(最新整理)用51單片機(jī)設(shè)計(jì)超聲波測(cè)距系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理及電路附源程序

1、(完整)用 51 單片機(jī)設(shè)計(jì)超聲波測(cè)距系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理及電路附源程序 (完整)用 51 單片機(jī)設(shè)計(jì)超聲波測(cè)距系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理及電路附源程序 編輯整理： 尊敬的讀者朋友們： 這里是精品文檔編輯中心，本文檔內(nèi)容是由我和我的同事精心編輯整理后發(fā)布的，發(fā)布之前我們 對(duì)文中內(nèi)容進(jìn)行仔細(xì)校對(duì)，但是難免會(huì)有疏漏的地方，但是任然希望（(完整)用 51 單片機(jī)設(shè)計(jì)超 聲波測(cè)距系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理及電路附源程序）的內(nèi)容能夠給您的工作和學(xué)習(xí)帶來便利。同時(shí)也真誠 的希望收到您的建議和反饋，這將是我們進(jìn)步的源泉，前進(jìn)的動(dòng)力。 本文可編輯可修改，如果覺得對(duì)您有幫助請(qǐng)收藏以便隨時(shí)查閱，最后祝您生活愉快 業(yè)績進(jìn)步，以 下為(完整)用

2、51 單片機(jī)設(shè)計(jì)超聲波測(cè)距系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理及電路附源程序的全部內(nèi)容。 (完整)用 51 單片機(jī)設(shè)計(jì)超聲波測(cè)距系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理及電路附源程序 基于基于5151單片機(jī)的超聲波測(cè)距儀說明書單片機(jī)的超聲波測(cè)距儀說明書 引言引言 超聲波測(cè)距儀,可應(yīng)用于汽車倒車、建筑施工工地以及一些工業(yè)現(xiàn)場(chǎng) 的位置監(jiān)控，也可用于如液位、井深、管道長度的測(cè)量等場(chǎng)合。利用超聲 波指向性強(qiáng)，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離較遠(yuǎn),因而超聲波經(jīng)常 用于距離的測(cè)量.利用超聲波檢測(cè)往往比較迅速、方便、計(jì)算簡單、易于 做到實(shí)時(shí)控制。 一、性能要求一、性能要求 該超聲波測(cè)距儀，要求測(cè)量范圍在0.083.00m,測(cè)量精度1cm,測(cè)量時(shí) 與被測(cè)物

3、體無直接接觸,能夠清晰穩(wěn)定地顯示測(cè)量結(jié)果。 二、工作原理及方案論證二、工作原理及方案論證 超聲波傳感器及其測(cè)距原理 超聲波是指頻率高于20khz 的機(jī)械波。用超聲波傳感器產(chǎn)生超聲波 和接收超聲波，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。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)距的原理一般采用渡越時(shí)間法 tof（timeofflight） 。首先 測(cè)出超聲波從發(fā)射到遇到障礙物返回所經(jīng)歷的時(shí)間，再乘以超聲波的速度 就得到二倍的聲源與障礙物之間的距離。

4、 根據(jù)要求并綜合各方面因素，采用 at89c52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)器完成,超 聲波測(cè)距儀的系統(tǒng)框圖如下圖所示： (完整)用 51 單片機(jī)設(shè)計(jì)超聲波測(cè)距系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理及電路附源程序 圖1 超聲波測(cè)距儀系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖 三、系統(tǒng)硬件部分、系統(tǒng)硬件部分 硬件部分主要由單片機(jī)系統(tǒng)及顯示電路、超聲波發(fā)射電路和超聲波檢 測(cè)接收電路三部分組成。 1.單片機(jī)系統(tǒng)及顯示電路 單片機(jī)采用 at89c52來實(shí)現(xiàn)對(duì) cx20106a 紅外接收芯片和 tct40-10系 列超聲波轉(zhuǎn)換模塊的控制。單片機(jī)通過 p1.1引腳發(fā)射脈沖控制超聲波的 發(fā)送，然后單片機(jī)

