn)行差值設(shè)定，直接顯示各種液位罐的液位、料位高度。因此，超聲在空氣中測距在特殊環(huán)境下有較廣泛的應(yīng)用.隨著科技水平的不斷提高，超聲波測距技術(shù)被廣泛應(yīng)用于人們?nèi)粘９ぷ骱蜕钪?/p>

10、中。一般的超聲波測距儀可用于固定物位或液位的測量，適用于建筑物內(nèi)部、液位高度的測量等。1。2 測距傳感器（1)激光測距傳感器激光傳感器利用激光的方向性強(qiáng)和傳光性好的特點(diǎn),它工作時(shí)先由激光傳感器對(duì)準(zhǔn)障礙物發(fā)射激光脈沖,經(jīng)障礙物反射后向各個(gè)方向散射，部分散射光返回到接受傳感器，能接受其微弱的光信號(hào)，從而記錄并處理光脈沖發(fā)射到返回所經(jīng)歷的時(shí)間即可測定距離，即用往返時(shí)間的一半乘以光速就能得到距離。其優(yōu)點(diǎn)是測量的距離遠(yuǎn)、速度快、測量精確度高、量程范圍大，缺點(diǎn)是對(duì)人體存在安全問題,而且制作的難度大成本也比較高。（2）紅外線測距傳感器紅外線測距傳感器利用的就是紅外線信號(hào)在遇到障礙物其距離的不同則其反射的強(qiáng)度

11、也不同,根據(jù)這個(gè)特點(diǎn)從而對(duì)障礙物的距離的遠(yuǎn)近進(jìn)行測量的。其優(yōu)點(diǎn)是成本低廉，使用安全，制作簡單,缺點(diǎn)就是測量精度低，方向性也差,測量距離近.(3）超聲波傳感器超聲波是一種超出人類聽覺極限的聲波即其振動(dòng)頻率高于20 kHz的機(jī)械波。超聲波傳感器在工作的時(shí)候就是將電壓和超聲波之間的互相轉(zhuǎn)換，當(dāng)超聲波傳感器發(fā)射超聲波時(shí)，發(fā)射超聲波的探頭將電壓轉(zhuǎn)化的超聲波發(fā)射出去，當(dāng)接收超聲波時(shí),超聲波接收探頭將超聲波轉(zhuǎn)化的電壓回送到單片機(jī)控制芯片。超聲波具有振動(dòng)頻率高、波長短、繞射現(xiàn)象小而且方向性好還能夠?yàn)榉瓷渚€定向傳播等優(yōu)點(diǎn),而且超聲波傳感器的能量消耗緩慢有利于測距.在中、長距離測量時(shí)，超聲波傳感器的精度和方向性都

12、要大大優(yōu)于紅外線傳感器，但價(jià)格也稍貴。從安全性，成本、方向性等方面綜合考慮，超聲波傳感器更適合設(shè)計(jì)要求.根據(jù)對(duì)以上三種傳感器性能的比較，雖然能明顯看出來激光傳感器是比較理想的選擇,但是它的價(jià)格卻比較高，而且安全度不夠高。超聲波傳感器測距時(shí)具有較強(qiáng)的抗干擾能力和較短的響應(yīng)時(shí)間，因此選用超聲波傳感器作為此設(shè)計(jì)方案的傳感器探頭.2 超聲波測距設(shè)計(jì)概述2。1 超聲波的基本性質(zhì)聲波是一種傳遞信息的媒體，它與機(jī)械振動(dòng)密切相關(guān)，可以由物體的撞擊、運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的機(jī)械振動(dòng) 以波的形式向外傳播。根據(jù)振動(dòng)所產(chǎn)生波的頻率高低分為可聞聲波、次聲波和超聲波，高于20kHz的聲波稱為超聲波。超聲波具有類似光線的一些物理性質(zhì)：

13、（1）超聲波的傳播類似于光線,遵循幾何光學(xué)的規(guī)律，具有反射、折射現(xiàn)象，也能聚焦,因此可以利用這些性質(zhì)進(jìn)行測量、定位、探傷和加工處理等。在傳播中，超聲波的速度與聲波相同;（2）超聲波的波長很短，與發(fā)射器、接收器的幾何尺寸相當(dāng)，由發(fā)射器發(fā)射出來的超聲波不向四面八方發(fā)散，而成為方向性很強(qiáng)的波束，波長愈短方向性愈強(qiáng)，因此超聲用于探傷、水下探測，有很高的分辨能力，能分辨出非常微小的缺陷或物體;(3)能夠產(chǎn)生窄的脈沖,為了提高探測精度和分辨率。要求探測信號(hào)的脈沖極窄,但是一般脈沖寬度是波長的幾倍，超聲波波長短，因此可以作為窄脈沖的信號(hào)發(fā)生器；(4）功率大，超聲波能夠產(chǎn)生并傳遞強(qiáng)大的能量。聲波作用于物體時(shí)，

14、物體的分子也要隨著運(yùn)動(dòng)，其振動(dòng)頻率和作用的聲波頻率一樣,頻率越高,分子運(yùn)動(dòng)速度越快，物體獲得的能量正比于分子運(yùn)動(dòng)速度的平方.超聲頻率高，故可以給出大的功率.2.2 超聲波測距原理超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時(shí)刻的同時(shí)開始計(jì)時(shí)，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來,超聲波接收器收到反射波就立即停止計(jì)時(shí).超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，根據(jù)計(jì)時(shí)器記錄的時(shí)間t,就可以計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)距障礙物的距離（s），即：s=340t/2最常用的超聲測距的方法是回聲探測法，超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時(shí)刻的同時(shí)計(jì)數(shù)器開始計(jì)時(shí)，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物面阻擋就立即反射

