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用 AT89C2051 设计超声波测距仪
作者:天津理工学院光电信息与电子工程系姜道连宁延一袁世良

摘要:本文介绍了 AT89C2051 单片机的性能和特点,并在分析了超声波测距原理的基本上,
指出了设计测距仪的思路和所需考虑的问题,给出了实现超声波测距方案的软、硬
件设计系统框图。该设计系统经校正后,其测量精度可达米。
关键词:超声波;换能器;测距;AT89C2051

超声波测距主要应用于倒车雷达、建筑施工工地以及一些工业现场,例如:液位、井深、
管道长度等场合。目前国内一般使用专用集成电路设计超声波测距仪,但是专用集成电路的
成本很高,并且没有显示,操作使用很不方便。本文介绍一种以 AT89C2051 或 GSM97C2051
单片机为核心的低成本、高精度、微型化数字显示超声波测距仪的硬件电路和软件设计方法。
实际使用证明该仪器工作稳定,性能良好。

1 超声波测距原理
超声波测距是通过不断检测超声波发射后遇到障碍物所反射的回波,从而测出发射和接
收回波的时间差 t,然后求出距离 S=Ct/2,式中的 C 为超声波波速。

由于超声波也是一种声波,其声速 C 与温度有关,表 1 列出了几种不同温度下的声速。
在使用时,如果温度变化不大,则可认为声速是基本不变的。如果测距精度要求很高,则应
通过温度补偿的方法加以校正。声速确定后,只要测得超声波往返的时间,即可求得距离。
这就是超声波测距仪的机理。其系统框图如图 1 所示。
表 1 声速与温度关系表
温度(℃) -30 -20 -10 0 10 20 30 100
声速(米/称) 313 319 325 323 338 344 349 386

2 AT89C2051 的功能特点
AT89C2051 是一个 2k 字节可编程 EPROM 的高性能微控制器。它与工业标准 MCS-51 的指
令和引脚兼容,因而是一种功能强大的微控制器,它对很多嵌入式控制应用提供了一个高度
灵活有效的解决方案。AT89C2051 有以下特点:2k 字节 EPROM、128 字节 RAM、15 根 I/O 线、
2 个 16 位定时/计数器、5 个向量二级中断结构、1 个全双向的串行口、并且内含精密模拟
比较器和片内振荡器,具有至的电压工作范围和 12MHz/24MHz 工作频率,同时
还具有加密阵列的二级程序存储器加锁、掉电和时钟电路等。此外,AT89C2051 还支持二种
软件可选的电源节电方式。空闲时,CPU 停止,而让 RAM、定时/计数器、串行口和中断系统
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继续工作。可掉电保存RAM 的内容,但可使振荡器停振以禁止芯片所有的其它功能直到下一
次硬件复位。

AT89C2051 有 2 个 16 位计时/计数器寄存器 Timer0t Timer1。作为一个定时器,每个机
器周期寄存器增加 1,这样寄存器即可计数机器周期。因为一个机器周期有 12 个振荡器周
期,所以计数率是振荡器频率的 1/12。作为一个计数器,该寄存器在相应的外部输入脚
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