二、需求分析
能在测距范围上弥补 GP2D12 的不足，将距离延伸到 80cm以外；
可以提供给大学生和爱好者 DIY，具有学习功能；
方便自己随时修改程序，使学习的作用得以充分发挥；
成品具有一定的使用价值，可方便的应用于小车等需要测距的装置上。
三、概要设计
总体设计参照 SensComp公司（
图1 工作原理框图
框图中，单片机为核心控制部分，根据设定的工作方式，产生40kHz方波，经过驱动电路驱动超声波发生器发出一簇信号。单片机此时开始计时。
接收回路为谐振回路，将收到的微弱回波信号检出，送信号放大电路放大，收到产生脉冲输出送单片机中断端，单片机收到中断信号后停止计时，计算出距离值，保存等待读出或直接经UART送出。接收过程中，单片机定时控制放大电路的增益，逐渐提高，以适应距离越远越弱的回波信号。
核心器件为STC12LE4052、TL852、16mm超声波收、发器。
采用5V供电，因为5V是最常见的工作电压，便于日后将传感器应用于装置中。
为了减小干扰，选用了3.3V供电的单片机，使用目前常用的1117-3.3三端稳压器将5V降到3.3V，减小电源扰动的影响，增加可靠性。
下面分步介绍各个部分的电路原理。
首先是超声波发射部分。
图2 超声波发射驱动电路
图中，Send_Ctrl、Cut_Off端由STC12LE4052控制。此单片机的I/O口可设置为推挽输出模式（这是经典51不具备的），拉电流、灌电流均可达20mA，保证了D882有足够的驱动能力和快速的通断性能。
变压器的次级电感与发射器（发射器为容性，一般为2400p左右）构成谐振回路，好处是提高了发射效率，但副作用是发射后的余波时间较长，导致近距离的回波被淹没。所以电路中设计了2种余波抑制电路。一个是R6，通过增加谐振回路的损耗加速余波结束，这种方式不需要控制，但由于同时也消耗了发射的功率，所以阻值不能太小，导致衰减效果不明显（此部分读者可自行试验）。
另一个电路由R4、R5、P1构成，由单片机控制，在发射完脉冲后将P1导通，强制短路变压器初级，快速消耗掉谐振能量，达到消除余波的目的，电阻R5越小，效果越好，但带来的问题是：如控制失灵，会导致短路，烧坏P1或N1。
所以在电路中设计了一个跳线器，在软件没有调试好之前断开，避免无谓的损耗。
变压器升压比设计为20倍，实际输出电压约为 50V峰值。
控制部分采用MCU，如下图所示：
图 3 单片机控制电路
STC12LE4052为一种改进型的51兼容单片机，指令集及主要架构与经典51相同，硬件资源略有增加：
1) 增设了2通道PCA（可编程计数器阵列），弥补了经典51定时器功能“偏弱”的缺陷。
2) I/O口改进为可设置方式，支持：51准双向、高阻输入、OC输出、推挽输出 四种模式，简化了外部硬件设计。
3) 硬件SPI接口，本设计中暂未使用，但PCB上引出了，有兴趣者可尝试之。
4) 指令速度大大提高了，将原来的12时钟为一个机器周期改进为 2 – 3个时钟周期，指令速度平均提高为原来的8倍左右。
5) 计时时钟保留12分频模式，新增了2分频模式，提高了计时精度。
后两点对于超声波测距应用有益，指令速度快可减少响应延时的不确定，计时精度高可提高分辨率。
MCU端口资源分配如下：
P10 - P13 —— 控制TL852增益，设置为OC输出，852内部有上拉电阻（见图5）
P14 - P17 —— 保留
P30（RXD）、P31（TXD） —— UART通讯
P32（INT0） —— 接SOUT端，作为超声波发射时的852输出抑制，置为OC输出。
P33（INT1） —— 超声波接收输入，设置为输入
P34 —— 产生超声波发射方波，设置为推挽输出模式
P3.5 —— 控制P1，用于衰减余波，设置为OC输出模式
P37 —— 工作指示灯，设置为OC输出模式
关于P32控制 SOUT端的作用，请阅读TL851资料。
图 4 接收回路和信号放大、检出电路
这个电路是超声波测距的核心。因为产生波形和计时都容易解决，而准确的检测出回波信号才是决定传感器是否成功的关键。为便于理解上图，将TL852 的内部原理框图列出：
图 5 TL852 内部功能框图
读者可对照TL852 数据手册分析其工作原理。从图中可以看出，图4中的R7、R8为运放的输入、反馈电阻，通过改变两者比值可方便的改变灵敏度，故将R7、R8设计为直插器件。
图6 TL852输出信号处理电路
图6所示电路是为了将TL852的输出转换为单片机需要的中断信号，U4A构成了一级同相跟随器，是为了隔离后级对C14积分电路的影响。U4B构成一个比较器，理解此部分可参阅下面的TL851框图。
图 7 TL851内部功能框图
图中，8脚应接在SOUT上，1.2V基准电压等效于图6中的2个1N4148串联，因为硅PN结的正向压降为0.6V。第9脚ECHO输出相当于图6中的U4B的第7脚输出。BLNK、BINH端子都是为了抑制发送时的信号，此部分在本设计中由单片机完成，单片机的P32口置为OC输出，就是为了替代图中接在8脚和3脚之间的三极管，实现对积分电容C14放电，为测量做准备。
如读者希望进一步了解这部分的工作原理，可对照6500模块的原理图和TL851、TL852 数据手册仔细研读。
【