基于51單片機(jī)超聲波測(cè)距器設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)

1、= 單片機(jī)原理及應(yīng)用課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)課題名稱 基于51單片機(jī)超聲波測(cè)距器設(shè)計(jì)姓 名學(xué) 號(hào) 專 業(yè)指導(dǎo)教師機(jī)電與控制工程學(xué)院 年 月 日填 寫(xiě) 說(shuō) 明 1、正文部分： （1） 標(biāo)題與正文格式定義標(biāo)準(zhǔn)如下：一級(jí)標(biāo)題：1.標(biāo)題1二級(jí)標(biāo)題：1.1標(biāo)題2三級(jí)標(biāo)題：1.1.1標(biāo)題3四級(jí)標(biāo)題：1.1.1.1標(biāo)題4      （2）表格：盡可能采用三線表。      （3）圖形：直接插入的插圖應(yīng)有圖標(biāo)、圖號(hào)，不能直接插入的圖應(yīng)留出插圖空位。圖中文字、符號(hào)書(shū)寫(xiě)要清楚，并與正文一致。   

2、;   （4）文字表述：要求層次清楚，語(yǔ)言流暢，語(yǔ)句通順，無(wú)語(yǔ)法和邏輯錯(cuò)誤，無(wú)錯(cuò)字、別字、漏字。文字的表述應(yīng)當(dāng)以科學(xué)語(yǔ)言描述研究過(guò)程和研究結(jié)果，不要以口語(yǔ)化的方式表達(dá)，報(bào)告中科技術(shù)語(yǔ)和名詞應(yīng)符合規(guī)定的通用詞語(yǔ)，并使用法定計(jì)量單位和標(biāo)準(zhǔn)符號(hào)。  2、參考文獻(xiàn)：    （1）數(shù)量要求：參考文獻(xiàn)只選擇最主要的列入，應(yīng)不低于5種。    （2）種類要求：參考文獻(xiàn)的引用，可以是著作m、論文j、專利文獻(xiàn)p、會(huì)議論文等。    （3）文獻(xiàn)著錄格式及示例。參考文獻(xiàn)用宋體五號(hào)字。 &

3、#160;   1 作者. 書(shū)名m. 版次. 出版地: 出版者, 出版年: 起止頁(yè)碼    （著作圖書(shū)文獻(xiàn)）      2 作者. 文章名j. 學(xué)術(shù)刊物名稱. 年. 卷(期): 起止頁(yè)碼      （學(xué)術(shù)刊物文獻(xiàn)）   示例： 1王社國(guó)，趙建光?；赼rm的嵌入式語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)研究 j。微計(jì)算機(jī)信息，2007，2-2:149-150.    3、附錄或附件：（可選項(xiàng)） 重要的測(cè)試結(jié)果、圖表

4、、設(shè)計(jì)圖紙、源程序代碼、大量的公式、符號(hào)、照片等不宜放入正文中的可以附錄形式出現(xiàn)。4、如果需要可另行附頁(yè)粘貼。任 務(wù) 書(shū)一、 課題名稱基于51單片機(jī)超聲波測(cè)距器設(shè)計(jì)二、 任務(wù)要求設(shè)計(jì)一個(gè)超聲波測(cè)距器，可以應(yīng)用于倒車?yán)走_(dá)、工地以及一些工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，當(dāng)車在倒的過(guò)程中，與物體在0.10-5.00m時(shí)，發(fā)出響聲，提醒駕駛員，使車不至于撞到物體或人，更安全。目 錄1、緒論. 12、方案論證. 23、方案說(shuō)明. 44、硬件方案設(shè)計(jì). 75、軟件方案設(shè)計(jì) . 156、調(diào)試. 187、技術(shù)小結(jié). 208、參考文獻(xiàn). 219、附錄. .221.緒論 近年來(lái)，隨著單片機(jī)在我國(guó)的推廣，以其的簡(jiǎn)單實(shí)用、功能強(qiáng)、體積小而日

5、益廣泛的被廣大設(shè)計(jì)師所采用，尤其在工業(yè)控制領(lǐng)域中應(yīng)用更為突出?；趩纹瑱C(jī)的超聲波測(cè)距器作為單片機(jī)眾多應(yīng)用中的佼佼者，無(wú)疑為現(xiàn)代的工業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)了更多的便利。超聲波測(cè)距器可以應(yīng)用于一些工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的位置監(jiān)控，也可用于如液位、井深、管道長(zhǎng)度的測(cè)量等場(chǎng)合。 超聲波是指頻率在20khz以上的聲波，它屬于機(jī)械波的范疇。超聲波也遵循一般機(jī)械波在彈性介質(zhì)中的傳播規(guī)律，如在介質(zhì)的分界面處發(fā)生反射和折射現(xiàn)象，在進(jìn)入介質(zhì)后被介質(zhì)吸收而發(fā)生衰減等。正是因?yàn)榫哂羞@些性質(zhì)，使得超聲波可以用于距離的測(cè)量中。隨著科技水平的不斷提高，超聲波測(cè)距技術(shù)被廣泛應(yīng)用于人們?nèi)粘９ぷ骱蜕钪?。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包括兩部分，即硬件電路和軟件程序。

