畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）單片機(jī)在汽車倒車系統(tǒng)的應(yīng)用

1、?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文）設(shè)計(jì)題目： 單片機(jī)在汽車倒車系統(tǒng)的應(yīng)用 系 部： 電氣工程系 專 業(yè)： 工企電氣自動化 班 級： 工企091301 姓 名： 學(xué) 號： 093905130108 指導(dǎo)教師： 職 稱： 副教授 2012年6月 南京摘 要本文提出了一種適用于可移動智能機(jī)器人定位、測障及簡單形體識別的實(shí)時、高精度超聲測距處理方法。介紹了以單片機(jī)實(shí)現(xiàn)該方法的超聲測距系統(tǒng)，系統(tǒng)由at89s52單片機(jī)、超聲波發(fā)射電路、超聲波接收放大電路、環(huán)境溫度采集電路及顯示電路組成。利用微處理機(jī)控制單元(mcu microprocessor control unit)控制的超聲測距儀的原理：由mcu控制時間計(jì)數(shù)，計(jì)

2、算超聲波自發(fā)射至接收的往返時間，從而得到實(shí)測距離。并且在數(shù)據(jù)處理中采用了溫度補(bǔ)償和修正量的調(diào)整。此系統(tǒng)具有易控制、工作可靠、測距準(zhǔn)確度高和流程清晰等優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞 超聲波 測距 換能器 單片機(jī) 溫度補(bǔ)償。 abstractthis paper presents a suitable for mobile intelligent robot obstacle detection and positioning, simple shape recognition of real time, high precision ultrasonic distance measurement processi

3、ng method. introduced single-chip microcomputer by the method of ultrasonic ranging system, system by the at89s52 single-chip microcomputer, ultrasonic transmitting circuit, receiving and amplifying circuit, temperature collection circuit and display circuit.the microprocessor control unit, control

4、of ultrasonic distance measurement principle: control by mcu time counting, calculation of ultrasonic emission and reception of the round trip time, so as to obtain the measured distance. in the process of data using the temperature compensation and correction is for volume adjustment. this system h

5、as the advantages of easy control, reliable work, high accuracy location and process clear advantage. keywords ultrasonic distance transducer single chip microcomputer temperature compensation目 錄1. 緒論12. 超聲波測距原理12.1 超聲波22.2 超聲波傳感器22.3 測距原理22.4 溫度補(bǔ)償33 at89s52的功能特點(diǎn)33.1 主要性能參數(shù)33.2 功能性概述43.2.1 空閑模式43.2.

6、2 掉電模式54 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)54.1 單片機(jī)與各部分電路的接口54.2 系統(tǒng)顯示部分54.4 超聲波接收及過零檢測電路64.5 系統(tǒng)溫度補(bǔ)償74.5.1 溫度傳感器ds18b20簡介74.5.2 ds18b20內(nèi)部結(jié)構(gòu)74.5.3 ds18b20溫度傳感器的存儲器84.6 溫度測量部分94.7 lcd顯示部分94.8 報警部分105 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)115.1 系統(tǒng)初始化及主程序模塊115.2 脈沖信號發(fā)射模塊115.3 回波接收模塊125.4 距離計(jì)算模塊125.6 系統(tǒng)軟件部分146設(shè)計(jì)中遇到的問題及解決方案156.1 超聲波的傳播速度隨溫度變化而變化15結(jié)論17致謝18參考文獻(xiàn)19附錄

7、（子程序）201. 緒論利用超聲波作為定位技術(shù)是蝙蝠等一些無目視能力的生物作為防御及捕捉獵物生存的手段，也就是由生物體發(fā)射不被人們聽到的超聲波(20khz以上的機(jī)械波)，借助空氣媒質(zhì)傳播，由被待捕捉的獵物或障礙物反射回來的時間間隔長短與被反射的超聲波的強(qiáng)弱來判斷獵物性質(zhì)和障礙物位置。超聲波是由機(jī)械振動產(chǎn)生的，可在不同介質(zhì)中以不同的速度傳播。而且超聲波的速度相對于光速要小的多，其傳播時間就比較容易檢測。并且超聲波具有定向性好、能量集中、在傳輸過程中衰減較小、反射能力較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，超聲波傳感器可廣泛應(yīng)用于非接觸式檢測方法，因而人類采用仿真技能利用超聲波測距。迄今為止，國內(nèi)外許多學(xué)者均著眼于超聲應(yīng)用學(xué)

