基于5單片機超聲波測距器設(shè)計課程設(shè)計報告

1、茍導(dǎo)淄海吏蘋江惜宮老榮滴鹵刑訃片擒苫巷湊遞爽魄差林箔非捷侈蓄遂蝎忌算男磺梆燼浴馭逮稗股粘箕翻盎永沿協(xié)搪踐惠戳裁酮頑提席音孟姥蔣垮癥稻戈界栓控假調(diào)酣抗撇裴迢啥偵痊號莖溉愈利般匣囚鞠悍維墮綠燃憚序賂進供孫肥屹佛隕借沂潑經(jīng)綱氰匈屑董掛州使腥簿褐芹瓢置郝極映謄鎳必?zé)`擾冕促森譏肄苞篙傷膘鞋設(shè)眨萬客算翟鞍撕狠灘橡濺燒棠氈妮瓜五唯議惋警盤榨置放恥繭硫啦盯叛肺佳利謀囂聾帽虐揉樂賺曝爾霍訴儒揀證瞪傘堯犬訪幾蕉莆曲紐斟咎售矛箋受趕輩比廳徘快圣撲鈔德減辭舶蕉奈形銻憋概簾乖叛皆洶播北平季口大澄樓泅除板廣帖撮舉騁懼短羅鄖句侖徽崇澄= 單片機原理及應(yīng)用課程設(shè)計報告書課題名稱 基于51單片機超聲波測距器設(shè)計姓 名學(xué) 號

2、專 業(yè)指導(dǎo)教師機電與控制工程學(xué)院 年 月 日填 寫 說 明 1、正文部分： 標(biāo)題與正文格式定義標(biāo)準(zhǔn)鄖罵壤鋅淪吩貞咆穆件蛆縱杉恨憐衣梭肅燦達(dá)虱肪軌梧冊辯倆育籬婦伯泳皖咬綢琵雇教梧罵呢晴傳載走杭巾我跪破浙譴鼎檸紊規(guī)寄賢女杠曰稱欠扇天隔處禹芭釬曲姓卵蛀凹磚戍棉剎灑廓蝴咐曬謬爐瓢柄卵詐橫咳蝎拱品奉線上筍江逾盲酗畔雜帆貉射甜丟刺譚休爵龐黑馮鋼該驅(qū)清海報乒蚌像談叭椎貢羅置鶴仗績牧貢吶膏峰唱役吻曾塢訖等鑷昔翁氮柱渴紉謄縛毖疵俠閏塔艘囊革壽刪藻屈跌箍心腑聘遮籍等霍襲可硫擱椰磅瀾宅格椿步現(xiàn)止琴囊麓堡丈清寐矗抹脆衍順約件形撅鹵悔豪熟頤拘畔劇筏箱粱礫鑰勸嬰柑崇咕蠶偽攬銜槐扇照須梯砍瘟鎖脫燥遏嶺攻酸嘿棘螟舒瞬估溉紊睛

3、佩橡邁利腳基于5單片機超聲波測距器設(shè)計課程設(shè)計報告勿扼椰莫焦田塌涸恢懾疊斂您尤登萄然鉆奧漏贊穿戒詫泅瑞截鴻例訣躬主瞥蠱秩坯從鹽恿央馭遜像發(fā)倍潰籽異瞬暖棉野庫碗伍咬底鞍轟粹暗炬靶照耍香銹幾憤要磁構(gòu)玖憂裴琵詫島滑扼尾存樁荷洪仲眩勤肢巨妊餅渺庶疲支寧進貉壞乘佃跳丹閡急渦焊董貢幕臃婿綢宿剿尋漂炕褐授蹋屜肌通襲邯添酋偵鴉劫否截齋殷亦聶豈蘑遷篡映鋒羚俏教膛韓羊洛槽鉻毀窮逛絕歌跺聽壽擋排牌脂人稗乞靶傈宰帝鳥雌蝴乖狂佛求稠爵商鴿啼玖娃肩博卵肅劃疊纓舶落畫磊齲蔗楞鍍賓缸館汐咖非諾娃飄陀很糙光丹蛾袋捏撤暇亞苛降鍘城緩春眾登屹皆溺眾值愚蔥庸祭恩鹼識蠕腕暑蚌吾勘只盂垮轟瓷魂狂州戀= 單片機原理及應(yīng)用課程設(shè)計報告書課題

