51单片机超声波测距仪设计+电路图+原理图(7)
3.3 AT89C51标准功能
(1)可以兼容MCS-51系列单片机
(2)带有4K字节的可编程Flash存储器
(3)其可擦除只读存储器可反复擦写一千次
(4)全静态操作：0Hz～24MHz
(5)三级程序存储器锁定
(6)32个可编程I/O口线
(7)两个16位定时器/计数器
(8)五个中断源
(9)一个全双工串行通道
(10)低功耗空闲和掉电模式
(11)其中数据可以保存十年
(12)掉电后保存RAM中的内容
(13)片内时钟电路和振荡器[11]
4. 系统软件的设计
4.1 程序流程图
超声波测距器程序流程图如图12所示。
图12 超声波测距器程序流程图
4.2 程序总体分析
超声波测距器软件设计主要由主程序、超声波发射子程序、超声波接收中断程序及显示子程序组成。
主程序首先将系统初始化，设置好定时器的初值和工作方式，令总中断的允许位EA=1，并给显示端口清零。然后，调用超声波发生子程序，通过P1.0端口发送一个超声波脉冲信号，在CPU停止发送后，不可以立刻打开外中断0，因为在这时，由于电阻尼，超声波并没有在换能器中停止发射，为避免超声波从发射器中发射后的直射波直接传送到接收器，需要延时0.1ms后，才能打开外中断INT0接收经被测物反射后返回的超声波信号。因为采用的是12MHZ晶振，其机器周期是1us，当主程序检测到成功接收回波的标志位后，将内部计数器T0中测得的数根据公式(4)计算,其结果就是测距器与被测物体之间的距离，其中声速取常温下的声速344m/s，则有公式（4）
（4）
（其中T0是计数器T0的计数值）。
5. 总结
超声波测距的原理是利用超声波的发射和接受，根据超声波传播的时间来计算出传播距离。实用的测距方法有两种，一种是在被测距离的两端，一端发射，另一端接收的直接波方式，适用于身高计；一种是发射波被物体反射回来后接收的反射波方式，适用于测距仪。此次设计采用反射波方式。
超声波测距仪电路的硬件部分主要包括超声波发射电路、超声波接收检测电路、单片机系统和显示电路三部分。单片机使用了AT89C51。采用高精度的12MHz晶振，使本设计电路获得较稳定时钟频率，从而减小了测量过程中所产生的误差。单片机将超声波换能器所需的的方波信号从其P1.0端口输出，然后通过外中断INT0口监测从接收电路输出的检测信号。显示电路采用简单实用的四位数码管的动态显示。
发射电路主要有74HC04和超声波换能器构成，自单片机P1.0端口输出40KHZ的方波信号其中一路经过一级反向后，被送到了换能器的一个电极，而另一路则经过两级反向后，到达换能器的另外一个电极。
超声波接收电路核心组成部分是CX20106A，它是一款用于检波接收红外线的芯片。因为红外遥控的常用载波频率与本设计产生的超声波的频率十分接近，可以适当调整将其用于超声波接收电路。事实证明将CX20106A用于接收检测超声波，具有较强的抗干扰能力和很强的灵敏度。
超声波测距仪的软件设计主要由主程序、显示程序、中断程序、超声波发射程序等组成。
本电路设计由于元器件及其成板误差，可能测量最大距离达不到设计要求，但对测量距离结果的误差影响不大，能满足日常生活、工业生产的测量要求，因此此设计有着很大的意义。同时通过这个设计能够提高我对单片机的认识、编程能力和电路设计能力。