基于MCS8751单片机的测距仪研究

梅桂静等

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MCS8751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，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40kHz的脉冲信号，发射头为UCM40T和接收头UCM40R配套使用。单片机在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T0，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，TCON，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：

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