1、本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題目：超聲波水位傳感器硬件電路設(shè)計(jì)系 別： 光電工程學(xué)院 專 業(yè)： 光電信息工程 班 級(jí)： 080110 學(xué) 生： 梁茂超 學(xué) 號(hào)： 080110110 指導(dǎo)教師： 胡小英 V超聲波水位傳感器硬件電路設(shè)計(jì)摘要由于歷史原因和許多不可預(yù)見因素，城市給排水系統(tǒng)，特別是排水系統(tǒng)往往落后于城市建設(shè)。因此，經(jīng)常出現(xiàn)開挖已經(jīng)建設(shè)好的建筑設(shè)施來改造排水系統(tǒng)的現(xiàn)象。城市污水給人們帶來了困擾，因此箱涵的排污疏通對大城市給排水系統(tǒng)污水處理，人們生活舒適顯得非常重要. 而設(shè)計(jì)研制箱涵排水疏通移動(dòng)機(jī)器人的自動(dòng)控制系統(tǒng)，保證機(jī)器人在箱涵中自由排污疏通，是箱涵排污疏通機(jī)器人的設(shè)計(jì)研制的核心部分。控制系統(tǒng)

2、核心部分就是超聲波測水位傳感器的研制.超聲波技術(shù)比較成熟，已廣泛應(yīng)用與眾多領(lǐng)域，超聲波液位傳感器為非接觸式測量儀器，用于化工原料液位測量。由于超聲波的優(yōu)點(diǎn)，人們對超聲波的利用率越來也高。從大到工業(yè)體系的探傷，小到測距和金屬表面清塵，超聲波幾乎無處不在的伴隨我們的生活。 本設(shè)計(jì)是以AT89S52單片機(jī)為核心的低成本、高精度、微型化數(shù)字顯示超聲波測距儀。整個(gè)電路采用模塊化設(shè)計(jì)，由單片機(jī)控制模塊，超聲波發(fā)射模塊，超聲波接收模塊和數(shù)據(jù)顯示模塊組成。通過AT89S52，在接通電源的情況下控制發(fā)射部分的電路，經(jīng)超聲波發(fā)生器發(fā)出超聲波，超聲波傳播到水表面發(fā)生反射，回波有超聲波接收器接收，經(jīng)過AT89S52處

3、理后，得出距離，在經(jīng)過下、顯示部分電路由數(shù)字顯示的方式直觀的顯示出來。軟件部分由主程序、預(yù)置子程序、發(fā)射子程序、接收子程序、顯示子程序組成。各探頭的信號(hào)經(jīng)單片機(jī)綜合分析處理，實(shí)現(xiàn)超聲波測距儀的各種功能。在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的總體方案，最后通過硬件和軟件實(shí)現(xiàn)了各個(gè)功能模塊。相關(guān)部分附有硬件電路圖、程序流程圖。關(guān)鍵詞：AT89S52；超聲波；測距Ultrasonic level sensor hardware circuit designAbstractDue to historical reasons and many unforeseen factors, urban water supply

4、 and drainage system, especially the drainage system often lagged behind the urban construction. Therefore, often the excavation has been the construction of good buildings and facilities to transform the drainage system. Urban sewage to bring the troubled， culvert sewage sewage treatment to clear t

5、he water supply and drainage systems in big cities, people's living comfort is very important. Design and development of the culvert drainage to clear the automatic control system of the mobile robot to ensure the robot in box culvert in the freedom of sewage to clear ，the culvert of sewage to c

6、lear the robot's design and development of core part. The core portion of the control system is the development of the ultrasonic measuring water level sensor.ultrasonic technology is relatively mature, has been widely applied in many fields, ultrasonic level sensor for non-contact measuring ins

7、truments for level measurement of chemical raw materials. the using of Ultrasonic wave is more and more frequent. From the large scale flaw detection of the industrial system to the measuring distance and clearing of the metal surface , the ultrasonic wave is useful in our every daily life . The ult

8、rasonic distance measurer design with digital display functional module used AT89C52 MCU as the core component, of which carries the characteristics with low-cost, high-precision and microminiaturization. The whole circuit used modular design, it includes the MCU control module, ultrasonic transmit

9、module, ultrasonic receive module and the Data display module.AT89S52, emission parts of the circuit in case of power control, issued by the ultrasonic generator, ultrasonic, ultrasonic propagation to the water surface reflection, echo ultrasonic receiver, after the the AT89S52 treatment obtained th

10、e water level in thepart of the circuit from the digital display after the next is the visual display. In the software design part, it contains the main program, the presets subroutine, the launch subroutine, the receiving subroutine and the display subroutine. Through the comprehensive analysis pro

11、cessing of the AT89C51 MCU, The signal of each detector can realizing the functions of ultrasonic measure. Based on these, designed the overall scheme of the system. On the finally, through the hardware and software realize the whole modules. And the relevant parts have the hardware circuit diagrams

12、 and program flow charts on the appendix.Key words:AT89S52；Silent Wave；Measure Distance 目錄摘要- 1 -Abstract- 2 -1 緒論- 1 -1.1課題背景及研究內(nèi)容- 1 -1.1.1 課題背景的研究背景與現(xiàn)狀- 1 -1.1.2 研究內(nèi)容- 3 -1.2 課題設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求- 4 -2 超聲波傳感器- 5 -2.1超聲波和超聲波傳感器的簡介- 5 -2.1.1 超聲波介紹- 5 -2.1.2超聲波傳感器- 6 -2.2超聲波傳感器探頭介紹- 6 -2.2.1 T/R40-16 超聲波探頭- 7

13、 -2.2.2 傳感器的指向角- 8 -2.3 超聲波液位儀工作原理和盲區(qū)- 8 -2.3.1 超聲波液位儀工作原理- 8 -2.3.2 測量盲區(qū)- 9 -3 系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)與論證- 10 -3.1 系統(tǒng)整體方案的設(shè)計(jì)- 10 -3.1.1 設(shè)計(jì)方案一- 10 -3.1.2 設(shè)計(jì)方案二- 11 -3.1.3 設(shè)計(jì)方案三- 12 -3.2 系統(tǒng)整體方案的論證- 13 -4系統(tǒng)的硬件電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)- 15 -4.1 各芯片功能特點(diǎn)簡介- 15 -4.1.1 52系列單片機(jī)的功能特點(diǎn)- 15 -4.1.2 CX20106簡介及其調(diào)試- 18 -4.1.3 74ls245管腳及功能特點(diǎn)- 20 -4.

