一种基于超声波和红外的测距定位系统

复位；二要使之具有一定的抗干扰能力，这可通过以下设计加以保障。

　　（1）复位电路RC参数的选择

　　微控制器的复位脉冲高电平必须大于2个机器周期，若系统选用6MHz晶振，则1个机器周期为2μs,那么复位脉冲宽度最小应为4μs。在实际应用中，考虑到电源稳定时间、参数漂移、晶振稳定时间以及复位可靠性等因素，必须留有足够的余量。图4是利用RC充电原理实现上电复位的电路原理图。实践证明，上电瞬间RC电路充电，RESET引脚端出现正脉冲。只要RESET端保持10μs以上的高电平，就能使微控制器有效复位。

图4　复位电路原理图

　　应当指出，在图4（a）所示电路中，非门的最小输入高电平U′IH=210V,因而当充电时间t=016RC,则充电电压UC=0145VCC=0145×5V≈2V,其中t为复位时间。由于在该电路中，有R=1kΩ和C=22μF,则有t=016×103×22×10-6=13ms。

　　（2）复位电路的可靠性和抗干扰设计

　　微控制器复位端口的干扰主要来自电源和按钮传输线串入的噪声。这些噪声虽然不会完全导致系统复位，但有时会破坏CPU内的程序状态字的某些位的状态，对控制产生不良影响。以图4为例，电源噪声干扰过程如图5所示，其中u代表噪声源，为了分析方便起见，设u为阶跃扰动。图5中分别绘出了A点和B点的电压扰动波形。

图5　电源阶跃扰动示意图

　　由图5可以看出，图5（a）实质上是个低通滤波环节（惯性滞后环节），对于脉宽小于3τ的干扰信号有很好的抑制作用；图5（b）实质上是个高通滤波环节（微分超前环节），对脉冲干扰没有抑制作用。由此可见，对于图4所示的两种复位电路，图5（a）的抗电源噪声的能力要优于图5（b）。但为了精简系统电路，在电路系统设计中，还是采用了图5（b）所示的复位电路。

　　4.1.2　振荡器电路设计

　　晶振设计是单片机系统设计的重要环节之一，通常可用两种方式产生单片机所需的时钟信号。一种为内部方式，主要利用单片机内部的反相器作振荡电路，具体接法如图6所示。

图6　晶体振荡/陶瓷振荡电路

　　该方式利用外接晶体作定时单元。晶体的频率范围在112～12MHz之间任选。电阻RS用来防止晶振被过分驱动。

　　在晶体振荡下，电阻RF≈10MΩ。图中并联的两个小电容可在5～30pF之间选择，起频率微调的作用，当VDD>415V时，建议C1=C2≈30pF（C1为相位调节电容；C2为增益调节电容）；另一种为外部方式，此方式的时钟源直接来自外部硬件电路（见图7）。对此电路来说，MCS-51系列单片机可使用已集成在片内的振荡器，亦可使用由TTL门电路构成的简单振荡器电路。由于内部时钟发生器是一个二分频的触发器，所以对外部振荡源要求不严，通常是产生112～12MHz的方波。当外接振荡器时，外部振荡信号从XTAL1端，即内部三相波形发生器的输入端输入，XTAL2端可浮空。

图7　外部晶体振荡电路

　　图7所示为一种典型的外部并行谐振振荡电路。该电路主要应用晶体的基频来设计。其中，74AS04反相器用来实现振荡器所需的180°相移，417kΩ的电阻用来提供负反馈给反相器，10kΩ的电位器则用来提供偏压，从而使反相器74AS04工作在线性范围内。

图8　外部串行谐振振荡电路

　　图8所示为一种典型的外部串行谐振振荡电路。该电路也是应用晶体的基频来设计。其中，74AS04反相器用来提供振荡器所需的180°相移，330Ω的电阻用来提供负反馈，同时偏置电压。

　　4.1.3　RC振荡

　　RC振荡适合于对时间精度要求不高的低成本应用。RC振荡频率随电源电压VDD、RC值及工作环境温度的变化而变化。

　　由于工艺参数的差异，对不同芯片而言其振荡器频率将有所不同。另外，当外接电容CEXT值较小时，对振荡器频率的影响更大。同时，电阻电容本身的容差对振荡器频率也有影响。图9所示为RC振荡电路，如果REXT低于212kΩ，振荡器将处于不稳定工作状态，甚至停振。而REXT大于1MΩ时，振荡器又易受噪声、湿度、漏电流的干扰。因此，电阻REXT取值最好在3～100kΩ范围内。在不接外部电容时，振荡器仍可工作，但为了抗干扰及保证稳定性，建议接一20pF以上的电容。

图9　RC振荡电路

　　本系统选取晶体振荡器作为微控制器的时钟输入，并选取6MHz时钟频率作为系统时钟周期，既可以满足系统频率的要求，又可以克服阻容振荡器精度不足的缺点，是一种较为适宜的设计选择。

4.2　系统电路设计

　　在本测距定位系统中，系统电路可分成三部分，一是超声波发射与接收电路部分；二是红外线产生与接收电路部分；三是显示电路部分，具体设计思路及设计结果如下：

　　4.2.1　超声波发射与接收电路

图10所示为超声波发射电路。在该电路中，