6、硬件電路主要包括單片機(jī)電路、發(fā)射電路、接收電路和顯示電路，另外還有復(fù)位電路和led控制電路等。本次課程設(shè)計(jì)采用at89s51單片機(jī)為核心的低成本、高精度、微型化數(shù)字顯示超聲波測(cè)距儀的硬件電路，at89s51控制計(jì)算超聲波從發(fā)射到接收的傳送時(shí)間，從而得到待測(cè)距離。本系統(tǒng)具有易檢測(cè)、軟件功能完善、工作可靠、準(zhǔn)確度高等優(yōu)點(diǎn)。1本文論述了單片機(jī)技術(shù)研制成功的超聲波測(cè)距儀的基本原理，測(cè)量計(jì)算方法，實(shí)現(xiàn)方案。采用軟件校正，提高了測(cè)量精度和整機(jī)的可靠性。實(shí)際使用表明，極大的提高了安全性、可靠性。 2.方案論證在當(dāng)代工業(yè)生產(chǎn)中，普遍應(yīng)用的高科技測(cè)距方式有紅外測(cè)距、激光測(cè)距及超聲波測(cè)距三種。2.1紅外線測(cè)距技術(shù)

7、紅外線測(cè)距的優(yōu)點(diǎn)是成本便宜、儀器易制、安全性高，但其缺點(diǎn)較多，主要在于測(cè)量距離近、精度低、方向性差。自然界紅外光分布比較廣泛，容易引起測(cè)量誤差。市場(chǎng)上的紅外線測(cè)距器一般的測(cè)距范圍在20cm-150cm之間，只適合于近距離的測(cè)量，而其測(cè)量的精度就更不值得一提了，只有1cm左右。2.2激光測(cè)距方式激光測(cè)距的優(yōu)點(diǎn)是精確、距離遠(yuǎn)，缺點(diǎn)是需要注意人體安全，且制作的難度較大，成本較高，而且光學(xué)系統(tǒng)需要保持干凈，否則將影響測(cè)量結(jié)果。2.3超聲波測(cè)距方式聲音是與人類生活緊密相關(guān)的一種自然現(xiàn)象。當(dāng)聲的頻率高到超過(guò)人耳聽(tīng)覺(jué)的頻率極限（根據(jù)大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，取整數(shù)為2000hz）時(shí)，人們就會(huì)覺(jué)察不出周圍聲的存在，因

8、而稱這種高頻率的聲為“超”聲。2超聲波作為一種特殊的聲波，同樣具有聲波傳輸?shù)幕疚锢硖匦苑瓷?、折射、干涉等等。超聲波測(cè)距就是利用其反射的特性。超聲波反射器不斷發(fā)出某一頻率的超聲波，遇到被測(cè)物體后反射回反射波，然后超聲波接收器接收到反射回來(lái)的信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為電訊號(hào)，測(cè)出發(fā)射波和反射波的時(shí)差，根據(jù)光速及計(jì)算公式，即可求出待測(cè)的距離，超聲波測(cè)距的優(yōu)點(diǎn)是比較耐臟污，即使傳感器上有塵土，只要沒(méi)有堵死就可以測(cè)量，測(cè)距范圍比激光近，比紅外遠(yuǎn)，一般為3cm-5cm，精度一般在1cm，有的達(dá)到1mm級(jí)，超聲波測(cè)距的缺點(diǎn)是一定距離內(nèi)有一定的束角，受周圍障礙物影響大，適合于室內(nèi)測(cè)量，且測(cè)量精度受到溫度的一定影響。

9、超聲波的特性有如下幾點(diǎn)：1> 束射特性：由于超聲波的波長(zhǎng)短，超聲波射線可以和光線一樣，能夠反射、折射，也能夠聚焦，而且遵守幾何光學(xué)上的所有定律。即超聲波射線從一種物質(zhì)表面反射時(shí)，入射角等于反射角，當(dāng)射線透過(guò)一種物質(zhì)進(jìn)入另一種密度不同的物質(zhì)時(shí)就會(huì)產(chǎn)生折射現(xiàn)象，也就是要改變它的傳播方向，兩種物質(zhì)的密度差別愈大，則折射率也愈大。2> 吸收特性：聲波在各種介質(zhì)中傳播時(shí)，隨著傳播距離的增加，其強(qiáng)度會(huì)逐漸減弱，這是因?yàn)榻橘|(zhì)要吸收掉它的部分能量。對(duì)于同一介質(zhì)，聲波的頻率越高，介質(zhì)吸收就越強(qiáng)。對(duì)于一個(gè)頻率一定的聲波，在氣體中傳播時(shí)吸收尤為厲害，在液體中傳播時(shí)吸收就比較弱，在固體中傳播時(shí)吸收是最小的