14、2 測距原理及框圖- 20 -4.2.1 超聲波測距的原理- 20 -4.2.2超聲波測距儀原理框圖- 21 -4.3 超聲波發(fā)射電路- 21 -4.4 超聲波檢測接收電路- 22 -4.5 數(shù)據(jù)顯示部分電路- 23 -4.6復(fù)位電路- 24 -4.7時(shí)鐘振蕩器- 24 -4.8 超聲波測距系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)- 25 -5 系統(tǒng)的軟件編程設(shè)計(jì)- 26 -5.1 超聲波測距儀的算法設(shè)計(jì)- 26 -5.2主程序流程圖- 26 -5.3 超聲波發(fā)生子程序和超聲波接收中斷程序- 27 -5.4 系統(tǒng)的軟硬件調(diào)試- 28 -6 結(jié)論- 30 -參考文獻(xiàn)- 31 -致 謝- 33 -畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)知識(shí)產(chǎn)

15、權(quán)聲明- 34 -畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)獨(dú)創(chuàng)性聲明- 35 -附錄一：超聲波測距電路原理圖- 36 -附錄二：程序清單- 37 -1 緒論1 緒論1.1課題背景及研究內(nèi)容1.1.1 課題背景的研究背景與現(xiàn)狀 水情水位測量一直是水文、水利部門的重要課題。為及時(shí)發(fā)現(xiàn)事故苗頭，防患于未來，經(jīng)濟(jì)實(shí)用、可靠的水位無線監(jiān)測系統(tǒng)將會(huì)發(fā)揮巨大的作用水位是水庫大壩安全、水利排灌調(diào)度、蓄水、泄洪的重要參數(shù)之一。水位的自動(dòng)化監(jiān)測、傳輸和處理為水庫現(xiàn)代化建設(shè)提供了良好的基礎(chǔ)資料。在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的許多領(lǐng)域都需要對水位進(jìn)行監(jiān)控，可能現(xiàn)場無法靠近或現(xiàn)場無需人力來監(jiān)控。我們就可以通過遠(yuǎn)程監(jiān)控，坐在儀器前就能對現(xiàn)場進(jìn)行監(jiān)控，既方便又節(jié)

16、省人力。為了保證水利發(fā)電站的安全生產(chǎn),提高發(fā)電效率,水電站生產(chǎn)過程需要對水庫水位、攔污柵壓差和尾水位進(jìn)行監(jiān)測。超聲波液位儀作為一種典型的非接觸測量儀器，在很多場合有廣泛的應(yīng)用，諸如工業(yè)自動(dòng)控制，建筑工程測量和水面高度測量等方面。與激光測距、微波測距等測量方法相比，由于超聲波在空氣中傳播速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于光線和無線電波，時(shí)間測量精度的要求也遠(yuǎn)小于激光測距、微波測距等，因而超聲波液位儀電路結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低廉，容易設(shè)計(jì)，且超聲波在傳播過程中不易受煙霧、空氣能見度等因素的影響，在各個(gè)場合均得到廣泛應(yīng)用。然而超聲波液位儀在實(shí)際應(yīng)用中也有很多局限性會(huì)對測量數(shù)據(jù)的精確度造成一定的影響。諸如，環(huán)境溫度、風(fēng)速等，使其

17、無法達(dá)到要求。如何解決這些問題，提高超聲波液位儀的精度，具有較大的現(xiàn)實(shí)意義。 目前，市場上的超聲波液位儀多數(shù)采用單片機(jī)作為對液位儀控制和運(yùn)算的核心，系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)決定著測量結(jié)果的精度。本文在對超聲波傳播特性研究的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了基于單片機(jī)的超聲波液位儀的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)，并對硬件和部分軟件分別進(jìn)行了相關(guān)的調(diào)試。硬件設(shè)計(jì)的總體目標(biāo)是力求在結(jié)構(gòu)簡單、成本合理的前提下，盡量完善其功能。由于超聲波液位儀需要測量十幾米距離，因此，針對超聲波在傳播時(shí)呈指數(shù)衰減的特性，我們采用了最大限度提高驅(qū)動(dòng)能力、對回波進(jìn)行多級(jí)放大等措施，擴(kuò)大了測量范圍。本設(shè)計(jì)運(yùn)用單片機(jī)系統(tǒng)控制超聲波的發(fā)射、接收功能。 在軟件設(shè)計(jì)中，我

18、們采用模塊化程序設(shè)計(jì)思想，將軟件主要分為超聲波驅(qū)動(dòng)與數(shù)據(jù)處理模塊。這有利于軟件的調(diào)試和修改。因?yàn)閷τ?jì)算的精度要求較高，所以本設(shè)計(jì)采用溫度補(bǔ)償和數(shù)字平均濾波的方法提高計(jì)算精度。另外，對設(shè)計(jì)過程中發(fā)現(xiàn)和存在的一些問題從軟、硬件兩方面,但主要是硬件方面，分析了原因并提出了一些解決的措施和改進(jìn)的辦法，為研制更加完善的超聲波液位儀打下了基礎(chǔ)。 在液位測量傳感器方面，國外的液位測量技術(shù)起步較早，且投入資金雄厚，- 1 -西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）發(fā)展非常迅速，超聲測位技術(shù)可適用于氣體、液體或固體等多種測量介質(zhì)，因而具有較大的適應(yīng)性。新型氣密結(jié)構(gòu)、耐腐蝕的超聲波探頭可測量十幾米的液位1。到目前為止國外許多

