基于C8051F320单片机的超声波测距仪

　　0　引言

　　超声波检测技术广泛应用在管道腐蚀、工件内部缺陷、距离速度测量以及工程地球物理勘探上的建筑内部结构检测和地质结构探测等方面。其原因是超声波的指向性好,并且可实现无接触测量。在以上各种应用中,都是发射超声波,然后观察反射或透射的声波的特性(相位差或时间差、频率变化),是典型的基于激励-响应的测试方法[1]。

　　现在,人们要求超声波检测仪器的控制器运算速度更快、响应时间更短、集成度更高。但是,专用集成电路的成本较高、功能单一;MCS-51内核的单片机受时钟限制,计时精度不高,外围电路也增加了系统的不可靠性。C8051F320单片机却能解决这样的问题。它的微控制器内核采用流水线结构(可达25MIPS),片内集成10位ADC、温度传感器、USB功能控制器、可编程计数器阵列(Programmable CounterArray, PCA)和非侵入式的在系统调试接口等,不仅能提高精度、减小外围电路体积,而且可以提高系统的可靠性。

　　同时,USB总线技术是未来测控领域发展的方向,其与高性能单片机技术的结合可兼顾单片机实时性、灵活性和PC机功能强大的优点。因此,文中提出了一种USB型的超声波测距仪的设计方案,选用带有USB功能控制器的MCU C8051F320作为超声波测距系统的主控器。

　　1　C8051F320及其开发环境(IDE)

　　C8051F320单片机片内自带有USB收发器和控制处理器,用它进行USB技术开发既方便又快捷。它与MCS-51内核及指令集完全兼容,除了具有标准8051的数字外设部件之外,片内还集成了数据采集和控制系统中常用的模拟部件和其他数字外设及功能部件。内部Flash存储器可实现在系统编程,用户可以关断任何一个或所有外设以节省功耗。所以具有片内上电复位、VDD监视器、电压调整器、看门狗定时器和时钟振荡器的C8051F320单片机是真正能独立工作的片上系统[2]。

　　C8051F系列单片机的集成开发环境( Integrated Develop-mentEnvironment, IDE)提供了开发与测试项目所必需的工具。它支持C语言和汇编语言的源程序级调试,只需使用PC的USB接口和目标板的JTAG接口即可实现IDE与MCU之间的通信,可以在W indows95/98/2000/XP和W indowsNT操作系统下运行[3]。

　　C8051F开发环境支持第三方编译器和开发工具(KeilC),支持FLASH编程和InterOMF-51格式目标文件的源程序级调试。因此,C8051F调试时也可使用KeilC51的μVision3环境。

　　2　超声波测距系统的构成

　　2. 1　超声波测距系统的整体结构

　　基于C8051F320单片机的超声波测距仪的整体结构如图1所示。为了减小测量盲区,采用双换能器: UCM—T40K1和UCM—R40K1,该压电陶瓷超声波换能器体积小,灵敏度高、价格低廉,谐振频率为40 kHz.