15、回來，超聲波接收器收到反射回的超聲波就立即停止計(jì)時(shí).超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，根據(jù)計(jì)時(shí)器記錄的時(shí)間t，就可以計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)距障礙物面的距離s,即:s=340t/2。 只要測得超聲波往返的時(shí)間，即可求得距離。這就是超聲波測距儀的基本原理。如圖2。1所示：圖2.1 超聲波的測距原理 (21）（22）式中：L-兩探頭之間中心距離的一半。又知道超聲波傳播的距離為： （23）式中：v-超聲波在介質(zhì)中的傳播速度； t超聲波從發(fā)射到接收所需要的時(shí)間。將（22)、（23）代入（2-1）中得： (2-4）其中,超聲波的傳播速度v在一定的溫度下是一個(gè)常數(shù)（例如在溫度T=30度時(shí)，V=349m/s）；當(dāng)

16、需要測量的距離H遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于L時(shí)，則（24）變?yōu)椋?（25） 所以，只要需要測量出超聲波傳播的時(shí)間t,就可以得出測量的距離H。2.3 超聲波傳感器的選型本設(shè)計(jì)選用的是通用型的TCT40-16T/R1壓電陶瓷超聲傳感器,測量范圍在0.2m20m,標(biāo)稱頻率是40KHz，在3085的溫度范圍內(nèi)，發(fā)射聲壓及靈敏度(在中心頻率下）與初始值相比的變化,不大于6dB。適用于家用電器及其它電子設(shè)備的超聲波遙控裝置；超聲測距及汽車倒車防撞裝置；液面探測；超聲波近接開關(guān)及其它應(yīng)用的超聲波發(fā)射與接收.2.4 超聲波的影響因素穩(wěn)定準(zhǔn)確的超聲波傳播速度是保證測量精度的必要條件。而超聲波在空氣中傳播時(shí)，其速度受到了溫度、濕度

17、、粉塵、大氣壓、氣流等因素的影響。其中溫度影響最大，因此要采用溫度補(bǔ)償，以減少錯(cuò)誤?，F(xiàn)在最需要溫度監(jiān)測系統(tǒng)的溫度傳感器的方法。超聲波波速與溫度的關(guān)系如表21。超聲波波速與溫度的關(guān)系表21溫度（)30-20100102030100聲速（ms）313319325331338344349386可見溫度對(duì)聲速影響很大,測量時(shí)必須進(jìn)行溫度補(bǔ)償。3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)硬件電路主要由單片機(jī)系統(tǒng)、顯示電路、超聲波發(fā)射電路和超聲波檢測接收電路和溫度補(bǔ)償電路四部分組成，本系統(tǒng)采用AT89C51單片機(jī)作為主控制器，使用4位數(shù)碼管作為系統(tǒng)顯示屏，超聲波發(fā)射驅(qū)動(dòng)需要的40 kHz脈沖由單片機(jī)P1。0發(fā)出，使用定時(shí)器進(jìn)行計(jì)時(shí)和

18、控制，超聲波接收使用CX20106A作為接收主控芯片，選用合適的溫度傳感器進(jìn)行溫度校正。超聲波測距的系統(tǒng)框圖如圖3。1示。圖3。1 超聲波測距的系統(tǒng)框圖3.1 單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1。1 單片機(jī)的選擇一般在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)當(dāng)中,能否完成設(shè)計(jì)任務(wù)最重要的就在于系統(tǒng)的核心器件是否選擇合適,而單片機(jī)更是是系統(tǒng)控制的核心，所以對(duì)單片機(jī)的選擇更是異常重要。如果選擇了一個(gè)合適的單片機(jī)不僅可以最大地簡化系統(tǒng)的操作,而且其功能可能是最好的,可靠性也比較高，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)來說更方便。目前，市面上的單片機(jī)的種類繁多，并且他們?cè)诠δ芊矫嬉彩歉髯杂懈髯缘奶攸c(diǎn)。在一般的情況下來講，在選擇單片機(jī)時(shí)要需要考慮的幾個(gè)方面有:（1）單片機(jī)

19、最基本性能參數(shù)指標(biāo)。例如:執(zhí)行一條指令的速度、程序存儲(chǔ)器的容量，I/O口的引腳數(shù)量等。（2）單片機(jī)的某些增強(qiáng)的功能。（3）單片機(jī)的存儲(chǔ)介質(zhì)。例如：對(duì)于程序存儲(chǔ)器來說,最好選用的是Flash的存儲(chǔ)器。(4）單片機(jī)的封裝形式。封裝的形式多種多樣，例如：雙列直插封裝、PLCC封裝及表面貼附等。（5）單片機(jī)對(duì)工作的溫度范圍的要求.例如:在進(jìn)行設(shè)計(jì)戶外的產(chǎn)品時(shí)，就必須要選用工業(yè)級(jí)的芯片，以達(dá)到溫度范圍的要求.(6)單片機(jī)的功耗。例如,如果信號(hào)線取電只能提供幾mA的電流，所以為了能滿足低功耗的要求這個(gè)時(shí)候選用STC的單片機(jī)是最合適的.（7）單片機(jī)在市面上的銷售渠道是否暢通、其價(jià)格是否便宜。（8）單片機(jī)技術(shù)

20、的支持網(wǎng)站如何，賣家提供的芯片資料是否足夠完善，是否包含了用戶手冊(cè)，設(shè)計(jì)方案舉例，相關(guān)范例程序等.（9）單片機(jī)的保密性是否很好,單片機(jī)的抗干擾的性能如何等.51系列單片機(jī)它在指令系統(tǒng)、硬件結(jié)構(gòu)和片內(nèi)資源等方面與標(biāo)準(zhǔn)的52系列的單片機(jī)可以完全的兼容。51系列的單片機(jī)執(zhí)行速率快（最高時(shí)鐘頻率為90MHz），功耗低，在系統(tǒng)、在應(yīng)用可編程，不占用用戶的資源。根據(jù)本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的實(shí)際要求，選擇AT89S51單片機(jī)做為本設(shè)計(jì)的單片機(jī)使用，它是由ATMEL公司生產(chǎn)的高性能、低功耗的CMOS 8位單片機(jī).89S51單片機(jī)具有以下幾個(gè)性能特點(diǎn):4 k字節(jié)的閃存片內(nèi)程序存儲(chǔ)器,128字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，32個(gè)外部輸入和

