基于STC89C52的超聲波測距系統(tǒng)設計

第5頁共11頁接口實驗報告題目：基于STC89C52的超聲波測距系統(tǒng)設計一．實驗目的 通過本次實驗，掌握單片機的C語言程序設計，利用VC設計界面程序，實現(xiàn)單片機和PC機的通信。深入了解單片機內部結構，增強分析能力，并在實踐過程中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，提高設計和調試微機應用系統(tǒng)的能力。二．實驗方案論證本實驗采用了三個定時器和串口直接下載，在本科使用過的AT89S52只要兩個定時器，并且只能用專門的下載器去下載程序，所以它已經不能滿足本次實驗所設計的系統(tǒng)的要求。而微處理器STC89C52單片機內部有三個定時器。還支持ISP下載，只要一個MAX232和一些廉價的元件就能寫程序，就不用專門的下載口和下載器，直接用串口下載。并且它是一款增強型51單片機，完全兼容MCS-51，價格較低，還增加了新的功能，比如新增兩級中斷優(yōu)先級，多一個外中斷，內置EEPROM，硬件看門狗，具有掉電模式，512B數(shù)據存儲器，8K程序存儲器等，這大大方便了本系統(tǒng)的設計。本實驗設計的系統(tǒng)選用的超聲波傳感器為T/R40，可以通過控制產生40kHz的方波，來人工控制超聲波傳感器對超聲波的收發(fā)。產生40kHz的方波我首先想到的是用NE555產出，經過實踐調試特難。通過在網上查閱資料，發(fā)現(xiàn)用單片機的定時器產生既避免了調試困難，又精確。所以本系統(tǒng)由單片機使用定時器1編程產生40kHz的方波。由P1.6口輸出，再經過74LS04驅動超聲波傳感器T40發(fā)射超聲波。發(fā)射出去的超聲波經障礙物反射回來后，由超聲波傳感器R40接收到信號.通過接收電路的檢波放大、積分整形及一系列處理送至單片機。單片機將發(fā)射脈沖到接收反射脈沖的時間間隔通過串口發(fā)送給上位機，上位機利用聲波的傳播速度與時間數(shù)據計算出到障礙物的距離。另外，為了提高測距的精度，本系統(tǒng)采用溫度補償修正聲速。測溫模塊主要由18B20完成。三．系統(tǒng)整體框圖T40T40單片機MAX232串口RS232PC機PIC16F87774LS04R40CX2010618B20測溫蜂鳴器報警四．系統(tǒng)軟硬件設計1系統(tǒng)硬件設計1.1RS232電平轉換電路 52單片機的串口是RS-232C標準串口.RS-232標準時在RS-232標準的基礎上經過改進形成的。其適合于數(shù)據速率在0至20kb/s范圍內的通信，本次實驗傳送數(shù)據時波特率為9600，8位數(shù)據，無校驗。 具體電路圖如下：一個電極，另一路徑兩級反相器后送到超聲波換能器的另一個電極。具體電路如下：圖4超聲波發(fā)射電路1.4超聲波接收電路超聲波接收電路主要由CX20106A構成。集成電路CX20106A是日本索尼公司的一款紅外線檢波接收的專用芯片，常用于電視機紅外遙控接收器。CX20106A用于在輸入信號過強時防止前置放大器過載，內部設有帶通濾波器，頻率f0可由5腳的外接電阻或電位器調節(jié)。使用時調節(jié)方便，抗電磁干擾能力強?？紤]到紅外遙控常用的載波頻率38kHz與測距的超聲波頻率40kHz較為接近，可以利用它制作超聲波檢測接收電路，實驗證明，用CX20106A接收超聲波（無信號時輸出高電平）具有很高的靈敏度和抗干擾能力。適當?shù)母碾娙軨11的大小，可以改變接收電路的靈敏度和抗干擾能力。