5、不停的檢測(cè)外中斷0口 int0引腳，當(dāng) int0引腳的電平由 高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)就認(rèn)為超聲波已經(jīng)返回。計(jì)數(shù)器所計(jì)的數(shù)據(jù)就是超聲 波所經(jīng)歷的時(shí)間，通過換算就可以得到傳感器與障礙物之間的距離.顯示 電路采用簡單實(shí)用的4位共陽 led 數(shù)碼管,段碼用74ls244驅(qū)動(dòng)，位碼用 pnp 三極管驅(qū)動(dòng). 單片機(jī)系統(tǒng)及顯示電路如下圖所示: (完整)用 51 單片機(jī)設(shè)計(jì)超聲波測(cè)距系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理及電路附源程序 xtal2 18 xtal1 19 ale 30 ea 31 psen 29 rst 9 p0.0/ad0 39 p0.1/ad1 38 p0.2/ad2 37 p0.3/ad3 36 p0.4/ad4

6、35 p0.5/ad5 34 p0.6/ad6 33 p0.7/ad7 32 p1.0/t2 1 p1.1/t2ex 2 p1.2 3 p1.3 4 p1.4 5 p1.5 6 p1.6 7 p1.7 8 p3.0/rxd 10 p3.1/txd 11 p3.2/int0 12 p3.3/int1 13 p3.4/t0 14 p3.7/rd 17 p3.6/wr 16 p3.5/t1 15 p2.7/a15 28 p2.0/a8 21 p2.1/a9 22 p2.2/a10 23 p2.3/a11 24 p2.4/a12 25 p2.5/a13 26 p2.6/a14 27 u1 at89c5

7、2 q1 9012 q3 9012 q4 9012 q2 9012 1a0 2 1a1 4 1a2 6 1a3 8 2a0 11 2a1 13 2a2 15 2a3 17 1oe 1 2oe 19 1y0 18 1y1 16 1y2 14 1y3 12 2y0 9 2y1 7 2y2 5 2y3 3 u2 74ls244 r 510 510 r1 4.7k r2 4.7k r3 4.7k r4 4.7k vcc c1 3.3u xt1 12m s1 c3 20p r8 10k c2 20p gnd 圖2 單片機(jī)系統(tǒng)及顯示電路 2。超聲波發(fā)射電路 利用555時(shí)基電路振蕩產(chǎn)生40khz 的超聲波信

8、號(hào),使之與換能器的 (完整)用 51 單片機(jī)設(shè)計(jì)超聲波測(cè)距系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理及電路附源程序 40khz 固有頻率一致。12v 電源保證555時(shí)基具有足夠驅(qū)動(dòng)能力.p1.1為超 聲波發(fā)射控制信號(hào)，由單片機(jī)控制。發(fā)射電路如圖3所示： trig 2 q 3 r 4p1.1p1.1 cvolt 5 thr 6 dis 7 vcc 8 gnd 1 555 p1.1 3300p c5 0.1 c6 t r51k +12v 5k r6 圖3 超聲波發(fā)射電路原理圖 3。超聲波檢測(cè)接收電路 超聲波接收電路采用集成電路 cx20106a，這是一款紅外線檢波接收的 專用芯片，常用于電視機(jī)紅外遙控接收器?？紤]到紅外遙控常

9、用的載波頻 率38khz 與測(cè)距超聲波頻率40khz 較為接近，可以利用它作為超聲波檢測(cè) 電路。實(shí)驗(yàn)證明其具有很高的靈敏度和較強(qiáng)的抗干擾能力。適當(dāng)改變 c4 的大小，可改變接受電路的靈敏度和抗干擾能力。 接收電路如圖4所示: (完整)用 51 單片機(jī)設(shè)計(jì)超聲波測(cè)距系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理及電路附源程序 圖4 超聲波接收電路圖 四系統(tǒng)軟件部分四系統(tǒng)軟件部分 超聲波測(cè)距程序設(shè)計(jì)軟件部分主要由主程序，超聲波發(fā)射子程序，超 聲波接受中斷程序及顯示子程序組成。下面對(duì)超聲波測(cè)距儀的算法,主程 序,超聲波發(fā)射子程序和超聲波接受中斷程序逐一介紹. 1超聲波測(cè)距儀的算法設(shè)計(jì) 下圖示意了超聲波測(cè)距的原理，即超聲波發(fā)生器 t