8、測距的研究。與其它方法相比，它不受光線、被測對象顏色等的影響，在較惡劣的環(huán)境中(如含粉塵時)具有一定的適應(yīng)能力；在近距范圍內(nèi)超聲測距有其不受光線影響、結(jié)構(gòu)簡單、成本低等特點(diǎn)。因此在液位測量、機(jī)械手控制、車輛自動導(dǎo)航、物體識別等方面有廣泛應(yīng)用。目前國內(nèi)一般使用專用集成電路設(shè)計(jì)超聲波測距儀，但是專用集成電路的成本很高。而且沒有顯示，操作使用很不方便。本文介紹一種以at89s52或gsm97c2051單片機(jī)為核心的低成本、高精度、微型化數(shù)字顯示超聲波測距儀的硬件電路和軟件設(shè)計(jì)方法 7 。實(shí)際使用證明該測距儀工作穩(wěn)定，性能良好。2. 超聲波測距原理超聲波系統(tǒng)原理圖如下：圖1 系統(tǒng)原理框圖2.1 超聲波

9、與光波不同，超聲波是一種彈性機(jī)械波，它可以在氣體、液體和固體中傳播我們知道，電磁波的傳播速度為，而超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s左右，其速度相對電磁波是非常慢的。超聲波在相同的傳播媒體里(大氣條件)傳播速度相同，即在相當(dāng)大的頻率范圍內(nèi)聲速不隨頻率變化，波動的傳播方向與振動方向一致，是縱向振動的彈性機(jī)械波，它是借助于傳播介質(zhì)的分子運(yùn)動而傳播的，波動方程描述方法與電磁波是類似的2.2 超聲波傳感器人們?yōu)榱藢⒊暡☉?yīng)用于實(shí)際生活中，已設(shè)發(fā)明了不同類型的超聲波發(fā)生器：可分為機(jī)械方式和電氣方式。從本質(zhì)上說，超聲波發(fā)生器即是超聲波換能器 3 ：它將不同形式的能量轉(zhuǎn)換成超聲波的能量(由發(fā)射換能器來完

10、成)和使超聲波的能量轉(zhuǎn)換成其它易于檢測的能量(由接收換能器來完成)。一般是用電能和超聲能量相互轉(zhuǎn)換。電氣方式類型包括：壓電型、磁質(zhì)伸縮型和電動型等；機(jī)械式方式有氣流旋笛、液哨和加爾統(tǒng)笛等。各種類型產(chǎn)生的超聲波的功率、頻率和聲波特性都不相同。目前使用較多的是電氣類中的壓電型超聲波發(fā)生器。而壓電材料有單晶體的、多晶體復(fù)合的，如石英單晶體，鈦酸鋇壓電陶瓷、鋯鈦酸鉛壓電陶瓷復(fù)合晶體等，這里選用的是壓電型超聲波傳感器t40-12(發(fā)射管)和r40-12(接收管)超聲波傳感器由兩塊壓電晶片和一塊共振板組成。當(dāng)它的兩電極加脈沖信號(觸發(fā)脈沖，脈沖信號越尖越好，電壓越高，功率越大，距離越遠(yuǎn))，若其頻率等于晶片

11、的固有頻率時，壓電晶片就會發(fā)生共振，并帶動共振板振動，從而產(chǎn)生超聲波。相反，電極間未加電壓，則當(dāng)共振板接收到回波信號時，將壓迫兩壓電晶片振動，從而將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電信號，此時的傳感器就成了超聲波接收器。2.3 測距原理超聲波傳感器分為機(jī)械和電氣方式兩大類，它超聲波傳感器分機(jī)械方式和電氣方式兩類，它實(shí)際上是一種換能器，在發(fā)射端它把電能或機(jī)械能轉(zhuǎn)換成聲能，接收端則反之。本次設(shè)計(jì)超聲波傳感器采用電氣方式中的壓電式超聲波換能器，它是利用壓電晶體的諧振來工作的。它有兩個壓電晶片和一個共振板。當(dāng)它的兩極外加脈沖信號，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時，壓電晶片將會發(fā)生共振，并帶動共振板振動，產(chǎn)生超聲波。反之

12、，如果兩電極間未外加電壓，當(dāng)共振板接收到超聲波時，將壓迫壓電晶片作振動，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電信號，就成為超聲波接收器。在超聲波電路中，發(fā)射端輸出一系列脈沖方波，脈沖寬度越大，輸出的個數(shù)越多，能量越大，所能測的距離也越遠(yuǎn)。超聲波測距的方法有多種：如往返時間檢測法、相位檢測法、聲波幅值檢測法。本設(shè)計(jì)采用往返時間檢測法測距。其原理是超聲波傳感器發(fā)射一定頻率的超聲波，借助空氣媒質(zhì)傳播，到達(dá)測量目標(biāo)或障礙物后反射回來，經(jīng)反射后由超聲波接收器接收脈沖，其所經(jīng)歷的時間即往返時間，往返時間與超聲波傳播的路程的遠(yuǎn)近有關(guān)，知道傳輸時間就可以得出距離。假定s為被測物體到測距儀之間的距離，測得的時間為ts，超聲波s為被測