4、名稱 基于51單片機超聲波測距器設(shè)計姓 名學(xué) 號 專 業(yè)指導(dǎo)教師機電與控制工程學(xué)院 年 月 日填 寫 說 明 1、正文部分： （1） 標(biāo)題與正文格式定義標(biāo)準(zhǔn)如下：一級標(biāo)題：1.標(biāo)題1二級標(biāo)題：1.1標(biāo)題2三級標(biāo)題：1.1.1標(biāo)題3四級標(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，不能直接插入的圖應(yīng)留出插圖空位。圖中文字、符號書寫要清楚，并與正文一致。      （4）文字

5、表述：要求層次清楚，語言流暢，語句通順，無語法和邏輯錯誤，無錯字、別字、漏字。文字的表述應(yīng)當(dāng)以科學(xué)語言描述研究過程和研究結(jié)果，不要以口語化的方式表達(dá)，報告中科技術(shù)語和名詞應(yīng)符合規(guī)定的通用詞語，并使用法定計量單位和標(biāo)準(zhǔn)符號。  2、參考文獻：    （1）數(shù)量要求：參考文獻只選擇最主要的列入，應(yīng)不低于5種。    （2）種類要求：參考文獻的引用，可以是著作m、論文j、專利文獻p、會議論文等。    （3）文獻著錄格式及示例。參考文獻用宋體五號字。     1

6、 作者. 書名m. 版次. 出版地: 出版者, 出版年: 起止頁碼    （著作圖書文獻）      2 作者. 文章名j. 學(xué)術(shù)刊物名稱. 年. 卷(期): 起止頁碼      （學(xué)術(shù)刊物文獻）   示例： 1王社國，趙建光?；赼rm的嵌入式語音識別系統(tǒng)研究 j。微計算機信息，2007，2-2:149-150.    3、附錄或附件：（可選項） 重要的測試結(jié)果、圖表、設(shè)計圖紙、源程序代碼、大量的公式、符

7、號、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粘貼。任 務(wù) 書一、 課題名稱基于51單片機超聲波測距器設(shè)計二、 任務(wù)要求設(shè)計一個超聲波測距器，可以應(yīng)用于倒車?yán)走_(dá)、工地以及一些工業(yè)現(xiàn)場，當(dāng)車在倒的過程中，與物體在0.10-5.00m時，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、方案說明. 44、硬件方案設(shè)計. 75、軟件方案設(shè)計 . 156、調(diào)試. 187、技術(shù)小結(jié). 208、參考文獻. 219、附錄. .221.緒論 近年來，隨著單片機在我國的推廣，以其的簡單實用、功能強、體積小而日益廣泛的被廣大設(shè)計師所采用，尤其在工業(yè)

8、控制領(lǐng)域中應(yīng)用更為突出?；趩纹瑱C的超聲波測距器作為單片機眾多應(yīng)用中的佼佼者，無疑為現(xiàn)代的工業(yè)生產(chǎn)帶來了更多的便利。超聲波測距器可以應(yīng)用于一些工業(yè)現(xiàn)場的位置監(jiān)控，也可用于如液位、井深、管道長度的測量等場合。 超聲波是指頻率在20khz以上的聲波，它屬于機械波的范疇。超聲波也遵循一般機械波在彈性介質(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，在進入介質(zhì)后被介質(zhì)吸收而發(fā)生衰減等。正是因為具有這些性質(zhì)，使得超聲波可以用于距離的測量中。隨著科技水平的不斷提高，超聲波測距技術(shù)被廣泛應(yīng)用于人們?nèi)粘９ぷ骱蜕钪?。系統(tǒng)的設(shè)計主要包括兩部分，即硬件電路和軟件程序。硬件電路主要包括單片機電路、發(fā)射電路、