10、 在某一時(shí)刻發(fā)出的 一個(gè)超聲波信號(hào),當(dāng)超聲波遇到被測(cè)物體后反射回來，就被超聲波接收器 r 所接受.這樣只要計(jì)算出發(fā)生信號(hào)到接受返回信號(hào)所用的時(shí)間,就可算出 超聲波發(fā)生器與反射物體的距離. 距離計(jì)算公式：d=s/2=（c*t)/2 d 為被測(cè)物與測(cè)距器的距離，s 為聲波的來回路程，c 為聲速，t 為聲波 來回所用的時(shí)間 (完整)用 51 單片機(jī)設(shè)計(jì)超聲波測(cè)距系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理及電路附源程序 2。主程序 主程序框圖如右圖所示： 主程序首先對(duì)系統(tǒng)環(huán)境初始化，設(shè)置定時(shí)器 t0工作模式為16位的定時(shí)計(jì) 數(shù)器模式，置位總中斷允許位 ea 并給顯示端口 p0和 p2清0。然后調(diào)用超 聲波發(fā)生子程序送出一個(gè)超聲波

11、脈沖，為避 免超聲波從發(fā)射器直接傳送到接收器引起的 直接波觸發(fā)，需延遲0.1ms（這也就是測(cè)距器 會(huì)有一個(gè)最小可測(cè)距離的原因）后，才打開 外中斷0接收返回的超聲波信號(hào)。由于采用 12mhz 的晶振，機(jī)器周期為1us,當(dāng)主程序檢測(cè) 到接收成功的標(biāo)志位后，將計(jì)數(shù)器 t0中的數(shù) （即超聲波來回所用的時(shí)間）按下式計(jì)算即 可測(cè)得被測(cè)物體與測(cè)距儀之間的距離,設(shè)計(jì)時(shí) 取20時(shí)的聲速為344m/s 則有： d=(ct0)/2=172t0/10000cm（其中 t0為計(jì)數(shù)器 t0的計(jì)數(shù)值） 測(cè)出距離后結(jié)果將以十進(jìn)制 bcd 碼方式 led，然后再發(fā)超聲波脈沖重 復(fù)測(cè)量過程。 3.超聲波發(fā)生子程序和超聲波接收中斷

12、程序 超聲波發(fā)生子程序的作用是通過 p1.1端口發(fā)送超聲波發(fā)射控制脈沖信號(hào)， (完整)用 51 單片機(jī)設(shè)計(jì)超聲波測(cè)距系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理及電路附源程序 同時(shí)把計(jì)數(shù)器 t0打開進(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)入該中斷后就立即關(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。 五軟硬件調(diào)試及性能五軟硬件調(diào)試及性能 超聲波發(fā)射和接收采用 15的超聲波換能器 tct40

13、-10f1（t 發(fā)射） 和 tct4010s1（r 接收） ，中心頻率為40khz，保持兩換能器中心軸線平 行并相距48cm。 主要性能指標(biāo):測(cè)距儀能測(cè)的范圍為0。083。00m，測(cè)距儀精度 1cm。 程序清單 以下是用匯編語言編寫的超聲波測(cè)距控制源程序： 采用 at89s52 12z 晶振 顯示緩沖單元在,使用內(nèi)存 44h、45h、46h 用于計(jì)算距離 20h 用于標(biāo)志 vout equ p1。0 ；脈沖輸出端口 *中斷入口程序* org 0000h ljmp start org 0003h ljmp pint0 (完整)用 51 單片機(jī)設(shè)計(jì)超聲波測(cè)距系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理及電路附源程序 org 0

14、00bh ljmp intt0 org 0013h reti org 001bh ljmp intt1 org 0023h reti org 002bh reti *主程序 start: mov sp, 4fh mov r0, #40h ；4043h 為顯示數(shù)據(jù)存放單元(40 為最高位) mov r7，#0bh cleardisp：mov r0, 00h inc r0 djnz r7, cleardisp mov 20h， #00h mov tmod， 21h ；t1 為 8 位自動(dòng)重裝模式，t0 為 16 位定時(shí)器 mov th0， 00h ;65ms 初值 mov tl0, 00h ；40