13、物體到測距儀之間的距離，得出的時間為ts，超聲波傳播速度為vms1表示，則有關(guān)系式(1)；s=vt2 (1)。在精度要求較高的情況下，需要考慮溫度對超聲波傳播速度的影響，按式(2)對超聲波傳播速度加以修正，以減小誤差：v=331.4+0607t (2)，式中，t為實(shí)際溫度單位為，v為超聲波在介質(zhì)中的傳播速度單位為ms.2.4 溫度補(bǔ)償目前，大多數(shù)的溫度測控系統(tǒng)中的溫度檢測，是利用溫度傳感器將溫度為動力，通過調(diào)制電路，由模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字的后續(xù)處理。該電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，調(diào)試繁瑣，精度容易組成；參數(shù)的影響這一設(shè)計(jì)一個溫度傳感器模塊，傳感器模塊可以直接利用自帶的改造。超聲波在空氣中傳播速度的溫度的影響

14、很大，為了得到更精確的測量結(jié)果，該系統(tǒng)采用了溫度補(bǔ)償方法。采用高精度溫度傳感器ds18b20的環(huán)境溫度的測量，通過軟件編程的查找表的實(shí)用方法去傳播超聲波，再由單片機(jī)計(jì)算的準(zhǔn)確距離。3 at89s52的功能特點(diǎn)at89s52是由愛特梅爾公司是美國生產(chǎn)的低電壓，高性能的數(shù)字的8位單片機(jī)，片含有2字節(jié)只讀閃光燈可以重復(fù)flash只讀程序存儲器128字節(jié)的隨機(jī)存取記憶體（內(nèi)存），該設(shè)備使用的高密度非易失性存儲愛特梅爾公司，生產(chǎn)技術(shù)，電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)的mcs - 51指令系統(tǒng)，內(nèi)置八件通用中央處理器和存儲單元，強(qiáng)大的at89s 52單片機(jī)可以為您提供許多高性價比的應(yīng)用。3.1 主要性能參數(shù)2.7-7v的工作

15、電壓；全靜態(tài)操作：0hz至24mhz；兩級加密程序存儲器；6個中斷源；1288字節(jié)內(nèi)部ram； 15個可編程i/okouxian口線； 兩個16位定時/計(jì)數(shù)器；一個可編程串行uart通道；一個可直接驅(qū)動led的輸出端口；一個內(nèi)置模擬比較器。at89s52功能管腳如圖2所示：圖2 at89s52功能管腳圖2k字節(jié)3.2 功能性概述 at89s52提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：2k字節(jié)可重復(fù)擦寫閃速存儲器，128字節(jié)內(nèi)部ram，15個i/o口線，兩個16位定時/計(jì)數(shù)器，一個5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個雙工串行通信口，一個內(nèi)置的精密比較器，及時鐘電路塊（振蕩器。同時，at89s 52裝置可以減少到0赫茲的靜態(tài)邏輯操

16、作，并支持軟件可選的省電工作模式。免費(fèi)的方式停止工作的處理器，但允許內(nèi)存，時間/計(jì)數(shù)器，串行通信口和中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式的內(nèi)容保存到內(nèi)存，但振蕩器和禁止所有其他停止工作部件工作直到下一個硬件復(fù)位3.2.1 空閑模式 在空閑模式下，cpu保持睡眠狀態(tài)而所有片內(nèi)的外設(shè)仍保持激活狀態(tài)，這種方式又軟件產(chǎn)生。此時，片內(nèi)ram和所有特殊功能寄存器的內(nèi)容保持不變?？臻e模可由任何允許的中斷請求或復(fù)位終止。p1.0和p1.1在不使用外部上拉電阻的情況下應(yīng)設(shè)為“0”，或者在使用上拉電阻的情況下設(shè)置為“1”。應(yīng)注意的是：在用硬件復(fù)位終止空閑模式時，at89c2051通常從程序停止一直到內(nèi)部復(fù)位獲得控制之前的兩

17、個機(jī)器周期恢復(fù)程序執(zhí)行。在這種情況下片內(nèi)硬件禁止對內(nèi)部ram的讀寫，但允許對端口的訪問，要消除硬件復(fù)位終止空閑模式對端口意外寫入的可能，原則上進(jìn)入空閑模式指令的下一條指令不應(yīng)對端口引腳或外部存儲器進(jìn)行訪問。3.2.2 掉電模式在掉電模式中，振蕩器停止工作，進(jìn)入掉電模式的文章是最后的指令執(zhí)行的指令，一塊內(nèi)存和特殊功能寄存器的內(nèi)容在斷電模式終止凍結(jié)。出口模式的唯一方法是重置硬件，減少將重新定義所有的特殊功能寄存器但不改變內(nèi)容的內(nèi)存，在電壓恢復(fù)正常工作之前，復(fù)位應(yīng)是無效的，而且必須保持一定的時間來啟動和穩(wěn)定工作的振蕩器。串行和p1.1不使用外部電阻應(yīng)設(shè)置為“0”，或在使用時應(yīng)設(shè)置為抗“1”。4 系統(tǒng)