19、公司都研制出許多功能齊全、自動(dòng)化智能程度高的測量體系與產(chǎn)品系列。比如說WL700超聲波自計(jì)水位計(jì)是由美國Global Water公司生產(chǎn)非接觸式水位計(jì)，它通過聲波反射的原理來測量水位的變化。有多種量程的水位計(jì)供用戶選擇：0.3米、1米、1.8米、10米。0.3米量程的適用于小水槽和堰的水位測量；1米、1.8或10米量程的適用于江、河、湖及較大的水槽的水位測量。尤其適用于廢水水位的測量。該傳感器是免校準(zhǔn)和免維護(hù)的2。再如德國產(chǎn)FMU系列超聲波液位計(jì),液位計(jì)探頭(傳感器)分為FDU80、FDU81、FDU82、FDU83、FDU84和FDU85五種型號(hào)，可用于測量液體的深度，也可以用于測量固體的高

20、度，其量程分別為5、9、20和25(對液體)幾種。為了保證測量準(zhǔn)確，探頭帶有自動(dòng)清除其表面覆蓋的霜和冰的功能。在安裝時(shí)，探頭應(yīng)加保護(hù)罩，以避免日光的直射和雨淋，并垂直安裝在支架上。探頭離液面距離要根據(jù)液體漲落的最大深度和探頭的量程來決定3。美國的DREXELBROOK公司與德國的E+H公司（FMU系列）以及日本、加拿大等國公司研制開發(fā)的產(chǎn)品在國際市場上占有很大的比重。據(jù)統(tǒng)計(jì)DREXELBROOK公司至今在全世界已經(jīng)有3萬多例成功的現(xiàn)場應(yīng)用，還有其它國家和公司研制的液位傳感器等產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于工業(yè)、食品等行業(yè)，并大量地進(jìn)入我國液位測量領(lǐng)域。目前國內(nèi)高精度超聲液位測量儀表的發(fā)展主要采用引進(jìn)加仿制等手

21、段，還有許多合資企業(yè)代理國外相應(yīng)產(chǎn)品。我國在該領(lǐng)域的發(fā)展相對國外還有較大差距，在產(chǎn)品性能指標(biāo)、儀表可靠性、企業(yè)技術(shù)力量等方面都落后于西方發(fā)達(dá)國家4。近年來國內(nèi)相關(guān)單位也加大了對這一領(lǐng)域的研究力度。中科院聲學(xué)所、武漢大學(xué)都研制了光纖液位測量系統(tǒng)，北京航天智控工程公司研制的UGB光導(dǎo)電子液位計(jì)精度可達(dá)士2。超聲波技術(shù)應(yīng)用于液位測量在國際上己有較長時(shí)間，我國從20世紀(jì)90年代開始發(fā)展，將超聲測距技術(shù)應(yīng)用到河流、湖泊、水、渠等水體的水位測量中，以及油、漿等液體的液位測量中s，。國內(nèi)與國外相比，在測量精度上還有一些差距。目前國外超聲波測量液位的精度可以達(dá)到l或1%，最小盲區(qū)可達(dá)510;而國內(nèi)超聲波液位測

22、量精度目前只能達(dá)到2或1.5%，盲區(qū)最小為305。影響精度的因素除了超聲波傳感器本身的制作工藝外，還與發(fā)射和接收電路的性能以及誤差的修正方法有關(guān)。隨著人們對引起測量誤差因素的認(rèn)識(shí)以及解決方法的提出，測量精度在逐步提高。進(jìn)口的智能化超聲波液位儀能夠?qū)邮招盘?hào)做精確的處理和分析。可以將各種干擾信號(hào)過濾出來，識(shí)別多重回波;分析信號(hào)強(qiáng)度和環(huán)境溫度等有關(guān)信息。這樣即便在有外界干擾的情況下，也能夠進(jìn)行精確的測量。超聲波液位儀不僅能定點(diǎn)和連續(xù)測量液位，而且能方便地提供遙測所需的信號(hào)。同時(shí)，超聲波液位儀不存在可動(dòng)部件，所以在安裝和維護(hù)上相應(yīng)比較方便。超聲測位技術(shù)可適用于氣體、液體或固體等多種測量介質(zhì)，因而具有

23、較大的適應(yīng)性。新型氣密結(jié)- 9 -西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）構(gòu)、耐腐蝕的超聲波探頭可測量十幾米的液位6。1.1.2 研究內(nèi)容 進(jìn)口的液位儀功能齊全，精度較高，但是價(jià)格比較昂貴且維修不是很方便。對于小型用戶來說，不是理想之選。而國內(nèi)自行研制生產(chǎn)的液位儀價(jià)格相對便宜，但精度不高，功能相對單一。為了設(shè)計(jì)出價(jià)格便宜，精度較高的超聲波液位儀，本設(shè)計(jì)采用 AT89S52 為核心的單片機(jī)電路，同時(shí)使用雙探頭的方式發(fā)射和接收超聲波，基于超聲波測距的原理，算出液位的高度。超聲波在空氣中的傳播速度大約為 334，在同一介質(zhì)中其傳播速度相對恒定，與激光的速度(3×108)相比，它的傳播速度要慢得多，所以

24、對超聲波信號(hào)的處理較為容易。因此，這也體現(xiàn)了超聲波測距的獨(dú)到之處，加之其成本較低，所以超聲波是比較理想的信號(hào)源7。超聲波液位測量方法與其它的液位測量方法相比，不易受光線、被測對象顏色等因素影響，利用這樣的特性，一般將儀器放置于黑暗、有灰塵、煙霧、電磁干擾、有毒等惡劣的環(huán)境之中。同時(shí)超聲波探頭具有結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格便宜、體積小、信號(hào)處理可靠等特點(diǎn)。綜合而言，超聲波液位儀具有非接觸、精度較高、實(shí)時(shí)測量、可靠性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，較為適合國內(nèi)市場。本篇論文研究的主要內(nèi)容是基于超聲波液位儀的設(shè)計(jì)和提高精度方面的研究。為了提高數(shù)據(jù)的精確度，重點(diǎn)探討超聲波在測量水平面高度時(shí)所受到諸如溫度8，氣候以及超聲波強(qiáng)度衰減等因素

