AT89C51于单片机的超声波测距装置设计+电路图+源程序(4)
图3 发射信号波形
3. 硬件电路设计
3.1 单片机控制电路
本系统采用的是ATMEL公司生产的AT89C51高性能CMOS 8位单片机，图4为AT89C51单片机的引脚排列图。该单片机兼容标准MCS-51指令系统，片内配置8位中央处理器（CPU）和4 KB Flash闪速存储器，4 KB的可反复擦写的程序存储器（ROM）,128 B内部随机存取数据存储器（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。单片机作为整个系统的核心，指挥控制着整个系统进行工作。在本系统中，用到的单片机上的硬件资源有：I/O口、定时器、串口和中断等[8-10]。
图4 AT89C51引脚排列
本系统中单片机控制电路如图5所示。由两个30pF的电容和一个12MHz的晶振组成了内部时钟电路，由一个10uF的极性电容、一个1kΩ的电阻和一个按键组成了复位电路，P0口外接上拉电阻作为输出端将8位数据送至LCD液晶显示屏显示，单片机经P1.0口输出发射中断信号，经P3.2口输入接收中断信号，经P1.7口输入温度数字信号，P2.5口、P2.6口和P2.7口则分别连接LCD液晶显示屏的使能端EN、读/写选择控制端R/W和数据/指令选择控制端RS，EA端接高电平以能够访问外部存储空间，单片机系统工作电压为+5V，由整个系统的电源部分提供。
图5 单片机控制电路
3.2 超声波发射电路
本系统采用的是基于555集成电路的超声波发射模块。555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件，可产生精确的定时脉冲，并有高达200mA的输出驱动电流。作为多谐振荡器工作时，由两个外接电阻和一个外接电容来确定其输出的脉冲占空比；而在单稳态工作方式时，由一个外接电阻和一个外接电容来确定其延时时间，可延时数微秒到数小时。工作电压范围为4.5～6.5V。555集成电路的引脚图如图6所示，引脚列表如表2所示。
如图7所示，超声波发射部分的工作原理如下[9]。
在通电后,电容C10开始充电，当CVolt上升到2/3VCC时,复位触发器,同时导通放电BJTT，此时Q为低电平，之后电容C10通过R6和C11开始放电,使CVolt下降,当CVolt下降到2/3VCC时，置位触发器，Q翻转为高电平。电容C10放电所需的时间为
（5）
当C10放电结束时，C11截止，允许VCC通过R4，R5，R6向电容充电。CVolt由1/3VCC上升到2/3VCC所需时间为
（6）
当CVolt上升到2/3VCC时，触发器再次翻转，循环往复，就可以在输出端得到一个周期性的方波，其频率为
（7）
可以通过调节R5来改变输出方波的占空比。图中，LS1是一个超声波换能器（即超声波振头），型号为CSB40T,它将超声波发生器提供的电信号转化为机械信号并发射出去。
超声波发射部分的工作电压为+12V，由电源部分提供。
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