18、硬件電路設(shè)計(jì) 4.1 單片機(jī)與各部分電路的接口本系統(tǒng)是以at89s52單片機(jī)為核心，要實(shí)現(xiàn)其對各部分電路的控制和響應(yīng)。充分利用at89s52的片內(nèi)資源 3 ，即可在很少外圍電路的情況下構(gòu)成功能完善的超聲波測速系統(tǒng)。系統(tǒng)采用24mhz晶體振蕩器，用其來產(chǎn)生40khz的脈沖信號。led數(shù)據(jù)顯示部分用外部端口p1口來驅(qū)動控制，p1口輸出顯示信號給譯碼器cd4511，從而驅(qū)動數(shù)碼管的動態(tài)顯示。由at89s52單片機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)生脈沖寬度為25os，載波為40khz的10個脈沖的脈沖群，直接通過p3.7輸出，并以推挽形式加到變壓器的初級，經(jīng)升壓變換后推動的超聲波換能器t40-12發(fā)射出去。聲波接收換能器將接收

19、到的障礙物反射回來的超聲波進(jìn)到放大器進(jìn)行放大，用外部中斷int0來接受發(fā)射回波 4 ，這樣可以及時的接收信號，并做出處理。系統(tǒng)溫度補(bǔ)償部分的電路是用dallas最新單線數(shù)字智能溫度控制器ds18b20來實(shí)現(xiàn)的，我們用單片機(jī)的串行輸入口rxd(p3.0)來接收它輸出的信號，并由系統(tǒng)判斷處理。4.2 系統(tǒng)顯示部分系統(tǒng)顯示部分其主要由譯碼器cd4511來驅(qū)動共陰極數(shù)碼管動態(tài)顯示，四個共陰極直接用單片機(jī)的外部端口p1口來驅(qū)動，因系統(tǒng)用到ds18b20作為溫度補(bǔ)償，其需要用到單片機(jī)的串行輸入口rxd(p3.0)來接收數(shù)據(jù)，從而限制了串口顯示的使用，同時用串口顯示需用到好幾塊譯碼器，這樣也不經(jīng)濟(jì)，所以這里

20、我選擇用一塊譯碼器(cd4511)來實(shí)現(xiàn)顯示，用at89s52的p1.4-p1.7來給cd4511控制信號；又因用到單片機(jī)的中斷口來接收超聲波反射回來的處理信號，這里就也沒必要用到系統(tǒng)的自帶比較器，且at89s52可直接驅(qū)動led顯示，這里就直接用p1.0-p1.3來驅(qū)動數(shù)碼管的共陰極，從而完成對數(shù)碼管的顯示控制。4.3 超聲波發(fā)射及驅(qū)動電路超聲波發(fā)射及驅(qū)動電路如圖3所示：圖3 超聲波發(fā)射部分電路系統(tǒng)采用24mhz晶體振蕩器,定時器t1工作在方式2，用其自動賦值功能，系統(tǒng)可以直接由單片機(jī)的p3.7輸出精確的載波為40khz的10個脈沖群，其脈沖寬度為25os，并以推挽形式加到變壓器的初級，經(jīng)升

21、壓變換后，送到超聲波換能器t40-12，當(dāng)它的兩電極加脈沖信號頻率等于晶片的固有頻率時，壓電晶片就會發(fā)生共振，并帶動共振板振動，從而產(chǎn)生超聲波；脈沖信號越尖越好，電壓越高，功率越大，距離越遠(yuǎn)式圖中用的脈沖變壓器，就是用來提高發(fā)射功率的。4.4超聲波接收及過零檢測電路圖4 超聲波測距接收部分電路圖測出回波和發(fā)射脈沖之間的時間間隔，利用s=ct/2就可以算出距離，再在數(shù)碼管上顯示出來。超聲波接收換能器將接收到的障礙物反射回來的超聲波進(jìn)到放大器進(jìn)行放大，op07是一個高增益、低噪聲放大器，在對放大后的信號進(jìn)行檢渡后將檢測回波送到精密比較器lm339發(fā)射-”端，其“+”端接電平“0”，這樣，在有信號接