25、的影響，以及采取相應(yīng)的措施來減少誤差。 速度的影響： 超聲波在工業(yè)應(yīng)用中的頻率為 5-5，超聲波探頭到介質(zhì)表面距離的計(jì)算公式如下： ：探頭到介質(zhì)表面的距離；：聲波的傳播時(shí)間；：聲波的傳播速率 。通過上面的介紹我們知道，以單片機(jī)為核心的超聲波測距系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡單、方便，而且測精度能達(dá)到工業(yè)要求。本課題研究的測距系統(tǒng)就是用單片機(jī)控制的。通過超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，單片機(jī)在發(fā)射時(shí)刻同時(shí)開始計(jì)時(shí)，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即反射回來，超聲波接收器收到反射波就立即停止計(jì)時(shí)。超聲波在空氣中的傳播速度為，根據(jù)計(jì)時(shí)器記錄的時(shí)間，就可以計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)距障礙物的距離9。利用單片機(jī)控制超聲波的發(fā)射和

26、對超聲波自發(fā)射至接收往返時(shí)間的計(jì)時(shí)。接收電路的輸出端接單片機(jī)的外部中斷源輸入口。系統(tǒng)定時(shí)發(fā)射超聲波，在啟動(dòng)發(fā)射電路的同時(shí)啟動(dòng)單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器，利用定時(shí)器的計(jì)數(shù)功能記錄超聲波發(fā)射的時(shí)間和收到反射波的時(shí)間10。當(dāng)收到超聲波的反射波時(shí)，接收電路輸出端產(chǎn)生一個(gè)負(fù)跳變，在單片機(jī)的外部中斷源輸入口產(chǎn)生一個(gè)中斷請求信號(hào)，單片機(jī)響應(yīng)外部中斷請求執(zhí)行外部中斷服務(wù)子程序，讀取時(shí)間差，計(jì)算距離,結(jié)果輸出給LED顯示。1.2 課題設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求a.設(shè)計(jì)一個(gè)超聲波測距儀，任務(wù)：(1).了解超聲波測距原理。(2).根據(jù)超聲波測距原理，設(shè)計(jì)超聲波測距器的硬件結(jié)構(gòu)電路。b.設(shè)計(jì)一個(gè)超聲波測距儀，要求：(1).設(shè)計(jì)出超聲波

27、測距儀的硬件結(jié)構(gòu)電路,并用Protel畫出電路圖。(2).對設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行分析能夠產(chǎn)生超聲波，實(shí)現(xiàn)超聲波的發(fā)送與接收，從而實(shí)現(xiàn)利用超聲波方法測量物體間的距離，并且，測距范圍在3-15之間，測量精度控制在5cm以內(nèi)。 (3).對設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行分析。 (4).以數(shù)字的形式顯示測量距離。2 超聲波傳感器2 超聲波傳感器 為了研究和利用超聲波，人們已經(jīng)設(shè)計(jì)和制成了許多超聲波發(fā)生器。總體上講，超聲波發(fā)生器可以分為兩大類：一類是用電氣方式產(chǎn)生超聲波，一類是用機(jī)械方式產(chǎn)生超聲波。電氣方式包括壓電型、磁致伸縮型和電動(dòng)型等；機(jī)械方式有加爾統(tǒng)笛、液哨和氣流旋笛等。它們所產(chǎn)生的超聲波的頻率、功率和聲波特性各不相同，

28、因而用途也各不相同。目前較為常用的是壓電式超聲波發(fā)生器11。壓電型超聲波探頭的工作原理：它是借助于壓電晶體的諧振來工作的，即陶瓷的壓電效應(yīng)。超聲波探頭有兩塊壓電晶片和一塊共振板，給它的兩級(jí)加上脈沖信號(hào)，當(dāng)其頻率等于晶片固有頻率的時(shí)候，壓電晶片就會(huì)產(chǎn)生共振，并帶動(dòng)共振板一起振動(dòng)，從而產(chǎn)生超聲波。反之，如果電極間未加電壓，則當(dāng)共振板接收到回波信號(hào)時(shí)。將壓迫兩片電晶片振動(dòng)，從而將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，此時(shí)的探頭就成了超聲波接收器。若在圖a所示的已極化的壓電陶瓷上施加如圖b所示極性的電壓，外部正電荷與壓電陶瓷的極化正電荷相斥，同時(shí)，外部負(fù)電荷與極化負(fù)電荷相斥。由于相斥的作用，壓電陶瓷在厚度方向上縮短，在長

29、度方向上伸長。若外部施加的極性變反，如圖c所示那樣，壓電陶瓷在厚度方西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）向上伸長，在長度方向上縮短。圖1.1 壓電逆效應(yīng)在設(shè)計(jì)超聲波測距系統(tǒng)之前，我們首先來了解一下有關(guān)超聲波傳感器方面的知識(shí)。2.1超聲波和超聲波傳感器的簡介2.1.1 超聲波介紹超聲波是一種人耳無法聽到的、頻率一般超過 20 的聲音12,它具有以下特性： （1） 波長與輻射: 傳播速度是用頻率乘以波長來表示。電磁波的傳播速度是 3×108,而聲波在空氣中的傳播速度很慢，約為 344。在這種比較低的傳播速度下，波長很短，這就意味著可以獲得較高的距離和方向分辨率。正是由于這種較高的分辨率特性，才使

30、我們有可能在進(jìn)行測量時(shí)獲得很高的精確度。 （2） 反射： 要探測某個(gè)物體是否存在，超聲波應(yīng)能夠在該物體上得到反射，由于金屬、木材、混凝土、橡膠和紙等可以反射近乎 100的超聲波，因此我們可以很容易地探測到這些物體。由于布、棉花等可以吸收超聲波，探測到他們將十分困難。另外，由于不規(guī)則反射，通常可能很難探測到表面震動(dòng)幅度很大的物體13。 （3）衰減：傳播到空氣中的超聲波強(qiáng)度隨距離的變化成比例地減弱，這是由于衍射現(xiàn)象上的擴(kuò)散損失，和介質(zhì)吸收能量產(chǎn)生的吸收損失14。 2.1.2超聲波傳感器超聲波傳感器有發(fā)送器和接收器，但一個(gè)超聲波傳感器也可以具有發(fā)送和接收聲波的雙重作用，即為可逆元件。一般市場上出售的

