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2.1.2 单片机超声波测距系统构成
单片机AT89S51发出短暂的40kHz信号，经放大后通过超声波换能器输出；反射后的超声波经超声波换能器作为系统的输入，锁相环对此信号锁定，产生锁定信号启动单片机中断程序，读出时间t，再由系统软件对其进行计算、判别后，相应的计算结果被送至LED数码管进行显示。
影响超声波测距系统的最大可测距离的四个因素：超声波的幅度、反射物的质地、反射和入射声波之间的夹角以及接收换能器的灵敏度。接收换能器直接对声波脉冲的接收能力决定了超声波测距的最小可测距离。系统框图如图3所示。
图3 超声波测距系统框图
3. 设计方案
按照系统设计的功能要求，初步确定设计系统由单片机主控模块、显示模块、超声波发射模块、接收模块共四个模块组成。
单片机主控芯片使用51系列AT89S51单片机，该单片机工作性能稳定，同时也是在单片机课程设计中经常使用到的控制芯片。
发射电路由单片机输出端直接驱动超声波发送。
接收电路使用三极管组成的放大电路，该电路简单，调试工作小较小。
图4 系统设计框图
硬件电路的设计主要包含单片机系统及显示模块、超声波发射模块和超声波接收模块、报警输出模块、供电模块等几部分。本方案单片机采用AT89S51，系统晶振采用高精度的晶振，频率为12MHZ，这样的目的是获得较稳定的时钟频率，来减小实际测量中的误差。超声波换能器所需的40kHz的方波信号输出到单片机的P2.7端口，P3.5端口监测超声波接收电路输出的返回信号。选择3位共阳LED数码管作为系统的显示模块，段码输出端口为单片机的P2口，位码输出端口分别为单片机的P3.4、P3.2、P3.3口,数码管位驱运用PNP三极管S9012三极管驱动。
3.1 AT89S51单片机
AT89S51是美国ATMEL公司生产的低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含4kb的可系统编程的Flash只读程序存储器,可灵活应用于各种控制领域。
主要性能参数：
•与MCS-51产品指令系统完全兼容
•4k字节在系统编程（ISP）Flash闪速存储器
•1000次擦写周期
•4.0－5.5V的工作电压范围
•全静态工作模式：0Hz－33MHz
•三级程序加密锁
•128×8字节内部RAM
•32个可编程I／O口线
•2个16位定时／计数器
•6个中断源
•全双工串行UART通道
•低功耗空闲和掉电模式
•中断可从空闲模唤醒系统
•看门狗（WDT）及双数据指针
•掉电标识和快速编程特性
•灵活的在系统编程
功能特性概况描述：
AT89S51 提供如下标准功能：4k字节Flash 闪速存储器，128字节内部RAM，32个I／O 口线，看门狗（WDT），两个数据指针，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。同时，AT89S51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时／计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM 中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。
引脚功能说明
•Vcc：电源电压
•GND：地
AT89S51单片机包含内部振荡器被用于形成一个高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2是在放大器的输入和输出。此芯片放大器与外部反馈元件使用石英晶体或陶瓷谐振器一起构成了自激振荡器，振荡电路参见图5。
用户也可以采用外部时钟。采用外部时钟的电路如图5右图所示。这种情况下，外部时钟脉冲接到XTAL1端，即内部时钟发生器的输入端，XTAL2则悬空。因为外部时钟信号是通过一个2分频触发器后作为内部时钟信号的，所以对外部时钟信号的占空比没有特殊要求，但最小高电平持续时间和最大的低电平持续时间应符合产品技术条件的要求。图5为晶体接线图和外接时钟线路图。
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