AT89C2051單片機(jī)超聲波測(cè)距系統(tǒng)硬件原理

發(fā)射電路由單片機(jī)輸出端直接驅(qū)動(dòng)超聲波發(fā)送。

接收電路使用三極管組成的放大電路，該電路簡(jiǎn)單，調(diào)試工作小較小。

硬件電路的設(shè)計(jì)主要包括單片機(jī)系統(tǒng)及顯示電路、超聲波發(fā)射電路和超聲波接收電路三部分。單片機(jī)采用AT89C2051。采用12MHz高精度的晶振，以獲得較穩(wěn)定時(shí)鐘頻率，減小測(cè)量誤差。單片機(jī)用P3.5端口輸出超聲波換能器所需的40kHz的方波信號(hào)，P3.6端口監(jiān)測(cè)超聲波接收電路輸出的返回信號(hào)。顯示電路采用簡(jiǎn)單實(shí)用的3位共陽(yáng)LED數(shù)碼管，段碼輸出端口為單片機(jī)的P1口，位碼輸出端口分別為單片機(jī)的P3.2、P3.1、P3.0口,數(shù)碼管位驅(qū)運(yùn)用PNP三極管S9012三極管驅(qū)動(dòng)。

距離顯示：用三位LED數(shù)碼管進(jìn)行顯示（單位是CM）。

測(cè)距范圍：35CM到 300CM之間。誤差：1%。

超聲波測(cè)距單片機(jī)系統(tǒng)主要由：A T 8 9 C 2 0 5 1單片機(jī)、晶振、復(fù)位電路、電源濾波部份構(gòu)成。如下圖：

超聲波發(fā)射部份由電阻R2及超聲波發(fā)送頭T40板成；接收電路由BG1、BG2X組成的兩組三級(jí)管放大電路組成；檢波電路、比較整形電路由C7、D1、D2及BG3組成。

40kHz的方波由A T 8 9 C 2 0 5 1單片機(jī)的P 3 .5驅(qū)動(dòng)超聲波發(fā)射頭發(fā)射超聲波，經(jīng)反射后由超聲波接收頭接收到40kHz的正弦波，由于聲波在空氣中傳播時(shí)衰減，所以接收到的波形幅值較低，經(jīng)接收電路放大，整形，最后輸出一負(fù)跳變，輸入單片機(jī)的P3腳。

該測(cè)距電路的40kHz方波信號(hào)由單片機(jī)A T 8 9 C 2 0 5 1 的P 3 .5發(fā)出。方波的周期為1/40ms，即25us，半周期為12.5us。每隔半周期時(shí)間，讓方波輸出腳的電平取反，便可產(chǎn)生40kHz方波。由于單片機(jī)系統(tǒng)的晶振為6M晶振，因而單片機(jī)的時(shí)間分辨率是2us，所以只能產(chǎn)生半周期為12us或14us的方波信號(hào)，頻率分別為41.67kHz和38.46kHz。本系統(tǒng)在編程時(shí)選用了后者，讓單片機(jī)產(chǎn)生約38.46kHz的方波。

本系統(tǒng)采用三位一體L E D 數(shù)碼管顯示所測(cè)距離值，如圖(見(jiàn)下頁(yè)) 。碼管采用動(dòng)態(tài)掃描顯示，段碼輸出端口為單片機(jī)的P1口，位碼輸出端口分別為單片機(jī)的P3.2、P3.1、P3.0口,數(shù)碼管位驅(qū)運(yùn)用PNP三極管S9012三極管驅(qū)動(dòng)。

步驟是先焊接各個(gè)模塊，焊接完每個(gè)模塊以后，再進(jìn)行模塊的單獨(dú)測(cè)試，以確保在整個(gè)系統(tǒng)焊接完能正常的工作，原件安裝完畢后，將寫好程序的AT89C2051機(jī)裝到測(cè)距板上，通電后將測(cè)距板的超聲波頭對(duì)著墻面往復(fù)移動(dòng)，看數(shù)碼管的顯示結(jié)果會(huì)不會(huì)變化，在測(cè)量范圍內(nèi)能否正常顯示。超聲波發(fā)送功率較大時(shí)，測(cè)量距離遠(yuǎn)，則相應(yīng)的下限值（盲區(qū)）應(yīng)設(shè)置為高值。試驗(yàn)板中的聲速?zèng)]有進(jìn)行溫度補(bǔ)償，聲速值為340m/s。