10、。33> 超聲波的能量傳遞特性：超聲波之所以能在各個(gè)工業(yè)部門得到廣泛的應(yīng)用，主要原因還在于比聲波具有強(qiáng)大得多的功率。為什么會(huì)有這么強(qiáng)大得功率呢？因?yàn)楫?dāng)聲波進(jìn)入某一介質(zhì)時(shí)，由于聲波的作用使物質(zhì)中的分子也隨之振動(dòng)，振動(dòng)的頻率和聲波頻率一樣，分子振動(dòng)的頻率決定了分子振動(dòng)的速度。頻率愈高速度愈大。物資分子由于振動(dòng)所獲得的能量除了與分子本身的能量有關(guān)外，主要是由分子的振動(dòng)速度的平方?jīng)Q定的，所以如果聲波的頻率愈高，也就是物質(zhì)分子愈能得到更高的能量，超聲波的頻率比普通聲波要高出很多，所以它可以使物質(zhì)分子獲得很大的能量；換句話來(lái)說(shuō)，超聲波本身就可以供給物質(zhì)分子足夠大的功率。4> 超聲波的聲壓特性：

11、 當(dāng)聲波進(jìn)入某物質(zhì)時(shí)，由于聲波振動(dòng)使物質(zhì)分子相互之間產(chǎn)生壓縮和稀疏的作用，將使物質(zhì)所受的壓力產(chǎn)生變化。由于聲波的振動(dòng)引起附加壓力現(xiàn)象叫聲壓作用。 從成本和實(shí)用性上來(lái)說(shuō)，超聲波測(cè)距在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用中是最優(yōu)的方案選擇。隨著超聲波技術(shù)的發(fā)展，高端的超聲波測(cè)距模塊在精度上已經(jīng)達(dá)到mm級(jí)別，而超聲波測(cè)距帶溫度補(bǔ)償?shù)墓δ苡挚梢源蟠蟮南郎囟鹊挠绊?，使測(cè)量更精確、更穩(wěn)定。超聲波測(cè)距器比較低廉的成本價(jià)格以及比較高的安全性能，也成為人們選擇它的不二理由！下表給出了上述三種不同測(cè)距方式的比較。 不同測(cè)距的方式比較方式比較精度造價(jià)抗干擾測(cè)試距離激光7mm較高強(qiáng)較長(zhǎng)超聲波32mm低一般較長(zhǎng)紅外線20cm-150cm

12、低弱短3.方案說(shuō)明4超聲波是指頻率高于20khz的機(jī)械波。為了以超聲波作為檢測(cè)手段，必須產(chǎn)生超聲波和接收超聲波。完成此功能的裝置就是超聲波傳感器，習(xí)慣上稱為超聲波換能器或超聲波探頭。超聲波傳感器有發(fā)送器和接收器，但一個(gè)超聲波傳感器也可具有發(fā)送和接收聲波的雙重作用。超聲波傳感器是利用壓電效應(yīng)的原理將電能和超聲波相互轉(zhuǎn)化，即在發(fā)射超聲波的時(shí)候，將電能轉(zhuǎn)換，發(fā)射超聲波；而在收到回波的時(shí)候，則將超聲振動(dòng)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。超聲波測(cè)距的原理一般采用波越時(shí)間法tof（time of flight），首先測(cè)出超聲波從發(fā)射至遇到障礙物返回所經(jīng)歷的時(shí)間，再乘以超聲波的速度即得到2倍的聲源與障礙物之間的距離。測(cè)量距離的

13、方法有多種，短距離的可以用尺，遠(yuǎn)距離的有激光測(cè)距等，超聲波測(cè)距適用于高精度的中長(zhǎng)距離測(cè)量，因?yàn)槌暡ㄔ跇?biāo)準(zhǔn)空氣中的傳播速度為331.45m/s，由單片機(jī)計(jì)時(shí)，單片機(jī)使用12.0khz的晶振，所以此系統(tǒng)的測(cè)量精度理論上可以達(dá)到毫米級(jí)。由于超聲波指向性強(qiáng)，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播距離遠(yuǎn)，因而超聲波可以用于距離的測(cè)量。利用超聲波檢測(cè)距離，設(shè)計(jì)較方便，計(jì)算處理也較簡(jiǎn)單，并且在測(cè)量精度方面也能達(dá)到要求。超聲波發(fā)生器可以分為2類：一類是用電氣方式產(chǎn)生超聲波；二是用機(jī)械方式產(chǎn)生超聲波。該課題屬于近距離測(cè)量，可以采用常用的壓電式超聲波換能器來(lái)實(shí)現(xiàn)。5利用超聲波測(cè)距原理，測(cè)量低速行駛車輛與飛機(jī)的距離，當(dāng)車輛與