31、超聲波傳感器有專用型和兼用型，專用型就是發(fā)送器用作發(fā)送超聲波，接收器用作接收超聲波；兼用型就是發(fā)送器和接收器為一體傳感器，即可發(fā)送超聲波，又可接收超聲波。超聲波傳感器的諧振頻率(中心頻率)有23、40、75、200、400等。諧振頻率變高，則檢測距離變短，分解力也變高15。2.2超聲波傳感器探頭介紹超聲波探頭是利用超聲波的特性研制而成的傳感器。超聲波是一種振動(dòng)頻率高于聲波的機(jī)械波，由換能芯片在電壓的激勵(lì)下發(fā)生振動(dòng)產(chǎn)生的，它具有頻率高、波長短、繞射現(xiàn)象小，特別是方向性好、能夠定向傳播等特點(diǎn)。超聲波對液體、固體的穿透能力很大，尤其是在不透明的固體中，它可穿透幾十米的深度。超聲波碰到雜質(zhì)或分界面會(huì)產(chǎn)

32、生顯著反射，從而形成反射回波，碰到活動(dòng)物體能產(chǎn)生多普勒效應(yīng)。因此這項(xiàng)技術(shù)廣泛應(yīng)用在工業(yè)、國防、生物醫(yī)學(xué)等方面以這種檢測手段，必須發(fā)射超聲波和接收超聲波。能同時(shí)完成這種功能的裝置就是超聲波探頭，也稱為超聲換能器。對應(yīng)用于工業(yè)的超聲波探頭而言，要求其精確度要達(dá)到 1，并且具有較強(qiáng)的超聲波輻射。利用常規(guī)雙壓電芯片組件振動(dòng)器的彎曲振動(dòng)，在頻率高于 70的情況下，是不可能達(dá)到此目的。所以，在高頻率探測中，必須使用垂直振動(dòng)模式的壓電陶瓷。壓電陶瓷的聲阻抗與空氣的匹配就顯得十分重要，它的聲阻抗為2.6×107 ,而空氣的聲阻抗為4.3×102 。5 個(gè)冪的差異會(huì)導(dǎo)致在壓電陶瓷震動(dòng)輻射表面

33、上的大量損失。負(fù)載壓電陶瓷，它可以使超聲波探頭在高達(dá)數(shù)百千赫茲頻率的情況下，仍能夠正常工作。 如圖 2.1 所示，一個(gè)復(fù)合式振動(dòng)器被靈活地固定在底座上。該復(fù)合式振動(dòng)器是由諧振器以及由一個(gè)金屬片和一個(gè)壓電陶瓷片組成的雙壓電芯片構(gòu)成。諧振器呈喇叭形，目的是能有效地輻射，并且可以使超聲波聚集在振動(dòng)器的中央部位16。圖2.1 超聲波探頭結(jié)構(gòu)2.2.1 T/R40-16 超聲波探頭超聲波探頭選用 40 的 T/R40-16 型壓電陶瓷傳感器，如圖 2.2 所示。當(dāng)T/R40-16 超聲波探頭在輸入頻率為 40 時(shí)，各種特性呈現(xiàn)最佳狀態(tài)。因此為了得到最佳效果必須使單片機(jī)輸出方波的頻率為 40。超聲波探頭的

34、性能指標(biāo)：中心頻率 40，發(fā)射聲壓大于 115，電容 2400，允許輸入電壓 12。其發(fā)射探頭頻率特性曲線圖在中心頻率 40 處，超聲發(fā)射器所產(chǎn)生的超聲機(jī)械波最強(qiáng)，即在=40處所產(chǎn)生的超聲聲壓能級(jí)最高。而在兩側(cè)，聲壓能級(jí)迅速衰減，因此，超聲波發(fā)射時(shí)要用非常接近中心頻率的交流電壓來驅(qū)動(dòng)。同樣，接收探頭器在中心頻率處輸出電信號(hào)的幅度最大，即在處探頭的靈敏度最高。 2.2超聲波探頭標(biāo)示 2.3 超聲波靈敏度2.2.2 傳感器的指向角 超聲波探頭的指向角是聲束半功率點(diǎn)的夾角，是影響液位儀的一個(gè)重要技術(shù)參數(shù)，它直接影響測量的分辨率。對圓片傳感器來說，它的大小與工作波長，圓形傳感器半徑有關(guān)。指向角越小，空

35、間分辨越高，則要求傳感器半徑越大。由公式（2.1），可知 (2.1）選=40kHz 時(shí)，=8.5mm。當(dāng)選定后，指向角近似與傳感器半徑成反比。指向角愈小，空間分辨率愈高，則要求傳感器半徑愈大。鑒于目前電子市場的壓電傳感片規(guī)格有限，為降低成本，在不降低空間分辨率的條件下，選用國產(chǎn)現(xiàn)有壓電傳感器片最大半徑 6.3mm，其物理意義是 0°時(shí)聲壓最大，角度逐漸增大時(shí)，聲壓減小。超聲傳感器的指向角一般為 40° 80°，如圖 2.4 所示。 2.4超聲波指向角 2.3 超聲波液位儀工作原理和盲區(qū)2.3.1 超聲波液位儀工作原理 超聲波水位傳感器的基本工作原理是利用超聲波傳播