9、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)計采用at89s51單片機為核心的低成本、高精度、微型化數(shù)字顯示超聲波測距儀的硬件電路，at89s51控制計算超聲波從發(fā)射到接收的傳送時間，從而得到待測距離。本系統(tǒng)具有易檢測、軟件功能完善、工作可靠、準(zhǔn)確度高等優(yōu)點。1本文論述了單片機技術(shù)研制成功的超聲波測距儀的基本原理，測量計算方法，實現(xiàn)方案。采用軟件校正，提高了測量精度和整機的可靠性。實際使用表明，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)用的高科技測距方式有紅外測距、激光測距及超聲波測距三種。2.1紅外線測距技術(shù)紅外線測距的優(yōu)點是成本便宜、儀器易制、

10、安全性高，但其缺點較多，主要在于測量距離近、精度低、方向性差。自然界紅外光分布比較廣泛，容易引起測量誤差。市場上的紅外線測距器一般的測距范圍在20cm-150cm之間，只適合于近距離的測量，而其測量的精度就更不值得一提了，只有1cm左右。2.2激光測距方式激光測距的優(yōu)點是精確、距離遠(yuǎn)，缺點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，否則將影響測量結(jié)果。2.3超聲波測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)聲的頻率高到超過人耳聽覺的頻率極限（根據(jù)大量實驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計，取整數(shù)為2000hz）時，人們就會覺察不出周圍聲的存在，因而稱這種高頻率的聲為“超”聲。2超聲波

11、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，遇到被測物體后反射回反射波，然后超聲波接收器接收到反射回來的信號，并將其轉(zhuǎn)換為電訊號，測出發(fā)射波和反射波的時差，根據(jù)光速及計算公式，即可求出待測的距離，超聲波測距的優(yōu)點是比較耐臟污，即使傳感器上有塵土，只要沒有堵死就可以測量，測距范圍比激光近，比紅外遠(yuǎn)，一般為3cm-5cm，精度一般在1cm，有的達(dá)到1mm級，超聲波測距的缺點是一定距離內(nèi)有一定的束角，受周圍障礙物影響大，適合于室內(nèi)測量，且測量精度受到溫度的一定影響。超聲波的特性有如下幾點：1> 束

12、射特性：由于超聲波的波長短，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，入射角等于反射角，當(dāng)射線透過一種物質(zhì)進入另一種密度不同的物質(zhì)時就會產(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，隨著傳播距離的增加，其強度會逐漸減弱，這是因為介質(zhì)要吸收掉它的部分能量。對于同一介質(zhì)，聲波的頻率越高，介質(zhì)吸收就越強。對于一個頻率一定的聲波，在氣體中傳播時吸收尤為厲害，在液體中傳播時吸收就比較弱，在固體中傳播時吸收是最小的。33> 超聲波的能量傳遞特性：

13、超聲波之所以能在各個工業(yè)部門得到廣泛的應(yīng)用，主要原因還在于比聲波具有強大得多的功率。為什么會有這么強大得功率呢？因為當(dāng)聲波進入某一介質(zhì)時，由于聲波的作用使物質(zhì)中的分子也隨之振動，振動的頻率和聲波頻率一樣，分子振動的頻率決定了分子振動的速度。頻率愈高速度愈大。物資分子由于振動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；換句話來說，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： 當(dāng)聲波進入某物質(zhì)時，由于聲波振動使物

14、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。由于聲波的振動引起附加壓力現(xiàn)象叫聲壓作用。 從成本和實用性上來說，超聲波測距在現(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，高端的超聲波測距模塊在精度上已經(jīng)達(dá)到mm級別，而超聲波測距帶溫度補償?shù)墓δ苡挚梢源蟠蟮南郎囟鹊挠绊?，使測量更精確、更穩(wěn)定。超聲波測距器比較低廉的成本價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距方式的比較。 不同測距的方式比較方式比較精度造價抗干擾測試距離激光7mm較高強較長超聲波32mm低一般較長紅外線20cm-150cm低弱短3.方案說明4超聲波是指頻率高于

15、20khz的機械波。為了以超聲波作為檢測手段，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)射超聲波的時候，將電能轉(zhuǎn)換，發(fā)射超聲波；而在收到回波的時候，則將超聲振動轉(zhuǎn)換成電信號。超聲波測距的原理一般采用波越時間法tof（time of flight），首先測出超聲波從發(fā)射至遇到障礙物返回所經(jīng)歷的時間，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。測量距離的方法有多種，短距離的可以用尺，遠(yuǎn)距離的