14、飛機(jī)的距離小于安全距離時(shí)，發(fā)出聲光報(bào)警，并顯示車輛與飛機(jī)之間的距離，提醒駕駛員及時(shí)采取減速、制動(dòng)等措施，從而達(dá)到避免車輛與飛機(jī)碰撞，拖掛等事故。整個(gè)系統(tǒng)由超聲波發(fā)射、超聲波接收、51單片機(jī)系統(tǒng)和聲光報(bào)警、距離顯示等設(shè)備組成，如下圖所示： 超聲波測(cè)距報(bào)警裝置原理框圖發(fā)射部分由高頻振蕩器、單脈沖發(fā)生器、編碼調(diào)制器、功率放大器及超聲換能器組成。單脈沖發(fā)生器在振蕩器的每個(gè)周期內(nèi)都被觸發(fā)，產(chǎn)生固定脈寬的脈沖序列，來(lái)自單片機(jī)的編碼信號(hào)對(duì)脈沖序列進(jìn)行編碼調(diào)制，經(jīng)功率放大后，通過(guò)超聲換能器發(fā)射超聲波。接收部分由超聲換能器、接收放大器和編碼解調(diào)器組成。接收到的超聲波反射信號(hào)經(jīng)超聲波換能器轉(zhuǎn)換、放大、解調(diào)后，送到

15、單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行處理，并通過(guò)距離顯示車輛與飛機(jī)之間的距離，當(dāng)該距離小于設(shè)定的告警距離時(shí)，啟動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)報(bào)警。在多臺(tái)車輛同時(shí)作業(yè)時(shí)，某臺(tái)車輛發(fā)射的超聲波信號(hào)可能被其它車輛接收，從而因造成系統(tǒng)混亂而產(chǎn)生誤報(bào)。為解決這一問(wèn)題，系統(tǒng)對(duì)不同的車輛進(jìn)行不同的編碼調(diào)制，使每輛車只能接收到其本身發(fā)射的信號(hào)。6為有效消除干擾，編碼解調(diào)采用積累檢測(cè)解調(diào)。系統(tǒng)中的發(fā)射和接收部分由單片機(jī)控制輪流工作。在單片機(jī)編碼發(fā)送完畢后，即轉(zhuǎn)入接收狀態(tài)，同時(shí)關(guān)閉發(fā)射部分的單脈沖發(fā)生器；當(dāng)接收一定時(shí)間后再轉(zhuǎn)入發(fā)射狀態(tài)重發(fā)編碼時(shí)，同時(shí)關(guān)閉接收放大器。因此，為保證測(cè)距正確，接收時(shí)間必須根據(jù)實(shí)際量程來(lái)限制時(shí)，眾所周知，聲波傳播的距離s，速度c

16、及傳播時(shí)間t之間的關(guān)系為：s=c×t，若系統(tǒng)量程為5m，則接收時(shí)間t應(yīng)滿足：t=2*5/340=29.4ms4.硬件方案設(shè)計(jì)41 系統(tǒng)設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用at89s51單片機(jī)作為主控制器，用動(dòng)態(tài)掃描法實(shí)現(xiàn)led數(shù)字顯示，超聲波驅(qū)動(dòng)信號(hào)用單片機(jī)的定時(shí)器和計(jì)數(shù)器來(lái)完成，超聲波測(cè)距器的系統(tǒng)框圖如下所示：超聲波測(cè)距器系統(tǒng)的框圖圖中的單片機(jī)at89s51用來(lái)協(xié)調(diào)各個(gè)單元，超聲波接收電路用來(lái)接收要接收的信號(hào)，超聲波發(fā)射電路用來(lái)發(fā)射需要發(fā)射的信號(hào)，存儲(chǔ)器用來(lái)存儲(chǔ)接收的信號(hào)，用數(shù)碼管led顯示距離。42 芯片at89s51介紹421 at89s51單片機(jī)的概述由于此單片機(jī)應(yīng)用于測(cè)距儀上，所以本設(shè)計(jì)選用了低

17、功耗、低價(jià)格，小管腳（40腳）的at89s51單片機(jī)，如下圖所示：7at89s51芯片引腳圖at89s51是一個(gè)低功耗，高性能cmos8位單片機(jī)，器件采用atmel公司的高密度，非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)mcs-51指令系統(tǒng)及80s51引腳結(jié)構(gòu)，at89s51具有40個(gè)引腳，4kbytes flash片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，128bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ram），32個(gè)外部雙向輸入/輸出口（i/o）口，5個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)2層中斷嵌套中斷，2個(gè)16位可編程定時(shí)器計(jì)數(shù)器，2個(gè)全雙工串行通行口，看門狗（wdt）電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。422 引腳功能介紹vcc：電源電壓8gnd：地p0口：p0口是一組