21、輸出口，2個(gè)全雙工串行通信口，看門狗電路,5個(gè)中斷源,2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,片內(nèi)震蕩和時(shí)鐘電路且全靜態(tài)工作并由低功耗的閑置和掉電模式。單片機(jī)的引腳功能圖如圖3.2所示。圖3.251單片機(jī)的引腳功能圖3。1。2 單片機(jī)引腳功能(1）電源引腳Vcc（40腳)：正電源的引腳，工作電壓是5V。GND(20腳）：接地端.（2）時(shí)鐘電路的引腳XTAL1和XTAL2為了產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)，在89S51單片機(jī)的芯片內(nèi)部已經(jīng)設(shè)置了一個(gè)反相放大器，其中XTAL1端口就是片內(nèi)反相放大器的輸入端，XTAL2端則是片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸出端。單片機(jī)使用的工作方式是自激振蕩的方式，XTAL1和XTAL2外接的是12MH

22、z的石英晶振，使內(nèi)部振蕩器按照石英晶振的頻率進(jìn)行振蕩,從而就可以產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)。時(shí)鐘信號(hào)電路如圖 3。3所示。圖3.3 時(shí)鐘信號(hào)電路（3）復(fù)位RST（9腳）當(dāng)振蕩器運(yùn)行時(shí)，只要有兩個(gè)機(jī)器周期即24個(gè)振蕩周期以上的高電平在這個(gè)引腳出現(xiàn)時(shí)，那么就將會(huì)使單片機(jī)復(fù)位,如果將這個(gè)引腳保持高電平，那么51單片機(jī)芯片就會(huì)循環(huán)不斷地進(jìn)行復(fù)位.復(fù)位后的P0口至P3口均置于高電平，這時(shí)程序計(jì)數(shù)器和特殊功能寄存器將全部清零。本課題設(shè)計(jì)的單片機(jī)復(fù)位電路如圖3。4所示。圖3。4 單片機(jī)復(fù)位電路圖（4)輸入輸出口（I/O口）引腳P0口是一個(gè)三態(tài)的雙向口，既可以作為數(shù)據(jù)和地址的分時(shí)復(fù)用口，又可以作為通用輸入輸出口。P0口在有

23、外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器時(shí)將會(huì)被作為地址/數(shù)據(jù)總線口,此時(shí)P0口就是一個(gè)真正的雙向口；而在沒有外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器時(shí)，P0口也可以作為通用的I/O接口使用,但此時(shí)只是一個(gè)準(zhǔn)雙向口；另外，P0口的輸出級(jí)具有驅(qū)動(dòng)8個(gè)LSTTL負(fù)載的能力即輸出電流不小于800uA。P1口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，而P1口只有通用I/O接口一種功能，而且P1口能驅(qū)動(dòng)4個(gè)LSTTL負(fù)載；在使用時(shí)通常不需要外接上拉電阻就能夠直接驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管；在端口置1時(shí)，其內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入端口用。對(duì)于輸出功能,在單片機(jī)工作的時(shí)候，可以通過用程序指令控制單片機(jī)引腳輸出高電平或低電平.例如：指令CLR是清零的意思，CLR

24、 P1。0的意思就是讓單片機(jī)的P1。0端口輸出低電平;而指令SETB是置1的意思，SETB P1。0的意思就是讓單片機(jī)P1.0端口輸出高電平。P2口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，而且P2口具有驅(qū)動(dòng)4個(gè)LSTTL負(fù)載的能力。P2端口置1時(shí),內(nèi)部上拉電阻將端口的電位拉到高電平，作為輸入口使用；在對(duì)內(nèi)部的Flash程序存儲(chǔ)器編程時(shí)，P2口接收高8位地址和控制信息，而在訪問外部程序和16位外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2口就送出高8位地址。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2引腳上的內(nèi)容在此期間不會(huì)改變。P3口也是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P3口能驅(qū)動(dòng)4個(gè)LSTTL負(fù)載，這8個(gè)引腳還用于

25、專門的第二功能.P3口作為通用I/O口接口時(shí)，第二功能輸出線為高電平。P3口置1時(shí)，內(nèi)部上拉電阻將端口電位拉到高電平，作輸入口使用;在對(duì)內(nèi)部Flash程序存儲(chǔ)器編程時(shí)，此端接控制信息.P3口的第二功能,如表3。1所示。表3。1  P3口第二功能表P3引腳兼用功能P3.0串行通訊輸入口（RXD）P3.1串行通訊輸出口（TXD）P3.2外部中斷0請(qǐng)求輸入端(INT0)P3。3外部中斷1請(qǐng)求輸入端（INT1）P3.4定時(shí)器0輸入端（T0）P3。5定時(shí)器1輸入端(T1）P3。6外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通信號(hào)輸出端(/WR）P3。7外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通信號(hào)輸出端（/RD）（5）其它控制或復(fù)用引腳（a