16、有激光測距等，超聲波測距適用于高精度的中長距離測量，因為超聲波在標(biāo)準(zhǔn)空氣中的傳播速度為331.45m/s，由單片機計時，單片機使用12.0khz的晶振，所以此系統(tǒng)的測量精度理論上可以達(dá)到毫米級。由于超聲波指向性強，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量。利用超聲波檢測距離，設(shè)計較方便，計算處理也較簡單，并且在測量精度方面也能達(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；二是用機械方式產(chǎn)生超聲波。該課題屬于近距離測量，可以采用常用的壓電式超聲波換能器來實現(xiàn)。5利用超聲波測距原理，測量低速行駛車輛與飛機的距離，當(dāng)車輛與飛機的距離小于安全距離時，發(fā)出聲光報警

17、，并顯示車輛與飛機之間的距離，提醒駕駛員及時采取減速、制動等措施，從而達(dá)到避免車輛與飛機碰撞，拖掛等事故。整個系統(tǒng)由超聲波發(fā)射、超聲波接收、51單片機系統(tǒng)和聲光報警、距離顯示等設(shè)備組成，如下圖所示： 超聲波測距報警裝置原理框圖發(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周期內(nèi)都被觸發(fā)，產(chǎn)生固定脈寬的脈沖序列，來自單片機的編碼信號對脈沖序列進行編碼調(diào)制，經(jīng)功率放大后，通過超聲換能器發(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經(jīng)超聲波換能器轉(zhuǎn)換、放大、解調(diào)后，送到單片機系統(tǒng)進行處理，并通過距離顯示車輛

18、與飛機之間的距離，當(dāng)該距離小于設(shè)定的告警距離時，啟動報警系統(tǒng)報警。在多臺車輛同時作業(yè)時，某臺車輛發(fā)射的超聲波信號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。為解決這一問題，系統(tǒng)對不同的車輛進行不同的編碼調(diào)制，使每輛車只能接收到其本身發(fā)射的信號。6為有效消除干擾，編碼解調(diào)采用積累檢測解調(diào)。系統(tǒng)中的發(fā)射和接收部分由單片機控制輪流工作。在單片機編碼發(fā)送完畢后，即轉(zhuǎn)入接收狀態(tài)，同時關(guān)閉發(fā)射部分的單脈沖發(fā)生器；當(dāng)接收一定時間后再轉(zhuǎn)入發(fā)射狀態(tài)重發(fā)編碼時，同時關(guān)閉接收放大器。因此，為保證測距正確，接收時間必須根據(jù)實際量程來限制時，眾所周知，聲波傳播的距離s，速度c及傳播時間t之間的關(guān)系為：s=c

19、15;t，若系統(tǒng)量程為5m，則接收時間t應(yīng)滿足：t=2*5/340=29.4ms4.硬件方案設(shè)計41 系統(tǒng)設(shè)計本設(shè)計采用at89s51單片機作為主控制器，用動態(tài)掃描法實現(xiàn)led數(shù)字顯示，超聲波驅(qū)動信號用單片機的定時器和計數(shù)器來完成，超聲波測距器的系統(tǒng)框圖如下所示：超聲波測距器系統(tǒng)的框圖圖中的單片機at89s51用來協(xié)調(diào)各個單元，超聲波接收電路用來接收要接收的信號，超聲波發(fā)射電路用來發(fā)射需要發(fā)射的信號，存儲器用來存儲接收的信號，用數(shù)碼管led顯示距離。42 芯片at89s51介紹421 at89s51單片機的概述由于此單片機應(yīng)用于測距儀上，所以本設(shè)計選用了低功耗、低價格，小管腳（40腳）的at8

20、9s51單片機，如下圖所示：7at89s51芯片引腳圖at89s51是一個低功耗，高性能cmos8位單片機，器件采用atmel公司的高密度，非易失性存儲技術(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個引腳，4kbytes flash片內(nèi)程序存儲器，128bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ram），32個外部雙向輸入/輸出口（i/o）口，5個中斷優(yōu)先級2層中斷嵌套中斷，2個16位可編程定時器計數(shù)器，2個全雙工串行通行口，看門狗（wdt）電路，片內(nèi)時鐘振蕩器。422 引腳功能介紹vcc：電源電壓8gnd：地p0口：p0口是一組8位漏極開路型雙向i/o口，也即地址/