18、8位漏極開(kāi)路型雙向i/o口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口，作為輸出口用時(shí)，每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè)ttl。 邏輯門電路，對(duì)端口寫(xiě)“1”可作為高阻抗輸入端用 在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問(wèn)期間激活內(nèi)部上拉電阻。 在flash編程時(shí)，p0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。 p1口：p1是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口，p1的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)ttl邏輯門電路，對(duì)端口寫(xiě)“1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出

19、一個(gè)電流（iil）。flash編程和程序校驗(yàn)期間，p1接收低8位地址。p1口的功能端口引腳第二功能p1.5mosi(用于isp編程)p1.6miso(用于isp編程)p1.7sck(用于isp編程)9p2口：p2口是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙工i/o口，p2的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)ttl邏輯門電路，對(duì)端口寫(xiě)“1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流（iil）。 flash編程或校驗(yàn)時(shí)，p2亦接收高位地址和其它控制信號(hào)。p3口：p3口是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向工i/o口，p3口輸

20、出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)ttl邏輯門電路。對(duì)p3口寫(xiě)入“1”時(shí)，它們被內(nèi)部的上拉電阻拉高并可作為輸入端口，作輸入端時(shí)，被外部拉低的p3口將用上拉電阻輸出電流（iil）。 p3口除了作為一般的i/o口外，更重要的用途是它的第二功能，如下表所示：rst：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，rst引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。wdt溢出將使該引腳輸出高電平，設(shè)置sfrauxr的disrto位（地址8eh）可打開(kāi)或關(guān)閉該功能，disrto位缺省為reset輸出高電平打開(kāi)狀態(tài)。10ale/prog：當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ale（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字

21、節(jié)。即使不訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器，ale仍以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的正脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)的目的。要注意的是：每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè)ale脈沖。ea/vpp：外部訪問(wèn)允許。欲使cpu僅訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器（地址為0000h-ffffh），ea端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位lb1被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存ea端狀態(tài)。 如ea端為高電平（接vcc端），cpu則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。 flash存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上+12v的編程電壓vpp。psen：程序儲(chǔ)存允許（psen）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)at89s51由外部程序存儲(chǔ)器取指令（

22、或數(shù)據(jù)時(shí)），每個(gè)機(jī)器周期為兩次psen有效，即輸出兩個(gè)脈沖。當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，沒(méi)有兩次有效的psen信號(hào)。xtal1：振蕩器反相放大器及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。xtal2：振蕩器反相放大器的輸出端。43 測(cè)距顯示電路的設(shè)計(jì) led數(shù)碼顯示管有兩種，一種是共陽(yáng)極數(shù)碼管，其內(nèi)部是由八個(gè)陽(yáng)極相連接的發(fā)光二級(jí)管組成；另一種是共陰極數(shù)碼管，其內(nèi)部是由四個(gè)陰極相連接的發(fā)光二極管組成。二者原理不同但功能相同。其外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示：11led的管腳和電路原理 共陰極led數(shù)碼顯示塊的發(fā)光二極管陰極連接在一起，形成該模塊的公共端（通常稱為位選端），因此稱為共陰極led數(shù)碼顯示器，8個(gè)數(shù)碼管的另一端通常稱

23、為段選端，當(dāng)顯示器的公共端接低電平，某個(gè)發(fā)光二極管的陽(yáng)極接高電平時(shí)，該發(fā)光二極管被點(diǎn)亮；而共陽(yáng)極led數(shù)碼顯示管是將二極管的陽(yáng)極連接在一起，形成共陽(yáng)極led數(shù)碼顯示塊的公共端，該公共端必須接高電平，同理在共陽(yáng)極led數(shù)碼顯示塊中如某個(gè)發(fā)光二極管的陰極為低電平時(shí)，該發(fā)光二極管被點(diǎn)亮。 用單片機(jī)驅(qū)動(dòng)led數(shù)碼管分為靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示。 靜態(tài)顯示就是顯示驅(qū)動(dòng)電路具有鎖存功能，單片機(jī)將所要顯示的數(shù)據(jù)送出后就不再控制led，直到下次顯示時(shí)再傳送一次新的顯示數(shù)據(jù)。靜態(tài)顯示的數(shù)據(jù)穩(wěn)定，占用的cpu時(shí)間少。靜態(tài)顯示中，每個(gè)顯示器都要占用單獨(dú)的具有鎖存功能的i/o接口，該接口用于筆劃段字型代碼。這樣單片機(jī)只要把