26、）ALE/PROG(30腳）：地址鎖存有效信號(hào)輸出端。在訪問片外存儲(chǔ)器時(shí)，ALE（地址鎖存允許）以每機(jī)器周期兩次進(jìn)行信號(hào)輸出，其下降沿用于控制鎖存P0口輸出的低8位地址；在不訪問片外存儲(chǔ)器的時(shí)候,ALE端仍以不變的頻率輸出脈沖信號(hào)（此頻率是振蕩器頻率的1/6），而在訪問片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí),ALE脈沖會(huì)跳空一個(gè)，此時(shí)是不可以做為時(shí)鐘輸出.對(duì)片內(nèi)含有EPROM的機(jī)型在編程時(shí)，這個(gè)引腳用于輸入編程脈沖/PROG的輸入端。（b）/PSEN（29腳）:片外程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)輸出端，低電平時(shí)有效。當(dāng)89S51從外部程序存儲(chǔ)器取指令或常數(shù)時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期內(nèi)輸出2個(gè)脈沖即兩次有效，以通過數(shù)據(jù)總線P0口讀回指令

27、或常數(shù)。但在訪問片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，/PSEN將不會(huì)有脈沖輸出。（c)/EA/Vpp(31腳）：/EA為片外程序存儲(chǔ)器訪選用端。當(dāng)該引腳訪問片外程序存儲(chǔ)器時(shí)，應(yīng)該輸入的是低電平,要使89S51只訪問片外程序存儲(chǔ)器，這時(shí)該引腳必須保持低電平;而在對(duì)Flash存儲(chǔ)器編程時(shí)，用于施加Vpp編程電壓。3.1。3 單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)是其他拓展系統(tǒng)的最基本的基礎(chǔ)，單片機(jī)最小系統(tǒng)是指一個(gè)真正可用的單片機(jī)最小配置系統(tǒng)即單片機(jī)能工作的系統(tǒng)。對(duì)于80S51單片機(jī)，由于片內(nèi)已經(jīng)自帶有了程序存儲(chǔ)器，所以只要單片機(jī)外接時(shí)鐘電路和復(fù)位電路就可以組成了單片機(jī)的最小系統(tǒng)了。單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)如圖3。5所示.圖3。5 單

28、片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)原理圖3。2 超聲波發(fā)射和接收電路設(shè)計(jì)超聲波是一種振動(dòng)頻率超過20 kHz的機(jī)械波，它可以沿直線方向傳播,而且傳播的方向性好，傳播的距離也較遠(yuǎn),在介質(zhì)中傳播時(shí)遇到障礙物在入射到它的反射面上就會(huì)產(chǎn)生反射波。由于超聲波的以上幾個(gè)特點(diǎn)，所以超聲波被廣泛地應(yīng)用于物體距離的測量、厚度等方面。而且，超聲波的測量是一種比較理想的的非接觸式的測距方法。3。2.1 超聲波發(fā)射電路設(shè)計(jì)超聲波發(fā)射電路是由超聲波探頭和超聲波放大器組成.超聲波探頭將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為機(jī)械波發(fā)射出去,單片機(jī)所產(chǎn)生的40 kHz的方波脈沖需要進(jìn)行放大才能將超聲波探頭驅(qū)動(dòng)將超聲波發(fā)射出去，所以發(fā)射驅(qū)動(dòng)實(shí)際上就是一個(gè)信號(hào)的放大電路，本設(shè)

29、計(jì)選用74LS04芯片進(jìn)行信號(hào)放大，單片機(jī)P1。0端口輸出的40kHz的方波信號(hào)一路經(jīng)一級(jí)反向器后送到超聲波發(fā)生器的一個(gè)電極，另一路經(jīng)兩級(jí)反向器送到超聲波的另一個(gè)電極。用這種推挽形式將方波信號(hào)加到超聲波發(fā)生器兩端,可以提高超聲波的發(fā)射強(qiáng)度.輸出端采用兩個(gè)反向器并聯(lián),用以提高驅(qū)動(dòng)能力,超聲波發(fā)射電路如圖3。6所示圖3.6 超聲波發(fā)射電路工作時(shí),由單片機(jī)產(chǎn)生40 kHz的脈沖從P1。0口向超聲波的發(fā)射電路部分發(fā)出信號(hào),再經(jīng)74LS04放大電路放大后，驅(qū)動(dòng)超聲波探頭將超聲波發(fā)射出去。3。2。2 超聲波接收電路設(shè)計(jì)由于超聲波在空氣中的傳播過程中是有衰減的，如果距離較遠(yuǎn),那么超聲波接收電路所接收到的超聲

30、波信號(hào)就會(huì)比較微弱，因此需要對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行放大而且放大的倍數(shù)也要比較大。超聲波接收電路主要是由集成電路CX20106A芯片電路構(gòu)成的，CX20106A芯片電路可以對(duì)超聲波信號(hào)進(jìn)行放大、限幅、帶通濾波、峰值檢波、整形、比較等功能,比較完之后超聲波接收電路會(huì)輸出一個(gè)低電平到單片機(jī)去請(qǐng)求中斷,當(dāng)即單片機(jī)停止計(jì)時(shí)，并開始去進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理。CX20106A芯片的前置放大器具有自動(dòng)增益控制的功能，當(dāng)測量的距離比較近時(shí)，放大器不會(huì)過載;而當(dāng)測量距離比較遠(yuǎn)時(shí)，超聲波信號(hào)微弱，前置放大器就有較大的放大增益效果。CX20106A芯片的5腳在外接電阻對(duì)它的帶通濾波器的頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)，而且不用再外接其他的電感，能夠

31、很好地避免外加磁場對(duì)芯片電路的干擾，而且它的可靠性也是比較高的。CX20106A芯片電路本身就具有很高的抗干擾的能力,而且靈敏度也比較高，所以，能滿足本設(shè)計(jì)的要求。超聲波接收電路如圖3.7所示。CX20106管腳圖如圖3。8所示。圖3。7 超聲波接收電路圖3。8 CX20106管腳圖以下是CX20106A的管腳注釋。 1腳：超聲信號(hào)輸入端，該腳的輸入阻抗約為40k。 2腳：該腳與地之間連接RC串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，它們是負(fù)反饋串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)組成部分，改變它們的數(shù)值能改變前置放大器的增益和頻率特性。增大電阻R13或減小C1，將使負(fù)反饋量增大,放大倍數(shù)下降，反之則放大倍數(shù)增大。但C7的改變會(huì)影響到頻率特性，一