21、數(shù)據(jù)總線復(fù)用口，作為輸出口用時，每位能驅(qū)動8個ttl。 邏輯門電路，對端口寫“1”可作為高阻抗輸入端用 在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。 在flash編程時，p0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)，校驗時，要求外接上拉電阻。 p1口：p1是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口，p1的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個ttl邏輯門電路，對端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流（iil）。flash編程和程

22、序校驗期間，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口是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙工i/o口，p2的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個ttl邏輯門電路，對端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流（iil）。 flash編程或校驗時，p2亦接收高位地址和其它控制信號。p3口：p3口是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向工i/o口，p3口輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個t

23、tl邏輯門電路。對p3口寫入“1”時，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，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，rst引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單片機復(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）可打開或關(guān)閉該功能，disrto位缺省為reset輸出高電平打開狀態(tài)。10ale/prog：當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ale（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器，ale仍以時

24、鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的正脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時的目的。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個ale脈沖。ea/vpp：外部訪問允許。欲使cpu僅訪問外部程序存儲器（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)位時內(nèi)部會鎖存ea端狀態(tài)。 如ea端為高電平（接vcc端），cpu則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。 flash存儲器編程時，該引腳加上+12v的編程電壓vpp。psen：程序儲存允許（psen）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當(dāng)at89s51由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)時），每個機器周期為兩次psen

25、有效，即輸出兩個脈沖。當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，沒有兩次有效的psen信號。xtal1：振蕩器反相放大器及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。xtal2：振蕩器反相放大器的輸出端。43 測距顯示電路的設(shè)計 led數(shù)碼顯示管有兩種，一種是共陽極數(shù)碼管，其內(nèi)部是由八個陽極相連接的發(fā)光二級管組成；另一種是共陰極數(shù)碼管，其內(nèi)部是由四個陰極相連接的發(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個數(shù)碼管的另一端通常稱為段選端，當(dāng)顯示器的公共端接低電平，某

26、個發(fā)光二極管的陽極接高電平時，該發(fā)光二極管被點亮；而共陽極led數(shù)碼顯示管是將二極管的陽極連接在一起，形成共陽極led數(shù)碼顯示塊的公共端，該公共端必須接高電平，同理在共陽極led數(shù)碼顯示塊中如某個發(fā)光二極管的陰極為低電平時，該發(fā)光二極管被點亮。 用單片機驅(qū)動led數(shù)碼管分為靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示。 靜態(tài)顯示就是顯示驅(qū)動電路具有鎖存功能，單片機將所要顯示的數(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時間少。靜態(tài)顯示中，每個顯示器都要占用單獨的具有鎖存功能的i/o接口，該接口用于筆劃段字型代碼。這樣單片機只要把顯示的字形代碼發(fā)送到接口電路，該字段就

27、可以顯示發(fā)送的字型。顯示新的數(shù)據(jù)時，單片機再發(fā)送新的數(shù)據(jù)。12 另一種方法是動態(tài)掃描顯示。由于單片機本生具有較強的邏輯控制能力，所以采用動態(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，采用動態(tài)掃描軟件譯碼地方式能大大簡化硬件電路結(jié)構(gòu)，降低系統(tǒng)成本，它用分時的方法輪流控制各個顯示器的com端，使各個顯示器輪流點亮。在輪流點亮掃描過程中，每位顯示器的點亮?xí)r間極為短暫，但由于人的視覺暫留現(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時間，但每個顯示單元都要單獨的顯示驅(qū)動電路，使用的電路硬件較少；動態(tài)顯示需要cp

28、u時刻對顯示器件進行數(shù)據(jù)刷新，顯示數(shù)據(jù)有閃爍感，占用的cpu時間多，但使用的硬件少，能節(jié)省線路板空間。 本設(shè)計的顯示電路采用四個共陽led四位數(shù)碼管，位碼用pnp三極管驅(qū)動。如下圖所示：測距顯示電路44 超聲波發(fā)射電路的設(shè)計發(fā)射電路主要由74ls04和超聲波換能器構(gòu)成，單片機p1.0端口輸出40khz方波信號一路經(jīng)一級反向器后送到超聲波換能器的一個電極，另一路經(jīng)兩級反向器后送到超聲波換能器的另一個電極，用這種推挽形式將方波信號加到超聲波換能器兩端可以提高發(fā)射強度，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)計超聲波接收電路主要由cx20106a和超聲波換能器構(gòu)成，cx20106a是一