22、收的時候，精密比較器的輸出為“0”，從而給單片機(jī)發(fā)出一個中斷信號，單片機(jī)關(guān)閉定時器t0，并讀取定時器中算出來的距離數(shù)據(jù)。即完成一次測距，再通過顯示刷新，在數(shù)碼管上顯示出來。4.5系統(tǒng)溫度補(bǔ)償4.5.1溫度傳感器ds18b20簡介ds18b20是dallas最新單線數(shù)字溫度傳感器。ds18b20為“一線器件”，體積更小、更適用，電壓更寬、更經(jīng)濟(jì)，達(dá)拉斯半導(dǎo)體公司的數(shù)字溫度傳感器是世界第一個支持“一線總線溫度傳感器接口”。一個總線獨(dú)特的經(jīng)濟(jì)特性，用戶可以很容易地建立一個網(wǎng)絡(luò)傳感器測量系統(tǒng)，推進(jìn)測量系統(tǒng)的建設(shè)。測量溫度范圍為-55+125，在-10+85范圍內(nèi),精度為0.5?，F(xiàn)場溫度直接以“一線總線

23、”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾能力，適用于惡劣環(huán)境的溫度測量，如：環(huán)境控制，設(shè)備或過程控制，溫度測量的消費(fèi)電子產(chǎn)品。與上一代產(chǎn)品不同的是，新產(chǎn)品支持3v-5.5伏電壓范圍，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更加便捷，同時與新一代相比更加便宜實(shí)用。ds18b20特性： 程序可以設(shè)定912位的分辨率，精度為0.5，所以可以選擇一個小包裝，更寬的電壓范圍。分辨率設(shè)置，用戶設(shè)置報警溫度存儲在ee prom，斷電后仍保存。ds18b20性能的新一代產(chǎn)品的最佳，性能價格也很好，“一線總線”的早期產(chǎn)品，開辟了一個新概念的溫度傳感器技術(shù)。和ds1822使電壓相比，特點(diǎn)和封裝有更多的選擇，讓我們可以構(gòu)建適合自己經(jīng)濟(jì)的溫度測量

24、系統(tǒng)。 圖5 ds18b20的管腳排4.5.2 ds18b20內(nèi)部結(jié)構(gòu)ds18b20內(nèi)部結(jié)構(gòu)由以下幾部分組成成：64位光刻rom、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器th和tl、配置寄存器。dq為數(shù)字信號輸入/輸出端；gnd為電源地；vdd為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時接地）。光刻rom中的64位序列號是出廠前被光刻好的，它可以看作是該ds18b20的地址序列碼。64位光刻rom的排列是：開始8位（28h）是產(chǎn)品類型標(biāo)號，接著的48位是該ds18b20自身的序列號，最后8位是前面56位的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（crc=x8+x5+x4+1）。光刻rom的作用是使每一個ds18b20都各不相同

25、，這樣就可以實(shí)現(xiàn)一根總線上掛接多個ds18b20的目的。該ds18b20溫度傳感器可以完成對溫度的測量，獲得12個數(shù)據(jù)存儲在18個內(nèi)存為兩個八比特，二進(jìn)制的五符號位，如果測量溫度大于0，這五位為0，只要測量數(shù)值乘以0.0625可以得到實(shí)際溫度；如果溫度低于0，這五位是1，測量數(shù)值需要采取加1乘0.0625將獲得實(shí)際溫度。4.5.3 ds18b20溫度傳感器的存儲器溫度傳感器ds 18b 20的內(nèi)部存儲器包括一個高速臨時內(nèi)存和一個非易失性可以被刪除e2ram，后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器th、tl和結(jié)構(gòu)寄存器。臨時存儲包含八個連續(xù)的字節(jié)字節(jié)，前面兩個字節(jié)是測量的溫度信息，第一個字節(jié)的內(nèi)容是溫度的

26、低八位，第二個字節(jié)是溫度的高八位，第三個和第四個字節(jié)是th、tl的易失性拷貝，第五個字節(jié)是結(jié)構(gòu)寄存器的易失性拷貝，這三個字節(jié)的內(nèi)容在每一次上電復(fù)位時被刷新。第六、七、八個字節(jié)用于內(nèi)部計(jì)算，第九個字節(jié)是冗余檢測字節(jié)。根據(jù)芯片ds18b20的通信協(xié)議，主機(jī)控制器芯片ds18b20溫度轉(zhuǎn)換必須完成后三個步驟：每次在寫入ds18b20復(fù)位，復(fù)位成功后發(fā)送一個游戲指令，最后把內(nèi)存指令，這樣才能將ds18b20操作。重置處理器要求將離線數(shù)據(jù)和500微秒，然后釋放，在接收信號后等待16至60微秒左右，發(fā)出60240微秒后存在低脈沖，主處理器接收這個信號表示復(fù)位成功。4.5.4 ds18b20使用中注意事項(xiàng)d

27、s18b20雖然溫度測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，測量精度高，連接方便，占用口線少等優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用中還應(yīng)注意以下問題：ds1820雖然具有測溫系統(tǒng)簡單、測溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用中也應(yīng)注意以下幾方面的問題：(1)較小的硬件開銷需要相對復(fù)雜的軟件進(jìn)行補(bǔ)償，由于ds18b20與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對ds18b20進(jìn)行讀寫編程時，必須嚴(yán)格的保證讀寫時序，否則將無法讀取測溫結(jié)果。在使用pl/m、c等高級語言進(jìn)行系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)時，對ds18b20操作部分最好采用匯編語言實(shí)現(xiàn)。(2)在ds18b20的有關(guān)資料中均未提及單總線上所掛ds18b20數(shù)量問題，容易使人誤認(rèn)為可以掛