32、般在實(shí)際使用中不必改動(dòng)，推薦選用參數(shù)為R1=4.7,C1=1F。 3腳：該腳與地之間連接檢波電容,電容量大為平均值檢波，瞬間相應(yīng)靈敏度低;若容量小，則為峰值檢波，瞬間相應(yīng)靈敏度高，但檢波輸出的脈沖寬度變動(dòng)大，易造成誤動(dòng)作,推薦參數(shù)為3.3f。 4腳：接地端。5腳：該腳與電源間接入一個(gè)電阻，用以設(shè)置帶通濾波器的中心頻率f0，阻值越大，中心頻率越低。例如,取R=200k時(shí)，f042kHz，若取R=220k，則中心頻率f038kHz. 6腳： 該腳與地之間接一個(gè)積分電容,標(biāo)準(zhǔn)值為330pF，如果該電容取得太大，會(huì)使探測距離變短. 7腳:遙控命令輸出端，它是集電極開路輸出方式，因此該引腳必須接上一個(gè)上

33、拉電阻到電源端,推薦阻值為22k，沒有接受信號(hào)是該端輸出為高電平，有信號(hào)時(shí)則產(chǎn)生下降。 8腳：電源正極,4。55V。3。3 溫度傳感器的選擇方案一:使用熱敏電阻作為傳感器，用熱敏電阻與一個(gè)相應(yīng)阻值電阻相串聯(lián)分壓,利用熱敏電阻阻值隨溫度變化而變化的特性，采集這兩個(gè)電阻變化的分壓值,并進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。此設(shè)計(jì)方案需用A/D轉(zhuǎn)換電路，增加硬件成本而且熱敏電阻的感溫特性曲線并不是嚴(yán)格線性的,會(huì)產(chǎn)生較大的測量誤差。方案二：采用數(shù)字式溫度傳感器DS18B20,此類傳感器為數(shù)字式傳感器而且僅需要一條數(shù)據(jù)線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，易于與單片機(jī)連接，可以去除A/D模塊，降低硬件成本,簡化系統(tǒng)電路。另外，數(shù)字式溫度傳感器還具

34、有測量精度高、測量范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。因此本次設(shè)計(jì)采用方案二較合理。3.3.1 DS18B20的特征溫度對(duì)聲速的影響較大，若不進(jìn)行補(bǔ)償，將會(huì)帶來測量誤差,為了提高系統(tǒng)的測量精度，設(shè)計(jì)了溫度補(bǔ)償電路.系統(tǒng)采用數(shù)字溫度傳感器DS18B20來采集溫度,DS18B20是美國DALLAS公司生產(chǎn)的1wire總線串行數(shù)字溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻有所不同,DS18B20可直接將被測溫度轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào),以供單片機(jī)處理，它還具有微型化、低功耗、抗干擾能力強(qiáng)、易于與微處理器接口等優(yōu)點(diǎn)，適合于各種溫度測控系統(tǒng)。DS18B20具有以下特點(diǎn):1、采用單線技術(shù),與單片機(jī)通信只須一個(gè)引腳；2、通過識(shí)別芯片各自唯一的產(chǎn)品序列號(hào)

35、從而實(shí)現(xiàn)單線多掛接，簡化了分布式溫度檢測的應(yīng)用。3、實(shí)際應(yīng)用中不需要外部任何元器件即可實(shí)現(xiàn)測溫。4、可通過數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍為35.5V;5、不需備份電源；6、測量范圍為-55+125度,在-10+82度范圍內(nèi)的誤差為±0.5度7、數(shù)字溫度計(jì)的分辨率用戶可以從9位到12位選擇,可配置實(shí)現(xiàn)912V的溫度讀數(shù)；8、將12位的溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字量所需時(shí)間不超過750ms;9、用戶定義的、非易失性的溫度告警設(shè)置，用戶可自行設(shè)定告警的上下限溫度；10、告警尋找命令可以識(shí)別和尋址那些溫度超出設(shè)計(jì)預(yù)設(shè)告警界限的器件.數(shù)字式溫度傳感器和模擬溫度傳感器最大的區(qū)別是：將溫度信號(hào)直接轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào),然后通

36、過串行通信的方式輸出。因此掌握DS18B20的通信協(xié)議是使用該器件的關(guān)鍵。該協(xié)議定義了幾種信號(hào)類型：復(fù)位脈沖、應(yīng)答脈沖時(shí)隙；寫“0"、讀“1"時(shí)隙,讀“0"、讀“1”時(shí)隙。初始化后，傳感器輸出兩個(gè)字節(jié)的溫度，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后得到實(shí)際溫度的值，利用公式31可計(jì)算補(bǔ)償聲速.c=331。4+0。61T（31)式中，T為實(shí)際溫度（），c為補(bǔ)償后的聲速.3。3.2 DS18B20的引腳分布圖及其功能DS18B20的引腳圖如圖3.9所示.圖3。9 DS18B20引腳圖引腳功能說明：NC（1、2、6、7、8腳)：空引腳,懸空不使用；VDD（3腳）：可選電源腳，電源電壓范圍35。5

37、V。當(dāng)工作于寄生電源時(shí),此引腳必須接地；DQ(4腳）：數(shù)據(jù)輸入/輸出腳。漏極開路,常態(tài)下高電平.DS18B20采集電路如圖3。10所示.采用數(shù)字式溫度傳感器DS18B20,它是數(shù)字式溫度傳感器，具有測量精度高，電路連接簡單特點(diǎn),此類傳感器僅需要一條數(shù)據(jù)線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，使用P1.3與DS18B20的I/O口連接加一個(gè)上拉電阻，Vcc接電源，GND接地。圖3。10 DS18B20采集電路3。4 顯示模塊的選擇方案一：采用LED液晶顯示屏，液晶顯示屏的顯示功能強(qiáng)大，可顯示大量文字,圖形，顯示多樣，清晰可見，但是價(jià)格昂貴,需要的接口線多，所以在此設(shè)計(jì)中不采用LED液晶顯示屏。方案二：采用點(diǎn)陣式數(shù)碼管顯