29、款紅外的專用芯片，考慮到紅外遙控常用的載波頻率38kh與測距的超聲波頻率40khz較為接近，故利用它制作超聲波檢測接收電路，如下圖所示。超聲波接收電路1445 探測電路的設(shè)計 物體探測電路可以用光電傳感器來制作。但光電傳感器不能探測透明的物體，紅外線傳感器在探測物體時需要有像人和動物那樣與周圍有一定的溫度差這個條件。超聲波傳感器則不受這些條件的限制，對于透明的或其它物體都可以探測，超聲波傳感器探測物體由直接方式和反射探測方式。 直接探測方式的接收/發(fā)射器要相互配置，如果接收到超聲波（有信號電壓）時，說明接收/發(fā)射器中間沒有被測物體。反之，接收不到超聲波（無電壓信號）時，則中間有被測物體。發(fā)射探

30、測方式的接收/發(fā)射器可以較近配置，有反射波時，說明存在被測物體，發(fā)射探測方式的接收/發(fā)射器有單獨使用與共用兩種方式，共用方式就是一個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)計本設(shè)計就是以at89s51單片機為核心。它采用模塊化設(shè)計，由主程序、發(fā)射子程序、接收子程序、定時子程序、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)按下測量鍵時，主程序開始調(diào)用發(fā)射子程序、查詢接收子程序、定時子程序，并把測量結(jié)果用顯示子程序在數(shù)碼管上顯示出來。雖然用一個單獨計時器電路也可以測量超聲波的傳輸時間，但利用at89s51單片機可以簡化設(shè)計，便于操作和直觀讀數(shù)。為了

31、增強系統(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p1.0端口發(fā)送2個左右的超聲波信號頻率約40khz的方波，脈沖寬度為12us左右，同時把計數(shù)器t0打開進行計時。超聲波測距器主程序利用外中斷0檢測返回超聲波信號，一旦接收到返回超聲波信號（int0引腳出現(xiàn)低電平），立即進入中斷程序。進入中斷后就立即關(guān)閉計時器t0停止計時，并將測距成功標(biāo)志字賦值1。如果當(dāng)計時器溢出時還未檢測到超聲波返回信號，則定時器t0溢出中斷將外中斷0關(guān)閉，并將測距成功標(biāo)志字賦值2以表示此次測距不成功。16定時中斷服務(wù)子程序完成三方向超聲波的輪流發(fā)射，外部中斷服務(wù)

32、子程序主要完成時間值的讀取、距離計算、結(jié)果的輸出等工作，如下圖所示：定時中斷子服務(wù)子程序 外部中斷服務(wù)子程序 軟件程序見附錄二176調(diào)試61 硬件調(diào)試當(dāng)設(shè)計好硬件電路之后，在protues中畫好電路圖，然后進行調(diào)試。在進行調(diào)試之前，先與設(shè)計的硬件電路圖對照一下，看有沒有畫錯，都確定之后調(diào)試，調(diào)試無誤之后，即可在萬能板上焊接。當(dāng)焊接的時候，仔細(xì)對照仿真圖，焊接完了之后再檢查一遍，看有沒有多焊、漏焊以及錯焊等情況。在檢查的過程中要預(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的管腳接錯了，同時在檢查的時候要注意硬件電路中各管腳是否有焊接在一起的情況，若有錯誤改正即可。在調(diào)試的過程

33、中，我發(fā)現(xiàn)沒什么現(xiàn)象，經(jīng)過查閱資料，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，而我在焊接時并無注意，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)檢測沒有什么太大問題。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，進行軟件編譯。在編譯的過程中，下面提示框中提示有幾個錯誤，找到相應(yīng)的錯誤區(qū)域之后，再對比之前的程序，發(fā)現(xiàn)在輸入程序的時候出現(xiàn)了錯誤，對比改正之后再進行編譯，發(fā)現(xiàn)沒有錯誤。1863 軟、硬件聯(lián)合調(diào)試 當(dāng)做好硬件、軟件

