畢業(yè)設(shè)計精品]一種以AT89C52 單片機為核心的超聲波傳感器測距儀的設(shè)計.doc

電氣信息學(xué)院智能化測控應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計報告目錄1前言.12總體方案設(shè)計.22.1方案一：采用單片機來控制超聲波測距.22.2方案二：采用鎖相環(huán)頻率合成技術(shù).33單元模塊設(shè)計.43.151系列單片機的功能特點.43.2單片機控制LED顯示.53.3鍵盤輸入.63.4超聲波發(fā)射電路.73.5超聲波接收電路.84軟件設(shè)計.104.1主程序流程圖.104.2外中斷程序.114.3超聲波發(fā)射程序.114.4鍵掃描子程序.125系統(tǒng)調(diào)試.136結(jié)論.147總結(jié)與體會.158參考文獻(xiàn).16附錄.17設(shè)計電路圖.17相關(guān)設(shè)計程序：.18第1頁1前言目前,非接觸式測距儀常采用超聲波、激光和雷達(dá)。但激光和雷達(dá)測距儀造價偏高,不利于廣泛的普及應(yīng)用,在某些應(yīng)用領(lǐng)域有其局限性,一般僅用于軍事工業(yè)。相比之下,超聲波測距系統(tǒng)電路易實現(xiàn)、結(jié)構(gòu)簡單和造價低,且超聲波在傳播過程中不受煙霧、空氣能見度等因素的影響對外界光線、色彩和電磁場不敏感,更適于黑暗、電磁干擾強、有毒、灰塵或煙霧的惡劣環(huán)境,在識別透明及漫反射性差的物體上也更有優(yōu)勢。所以超聲波測距在各種場合均得到廣泛應(yīng)用,如倒車防撞雷達(dá)、海洋測量、物體識別、工業(yè)自動控制,建筑工程測量和機器人視覺識別。本課題設(shè)計了一種以AT89C52單片機為核心的低成本、高精度、小型化的超聲波傳感器測距儀，其硬件電路和軟件程序設(shè)計思路清晰，方案簡單可行，而且利用51系列單片機設(shè)計的測距儀便于操作、讀數(shù)直觀，該類測距儀工作穩(wěn)定，能滿足一般近距離測距的要求，且成本較低、有良好的性價比。第2頁2總體方案設(shè)計2.1方案一：采用單片機來控制超聲波測距采用單片機來控制的超聲波測距儀是先由單片機產(chǎn)生一個信號，經(jīng)過信號線，把信號引入到與超聲波發(fā)射器相連的信號引腳上，再由超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時刻的同時開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到反射波就立即停止計時。超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，根據(jù)計時器記錄的時間t，就可以計算出發(fā)射點距障礙物的距離(s)，即：2/CTD原理框圖如2.1所示：圖2.1超聲波測距原理圖根據(jù)設(shè)計任務(wù)要求，采用AT89C52單片機，配置時鐘電路，復(fù)位電路構(gòu)成單片機最小系統(tǒng)，由模擬電路和數(shù)字電路構(gòu)成超聲波發(fā)射、接收模塊。由鍵盤，LED顯示構(gòu)成人機對話通道，構(gòu)成由單片機最小系統(tǒng)來控制的超聲波測距儀，其結(jié)構(gòu)框圖如下：開始測量超聲波信號開定時器關(guān)定時器數(shù)據(jù)運算顯示器接收檢測超聲波探頭超聲波探頭驅(qū)動電路第3頁圖2.2系統(tǒng)機構(gòu)框圖2.2方案二：采用鎖相環(huán)頻率合成技術(shù)采用鎖相環(huán)頻率合成技術(shù)，也可以實現(xiàn)我們所需要的超聲波測距儀。具體方案如下：首先通過頻率合成技術(shù)產(chǎn)生超聲波所需要的頻率，在通過信號線將采用鎖頻率相合成技術(shù)得到的頻率引到超聲波的發(fā)射頭上，這樣就可以實現(xiàn)超聲波測距。它的優(yōu)點就是工作頻率可調(diào)，也可以達(dá)到很高的頻率分辨率；缺點是要求使用的濾波器通帶可變，實現(xiàn)很困難。它的原理如圖2.3所示：晶振整形電路R分頻鑒相器FD環(huán)路濾波器LF可變分頻器N壓控振蕩器VCOfvfRfin圖2.3鎖相環(huán)頻率合成電路框圖綜上所述，基于對超聲波頻率的控制和整個儀器的設(shè)計難度，我們選擇第一種設(shè)計方案。單片機最小系統(tǒng)發(fā)射、接收（模擬電路）信號保持（數(shù)字電路）按鍵、LED顯示第4頁3單元模塊設(shè)計3.151系列單片機的功能特點5l系列單片機中典型芯片(AT89C52)采用40引腳雙列直插封裝(DIP)形式，內(nèi)部由CPU，4kB的ROM，256B的RAM，2個16b的定時計數(shù)器TO和T1，4個8b的工O端I：IP0，P1，P2，P3，一個全雙功串行通信口等組成。特別是該系列單片機片內(nèi)的Flash可編程、可擦除只讀存儲器(EPROM)，使其在實際中有著十分廣泛的用途，在便攜式、省電及特殊信息保存的儀器和系統(tǒng)中更為有用。該系列單片機引腳與封裝如圖3.1所示。