38、示，點(diǎn)陣式數(shù)碼管是由八行八列的發(fā)光二極管組成，對(duì)于顯示文字比較適合,如采用在顯示數(shù)字顯得太浪費(fèi)，且價(jià)格也相對(duì)較高，所以也不用此種作為顯示.方案三：采用LED數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描,LED數(shù)碼管價(jià)格適中，對(duì)于顯示數(shù)字最合適,而且采用動(dòng)態(tài)掃描法與單片機(jī)連接時(shí),占用的單片機(jī)口線少.所以采用了LED數(shù)碼管作為顯示.4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)超聲波測距的軟件設(shè)計(jì)主要由主程序、超聲波發(fā)生子程序、超聲波接收子程序、顯示子程序及溫度補(bǔ)償子程序組成。下面對(duì)超聲波測距器的算法，主程序，超聲波發(fā)射子程序和超聲波接收中斷程序,溫度補(bǔ)償程序逐一介紹.4。1 超聲波測距的算法設(shè)計(jì)超聲波發(fā)生器T在某一時(shí)刻發(fā)出的一個(gè)超聲波信號(hào),當(dāng)超聲波遇到被

39、測物體后反射回來，就被超聲波接收器R所接受。這樣只要計(jì)算出發(fā)生信號(hào)到接受返回信號(hào)所用的時(shí)間,就可算出超聲波發(fā)生器與反射物體的距離。聲速c與溫度有關(guān)，應(yīng)通過溫度補(bǔ)償?shù)姆椒右孕Ｕ?。然后根?jù)公式41計(jì)算出結(jié)果。    S=（331。4+0.61T）T0/20000 （41)式中S為被測物的距離 ,T為實(shí)際溫度（)，T0為計(jì)數(shù)器T0的計(jì)數(shù)值。4.2 主程序設(shè)計(jì)主程序首先對(duì)系統(tǒng)環(huán)境初始化，設(shè)置定時(shí)器T0工作模式為16位的定時(shí)計(jì)數(shù)器模式，置位總中斷允許位EA。然后調(diào)用超聲波發(fā)生子程序送出一個(gè)超聲波脈沖，為避免超聲波從發(fā)射器直接傳送到接收器引起的直接波觸發(fā)，需延遲0

40、。1ms(這也就是測距器會(huì)有一個(gè)最小可測距離的原因）后,才打開外中斷0接收返回的超聲波信號(hào).由于采用12MHz的晶振，機(jī)器周期為1us，當(dāng)主程序檢測到接收成功的標(biāo)志位后，將計(jì)數(shù)器T0中的數(shù)（即超聲波來回所用的時(shí)間）按公式4.1計(jì)算即可測得被測物體與測距儀之間的距離.測出距離后結(jié)果將以十進(jìn)制BCD碼方式LED,然后再發(fā)送超聲波脈沖重復(fù)測量過程.主程序流程圖如圖4.2所示。 開始 系統(tǒng)初始化 發(fā)送超聲波脈沖 等待發(fā)射超聲波 計(jì)算距離 顯示結(jié)果圖4。2 主程序流程圖4.3 超聲波發(fā)生子程序和超聲波接收中斷程序超聲波發(fā)生子程序的作用是通過P1。0端口發(fā)送2個(gè)左右的超聲波信號(hào)頻率約40KHz的方波,脈沖

41、寬度為12us左右，同時(shí)把計(jì)數(shù)器T0打開進(jìn)行計(jì)時(shí)。超聲波測距器主程序利用外中斷0檢測返回超聲波信號(hào),一旦接收到返回超聲波信號(hào)，立即進(jìn)入中斷程序。進(jìn)入該中斷后就立即關(guān)閉計(jì)時(shí)器T0停止計(jì)時(shí),并將測距成功標(biāo)志字賦值1。如果當(dāng)計(jì)時(shí)器溢出時(shí)還未檢測到超聲波返回信號(hào)，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(biāo)志字賦值2以表示此次測距不成功。定時(shí)中斷子程序流程圖如圖4。3所示，外部中斷子程序流程圖如圖4。4所示。 外部中斷入口 關(guān)外部中斷 讀取時(shí)間值 計(jì)算距離 結(jié)果輸出 開外部中斷返回 發(fā)送完否？ 定時(shí)中斷入口 定時(shí)初始化 發(fā)射超聲波 停止發(fā)射 返回NY 圖4.3 定時(shí)中斷子程序流程圖 圖4。4 外

42、部中斷子程序流程圖部分程序如下：/發(fā)送程序/void TIMER1（） interrupt 3vout=!vout；k+;if（k>=4）/超聲波肪沖個(gè)數(shù)控制（為賦值的一半）*/k=0；TR1=0;ET1=0；for（j=200;j>0;j）；/1ms延時(shí)避開盲區(qū)*/for（j=200；j0；j-);for（j=200；j>0；j）；EX0=1;/開啟外部中斷0/接收程序/void PINT0(void） TR0=0；TR1=0；ET1=0;EA=0；EX0=0;rec_flag=1;/接收成功標(biāo)志位置1/time=TH0；time=time256+TL0;time=time