28、任意多個ds18b20，在實(shí)際應(yīng)用中并非如此。當(dāng)單總線上所掛ds18b20超過8個時，就需要解決微處理器的總線驅(qū)動問題，這一點(diǎn)在進(jìn)行多點(diǎn)測溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時要加以注意。(3)連接ds18b20的總線電纜是有長度限制的。試驗(yàn)中，當(dāng)采用普通信號電纜傳輸長度超過50m時，讀取的測溫數(shù)據(jù)將發(fā)生錯誤。當(dāng)將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通訊距離可達(dá)150m，當(dāng)采用每米絞合次數(shù)更多的雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通訊距離進(jìn)一步加長。這種情況主要是由總線分布電容使信號波形產(chǎn)生畸變造成的。因此，在用ds18b20進(jìn)行長距離測溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時要充分考慮總線分布電容和阻抗匹配問題。(4)在ds18b20測溫程序設(shè)計(jì)中，向ds

29、18b20發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令后，程序總要等待ds18b20的返回信號，一旦某個ds18b20接觸不好或斷線，當(dāng)程序讀該ds18b20sh，時將沒有返回信號，程序進(jìn)入死循環(huán)。這一點(diǎn)在進(jìn)行ds18b20硬件連接和軟件設(shè)計(jì)時也要給予一定的重視。4.6 溫度測量部分因?yàn)槁曇舻乃俣仍诓煌瑴囟扔兴煌?，為了提高系統(tǒng)的精度，可以采用溫度補(bǔ)償功能。這里用的主要元器件是達(dá)拉斯半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的單總線數(shù)字溫度傳感器ds18b2 0，它具有精度高、體積小、智能化、線路簡單等優(yōu)點(diǎn)。將ds18b20數(shù)據(jù)線與單片機(jī)的p1.1口相連接，便可以實(shí)現(xiàn)溫度測量，如圖6所示。圖6 ds18b20溫度測量電路4.7 lcd顯示部分本設(shè)計(jì)

30、顯示部分采用字符型tc1602液晶顯示所測距離值。tc16022顯示的容量有雙行16字，液晶顯示器（液晶顯示器）具有功率消耗小、輕薄、操作方便，與數(shù)碼管相比，顯得更加專業(yè)、美觀。使用時，可將p0和lcd數(shù)據(jù)線聯(lián)系在一起的，p2口和液晶控制聯(lián)系在一起，如圖7所示圖7 tc1602液晶顯示電路其中，tc1602第4腳rs為寄存器，第5腳rw為讀寫信號線，第6腳e為使能端。第714腳：d0d7為8位雙向數(shù)據(jù)線。這里要注意的是，為了讓接線方便，圖中單片機(jī)端的d0d7是接到lcd602的d1d0，接線是相反的，因此在編寫軟件總是需要做處理的，使讀取正確。4.8 報警部分使用蜂鳴器，由p1.2輸出一定頻率

31、的信號，連接到一個之前蜂鳴器，經(jīng)過9012晶體管放大。報警部分附件，如下面的圖10所示。圖8 報警電路電源電路：220 v通過降壓器降壓，再經(jīng)d1至d4橋式整流和穩(wěn)壓后給電路各部分供電。晶振電路：采用12 mhz的晶振。5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)t89c2051單片機(jī)和其開發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)具有語言簡潔、可移植性好、表達(dá)能力強(qiáng)、表選方式靈活、可進(jìn)行結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)、可以直接控制計(jì)算機(jī)硬件、生成代碼質(zhì)量高、使用方便等諸多優(yōu)點(diǎn) 5 。本系統(tǒng)軟件部分與硬件系統(tǒng)配合完成對超聲波往返時間的測量，根據(jù)在一定溫度下超聲波的傳播速度計(jì)算測量的距離，送往數(shù)碼管顯示出測量結(jié)果。為了使儀器的適應(yīng)性強(qiáng)、功能更穩(wěn)定、軟件系統(tǒng)的移植性能更好，系

32、統(tǒng)采用匯編語言來編寫程序 6 。為了便于調(diào)試，本系統(tǒng)應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其主要程序模塊為：（1）系統(tǒng)初始化及主程序模塊(含溫度補(bǔ)償程序)；（2）脈沖信號發(fā)射模塊；（3）距離計(jì)算模塊；（4）回波接收模塊；5.1 系統(tǒng)初始化及主程序模塊系統(tǒng)初始化主要是設(shè)置兩定時器的工作方式：定時器t0為方式1，t1為方式2，并分別給th0/th1，tl0/th1賦初值；t1用來產(chǎn)生40khz的脈沖信號；t0用來計(jì)算距離；外部中斷int0用來接收回波信號。在初始化中，關(guān)閉外部中斷int0，開啟定時器t1發(fā)出10個脈沖群，同時開啟定時器t0開始計(jì)算距離。用智能溫度控制器ds18b20來給系統(tǒng)補(bǔ)償溫度，測出