15、khz 初值 mov th1, #0f2h mov tl1, #0f2h (完整)用 51 單片機(jī)設(shè)計(jì)超聲波測(cè)距系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理及電路附源程序 mov p0， 0ffh mov p1, #0ffh mov p2, 0ffh mov p3, #0ffh mov r4， #04h ；超聲波脈沖個(gè)數(shù)控制（為賦值的一半） setb px0 setb et0 steb ea clr 00h setb tr0 ；開啟測(cè)距定時(shí)器 start1: lcall display jnb 00h, start1 ;收到反射信號(hào)時(shí)標(biāo)志位為 1 clr ea lcall work ；計(jì)算距離子程序 setb ea clr

16、 00h setb tr0 ;重新開啟測(cè)距定時(shí)器 mov r2, 64h ； 測(cè)量間隔控制(約 4100=400ms） loop： lcall display djnz r2, loop sjmp start 1 *中斷程序 (完整)用 51 單片機(jī)設(shè)計(jì)超聲波測(cè)距系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理及電路附源程序 ；t0 中斷，65ms 中斷一次 intt0: clr ea clr tr0 mov th0， 00h mov tl0， 00h setb et1 setb ea setb tr0 ;啟動(dòng)計(jì)時(shí)器 t0，用以計(jì)算超聲波來回時(shí) 間 setb tr1 ；開啟發(fā)超聲波用定時(shí)器 t1 out: reti ;t1 中

17、斷，發(fā)超聲波用 intt1: cpl vout djnz r4,retiout clr tr1 ；超聲波發(fā)送完畢,關(guān) t1 clr et1 mov r4，04h setb ex0 ;開啟接收回波中斷 retiout: reti ；外中斷 0，收到回波時(shí)進(jìn)入 pint0： clr tr0 ；關(guān)計(jì)數(shù)器 clr tr1 (完整)用 51 單片機(jī)設(shè)計(jì)超聲波測(cè)距系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理及電路附源程序 clr et1 clr ea clr ex0 mov 44h, tl0 ；將計(jì)數(shù)值移入處理單元 mov 45h, th0 setb 00h ；接收成功標(biāo)志 reti *延時(shí)程序 dl1ms: mov r6, 14h

18、dl1: mov r7, #19h dl2： djnz r6， dl2 djnz r6, dl1 ret *顯示程序* ;40h 為最高位，43h 為最低位，先掃描高位 display：movr1， 40h;g movr5，#0f7h;g play:mova, r5 movp0， #0ffh movp2, a mova， r1 movdptr, #tab (完整)用 51 單片機(jī)設(shè)計(jì)超聲波測(cè)距系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理及電路附源程序 movca, a+dptr movp0, a lcall dlims incr1 mova， r5 jnbacc。0， endout；g rra movr5， a ajmpp

19、lay endout；movp2, 0ffh movp0， 0ffh ret tab； db 0c0h，0f9h，0a4h,0b0h，99h，92h，82h,0f8h,80h,90h,0ffh,88h,0bfh ；共陽數(shù)碼管 0 ，1， 2，3,4,5,6，7,8，9，不亮，a， 距離計(jì)算程序(=計(jì)算值17/1000cm） 近似 work：pushacc pushpsw pushb movpsw， 18h movr3, 45h movr2， 44h movr1, 00d (完整)用 51 單片機(jī)設(shè)計(jì)超聲波測(cè)距系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理及電路附源程序 movr0, 17d lcall mul2by2 mov

20、r3， 03h movr2， 0e8h lcall div4by2 lcall div4by2 mov40h， r4 mova， 40h jnzjj0 mov40h, 0ah ；最高位為 0,不點(diǎn)亮 jj0：movar0 movr4, a movar1 movr5 a mov r3, 00d movr2， #100d lcall div4by2 mov41h, r4 mova, 41h jnzjj1 mova, 40h ；此高位為 0，先看最高位是否為不亮 subba， 0ah jnzjj1 (完整)用 51 單片機(jī)設(shè)計(jì)超聲波測(cè)距系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理及電路附源程序 mov41h, 0ah ； 最高位