EA/VP31X119X218RESET9P3.7/RD17P3.6/WR16P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.5/T115P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.5/MOSI6P1.6/MISO7P1.7/SCK8P0.039P0.138P0.237P0.336P0.435P0.534P0.633P0.732P2.021P2.122P2.223P2.324P2.425P2.526P2.627P2.728PSEN29ALE/P30P3.1/TXD11P3.0/RXD10IC2STC89C52C1622pFC1922pFY111.0592MR2610kVCCR242.2kC112.2uFVCCPORT1_5PORT1_6PORT1_7PORT2_0PORT2_1PORT2_2PORT2_3PORT2_4PORT2_5PORT2_6PORT2_7PORT0_0PORT0_1PORT0_2PORT0_3PORT0_4PORT0_5PORT0_6PORT0_7PORT1_0PORT1_1PORT1_2PORT1_3PORT1_4RD(P3.7)WR(P3.6)RXD(P3.0)TXD(P3.1)INT0(P3.2)INT1(P3.3)T0(P3.4)T1(P3.5)K17RESETVCCC21104VCCR2210KR2310KR2510KR2710K圖3.151系列單片機最小系統(tǒng)5l系列單片機提供以下功能：4kB存儲器；256BRAM；32條工O線；2個16b定時計數(shù)器；5個2級中斷源；1個全雙向的串行口以及時鐘電路?？臻e方式：CPU停止工作，而讓RAM、定時計數(shù)器、串行口和中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。第5頁掉電方式：保存RAM的內(nèi)容，振蕩器停振，禁止芯片所有的其他功能直到下一次硬件復(fù)位。5l系列單片機為許多控制提供了高度靈活和低成本的解決辦法。充分利用他的片內(nèi)資源，即可在較少外圍電路的情況下構(gòu)成功能完善的超聲波測距系統(tǒng)。3.2單片機控制LED顯示LED數(shù)碼管顯示：C012C1.d9C2.d8C36A11B7C4D2E1F10G5DP3SR40563J5LEDPORT2_0PORT2_1PORT2_2PORT2_3PORT2_4PORT2_5PORT2_6PORT2_7Q29015Q39015Q49015Q19015R181.5KR191.5KR201.5KR211.5KSEG_0SEG_1SEG_2SEG_3SEG_0SEG_1SEG_2SEG_3PORT0_0PORT0_1PORT0_2PORT0_3R1410KR1510KR1610KR110KLED數(shù)碼管顯示VCCR10510R11510R12510R13510R34510R35510R36510R37510圖3.2LED數(shù)碼管顯示在此模塊中,我們小組是利用STC89C52單片機的P2口對LED數(shù)碼管進行控制，單片機所計算的距離再有LED數(shù)碼管顯示。下面對LED數(shù)碼管作簡單的介紹：LED數(shù)碼管是利用7個LED（發(fā)光二極管）外加一個小數(shù)點的LED組合而成的顯示第6頁設(shè)備，可以顯示09等10個數(shù)字和小數(shù)點，使用非常廣泛，它的外觀如下：圖3.3七段數(shù)碼管這類數(shù)碼管可以分為共陽極與共陰極兩種，共陽極就是把所有LED的陽極連接到共同接點com，而每個LED的陰極分別為a、b、c、d、e、f、g及dp（小數(shù)點）；共陰極則是把所有LED的陰極連接到共同接點com，而每個LED的陽極分別為a、b、c、d、e、f、g及dp（小數(shù)點），本設(shè)計方案中采用的是共陽極數(shù)碼管。圖中的8個LED分別與上面那個圖中的ADP各段相對應(yīng)，通過控制各個LED的亮滅來顯示數(shù)字。3.3鍵盤輸入本系統(tǒng)通過獨立鍵盤來控制超聲波發(fā)射，當(dāng)按鍵按下時，單片機相應(yīng)端口產(chǎn)生一個高電平，送入聲波發(fā)送電路，產(chǎn)生超聲波，單片機開始計時。鍵盤如下圖所示.K1KEY4K2KEY4K3KEY4K4KEY4PORT2_0PORT2_1PORT2_2PORT2_3圖3.4獨立鍵第7頁3.4超聲波發(fā)射電路0.01uC31nC3GND1TK2OUT3R4CL5TR6TC7VCC8IC4NE555T19013VCCPORT1_0R512K4.7kW112J2CON2R6100圖3.5超聲波發(fā)射電路在該超聲波測距系統(tǒng)中，我們使用的是壓電式超聲波發(fā)生器TCF4012TR1，為使超聲波探頭T發(fā)出我們需要的超聲波，我們就得給超聲波探頭T一個頻率，使其等了超聲波探頭T的固有頻率，讓超聲波探頭T中的壓電晶片產(chǎn)生共振并帶動共振板振動，產(chǎn)生超聲波。在這個系統(tǒng)中，我們采用的超聲波探頭的固有頻率是40kHz，因此我們需要給超聲波探頭T送一個40kHz的方波信號，由555定時器組成的多諧振蕩電路來產(chǎn)生。采用555定時器組成的多諧振蕩器來產(chǎn)生所需要的40kHz的方波信號。Tpl=0.7R2C(3-1)第8頁Tph=0.7（R