43、120；/補(bǔ)償軟件或硬件帶來的誤差/distance=time0。017；4.4 溫度補(bǔ)償子程序/*ds18b20延遲子函數(shù)*/void delay_18B20（uint i）while（i-）;/*ds18b20初始化函數(shù)*/void Init_DS18B20（void) uchar x=0；DQ=1； /DQ復(fù)位 ds18b20通信端口 delay_18B20（8）； /稍做延時(shí)DQ=0； /單片機(jī)將DQ拉低delay_18B20（80）; /精確延時(shí) 大于 480usDQ=1; /拉高總線delay_18B20（4）；x=DQ; /稍做延時(shí)后 如果x=0則初始化成功 x=1則初始化失敗d

44、elay_18B20(20)；/*ds18b20讀一個(gè)字節(jié)*/uchar ReadOneChar（void）uchar i=0；uchar dat=0;for (i=8;i>0;i） DQ=0; / 高電平拉成低電平時(shí)讀周期開始 dat>=1; DQ=1； / 給脈沖信號(hào) if（DQ） dat|=0x80； delay_18B20（4)；return（dat）；/*ds18b20寫一個(gè)字節(jié)*/void WriteOneChar（uchar dat) uchar i=0； for (i=8；i0;i-) DQ=0； /從高電平拉至低電平時(shí)，寫周期的開始 DQ=dat&0x01

45、； /數(shù)據(jù)的最低位先寫入 delay_18B20（5）; /60us到120us延時(shí) DQ=1； dat>=1； /從最低位到最高位傳入/*讀取ds18b20當(dāng)前溫度*/void ReadTemperature(）uchar a=0；uchar b=0；uchar t=0；Init_DS18B20（)；WriteOneChar（0xCC）； / 跳過讀序號(hào)列號(hào)的操作WriteOneChar（0x44）； / 啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換delay_18B20(100）; / this message is wery importantInit_DS18B20（)；WriteOneChar（0xCC)；

46、/跳過讀序號(hào)列號(hào)的操作WriteOneChar（0xBE); /讀取溫度寄存器等（共可讀9個(gè)寄存器) delay_18B20(100）；a=ReadOneChar(）； /讀取溫度值低位b=ReadOneChar（）； /讀取溫度值高位 temp1=b<<4； /高8位中后三位數(shù)的值temp1+=（a0xf0）4； /低8位中的高4位值加上高8位中后三位數(shù)的值 /temp1室溫整數(shù)值/temp2=a&0x0f; /小數(shù)的值/xs=temp2*0.0625*10; /小數(shù)位，若為0。5則算為5來顯示 xs小數(shù)5 電路的安裝與調(diào)試5.1 電路安裝要注意問題電路設(shè)計(jì)完成以后要進(jìn)行

47、電路的安裝，在安裝要注意以下幾個(gè)方面的問題。（1）準(zhǔn)備好常用的工具和材料。要將各種電子元器件及結(jié)構(gòu)各異的零部件裝配成符合要求的電子產(chǎn)品,一套基本的工具是必不可少的，如烙鐵、鉗子、改錐、鑷子和焊錫。正確使用得心應(yīng)手的工具,可大大提高工作效率,保證裝配質(zhì)量。(2)所有的電子元器件在安裝前要全部測試，有條件的還要進(jìn)行元器件老化處理,以保證元器件的質(zhì)量.(3）有極性的電子元器件安裝時(shí)其標(biāo)志最好方向一致，以便于檢查和更換.集成電路的方向要保持一致,以便正確布線和查線。（4）布線要按信號(hào)的流向有序連接，連接要做到橫平豎直，不允許跨接在集成電路上。另外導(dǎo)線的選擇要粗細(xì)適中，避免導(dǎo)線與電路板之間接觸不良。5。

48、2 電路的調(diào)試5。2。1 調(diào)試電路常用的儀器（1)萬用表。它可以測量交直流電壓、交直流電流、電阻、電容、半導(dǎo)體二極管和三極管,具有精度高、使用方便、應(yīng)用廣泛等特點(diǎn)。（2）示波器。利用示波器可以對(duì)電路中的各點(diǎn)電位進(jìn)行測量和觀察波形，同時(shí)可以比較任意兩點(diǎn)波形的相位關(guān)系.示波器具有高的靈敏度、高的交流阻抗、對(duì)負(fù)載影響小等特點(diǎn)，使用示波器時(shí)應(yīng)注意的是使用示波器的頻率一定要大于被測信號(hào)的頻率。（3)信號(hào)發(fā)生器。應(yīng)為經(jīng)常要在加信號(hào)的情況下進(jìn)行測試,則在調(diào)試和故障診斷時(shí)最好備有信號(hào)發(fā)生器，如FG63型函數(shù)發(fā)生器，它可以產(chǎn)生正弦波、三角波及方波等波形.5。2。2 調(diào)試電路前的檢查電路安裝完以后，不要急于通電,

49、首先要根據(jù)電路原理圖認(rèn)真的檢查電路板正確連接。主要直接觀察電源、地線、信號(hào)線、元器件之間連接是否短路，連接是否有接觸不良，元器件是否漏焊，二極管、三極管和電解電容的極性有無錯(cuò)誤等。5.2.3 調(diào)試步驟對(duì)電子系統(tǒng)的調(diào)試一般采用化整為零,分塊調(diào)試，一般分為以下幾個(gè)步鄹。(1） 不通電檢查電路焊接安裝完畢后,不要急于通電,先要認(rèn)真檢查電路板連接是否正確，是否有虛焊、漏焊和錯(cuò)焊的地方,包括錯(cuò)線、少線和多線。直觀檢查電源線、地線、信號(hào)線以及元件引腳之間有無短路；連接處有無接觸不良；二極管、三極管及電解電容等引腳有無錯(cuò)誤連接，集成電路是否插對(duì)等。為了避免作出錯(cuò)誤的判斷通常采用兩種查線方法：一是按照設(shè)計(jì)的電