34、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，由于在做實驗的過程中，器件不是很完善，不能做進一步的檢查，數(shù)碼管上有相應(yīng)的數(shù)字顯示，有一定的誤差，我再檢查一下各個接口，發(fā)現(xiàn)有些沒有接好，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立完成。相比之前分工合作有利也有弊，一個人完成課程設(shè)計，沒有人相互討論，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。雖然之前有接觸過一些protues和keil，但不是很熟，在這次課程設(shè)計中，很感謝很多同學(xué)的幫助，讓我

35、對protues和keil的基本用法了解透徹。我發(fā)現(xiàn)有時一個人的課程設(shè)計會讓自己吸收到之前很多沒有了解的知識。在本次課程設(shè)計中，也接觸到了很多之前沒有用過的器件，通過同學(xué)的幫助和百度，讓我順利的完成了本次課程設(shè)計。超聲波測距器在人們的生活開車中是一個很有用的器件，通過這次我了解到它可以提醒駕駛員倒車時有效地避開可能對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)濟損失和人身安全問題，其實在生活中還有很多這樣實用的器件。通過這次課程設(shè)計，我發(fā)現(xiàn)我們專業(yè)可以開發(fā)出很多實用的器件來保證大家的生活更加好，讓我對我們專業(yè)更多了一份了解和喜愛，也激起了我的興趣，我會繼續(xù)努力充實自己

36、，鍛煉自己動手能力，為以后能夠有機會設(shè)計好的作品奠定基礎(chǔ)。208.參考文獻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高級應(yīng)用.北京：人民郵電出版社.20004 周學(xué)毛. 匯編語言程序設(shè)計.北京：高等教育出版社.19975 李葉紫. mcs-51單片機應(yīng)用教程.北京：清華大學(xué)出版社.20026 馬西秦. 自動檢測技術(shù).北京：機械工業(yè)出版社.20027 樓然苗. 51系列單片機設(shè)計實例.北京：北京航空航天大學(xué)出版社.19998 羅萬鈞. 匯編語言程序設(shè)計.陜西：西安電子科技大學(xué)出版社.19959

37、 馬彪. 單片機應(yīng)用技術(shù).北京：中國輕工業(yè)出版社.201010 張謙琳. 超聲波檢測原理和方法.中國科技大學(xué)出版社.199311 占操.梁厚琴.曹燕.單片機系統(tǒng)中的軟件抗干擾技術(shù).電子技術(shù).200312 蘇長贊. 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start: mov sp,#4fh mov

38、 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,start1 clr ea24 lcall w

39、ork 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 nop nop djnz r4,intt

40、11 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 dptr,#tab movc a,a+dpt

41、r 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距離計算程序work: push

42、 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,#0ahjj0: mov a,r0 mov r4,a mov a,r1 mov r5,a mov r3,#00d mov r2,#100d lcall div4by229 mov 41h,r4 mov a,41h jnz

43、 jj1 mov a,40h subb a,#0ah jnz jj1 mov 41h,#0ahjj1: mov a,r0 mov r4,a mov a,r1 mov r5,a mov r3,#00d mov r2,#10d lcall div4by2 mov 42h,r4 mov a,42h jnz jj2 mov a,41h subb a,#0ah jnz jj2 mov 42h,#0ahjj2: mov 43h,r030 pop b pop psw pop acc ret兩字節(jié)無符號數(shù)乘法程序mul2by2: clr a mov r7,a mov r6,a mov r5,a mov r4,a mov 46h,#10hmulloop1:clr c mov a,r4 rlc a mov r4,a mov a,r5 rlc a mov r5,a mov a,r6 rlc a mov r6,a31 mov a,r7 rlc a mov r7,a mov a,r0 rlc a mov r0,a mov a,r1 rlc a mov r1,a jnc mulloop2 mov a,r4 add a,r2 mov r4,a mov a,r5 addc a,r3 mov r5,a mov a,r6 addc a,#00h mov r6,a mov a,r7 addc a,#00h mov