24、顯示的字形代碼發(fā)送到接口電路，該字段就可以顯示發(fā)送的字型。顯示新的數(shù)據(jù)時(shí)，單片機(jī)再發(fā)送新的數(shù)據(jù)。12 另一種方法是動(dòng)態(tài)掃描顯示。由于單片機(jī)本生具有較強(qiáng)的邏輯控制能力，所以采用動(dòng)態(tài)掃描軟件譯碼并不復(fù)雜。而且軟件譯碼其譯碼邏輯可隨意編程設(shè)定，不受硬件譯碼邏輯限制，采用動(dòng)態(tài)掃描軟件譯碼地方式能大大簡(jiǎn)化硬件電路結(jié)構(gòu)，降低系統(tǒng)成本，它用分時(shí)的方法輪流控制各個(gè)顯示器的com端，使各個(gè)顯示器輪流點(diǎn)亮。在輪流點(diǎn)亮掃描過(guò)程中，每位顯示器的點(diǎn)亮?xí)r間極為短暫，但由于人的視覺(jué)暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)。 靜態(tài)顯示數(shù)據(jù)穩(wěn)定，占用很少的cpu時(shí)間，但每個(gè)顯示單元都要單獨(dú)的顯示驅(qū)動(dòng)電路

25、，使用的電路硬件較少；動(dòng)態(tài)顯示需要cpu時(shí)刻對(duì)顯示器件進(jìn)行數(shù)據(jù)刷新，顯示數(shù)據(jù)有閃爍感，占用的cpu時(shí)間多，但使用的硬件少，能節(jié)省線路板空間。 本設(shè)計(jì)的顯示電路采用四個(gè)共陽(yáng)led四位數(shù)碼管，位碼用pnp三極管驅(qū)動(dòng)。如下圖所示：測(cè)距顯示電路44 超聲波發(fā)射電路的設(shè)計(jì)發(fā)射電路主要由74ls04和超聲波換能器構(gòu)成，單片機(jī)p1.0端口輸出40khz方波信號(hào)一路經(jīng)一級(jí)反向器后送到超聲波換能器的一個(gè)電極，另一路經(jīng)兩級(jí)反向器后送到超聲波換能器的另一個(gè)電極，用這種推挽形式將方波信號(hào)加到超聲波換能器兩端可以提高發(fā)射強(qiáng)度，如下圖所示。13超聲波發(fā)射電路45 超聲波接收電路的設(shè)計(jì)超聲波接收電路主要由cx20106a和

26、超聲波換能器構(gòu)成，cx20106a是一款紅外的專用芯片，考慮到紅外遙控常用的載波頻率38kh與測(cè)距的超聲波頻率40khz較為接近，故利用它制作超聲波檢測(cè)接收電路，如下圖所示。超聲波接收電路1445 探測(cè)電路的設(shè)計(jì) 物體探測(cè)電路可以用光電傳感器來(lái)制作。但光電傳感器不能探測(cè)透明的物體，紅外線傳感器在探測(cè)物體時(shí)需要有像人和動(dòng)物那樣與周圍有一定的溫度差這個(gè)條件。超聲波傳感器則不受這些條件的限制，對(duì)于透明的或其它物體都可以探測(cè)，超聲波傳感器探測(cè)物體由直接方式和反射探測(cè)方式。 直接探測(cè)方式的接收/發(fā)射器要相互配置，如果接收到超聲波（有信號(hào)電壓）時(shí)，說(shuō)明接收/發(fā)射器中間沒(méi)有被測(cè)物體。反之，接收不到超聲波（無(wú)

27、電壓信號(hào)）時(shí)，則中間有被測(cè)物體。發(fā)射探測(cè)方式的接收/發(fā)射器可以較近配置，有反射波時(shí)，說(shuō)明存在被測(cè)物體，發(fā)射探測(cè)方式的接收/發(fā)射器有單獨(dú)使用與共用兩種方式，共用方式就是一個(gè)超聲波傳感即用作接收器，也用作發(fā)送器，但需要收發(fā)切換電路。5.軟件方案設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)就是以at89s51單片機(jī)為核心。它采用模塊化設(shè)計(jì)，由主程序、發(fā)射子程序、接收子程序、定時(shí)子程序、顯示子程序等模塊組成。該系統(tǒng)的主程序處于鍵控循環(huán)工作方式下，當(dāng)按下測(cè)量鍵時(shí)，主程序開(kāi)始調(diào)用發(fā)射子程序、查詢接收子程序、定時(shí)子程序，并把測(cè)量結(jié)果用顯示子程序在數(shù)碼管上顯示出來(lái)。雖然用一個(gè)單獨(dú)計(jì)時(shí)器電路也可以測(cè)量超聲波的傳輸時(shí)間，但利用at89s51單片機(jī)