50、路圖檢查焊接電路，把電路圖上的連線按一定的順序在焊接好的電路板上逐一對(duì)應(yīng)檢查，這種方法比較容易找出錯(cuò)誤;另一種方法是按照實(shí)際電路來對(duì)照電路原理圖，按兩個(gè)元器件的引腳連線去檢查。（2) 通電檢查在確認(rèn)電路連接沒有錯(cuò)誤的情況下接通電源。電源接通后不要急于測量數(shù)據(jù),而是首先觀察是否有無異?，F(xiàn)象,如有無冒煙，是否聞到異常味道、手摸元器件是否發(fā)燙,電源是否有短路現(xiàn)象等。如有異常應(yīng)立即關(guān)斷電源，排除故障后再重新通電測試.(3） 分塊調(diào)試把電路按照功能分成不同的模塊，分別對(duì)不同的模塊進(jìn)行調(diào)試。調(diào)試順序通常是按照信號(hào)的流向進(jìn)行，這樣可把前級(jí)測試過的輸出作為后一級(jí)的輸入信號(hào),為最后統(tǒng)調(diào)創(chuàng)造條件.分塊調(diào)試包括靜態(tài)

51、調(diào)試和動(dòng)態(tài)調(diào)試，靜態(tài)調(diào)試是在沒有外加信號(hào)的條件下測試電路各點(diǎn)電位，通過靜態(tài)測試可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)已損壞的器件或其他故障；動(dòng)態(tài)測試是在信號(hào)源的作用下,借助示波器觀察各點(diǎn)波形,進(jìn)行波形分析，測量動(dòng)態(tài)指標(biāo)。把動(dòng)態(tài)和靜態(tài)測試的結(jié)果與設(shè)計(jì)的指標(biāo)加以比較，經(jīng)深入分析后，對(duì)電路與參數(shù)提出合理的修正。調(diào)試電路過程中應(yīng)對(duì)測試結(jié)果做詳盡的記錄.（4） 整機(jī)調(diào)試各單元電路調(diào)試好以后，還要將它們連接成整機(jī)進(jìn)行調(diào)試.整機(jī)調(diào)試主要觀察和測量動(dòng)態(tài)性能，把測量結(jié)果與設(shè)計(jì)指標(biāo)逐一對(duì)比,找出問題的解決方法，然后對(duì)電路及參數(shù)進(jìn)行修正，直到整機(jī)的性能完全符合設(shè)計(jì)要求為止.5。2。4 調(diào)試注意事項(xiàng) (1） 超聲波探頭表面嚴(yán)禁用手及其它物體觸

52、摸以免產(chǎn)生信號(hào)滯后性及損壞。（2） 所有集成器件最好拔下烙鐵插頭再焊接，以免損壞.（3） 通電調(diào)試時(shí)要接5V直流電源。(4） 接收電路應(yīng)用鐵皮屏蔽以增加抗干擾的性能。（5） 被測物體表面必須平坦。(6) 測量時(shí)在超聲波測距儀周圍沒有其他可發(fā)射超聲波的物體。（7) 在測距中應(yīng)保證測距儀與被測物體距離為定值,要和被測物體成一條直線，使測得距離讀數(shù)的準(zhǔn)確性。6 系統(tǒng)的測量數(shù)據(jù)及誤差分析6.1 實(shí)測比較根據(jù)實(shí)物測量出一些數(shù)據(jù)，它與標(biāo)準(zhǔn)值之間的比較如表6-1。表61 實(shí)際測量值與標(biāo)準(zhǔn)值的比較實(shí)測值標(biāo)準(zhǔn)值0。31m0。30m0。51m0。50m0。72m0.70m0。93m0.90m1。23m1。20m1

53、.53m1。50m1。74m1.70m 實(shí)測值：用做出的實(shí)物測的到障礙物的距離值； 標(biāo)準(zhǔn)值：用直尺測出到障礙物的距離值.因受發(fā)射功率限制，測量范圍在0。2m2。5m。6。2 溫度誤差分析超聲波的傳播速度受空氣的密度所影響，空氣的密度越高則超聲波的傳播速度就越快，而空氣的密度又與溫度有著密切的關(guān)系。對(duì)于超聲波測距精度要求達(dá)到1mm時(shí),就必須把超聲波傳播的環(huán)境溫度考慮進(jìn)去。 美國國家半導(dǎo)體公司的DS18B20溫度傳感器的溫度測試分辨率為0。0625,55至+125準(zhǔn)確度為±1。0,I2C總線接口.用AT89S51的通用I/O端口能很容易的模擬I2C總線的讀寫時(shí)序，DS18B20的高精度溫

54、度測量能很好的補(bǔ)償超聲波在不同溫度的傳播速度。6。3 時(shí)間誤差分析當(dāng)要求測距誤差小于1mm時(shí)，假設(shè)已知超聲波速度C=344m/s （20室溫），忽略聲速的傳播誤差.測距誤差st（0。001/344) 0。000002907s 即2。907ms。 在超聲波的傳播速度是準(zhǔn)確的前提下,測量距離的傳播時(shí)間差值精度只要在達(dá)到微秒級(jí),就能保證測距誤差小于1mm的誤差。使用的12MHz晶體作時(shí)鐘基準(zhǔn)的AT89S51單片機(jī)定時(shí)器能方便的計(jì)數(shù)到1s的精度，因此系統(tǒng)采用AT89S51定時(shí)器能保證時(shí)間誤差在1mm的測量范圍內(nèi)。6。4 感應(yīng)角的誤差分析兩個(gè)超聲波探頭即發(fā)射探頭和接收探頭和障礙物之間存在一個(gè)幾何角度,反射波入射到探頭存在一定的角度,當(dāng)這個(gè)角度過大時(shí),這就會(huì)造成測量較大的誤差，或者說根本接收不到回波信號(hào)。特別是在障礙物的距離較小的時(shí)候這個(gè)誤差就成為了距離測量的主要誤差的原因，但是這種誤差