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2．1 超声波测距系统硬件设计
    结合应用要求，根据超声波测距原理，以ATMEG8单片机为核心，利用专用时间数字转换芯片TDC—GP21为测量环节，设计制作超声波测距电路。
    控制芯片选用ATMECA8。ATMEGA8是一款采用低功耗CMOS工艺生产的基于AVR R ISC结构的8位单片机，自带SPI接口，可以达到接近1 MIPS／M的性能，运行速度比普通CISC单片机高出10倍。
    超声波测量部分由TDC—GP21、超声波探头、发射控制电路、温度传感器、超声波信号处理电路等组成。TDC—GP21是一种高精度时间数字转换芯片，是精密计时系统的核心器件。TDC—GP21内部主要由脉冲发生器、数据处理单元ALU、时间数字转换器单元TDC、温度测量单元、时钟控制单元、配置寄存器以及与单片机相接的SPI接口组成。计时芯片配置电路如图2所示。

    温度测量选用Dallas公司的DS18B20数字式温度传感器，它通过输出9位二进制数字来直接表示所测量的温度值，温度值是通过DS18B20的数据总线直接输入CPU，无需A／D转换，而且读写指令和温度转换指令都是通过数据总线传入DS18B20，无需外部电源。
    在超声波测距系统中，ATMEGA8单片机为核心控制器件，控制对超声波的采样、数据处理、存储、显示及通信等。ATMEGA8单片机通过自带SPI接口对TDC—GP21芯片进行控制，完成对TDC-GP21芯片功能配置选择。在配置完成后，TDC-CP21芯片能产生一组频率为1 MHz的超声波，1 MHz超声波送到超声波换能器驱动探头。接收探头收到的回波经过开关电路，进入超声波调理电路进行信号的处理，该测量回波返回到TDC-GP21芯片，TDC—GP21芯片判断接收到回波后结束测量，同时通过中断通知ATMEA8单片机，ATMECA8单片机读取测时时间。ATMEGA8单片机读取TDC-GP21芯片测时数据后，通过1-wire总线控制DS18B20测量当前温度，引入温度校正功能对单片机计算得到的距离进行修正，得到最终测量结果并通过LCM141液晶显示，同时对最终结果保存，液晶显示数据可通过键盘电路进行选择。

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2．2 超声波测距系统软件设计
    整个超声波测距系统工作模式的选择、数据的传输，以及计算都是由单片机内部程序完成的。
    系统软件设计的核心工作是对TDC-GP21芯片进行控制。软件编程的操作主要有两个步骤，分别是写寄存器的配置和初始化，以确定TDC—GP21的工作模式和寄存器的读取工作。首先对TDC-GP21进行寄存器配置，设置测量范围和每个通道的采样次数，定义ALU的汁算方法；然后初始化TDC—GP21、选通START和STOP通道，TDC-GP21进入测量状态，等待START和STOP信号；接收指令后进行测量，测量完成后单片机读取TDC —GP21测量数据。为了保证测量数据的准确性，每次进行测量前，都需要对TDC-GP21进行初始化。超声波测距系统程序流程如图3所示。

3 实验结果分析
    为保证测量结果的稳定性，在测试时采用光滑硬质表面作为反射面，测量结果如表1所示。

4 结束语
    经测试系统在实际实验中测距准确。ATMEGA8单片机的低功耗、高运算速度和专用TDC—GP21高精度计时芯片相结合，使系统功耗和体积都有所降低，整个系统电路结构简单、精度高、软件的升级和更新方便，满足了现场高精度的测量要求。