制的，在介绍电路设计之前，我们先来简单了解下单片机的工作原理，由于本课题所设计的超声波测距系统是以公司的位单片机为核心的，所以，在本章先简单的介绍下的些特性。

单片机基础知识单片微型计算机简称单片机，特别适用于控制领域，故又称为微控制器。

单片微型计算机是微型计算机的个重要分支，也是种非常活跃且颇具生命力的机种。

通常，单片机由单块集成电路芯片构成，内部包含有计算机的基本功能部件，中央处理器存储器和接口电路等。

因此，单片机只需要与适当的软件及外部设备相结合，便可成为个单片机控制系统。

单片机的内部结构单片机内部结构如图所示。

图单片机内部结构与单片机相比，微型计算机是种多片机系统。

它是由中央处理器芯片芯片芯片和接口芯片等通过印刷电路板上总线地址总线数据总线和控制总线连成体的完整计算机系统。

其中，中央处理器的字长长，功能强大和的容量很大接口的功能也大，这是单片机无法比拟的。

因此，单片机在结构上与微型计算机十分相似，是种集微型计算机主要功能部件于同块芯片上的微型计算机，并由此而得名。

由图可见，中央处理器是通过内部总线与接口以及定时器计数器相连的，这个结构并不复杂，但并不好理解。

为此，在分析单片机工作原理前，先对图中各部件作基本介绍是十分必要的。

存储器在单片机内部，和存储器是分开制造的。

通常，存储器容量较大，存储器的容量较小，这是单片机用于控制的大特点。

，只读存储器般为字节，用于存放应用程序，故又称为程序存储器。

由于单片机主要在控制系统中使用，因此旦该系统研制成功，其硬件和应用程序均已定型。

为了提高系统的可靠性，应用程序通常固化在片内中，根据片内的结构，单片机又可分为无型型和，可擦除可编程只读存储器型三类。

近年来，又出现了，电擦除可编程只读存储器和型存储器。

无型单片机特点是片内不集成存储器，故应用程序必须固化到外接的存储器芯片中，才能构成有完整功能的单片机应用系统。

型单片机内部，其程序存储器是采用掩膜工艺制成的，程序旦固化进去便永远不能修改。

型单片机内部的程序存储器是采用特殊管构成的，程序旦写入，也可以通过特殊手段加以修改。

因此，型单片机是深受研制人员欢迎的。

通常，单片机片内，随机存取存储器容量为字节，最多可达字节。

主要用来存放实时数据或作为通用寄存器数据堆栈和数据缓冲器之用。

中央处理器中央处理器的内部结构极其复杂，要像电子线路那样画出它的全部电路原理图来加以分析介绍是根本不可能的。

下面简单概述下几个主要部分的工作原理。

运算器运算器用于对二进制数进行算术运算和逻辑操作其操作顺序在控制器控制下进行。

运算器由算术逻辑单元累加器通用寄存器暂存器和状态寄存器等五部分组成。

累加器是个具有输入输出能力的移位寄存器，由个触发器组成。

，暂存器也是个位寄存器，用于暂存另操作数。

，算术逻辑单元主要由加法器移位电路和判断电路等组成，用于对累加器和暂存器中两个操作数进行四则运算和逻辑操作。

，程序状态字也由位触发器组成，用于存放操作过程中形成的状态。

控制器控制器是发布操作命令的机构，是计算机的指挥中心，相当于人脑的神经中枢。

控制器由指令部件时序部件和微操作控制部件等三部分组成。

指令部件是种能对指令进行分析处理和产生控制信号的逻辑部件，也是控制器的核心。

指令是种能供机器执行的控制代码，有操作码和地址码两部分。

时序部件由时钟系统和脉冲分配器组成，用于产生微操作控制部件所需的定时脉冲信号。

微操作控制部件可以为，指令译码器输出信号配上节拍电位和节拍脉冲，也可与外部进来的控制信号组合，共同形成相应的微操作控制序列，以完成规定的操作。

内部总线单片机内部总线是连接片内各主要部件的纽带，是各类信息单片机产生的的方波需要进行放大，才能驱动超声波传感器发射超声波，发射驱动电路其实就是个信号放大电路，本课题所选用的是集成芯片，图为发射电路图。