具體電路如下：圖5超聲波接收電路1.5溫度修正電路電路主要采用MAXIM公司的DS18B20作為溫度傳感和測量裝置，測量分辨率可選9位或12位。因此完全可以滿足普通條件下的測溫要求。DS18B20采TO一92型封裝只有3個引腳，一根電源線，一根地線，一根數(shù)據線，每片DS18B20有一個64位串行代碼存儲器。這里用P3.6口作為與DS18B20的數(shù)據輸入輸出口。具體電路如下：圖6溫度修正電路1.5出錯報警電路若上位機和下位機傳輸數(shù)據時出錯則通過P1.7控制蜂鳴器產生報警。具體電路如下：圖7出錯報警電路2.系統(tǒng)軟件設計 軟件設計主要包括兩個部分，一是單片機程序設計，二是上位機程序設計。單片機部分主要包括兩部分，一是超聲波發(fā)射程序的設計；二是超聲波接收程序的設計。2.1.1超聲波發(fā)射程序的設計超聲波發(fā)射所需的40KHZ的方波脈沖是通過單片機定時器/計數(shù)器T1工作在定時器工作方式2下產生的。定時器/計數(shù)器工作方式2具有自動重裝計數(shù)初值的功能。不但省去了用戶程序中的重裝指令，而且也有利于提高計時精度，非常實用與循環(huán)定時或循環(huán)計數(shù)的應用。超聲波的發(fā)射頻率f0=40KHZ即周期T=1/f0=25us那么超聲波發(fā)射口P1.6口的輸出電平經過1/2T即1/2*25us=12us就要跳變一次，可以使用定時器/計數(shù)器T1定時12us產生中斷，在中斷程序中改變P1.6口的輸出電平。正因為在工作方式2下當計數(shù)溢出后可以將計數(shù)初值重新加載到TL0中重新計數(shù)，所以可以通過軟件對超聲波脈沖數(shù)進行控制，產生一串符合要求的超聲波脈沖。2.1.2超聲波接收中斷程序的設計與超聲波發(fā)射程序相比，接收程序的設計要簡單的多。主程序用外部中斷0檢測超聲波返回信號，一旦接收到返回的超聲波(P3.2引腳出現(xiàn)低電平)，立即進入中斷程序。進入該中斷后就立即關閉計時器T0，T1停止計時，并將計數(shù)值賦給變量，同時測距成功標志位賦1.如果當T0溢出時還未檢測到超聲波返回信號，則將外部中斷0關閉，并準備下一個超聲波的發(fā)射?？偲饋碚f下位機程序主要實現(xiàn)采集超聲波傳播時間值和溫度，即時將數(shù)據傳送給上位機。為確保數(shù)據正確，系統(tǒng)采集三次時間值，取三者中間值為最后結果。然后數(shù)據傳送過程中單片機先發(fā)送0xff、0xaa作為握手信號，然后再將兩字節(jié)定時器定時數(shù)據和兩字節(jié)溫度數(shù)據進行傳送，最后傳送校驗和。系統(tǒng)運行中，單片機還要接收來自PC機的報警控制信息以及校驗出錯重傳信息。單片機串口接收采用中斷方式。下位機軟件主流程圖如下圖7所示：NNYYN系統(tǒng)初始化等待返回超聲波讀取定時值置接收成功標志位YN發(fā)送超聲波測溫，清接收次數(shù)開總中斷開始接收成功標志位根據接收數(shù)據控制報警或數(shù)據重傳發(fā)送超聲波接收次數(shù)加1接收次數(shù)為3取中間值，傳送數(shù)據2.2上位機程序設計 1KHZ正弦波時的圖形 250HZ正弦波時的圖形100HZ正弦波時的圖形20HZ正弦波時的圖形2HZ正弦波時的圖形六．總結通過這次接口實驗，從查找資料、原理圖及PCB設計、電路板制作及焊接、編寫程序，到最后的調試，我學到了很多東西。在這次實驗中，遇到了很多的問題，通過慢慢分析問