36、時(shí)間和傳播速度來確定液面距離。即所謂的脈沖回波方式17。可以計(jì)算出探頭距液面垂直高度, S為超聲波到液面的垂直距離，液位高度計(jì)算公式為（2.2）： （2.2）計(jì)算出距離h，式中參數(shù) C 是超聲波在空氣中傳播速度。而我們所要得到的距離（2.3）：圖2.3.1所示 (2.3)由于超聲波易于定向發(fā)射、方向性好、強(qiáng)度易控制、與被測量物體不需要直接接觸的優(yōu)點(diǎn)，是作為液體高度測量的理想手段。 圖2.5 超聲波水位傳感器計(jì)算原理圖2.3.2 測量盲區(qū) 由于發(fā)射聲脈沖自身有一定的寬度，加上放大器有阻塞問題，在靠近發(fā)射脈沖一段時(shí)間范圍內(nèi)，所要求發(fā)現(xiàn)的缺陷往往不能被發(fā)現(xiàn)，這段距離，稱為盲區(qū) 。用脈沖回波測量距離時(shí)

37、，液面與超聲波探頭間的距離既不能太遠(yuǎn)也不能太近，存在著近限和遠(yuǎn)限。距離過遠(yuǎn)時(shí)，接收到的信號(hào)太弱，以致無法從噪聲信號(hào)中分辨出來，這是遠(yuǎn)限所以存在的原因。在距離過近時(shí)，接收信號(hào)將落進(jìn)盲區(qū)中而無法分辨，這是近限所以存在的原因。 超聲波液位儀在使用一個(gè)探頭情況下，同時(shí)發(fā)射和接收超聲波，由于在探頭上施加的發(fā)射電壓強(qiáng)達(dá)幾十伏甚至上百伏以上，雖然發(fā)射信號(hào)只維持一個(gè)極短的時(shí)間，但停止施加發(fā)射信號(hào)后，探頭上還存在一定的余振，因此在一段較長時(shí)間內(nèi)，加載接收放大器輸入端的發(fā)射信號(hào)幅值仍是相當(dāng)強(qiáng)的，可以達(dá)到限幅電路，引起探頭振動(dòng)，不能進(jìn)行正確的測量，在這種情況下，選用兩個(gè)探頭分別用于發(fā)送和接收。雙探頭方式，不僅可以增

38、加探測距離，還可以減小盲區(qū)。由于發(fā)射探頭上并不直接施加發(fā)射電壓，所以，從理論上說，可以沒有盲區(qū)。但是，由于接收電路多少會(huì)受到發(fā)射電路的感應(yīng)，并且發(fā)射探頭所發(fā)出的超聲波可能有部分直接繞道接收探頭，因此實(shí)際上仍存在一定的盲區(qū)，不過他要比單探頭方式的盲區(qū)小很多。所以，在本設(shè)計(jì)中，選取了雙探頭的工作方式，減小盲區(qū)，同時(shí)提高檢測的距離。3 系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)與論證3 系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)與論證3.1 系統(tǒng)整體方案的設(shè)計(jì) 由于超聲波指向性強(qiáng)，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離較遠(yuǎn)，因而超聲波經(jīng)常用于距離的測量。利用超聲波檢測距離，設(shè)計(jì)比較方便，計(jì)算處理也較簡單，并且在測量精度方面也能達(dá)到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等自動(dòng)化的使用要求

39、。 超聲波發(fā)生器可以分為兩大類：一類是用電氣方式產(chǎn)生超聲波，一類是用機(jī)械方式產(chǎn)生超聲波。電氣方式包括壓電型、電動(dòng)型等；機(jī)械方式有加爾統(tǒng)笛、液哨和氣流旋笛等。它們所產(chǎn)生的超聲波的頻率、功率、和聲波特性各不相同，因而用途也各不相同。目前在近距離測量方面常用的是壓電式超聲波換能器。根據(jù)設(shè)計(jì)要求并綜合各方面因素，本文采用AT89S52單片機(jī)作為控制器，用動(dòng)態(tài)掃描法實(shí)現(xiàn)LED數(shù)字顯示，超聲波驅(qū)動(dòng)信號(hào)用單片機(jī)的定時(shí)器。3.1.1 設(shè)計(jì)方案一（發(fā)射部分）通過NE555振蕩器設(shè)計(jì)出振蕩電路，產(chǎn)生40KH的脈沖在通過CD4069的驅(qū)動(dòng)作用于超聲波發(fā)射探頭上（如圖3.1）。- 10 -西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）

40、（接收部分）將超聲波探頭接收到的正弦40KH超聲波信號(hào)（其VPP為50mV）通過LM324運(yùn)放三級(jí)放大以及整形以后產(chǎn)生VPP為3.5V的梯形波信號(hào)，用鎖相環(huán)電路進(jìn)行檢波處理后，啟動(dòng)單片機(jī)中斷程序（如圖3.2）18。 圖3.1 555超聲波發(fā)射電路原理圖 圖3.2 324超聲波接收電路原理圖3.1.2 設(shè)計(jì)方案二 （發(fā)射部分）如圖 3.3 所示，單片機(jī)的 P1.0 輸出 lus 的單脈沖信號(hào)，該信號(hào)用于控制雙向可控硅 2N6349A 的導(dǎo)通/關(guān)閉。可控硅通常處于關(guān)閉狀態(tài)，在單片機(jī)未發(fā)射觸發(fā)脈沖之前，電容 C7 的兩端充有 600V 的高壓直流電。當(dāng)觸發(fā)脈沖到來的瞬間，SCR1 首先導(dǎo)通，脈沖信號(hào)

41、經(jīng)過 C4 觸發(fā) SCR2，使得 SCR2 導(dǎo)通。導(dǎo)通的一瞬間使得電容 C7 的一端被拉為低電平，由于電容兩端的電壓不能突變，所以電容 C7 兩端有了 600V 的電壓差，電容 C7通過二極管 Dl、D2，R13、R12 和超聲波探頭開始放電，由于超聲波探頭的阻抗遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電阻 R12、R13，所以電阻 R12、R13 兩端的電壓就加到超聲波探頭的兩端，加到超聲波探頭兩端的電壓波形是電壓為 600V 的一個(gè)負(fù)脈沖，從而激勵(lì)壓電晶片振動(dòng)，使之發(fā)射超聲波。發(fā)射觸發(fā)脈沖結(jié)束后，SCR1 的 G、K 接地，不滿足導(dǎo)通條件，最先關(guān)閉。SCR2的電路中，C6 通過 R10、R11 放電，由于 C6 是耐高壓