21、不亮，次高位也不亮 jj1：mova, r0 movr4， a mova， r1 movr5， a movr3, 00d movr2， #10d lcall div4by2 mov42h， r4 mova42h jnzjj2 mova， 41h ；次高位為 0，先看次高位是否為不亮 subba， 0ah jnzjj2 mov42h， 0ah ；次高位不亮，次高位也不亮 jj2：mov43h, r0 popb poppsw popacc ret 兩字節(jié)無符號(hào)數(shù)乘法程序 mul2by2：clra (完整)用 51 單片機(jī)設(shè)計(jì)超聲波測(cè)距系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理及電路附源程序 movr7, a movr6， a

22、 mov r5， a movr4， a mov46h, 10h mulloop1:clrc mova， r4 rlca movr4， a mova, r5 rlca movr5, a mova， r6 rlca movr6， a mova， r7 rlca mov r7， a mov a， r0 rlc a movr0， a mova, r1 rlca movr1, a (完整)用 51 單片機(jī)設(shè)計(jì)超聲波測(cè)距系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理及電路附源程序 jncmulloop2 mova， r4 adda, r2 movr4， a mova， r5 addca, r3 movr5, a mova， r6 add

23、ca, 00h movr6, a mova， r7 addca， 00h movr7， a mulloop2：djnz46h， mulloop1 ret 四字節(jié)/兩字節(jié)無符號(hào)數(shù)除法程序* div4by2:mov46h， 20h movr0，#00h movr1， 00h divloop1: mova, r4 rlca movr4， a mova, r5 (完整)用 51 單片機(jī)設(shè)計(jì)超聲波測(cè)距系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理及電路附源程序 rlca movr5, a mova, r6 rlca movr6, a mova， r7 rlca movr7， a mova, r0 rlca movr0， a mova，

24、 r1 rlca movr1, a clrc mova， r0 subba， r2 movb， a mov a， r1 subba， r3 jcdivloop2 movr0， b movr1， a (完整)用 51 單片機(jī)設(shè)計(jì)超聲波測(cè)距系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理及電路附源程序 divloop2：cplc djnz46h, divloop1 mova, r4 rlca movr4，a mova, r5 rlca movr5,a mova, r6 rlca movr6， a mova， r7 rlca movr7, a ret ； end 附 c51 程序 #include reg51。h #define u

25、char unsigned char #define uint unsigned int #define ulong unsigned long (完整)用 51 單片機(jī)設(shè)計(jì)超聲波測(cè)距系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理及電路附源程序 extern void cs_t（void）; extern void delay（uint） ； extern void display（uchar*); /data uchar display（uchar）; data uchar testok； void main (void） data uchar dispram5 ； data uint i; data ulong time

26、； p0=0xff; p2=0xff; tmod=0x11； ie=0x80; while (1) cs_t(）; delay（1); testok=0； ex0=1; et0=1； while(! testok） display（dispram); (完整)用 51 單片機(jī)設(shè)計(jì)超聲波測(cè)距系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理及電路附源程序 if (1=testok) time=th0; time=(time8）| tl0; time=172； time/=10000; dispram0=（uchar） （time%10)； time/=10； dispram1=(uchar) (time%10); time/=10

27、; dispram2=（uchar) (time%10); dispram3=（uchar) (time/10）; if (0=dispram3) dispram3=17; else dispram 0=16; dispram 1=16; dispram 2=16； dispram 3=16; for （i=0；i300;i+） display(dispram）; (完整)用 51 單片機(jī)設(shè)計(jì)超聲波測(cè)距系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理及電路附源程序 void cs_r（void) interrupt 0 tr0=0； et0=0; ex0=0; testok=1; void overtime（void） int

28、errupt 1 ex0=0； tr0=0; et0=0； testok=2； name cs_t ？pr?cs_t？cs_t segment code public cs_t rseg ?pr?cs_t？cs_t cs_t： push acc mov th0, #00h mov tl0， #00h (完整)用 51 單片機(jī)設(shè)計(jì)超聲波測(cè)距系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理及電路附源程序 mov a， #4d setb tr0 cs_t1: cpl p1。0 nop nop nop nop nop nop nop nop nop nop djnz acc，cs_t1 pop acc ret ; end name delay ？pr?_delay?delay segment code public _delay rseg ？pr?_delay？delay _delay: