提高超聲波測距系統(tǒng)精度中的應用設計

　　1 前 言

　　目前大多數(shù)的超聲波測距系統(tǒng)都是采用單片機作為控制核心，利用超聲波傳感器發(fā)出超聲波信號，超聲波碰到障礙物后反射回來，傳感器接收到回波，單片機通過對發(fā)射波和回波的查詢，或利用發(fā)射波與回波觸發(fā)中斷，來開關定時器測出發(fā)射波和接收到回波的時間差 t，從而計算出定點離障礙物的距離 S=Ct/2，式中的 C 為超聲波波速。超聲波的波速 C 與溫度有關，表 1 是超聲波在不同環(huán)境溫度下的波速關系

　　由此可見，超聲波在空氣中的傳播速度很快，均在 300m/s 以上。由于一般的單片機時間分辨率不是很高(晶振頻率為12MHz時，時間分辨率為1μs)，加之單片機查詢發(fā)射波與回波，或利用發(fā)射波與回波觸發(fā)中斷再通過程序啟停內(nèi)部定時器均需要一定的時間[1]，所以這種類型的測距系統(tǒng)的誤差都較大，導致其性能在某些場合下不能滿足要求。　引入專用的定時/計數(shù)器 8254 進行計時，可在很大程度上提高測距系統(tǒng)的準確性。

　　2 定時/計數(shù)器 8254

　　8254 是專用的定時器芯片，有 3 個獨立的 16位可編程計數(shù)器，每個計數(shù)器可按二進制或 BCD　(二—十進制)編程，實現(xiàn)減法計數(shù)，使用非常靈活，功能非常強大?！?254 通過對加在其 CLK 輸入引腳的脈沖進行計數(shù)，脈沖最高頻率可以達到 10MHz，并且可以利用硬件或軟件的辦法任意啟動或停止計數(shù)，利用8254 進行計時，時間分辨率更高，如輸入 4MHz的計數(shù)脈沖，其時間分辨率可達到 0.25μs。

8254 是 NMOS 器件，采用雙列直插式 24 腳封裝，它的輸入和輸出都與TTL電平兼容。其引腳排列見圖 1。