33、當(dāng)時的環(huán)境溫度，并算出t1中的th1對應(yīng)值，修改th1。應(yīng)用到t0中計(jì)算距離，即可得到溫度補(bǔ)償。重復(fù)的調(diào)用顯示子程序，以便隨時刷新當(dāng)前的測量距離。然后系統(tǒng)重復(fù)測溫和顯示，直至中斷信號的來臨。5.2 脈沖信號發(fā)射模塊圖9 40khz脈沖信號產(chǎn)生框圖系統(tǒng)采用24mhz晶體振蕩器,定時器t1工作在方式2，用其自動賦值功能，系統(tǒng)可以直接由單片機(jī)的p3.7輸出精確的40khz脈沖，其脈沖寬度為25os，載波為40 khz的10個脈沖群。由于超聲波的發(fā)射探頭t發(fā)出的超聲波一部分會直接傳送到超聲波的接收探頭r中，從而產(chǎn)生錯誤的判斷(這將在第6章的問題及解決方案中詳細(xì)闡述)；為了避免這一錯誤的產(chǎn)生，在開始發(fā)出

34、信號時，必須關(guān)閉外部中斷int0；當(dāng)發(fā)射完畢時，開啟外部中斷int0，同時還要先清掉外部中斷的請求標(biāo)志ie0，這又是因?yàn)樵陉P(guān)閉了外部中斷的情況下，中斷信號還是會產(chǎn)生的，請求標(biāo)志仍然存在，只有清除了該標(biāo)志位，才能避免系統(tǒng)對該中斷請求的響應(yīng)。5.3 回波接收模塊用外部中斷int0來接受發(fā)射回波，這樣可以及時的接收信號，并做出處理；要是采用查詢的方式，系統(tǒng)可能要等上5-6ms才能查詢到,這樣超聲波也就多走了1-2m的路程了，精度將大打折扣，甚至有時就是錯誤的結(jié)果。但用中斷就是比較麻煩一些，比如，已經(jīng)關(guān)掉了中斷，但是在有中斷信號時，其中斷標(biāo)志位ie0還會產(chǎn)生，在退出中斷子程序后，系統(tǒng)仍會執(zhí)行此中斷請求

35、，但是在采集信號前先清掉此標(biāo)志位，這個問題也就迎刃而解了。5.4 距離計(jì)算模塊信號子程序如圖10所示： 圖10信號處理子程序框圖在進(jìn)入中斷子程序時，先關(guān)閉中斷，同時關(guān)閉定時器t0，讀取其算出的距離值，并且保存起來，當(dāng)讀取了4次距離值時，去掉其最高和最低的值，然后求出平均值，并送往顯示緩沖區(qū)，以便于刷新顯示。在返回前，清掉請求標(biāo)志位ie0，在開啟t1、t0，開始下一次的測量。定時器t0用來計(jì)算超聲波所走的距離。產(chǎn)生一次中斷，則代表超聲波已經(jīng)行程0.2米，此時得出的距離值為0.1米，依此類推，t0中斷n次，則測得距離值為n0.1m；當(dāng)int0接收到回波時，關(guān)閉t0，再讀取數(shù)據(jù)時，此數(shù)據(jù)即為測得的距

36、離值。5.6 系統(tǒng)軟件部分系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)，由以下環(huán)節(jié)組成：t1中斷服務(wù)子程序、主程序設(shè)計(jì)、t1中斷服務(wù)子程序、int0外部中斷服務(wù)子程序、測溫子程序、距離計(jì)算子程序、顯示子程序、延時子程序和報警子程序設(shè)計(jì)等。同時編寫系統(tǒng)軟件時我們應(yīng)考慮相關(guān)硬件的連線，還要進(jìn)行寄存器、空間、和定時器以及外部中斷引腳的分配與使用。本設(shè)計(jì)中p1.0引腳連接到7 hc04推挽放大電路再連接到超聲波發(fā)射傳感器，p1.0引腳輸出的將是軟件方式產(chǎn)生的40 khz方波，并p3.2（int 0）是用來接收回聲。重試抱歉，系統(tǒng)響應(yīng)超時，請稍后再試 支持中英、中日在線互譯 支持網(wǎng)頁翻譯，在輸入框輸入網(wǎng)頁地址即可 提供一