42、低電容，所以在瞬間放電完成后 SCR2關(guān)閉。可控硅又處于關(guān)閉狀態(tài)，等待下一次的觸發(fā)脈沖到來。 （接收部分）如圖 3.4，電路是采用 NJM4580 運(yùn)算放大器對信號(hào)進(jìn)行放大。超聲波接收探頭將超聲波轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，由運(yùn)算放大器 A1 進(jìn)行放大。A1 輸出信號(hào)經(jīng) VD1 和 VD2、C7和檢波與平滑，再通過 VT1 放大到 TTL 電平作為輸出信號(hào) Uo。若檢測到超聲波信號(hào)，則輸出 Uo 為低電平。A1 電壓增益最大約為 91 倍，若增益不夠時(shí)可再增加一級(jí)放大電路。 圖 3.3 由雙向可控硅組成的超聲波發(fā)射電路 圖 3.4 采用 NJM4580 的超聲波接收電路3.1.3 設(shè)計(jì)方案三 （發(fā)射部分）超

43、聲波電路主要是由反相器74LS04和超聲波發(fā)射換能器T1構(gòu)成的，使用CPU內(nèi)部的PWM定時(shí)計(jì)數(shù)器輸出的40KHZ方波信號(hào)。一路經(jīng)一級(jí)反相器（U4A與U5A并聯(lián)組成一級(jí)）后送到超聲波換能器的一個(gè)電極；另一路經(jīng)兩級(jí)反相器（U1A為第一級(jí)，U2A和U3A組成第二級(jí)）后送到超聲波換能器的另一個(gè)電極。用這種推換形式將方波信號(hào)加到超聲波換能器的兩端，可以提高超聲波的發(fā)射強(qiáng)度。輸出端采兩個(gè)反相器并聯(lián)，以提高驅(qū)動(dòng)能力。上位電阻R16,R18一方面可以提高反相器74LS04輸出高電平的驅(qū)動(dòng)能力，另一方面可以增加超聲波換能器的阻尼效果。如圖3.5所示。 （接收部分）將超聲波接受探頭接收到的信號(hào)通過CX20106整

44、形和濾波以后在CX20106的7腳輸出一個(gè)40KH的脈沖，在單片機(jī)的P3.2處產(chǎn)生一個(gè)下降沿,這個(gè)信號(hào)可以接收到ARM的外部中斷引腳作為中斷信號(hào)輸出。（如圖3.6）。 圖3.5 74LS04超聲波發(fā)射電路 圖3.6 CX20106超聲波接收電路原理圖3.2 系統(tǒng)整體方案的論證 通過方案一，方案二和方案三的比較我們可以發(fā)現(xiàn)，在方案一中的發(fā)射電路中，我們可以用NE555振蕩產(chǎn)生40KH的方波信號(hào)，它是基于硬件的基礎(chǔ)上，便于我們可以通過示波器觀察到40KH的方波，具有直觀且易于觀察的特點(diǎn)，有利于電路的檢測。在方案二中，由于方案二中電路需要+600V 的直流電給電容充電，所以需要單獨(dú)設(shè)計(jì)一個(gè)+600V

45、的直流穩(wěn)壓電源，而且電路中所用電容都必須為高壓電容，使得系統(tǒng)成本增加，所以未采用方案二。方案三中，通過單片機(jī)產(chǎn)生40KH的脈沖信號(hào)，再通過74LS04驅(qū)動(dòng)，將40KH的脈沖信號(hào)發(fā)射出去，由于是軟件控制，準(zhǔn)確度比較高。經(jīng)過比較我們發(fā)現(xiàn)，在發(fā)射電路中方案一的設(shè)計(jì)是比較經(jīng)濟(jì)實(shí)惠而且比較方便，但方案三中的軟件程序使發(fā)射超聲波時(shí)間比較容易控制，而且超聲波的頻率準(zhǔn)確度比較高，本設(shè)計(jì)要求測量精度在5cm以內(nèi)，所以我們選擇方案三來產(chǎn)生超聲波。在接收電路中我們發(fā)現(xiàn)，在方案一中我們通過LM324三級(jí)放大，再通過LM567檢波電路，此電路調(diào)試比較復(fù)雜，在做三級(jí)放大時(shí)，放大倍數(shù)不容易控制，在輸出波形上會(huì)發(fā)生小幅度的偏

46、移。方案二中，由于此電路中用到的元器件較多，而且需要反復(fù)調(diào)試放大器的增益倍數(shù)以達(dá)到最佳放大效果，電路調(diào)試工作比較復(fù)雜且工作量比較大，所以未采用此電路。在方案三中我們通過采用CX20106可以將信號(hào)進(jìn)行放大和整形處理，在CX20106的5腳和7腳串聯(lián)一個(gè)200K的電阻可以將頻率穩(wěn)定在40KH。因此在本次設(shè)計(jì)中，我們選用的是方案三，以提高測量結(jié)果的準(zhǔn)確度，并且在整個(gè)系統(tǒng)中我們都會(huì)采用單片機(jī)做計(jì)算和顯示。 超聲波測距的原理是利用超聲波的發(fā)射和接受，根據(jù)超聲波傳播的時(shí)間來計(jì)算出傳播距離。實(shí)用的測距方法有兩種，一種是在被測距離的兩端，一端發(fā)射，另一端接收的直接波方式，適用于身高計(jì)；一種是發(fā)射波被物體反射

47、回來后接收的反射波方式，適用于測距儀。此次設(shè)計(jì)采用反射波方式19。測距儀的分辨率取決于對超聲波傳感器的選擇。超聲波傳感器是一種采用壓電效應(yīng)的傳感器，常用的材料是壓電陶瓷。由于超聲波在空氣中傳播時(shí)會(huì)有相當(dāng)?shù)乃p，衰減的程度與頻率的高低成正比；而頻率高分辨率也高，故短距離測量時(shí)應(yīng)選擇頻率高的傳感器，而長距離的測量時(shí)應(yīng)用低頻率的傳感器，在本設(shè)計(jì)中我們采用40KHZ的傳感器。- 41 -4 系統(tǒng)的硬件電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4系統(tǒng)的硬件電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 超聲波測距儀硬件電路的設(shè)計(jì)主要包括單片機(jī)系統(tǒng)及顯示電路、超聲波發(fā)射電路和超聲波檢測接收電路三部分。單片機(jī)采用AT89S52，采用12MHz高精度的晶振，以獲得較穩(wěn)定時(shí)