图发射电路内部集成了六个反向器，同时具有放大的功能。

的管脚如图所示。

图管脚图接收电路的设计超声波接收头接收到超声波后，转换为电信号，此时的信号比较弱，必需经过放大。

本系统采用了对接收到的信号进行放大，接收电路如图所示。

图接收电路超声波探头接收到超声波后，通过声电转换，产生正弦信号，其频率为传感器的中心频率，即。

该信号通过高通滤波后经放大，最后经二极管整形后输出到单片机中断口。

是单运放集成芯片，图为管脚图。

图管脚图显示模块的设计，发光二极管有七段和八段之分，也有共阴和共阳两种。

数码管结构简单，价格便宜。

图示出了八段数码显示管的结构和原理图。

图为八段共阴数码显示管结构图，图是它的原理图，图为八段共阳显示管原理图。

八段显示管由八只发光二极管组成，编号是和，分别与同名管脚相连。

七段显示管比八段少只发光二极管，其他与八段相同。

图八段数码显示管原理和结构单片机对管的显示可以分为静态和动态两种。

静态显示的特点是各管能稳定地同时显示各自字形动态显示是指各轮流地遍遍显示各自字符，人们由于视觉器官惰性，从而看到的是各似乎在同时显示不同字形。

为了减少硬件开销，提高系统可靠性并降低成本，单片机控制系统通常采用动态扫描显示。

但是由于本系统所用的单片机引脚少，剩余引脚很多，而且也只需显示三位字符，所以，采用了静态的显示方式，且采用了软件译码，这样单片机引脚输出可直接接到显示管上。

这样省去了外部复杂的译码电路。

超声波测距系统的软件设计单片机编程产生超声波，在系统发射超声波的同时利用定时器的计数功能开始计时，接收到回波后，接收电路输出端产生的负跳变在单片机的外部中断源输入口产生个中断请求信号，响应外部中断请求，执行外部中断服务子程序，停止计时，读取时间差，计算距离，然后通过软件译码，将数据输出和口显示。

程序流程图如图，为主程序流程图，为定时中断子程序流程图，为外部中断子程序流程图。

图程序流程图用单片机编程产生方波，可用延时程序和循环语句实现。

先定义个延时函数，然后可用语句循环，并且循环次同时改变方波输出口的电平高低，从而产生方波。

部分程序如下延时函数产生个的方波，每循环次，输出引脚取反单片机每隔段时间产生串方波，同时定时器开始计时，当收到回波，产生中断信号后，单片机执行中断程序。

在中断程序中，先让定时器停止计数，然后读取时间，通过时间计算出所测距离，输出结果。

中断程序如下中断服务程序，停止计数计算距离取百位取十位取个位输出百位输出十位输出个位本系统的显示采用了静态显示方式，并用单片机内部软件译码。

这样简单方便，省去了复杂的外部译码电路。

软件译码只需要定义个数组便可，程序语句如下这是共阳显示从到的字形码。

本章小结本章是该课题的重点，全面介绍了超声波测距系统的原理和设计思路，给出了硬件电路和软件的设计。

在硬件电路的设计中，分别详细介绍了发射电路，接收电路及显示模块的设计方法。

软件编程部分，给出了整个程序的思路以及程序流程图。

第章绪论课题背景，目的和意义传感器技术是现代信息技术的主要内容之。

信息技术包括计算机技术通信技术和传感器技术，计算机技术相当于人的大脑，通信相当于人的神经，而传感器就相当于人的感器的检测方式限定距离式超声波传感器的检测方式限定范围式超声波传感器的检测方式和回归反射式超声波传感器的检测方式。

超声波传感器系统由发送器接收器控制部分以及电源部分构成。

第章单片机简介本课题所设计的超声波测距系统是基于单片机控传送的公共通道。

内部总线主要由三种不同性质的连线组成，它们是地址线数据线和控制线状态线。

地址线主要用来传送存储器所需要的地址码或外部设备的设备号，通常由发出并被存储器或接口电路所接收。

数据线用来传送写入存储器或经接口送到输出设备的数据，也可以传送从存储器或输入设备经接口读入的数据。

因此，数据线通常是双向信号线。

控制状态线有两类类是发出的控制命令，如读命令写命令中断响应等另类是存储器或外设的状态信息，如外设的中断请求存储器忙和系统复位信号等。

接口和特殊功能部件接口电路有串行和并行两种。

串行用于串行通信，它可以把单片机内部的并行位数据位机变成串行数据向外传送，也可以串行接收外部送来的数据并把它们变成并行数据送给处理。

并行口电路可以使单片机和存储器或外设之间并行地传送位数据位机。

单片机的基本工作原理单片机是通过执行程序来工作的，机器执行不同程序就能完成不同的运算任务。

因此，单片机执行程序的过程实际上也体现了单片机的基本工作原理。

为此，先从指令程序谈起。

单片机的指令系统和程序编制前面已经介绍，指令是种可以供机器执行的控制代码，故它又称为指令码。

指令码由操作码和地址码构成操作码用于指示机器执行何种操作地址码用于指示参加操作的数在哪里。

其格式为操作码地址码指令码的二进制形式既不便于记忆，又不便于书写，故人们通常采用助记符形式来表示，表所列。

表指令的三种形式指令的二进制形式指令的十六进制形式指令的汇编形式←←停机指令的集合或指令的全体称为指令系统。

微处理器类型不同，它的指令系统也不样。

所谓程序就是采用指令系统中的指令根据题目要求排列起来的有序指令的集合。

程序的编制称为程序设计。

通常，设计人员采用指令的汇编符即助记符形式编程，这种程序设计称为汇编语言程序设计。

显然，设计人员如果不熟悉机器的指令系统是无法编出优质高效的程序的。

单片机执行程序的过程为了弄清单片机的工作原理，现以如下的求和程序来说明单片机的工作过程。

←←停机该程序由三条指令组成，每条指令均为双字节指令即第字节为操作码，第二字节为地址码。

第条指令的含义是把传送到累加器中第二条指令是加法指令，它把累加器中的和立即数相加，结果保留到累加器中第三条是停机指令，机器执行后处于动态停机状态。

单片机的分类及发展年，美国仙童公司研制出世界上第台单片微型计算机，该机由两块集成电路芯片组成，结构奇特，具有与众不同的指令