基于单片机的超声波测距系统的设计

3.3 超声波接收电路

超声波接收包括接收探头，信号放大以及波形变换电路三部分，超声波接收探头必须与发送探头相同的型号，否则可能导致接收效果甚至不能接收。由于超声波接收探头的信号非常弱，所以必须用放大器放大，放大后的正弦波不能被微处理器处理，所以必须经过波形变换。本次设计为了降低调试难度，减少成本，提供系统可靠性，所以我们采用了一种用在彩色电视机上面的一种红外接收检波芯片[10]CX20106，由于红外遥控的中心频率在38KHz，和超声波的40KHz很接近，所以可以用来做接收电路。接受电路如图3-2所示。

图3-3 接收电路图

使用CX20106A集成电路对接收探头受到的信号进行放大、滤波。其总放大增益80db。以下是CX20106A的引脚注释。

（1）1脚：超声信号输入端，该脚的输入阻抗约为40kΩ。

（2）2脚：该脚与地之间连接RC串联网络，它们是负反馈串联网络的一个组成部分，改变它们的数值能改变前置放大器的增益和频率特性。增大电阻R14或减小C5,将使负反馈量增大，放大倍数下降，反之则放大倍数增大。但C5的改变会影响到频率特性，一般在实际使用中不必改动，推荐选用参数为R14=10Ω，C5=1μf

（3）3脚：该脚与地之间连接检波电容，电容量大为平均值检波，瞬间相

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应灵敏度低；若容量小，则为峰值检波，瞬间相应灵敏度高，但检波输出的脉冲宽度变动大，易造成误动作，推荐参数为3.3μf。

（4）4脚：接地端。

（5）5脚：该引脚与电源间接入一个电阻，用以设置带通滤波器的中心频率f0，阻值越大，中心频率越低。

（6）6脚： 该引脚与地之间接一个积分电容，标准值为330pF，如果该电容取得太大，会使探测距离变短。

（7）7脚：遥控命令输出端，它是集电极开路输出方式，因此该引脚必须接上一个上拉电阻到电源端，推荐阻值为22kΩ，没有接受信号是该端输出为高电平，有信号时则产生下降。

（8）8脚：电源正极，4.5～5V

3.3.1距离计算

在启动发射电路的同时启动单片机内部的定时器T0，利用定时器的计数功能记录超声波发射的时间和收到反射波时间。当收到超声波反射波时，接收电路输出产生一个负跳变，在INT0 或INT1 端产生一个中断请示信号，单片机响应外部中断请示，执行外部中断服务子程序，读取时间差，计算距离。其部分源程序如下：

void Conut(void) { time=TH0*256+TL0; TH0=0; TL0=0; temp=readtemptaure(); delay1(10); c=331.4+0.607*temp; c=c/150; S=(time*c)/100; if((S>=200)||flag==1) { SPEAK=0; delay1(200); flag=0; disbuff[0]=10; //显示“-” disbuff[1]=10; //显示“-”

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disbuff[2]=10; //显示“-” } else {

disbuff[0]=S00/100; disbuff[1]=S000/10; disbuff[2]=S00 ; }

Display();

3.4 RS232 串口通信电路设计

RS232 是单片机间，或单片机与上位机间通讯联络用。MAX232 作为RS232 的电平转换芯片，完成TTL 电平到RS232 电平的转换。MAX232 是一种双组驱动器／接收器，片内含有一个电容性电压发生器以便在单5V 电源供电时提供EIA／TIA-232-电平。典型的RS-232 信号在正负电平之间摆动，在发送数据时，发送端驱动器输出正电平在+5～+15V，负电平在-5～-15V 电平。当无数据传输时，线上为TTL，从开始传送数据到结束，线上电平从TTL 电平到RS-232 电平再返回TTL 电平。电容可以取0.1uF 到10uF之间的电容，有极性无极性均可，但是使用有极性的电容一定注意正负方向。据查阅资料：由RS-232C 标准规定在码元畸变小于4％的情况下，传输电缆长度应为15m，在实际应用中。约有99％的用户是按码元畸变10-20％的范围工作的，所以实际使用中最大距离会远超过15m，一般能满足个人和近距离设备的需要。

为了能将编译后的程序文件下载到单片机中，用到了MAX232 芯片。在最简单的RS-232 直接传送通信系统中，只要发送和接收双方同时准备好，仅用信号发送端(TXD) ，信号接收端(RXD) 和信号地(GND)3 根线即可进行通信。在89C52 单片机系统中，分别从P3.0 和P3.1 引出串口线RXD 和TXD 转换成RS-232 接口标准的电平，这样，二者之间就可以通过RS-232 接口进行数字信号的传送，其电路图如下图3-4 所示。

3.4.1 PC机与单片机的硬件连接

串口是PC机上一种非常通用的设备通信协议。多数PC机提供两个9针或25针的RS232标准串行口，简称为COM1和COM2。大多数计算机应用系统与智能

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单元之间只要使用3到5根信号线即可工作，需使用IXD(发送数据)、RXD(接收数据)、GND(地线)等信号线，但有时还需使用RTS(发送数据请求)、CTS(清除发送)、DTR(数据终端就绪)、DSR(数据发送就绪)等信号线。

3.4.2 串口通信的实现

单片机硬件系统是一个典型的信号采集系统，PC机控制端先给单片机发送“开始指令”和有关系统测量参数，单片机接收到后硬件系统开始工作，进行数据采集，采集到的信号经放大和A/D变换后送入单片机，单片机把处理后的数据按每个180个字节为一帧整理成帧，然后通过RS232接口传到计算机[18]。计算机首先对单片机发过来的每一帧数据进行正确的接收，并对数据进行实时显示，然后再进行必要的处理，以达到实时监控的目的。PC机也可以随时向单片机发送指令，使单片机根据指令的要求执行相应的动作。

图3-4 TTL转RS232接口电路

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