28、可以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，便于操作和直觀讀數(shù)。為了增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性，應(yīng)在軟硬件上采用 一些特殊措施。主程序框圖如下所示：15主程序框圖超聲波發(fā)生子程序的作用是通過(guò)p1.0端口發(fā)送2個(gè)左右的超聲波信號(hào)頻率約40khz的方波，脈沖寬度為12us左右，同時(shí)把計(jì)數(shù)器t0打開(kāi)進(jìn)行計(jì)時(shí)。超聲波測(cè)距器主程序利用外中斷0檢測(cè)返回超聲波信號(hào)，一旦接收到返回超聲波信號(hào)（int0引腳出現(xiàn)低電平），立即進(jìn)入中斷程序。進(jìn)入中斷后就立即關(guān)閉計(jì)時(shí)器t0停止計(jì)時(shí)，并將測(cè)距成功標(biāo)志字賦值1。如果當(dāng)計(jì)時(shí)器溢出時(shí)還未檢測(cè)到超聲波返回信號(hào)，則定時(shí)器t0溢出中斷將外中斷0關(guān)閉，并將測(cè)距成功標(biāo)志字賦值2以表示此次測(cè)距不成功。16定時(shí)中斷服務(wù)子程序完

29、成三方向超聲波的輪流發(fā)射，外部中斷服務(wù)子程序主要完成時(shí)間值的讀取、距離計(jì)算、結(jié)果的輸出等工作，如下圖所示：定時(shí)中斷子服務(wù)子程序 外部中斷服務(wù)子程序 軟件程序見(jiàn)附錄二176調(diào)試61 硬件調(diào)試當(dāng)設(shè)計(jì)好硬件電路之后，在protues中畫(huà)好電路圖，然后進(jìn)行調(diào)試。在進(jìn)行調(diào)試之前，先與設(shè)計(jì)的硬件電路圖對(duì)照一下，看有沒(méi)有畫(huà)錯(cuò)，都確定之后調(diào)試，調(diào)試無(wú)誤之后，即可在萬(wàn)能板上焊接。當(dāng)焊接的時(shí)候，仔細(xì)對(duì)照仿真圖，焊接完了之后再檢查一遍，看有沒(méi)有多焊、漏焊以及錯(cuò)焊等情況。在檢查的過(guò)程中要預(yù)防集成片cx20106a與超聲波接收電路中的超聲波接收傳感器r的管腳接錯(cuò)了，同時(shí)在檢查的時(shí)候要注意硬件電路中各管腳是否有焊接在一起

30、的情況，若有錯(cuò)誤改正即可。在調(diào)試的過(guò)程中，我發(fā)現(xiàn)沒(méi)什么現(xiàn)象，經(jīng)過(guò)查閱資料，我發(fā)現(xiàn)超聲波發(fā)射和接收電路中所使用的傳感器t/r40-16（t發(fā)射/r接收）在焊接時(shí)應(yīng)保持兩傳感器的中心軸線并行并相距4-8cm，而我在焊接時(shí)并無(wú)注意，改正之后，繼續(xù)檢查，又發(fā)現(xiàn)超聲波接收電路中的超聲波接收傳感器的正極端接地了，改正后再經(jīng)檢測(cè)沒(méi)有什么太大問(wèn)題。62 軟件調(diào)試在keil軟件中輸入軟件程序，當(dāng)軟件程序的主程序以及各部分子程序都編完之后，進(jìn)行軟件編譯。在編譯的過(guò)程中，下面提示框中提示有幾個(gè)錯(cuò)誤，找到相應(yīng)的錯(cuò)誤區(qū)域之后，再對(duì)比之前的程序，發(fā)現(xiàn)在輸入程序的時(shí)候出現(xiàn)了錯(cuò)誤，對(duì)比改正之后再進(jìn)行編譯，發(fā)現(xiàn)沒(méi)有錯(cuò)誤。186

31、3 軟、硬件聯(lián)合調(diào)試 當(dāng)做好硬件、軟件調(diào)試之后，把它們連接到一起整體調(diào)試。把軟件的程序下到at89s51中，觀察現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)喇叭響，由于在做實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，器件不是很完善，不能做進(jìn)一步的檢查，數(shù)碼管上有相應(yīng)的數(shù)字顯示，有一定的誤差，我再檢查一下各個(gè)接口，發(fā)現(xiàn)有些沒(méi)有接好，有一定的縫隙，改正之后有一定改善，但還是存在誤差（在誤差范圍內(nèi)）。197.技術(shù)小結(jié)這次課程設(shè)計(jì)老師采用的是一人一題的做法，所以這次是真正意義上的獨(dú)立完成。相比之前分工合作有利也有弊，一個(gè)人完成課程設(shè)計(jì)，沒(méi)有人相互討論，什么都靠自己很迷茫，但自己可以學(xué)習(xí)到多方面的東西。雖然之前有接觸過(guò)一些protues和keil，但不是很熟，在這次

