1、1基于 MCS8751 单片机的测距仪研究摘要：超声波由于指向性强，能耗低，传播距离远，经常被用于距离测量；单片机体积小，价格低，易编程故在此选用超声波和单片机设计了智能测距仪。 关键词：超声波 测距仪 单片机 0 引言 超声波检测速度快、方便、计算简单、易于实时控制，测量精度高；结合单片机及外围电路，通过超声换能器，设计了具有较高重复频率，精度高的超声测距仪的软硬件系统。并通过 RS232 串行通讯将报告测距结果传送给计算机显示。 1 硬件设计 MCS-51 系列单片机属于 8 位单片计算机，因其品种齐全，兼容性强，软硬件资源丰富等特点，而成为 8 为位单片机中的主流。在此选用了MCS875
2、1 单片机。 8155 芯片介绍 8155H 芯片内包含有 256 个字节的 RAM 存储器，两个可编程的 8 位并行口 PA 和 PB，一个可编程的 6 位并行口 PC，以及一个14 位减法定时器/计数器。PA 口和 PB 口可工作于基本输入输出方式或选通输入输出方式。 数码显示电路 LED 显示器分为：共阴极 LED 显示器的发光二极管阴极相连并接地；共阳极 LED 显示器的发光二极管的阳极相连接正电压，2当某发光二极管的阴极接低电平时，二极管被点亮，显示相应字段。 点亮显示器有静态和动态两种。静态显示是指显示器显示某一字符时，相应的发光二极管恒定导通或截止；动态显示就是一位一位地轮流点亮
3、显示器各个位，对于显示器的每一位来说，每隔一段时间点亮一次。若显示器的位数不大于八位，显示器公共极电位只需一个 I/O 口称为扫描口，显示器各位所显示的字型也需要一个八位口称为段数据口。4位共阴极显示器与 8155 的 A 口相连作为扫描口，经反向驱动器 75452 接显示器公共极，B 口作为段数据口，经同向驱动器 7407 接显示器的各个极。 RS232 接口电路在 PC 机中一般有两个标准 RS-232C 串行接口 COM1和 COM2.MCS8751 单片机片内含一个全双工的串行接口，通过编程即可实现串行通信。然而 PC 机的 RS-232C 标准的电平采用负逻辑，规定+3V+15V 之
4、间的任意电平为逻辑“0” ，-3V-15V 之间的任意电平为逻辑“1” ，计算机接口芯片大都为 TTL 或 CMOS 电平，在通信时，须进行电平转换，以便与 RS-232C 标准的电平匹配。选用了 MAX232 芯片完成电平转换工作。 超声波换能器 压电式超声波发生器实际上是利用压电晶体的谐振来工作的，内部有两个压电晶片和一个共振板。当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，产生超声波。 超声波传感器采用 UCM40 的压电陶瓷传感器，它的工作电压是 40kHz3的脉冲信号，发射头为 UCM40T 和接收头 UCM40R 配套使用。单片
5、机在P1.0 端口输出一个 40kHz 的脉冲信号，经过三极管 T 放大，驱动超声波发射头 UCM40T，发出 40kHz 的脉冲超声波，且持续发射 200ms。接收头UCM40R，将超声波调制脉冲变为交变电压信号，经放大整形后加至单片机中断入口，当信号电平由高电平跃变为低电平，作为中断请求信号，送至单片机处理。 硬件电路 MCS8751 单片机接 6M 晶振，同时具有上电复位和手动复位功能，P1.0 口作为输出口，输出 40KHz 方波。方波信号经晶体管 T 放大后，送给超声波发射头 UCM40T，驱动 UCM40T 发出 40KHz 超声波。超声波反射回来后，被超声波接收头 UCM40R
6、接收。UCM40R 将超声波信号转换为交变电压信号，信号由差动放大器两级放大后送给音频译码器 LM567，经LM567 分频后，40KHz 方波信号被选出来，此信号作为中断输入信号接到单片机的外部中断入口 INT0。 为了接四位 LED 数码显示，单片机需外扩一片 I/O 接口芯片8155。8155 加上电复位电路，数据口接单片机 P0 口，单片机P2.0，P2.7 分别接 8155 的 CE 和 IO/M 端。8155 的 PA 口作为输出口，扫描四位 LED 显示器。PB 口作为显示器的段数据口。同时 PA 口和 PB 口分别加反向驱动器 75452 和同向驱动器 7407。LED 显示器
7、接为共阴极型。 2 软件设计 方波发生 MCS-51 单片机内有两个可编程的定时器/计数器，具有计数器、定时器两种工作模式及 4 种工作方式通过对特殊功能寄存器 TCON的编程，可选择适当的工作模式和工作方式。特殊功能寄存器用于控制4T0，T1 的启动和停止计数，同时包含了 T0，T1 的状态。TMOD，TCON 这两个寄存器的内容由软件设置。 在本设计中，时钟频率采用 6MHZ，要在 P1.0 上输出一个周期为 2ms的方波，方波的周期用定时器 T0 来确定，采用中断的方法来实现。首先确定定时常数，根据 13 位定时器特性，初值应为：TH0=0F0H TL0=OCH；其次对 IP，IE，TC
8、ON，TMOD 的相应位进行初始化设置，并将时间常数送入定时器中。 计时程序 当 M1，M0 为 10 时，定时器/计数器工作于方式 2，方式 2为自动恢复初值（常数重装入）的 8 位定时器/计数器，TLX 作为常数缓冲器，当 TLX 计数溢出时，在置 1 溢出标志 TFX 的同时，还自动的将 THX中的常数送至 TLX，使 TLX 从初值开始重新计数。将 T1 定义方式 2 计数，计数初值为 00H，计数从 0 开始。把 T0（P3.4） ，作为外部中断请求输入线，即 T0 引脚发生负跳变时，向 CPU 请求中断。 3 结论 基于 MCS8751 单片机利用超声波原理设计的测距仪能完成远距离的测量，满足测量精度的要求，在数据通信方面还有待改进和提高，尤其是远距离通信方面。 参考文献： 1童峰，许天增.一种用于移动机器人导航的全向高精度超声测距处理方法J.中南工业大学学报，2000. 2杨劲松，王敏，黄心汉.超声波可变阈值测距装置J.电子技术应用，1998（7）：7-9. 53丁镇生.传感器及传感器技术应用M.北京：电子工业出版社，1999. 4杜兵华等.MCS-51 单片机原理及应用J.华中科技大学，2003.