48、鐘頻率，減小測量誤差。單片機(jī)用P1.0端口輸出超聲波發(fā)射器所需的40kHz的方波信號(hào)，利用外中斷0口監(jiān)測超聲波接收電路輸出的返回信號(hào)。顯示電路采用簡單實(shí)用的四位共陰LED動(dòng)態(tài)掃描顯示。超聲波發(fā)射電路主要由74LS00和超聲波發(fā)射器T-40構(gòu)成，單片機(jī)P1.0端口輸出的40kHz的方波信號(hào)一路經(jīng)一級(jí)與非門后送到超聲波發(fā)射器的一個(gè)電極，另一路經(jīng)兩級(jí)與非門后送到超聲波發(fā)射器的另一個(gè)電極，用這種推換形式將方波信號(hào)加到超聲波換能器的兩端，可以提高超聲波的發(fā)射強(qiáng)度。壓電式超聲波換能器是利用壓電晶體的諧振來工作的。超聲波換能器內(nèi)部有兩個(gè)壓電晶片和一個(gè)換能板。當(dāng)它的兩極外加脈沖信號(hào)，其頻率等于壓電晶片的固有振

49、蕩頻率時(shí)，壓電晶片會(huì)發(fā)生共振，并帶動(dòng)共振板振動(dòng)產(chǎn)生超聲波，這時(shí)它就是一個(gè)超聲波發(fā)生器；反之，如果兩電極間未外加電壓，當(dāng)共振板接收到超聲波時(shí)，將壓迫壓電晶片作振動(dòng)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，這時(shí)它就成為超聲波接收換能器。西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）超聲波檢測接收電路主要是由集成電路CX20106A組成，它是一款紅外線檢波接收的專用芯片，常用于電視機(jī)紅外遙控接收器。考慮到紅外遙控常用的載波頻率38 kHz與測距的超聲波頻率40 kHz較為接近，可以利用它制作超聲波檢測接收電路。實(shí)驗(yàn)證明用CX20106A接收超聲波(無信號(hào)時(shí)輸出高電平)，具有很好的靈敏度和較強(qiáng)的抗干擾能力。4.1 各芯片功能特點(diǎn)簡介4.

50、1.1 52系列單片機(jī)的功能特點(diǎn)At89s52 是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲(chǔ)器。使用Atmel 公司高密度非 易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完 全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于 常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng) 可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提 供高靈活、超有效的解決方案。該系列單片機(jī)引腳與封裝如圖4.1所示。圖4.1 AT89S52單片機(jī)系列封裝圖AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM， 32 位I/O 口

51、線，看門狗定時(shí)器，2個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16 位 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口， 片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，AT89S52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)， 單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。8 位微控制器 8K 字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash AT89S52引腳P0 口：P0口是一個(gè)8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯電平。對P0端口寫“1”時(shí)，引腳用作高阻抗輸入20。AT89S52

52、 管腳說明VCC:電源GND:地P0口：P0口是一個(gè)8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯電平。對P0端口寫“1”時(shí)，引腳用作高阻抗輸入。當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下，P0具有內(nèi)部上拉電阻。在flash編程時(shí)，P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。程序校驗(yàn)時(shí)，需要外部上拉電阻。P1口：P1口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，p1輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯電平。對P1端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（

53、IIL）。此外，P1.0和P1.2分別作定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的外部計(jì)數(shù)輸入（P1.0/T2）和時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX），具體如下表所示。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口接收低8位地址字節(jié)。引腳號(hào)第二功能P1.0T2（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2的外部計(jì)數(shù)輸入），時(shí)鐘輸出P1.1T2EX（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2的捕捉/重載觸犯信號(hào)和方向控制）P1.5MOSI（在系統(tǒng)編程用）P1.6MISO（在系統(tǒng)編程用）P.1.7SCK （在系統(tǒng)編程用）P2口：P2口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯電平。對P2端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸

54、入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。在訪問外部程序存儲(chǔ)器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行MOVXDPTR）時(shí)，P2口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，P2口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送1。在使用8位地址（如MOVXRI）訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號(hào)。P3口：P3口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，p2輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯電平。對P3端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原

55、因，將輸出電流（IIL）。P3口亦作為AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P3口也接收一些控制信號(hào)。RST：復(fù)位輸入。晶振工作時(shí)，RST腳持續(xù)2個(gè)機(jī)器周期高電平將使單片機(jī)復(fù)位。看門狗計(jì)時(shí)完成后，RST腳輸出96個(gè)晶振周期的高電平。特殊寄存器AUXR(地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能無效。DISRTO默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。ALE/PROG：地址鎖存控制信號(hào)（ALE）是訪問外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，鎖存低8位地址的輸出脈沖。在flash編程時(shí)，此引腳（PROG）也用作編程輸入脈沖。在一般情況下，ALE以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來作為外部定時(shí)器或時(shí)鐘使用。然而，特別強(qiáng)調(diào)，在每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE脈沖將會(huì)跳過。如果需要，通過將地址為8EH的SFR的第0位置“1”，ALE操作將無效。這一位置“1”，ALE僅在執(zhí)行MOVX或MOVC指令時(shí)有效。否則，ALE將被微弱拉高。這個(gè)ALE使能標(biāo)志位（地址為8EH的SFR的第0位）的設(shè)置對微控制器處于外部執(zhí)行模式下無效。PSEN：外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)（PSEN）是外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)。當(dāng)AT89S52從外部程序存儲(chǔ)器執(zhí)行外部代碼時(shí)，PSEN在每個(gè)機(jī)器周期被激活兩次，而在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，PSEN將不被激活。EA/VPP：訪問外部程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)。為使能從0000