32、課程設(shè)計(jì)中，很感謝很多同學(xué)的幫助，讓我對(duì)protues和keil的基本用法了解透徹。我發(fā)現(xiàn)有時(shí)一個(gè)人的課程設(shè)計(jì)會(huì)讓自己吸收到之前很多沒(méi)有了解的知識(shí)。在本次課程設(shè)計(jì)中，也接觸到了很多之前沒(méi)有用過(guò)的器件，通過(guò)同學(xué)的幫助和百度，讓我順利的完成了本次課程設(shè)計(jì)。超聲波測(cè)距器在人們的生活開(kāi)車中是一個(gè)很有用的器件，通過(guò)這次我了解到它可以提醒駕駛員倒車時(shí)有效地避開(kāi)可能對(duì)倒車造成危害的障礙物和行人，從而有效避免由于倒車造成的汽車碰撞或擦傷經(jīng)濟(jì)損失和人身安全問(wèn)題，其實(shí)在生活中還有很多這樣實(shí)用的器件。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我發(fā)現(xiàn)我們專業(yè)可以開(kāi)發(fā)出很多實(shí)用的器件來(lái)保證大家的生活更加好，讓我對(duì)我們專業(yè)更多了一份了解和喜愛(ài)，

33、也激起了我的興趣，我會(huì)繼續(xù)努力充實(shí)自己，鍛煉自己動(dòng)手能力，為以后能夠有機(jī)會(huì)設(shè)計(jì)好的作品奠定基礎(chǔ)。208.參考文獻(xiàn)1 賈伯年. 傳感器技術(shù).南京：東南大學(xué)出版社.20002 閻石. 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ).北京：高等教育出版社.19983 趙晶. protel 99高級(jí)應(yīng)用.北京：人民郵電出版社.20004 周學(xué)毛. 匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì).北京：高等教育出版社.19975 李葉紫. mcs-51單片機(jī)應(yīng)用教程.北京：清華大學(xué)出版社.20026 馬西秦. 自動(dòng)檢測(cè)技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社.20027 樓然苗. 51系列單片機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)例.北京：北京航空航天大學(xué)出版社.19998 羅萬(wàn)鈞. 匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì).陜

34、西：西安電子科技大學(xué)出版社.19959 馬彪. 單片機(jī)應(yīng)用技術(shù).北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社.201010 張謙琳. 超聲波檢測(cè)原理和方法.中國(guó)科技大學(xué)出版社.199311 占操.梁厚琴.曹燕.單片機(jī)系統(tǒng)中的軟件抗干擾技術(shù).電子技術(shù).200312 蘇長(zhǎng)贊. 紅外線與超聲波遙控.人民郵電出版社.1993219.附錄附錄一：22硬件電路圖附錄二：軟件程序中斷入口程序org 0000hljmp startorg 0003h ljmp pint0org 000bh retiorg 0013h retiorg 001bh ljmp intt1org 0023h retiorg 002bh reti主程序sta

35、rt: mov sp,#4fh mov r0,#40h23 mov r7,#0bhcleardisp: mov r0,#00h inc r0 djnz r7,cleardisp mov 20h,#00h mov tmod,#11h mov th0,#00h mov tl0,#00h mov th1,#00h mov tl1,#00h mov p0,#0ffh mov p1,#0ffh mov p2,#0ffh mov p3,#0ffh mov r4,#04h setb px0 setb et1 setb ea setb tr1start1: lcall display jnb 00h,star

36、t1 clr ea24 lcall work clr ea mov r2,#32h loop: lcall display djnz r2,loop clr 00h setb et0 mov th0,00h mov tl0,00h setb tr1 setb ea sjmp start1中斷程序intt1: clr ea clr tr0 clr ex0 mov th0,#00h mov tl0,#00h mov th1,#00h mov tl1,#00h setb et025 setb ea setb tr0intt11: cpl c nop nop nop nop nop nop nop n

37、op nop djnz r4,intt11 mov r4,#04h lcall delay_250 setb ex0retiout: retipint0: nop jb p3.2,pint0_exit clr tr0 clr ea clr ex026 mov 44h,tl0 mov 45h,th0 mov th0,#00h mov tl0,#00h jnb p3.2,$ setb 00hpint0_exit: reti顯示程序display: mov r1,#40h mov r5,#7fhplay: mov a,r5 mov p0,#0ffh mov p2,a mov a,r1 mov dpt

38、r,#tab movc a,a+dptr mov p0,a lcall dl1ms inc r1 mov a,r5 jnb acc.4,endout27 rr a mov r5,a ajmp playendout: mov p2,#0ffh mov p0,#0ffh rettab: db 18h, 7bh, 2ch, 29h, 4bh, 89h, 88h, 3bh, 08h, 09h, 0ffh延時(shí)程序dl1ms: push 06h push 07h mov r6,#14hdl1: mov r7,#19hdl2: djnz r7,dl2 djnz r6,dl1 pop 07h pop 06h ret距離計(jì)算程序work: push acc push psw28 push b mov psw,#18h mov r3, 45h mov r2, 44h mov r1, #00d mov r0,#17d lcall mul2by2 mov r3, #03h mov r2,#0e8h lcall div4by2 lcall div4by2 mov 40h,r4 mov a,40h jnz jj0 mov 40h,#0