37、鍵清空、復(fù)制功能、支持雙語對照查看，使您體驗(yàn)更加流暢定時器t1、t0均采用在工作方式1，為16位計(jì)數(shù)，t1定時器被用來開啟一次測距過程以它的溢出為標(biāo)志開始一個發(fā)射測量循環(huán)，t0定時器是用來計(jì)算脈沖往返所需要的時間，它們的初值均設(shè)為0.系統(tǒng)初始化啟動計(jì)時器由0開始計(jì)數(shù)，現(xiàn)在主要程序進(jìn)入等待，當(dāng)?shù)?5毫秒表溢出中斷服務(wù)程序時，中斷服務(wù)程序?qū)㈤_始一個新的超聲波發(fā)射，導(dǎo)致在p1.0引腳上開始產(chǎn)生40千赫方波，同時開啟定時器t0計(jì)時，以避免直接波的衍射，需要延遲1毫秒開int 0中斷允許后；int 0中斷允許打開，在int0中斷服務(wù)子程序中將停止定時器t0計(jì)時，讀取定時器t0時間值到相應(yīng)的區(qū)，同時設(shè)置接

38、收成功標(biāo)志，讀取計(jì)時器t0時間值到相應(yīng)的區(qū)，測到接收成功的標(biāo)志，將調(diào)用測溫子程序，收集超聲波測出的環(huán)境溫度，并將其轉(zhuǎn)換成準(zhǔn)確的聲速，存儲到ram存儲單元中；單片機(jī)再次使用距離計(jì)算子程序進(jìn)行計(jì)算，得出傳感器到實(shí)際目標(biāo)物體之間的距離；然后主程序調(diào)用顯示子程序進(jìn)行顯示；若超過設(shè)定的最小報警距離還將啟動揚(yáng)聲器報警；當(dāng)一次發(fā)射、接收、顯示的過程完成后，系統(tǒng)將推遲100 ms后重新讓t1置初值，然后啟動t1以溢出，進(jìn)行下一次測距。但是由于障礙物距離超過測距范圍，以致在t0溢出時，接收器尚未接收到回聲，則顯示“錯誤”并回到主流程進(jìn)入新一輪。主程序和定時器t1、外部中斷int0中斷服務(wù)子程序的框圖如下：圖11

39、 主程序框圖6設(shè)計(jì)中遇到的問題及解決方案6.1 超聲波的傳播速度隨溫度變化而變化在超聲波的兩個探頭旁邊放置溫度傳感器ds18b20，測出超聲波所處的環(huán)境溫度t，將t送入單片機(jī)中，求出對應(yīng)的聲速。本系統(tǒng)采用的是壓電型超聲波換能器t40-12、r40-12發(fā)射接收對管，其要求超聲波的頻率為40k1khz；硬件電路不易產(chǎn)生這么精確的信號，本系統(tǒng)采用單片機(jī)自身來產(chǎn)生40khz的脈沖信號，這也要求單片機(jī)產(chǎn)生精確的脈沖信號，然后再進(jìn)行放大處理，才能使系統(tǒng)達(dá)到設(shè)計(jì)的要求。起初用的是12mhz的晶振，可產(chǎn)生的信號最接近的為38.46k和41.67khz，不合要求，改用24mhz的晶振之后，系統(tǒng)產(chǎn)生9.9khz

40、的信號,設(shè)計(jì)合乎要求。結(jié)論超聲波測距儀的測距儀的原理和光波測距原理與雷達(dá)測距原理類似。但由于聲波速度遠(yuǎn)低于光波的速度，所以很常用脈沖” 等效標(biāo)準(zhǔn)長度”作為即時的當(dāng)量，其精度能滿足工程實(shí)際要求。調(diào)制的等效長度增加脈沖頻率可以提高測量精度，但是這一次必須提高超聲波頻率只有狹窄的準(zhǔn)確性，但是此時必須提高超聲波頻率才有狹窄的相應(yīng)精度的開關(guān)門信號，隨之帶來的問題是行進(jìn)于空氣里的超聲波頻率加大，空氣吸收也增大，即過程犧牲長度來實(shí)現(xiàn)精度的提高。我們常用的改進(jìn)的檢測方法如下：零點(diǎn)交叉檢測法、閾值檢測法等，過程中超聲波傳播衰減較大，所以縮短了檢測距離范圍；通過降低超聲波頻率，雖然增大了測距范圍，但是測距精度將大

41、大降低。所以我們可以通過提高發(fā)射功率、采用脈沖方式來增大測距范圍，要求發(fā)射源有很大的瞬間功率，脈沖寬度較窄，能量集中，這樣接收才更靈敏，這種方式具有測量精度高、抗干擾能力強(qiáng)、反應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際生活中可適用于各種水文液位測量、障礙物的識別以及車輛自動導(dǎo)航等領(lǐng)域，在日常生活生產(chǎn)中具有廣闊的應(yīng)用前景。超聲波在當(dāng)今雖得到廣泛的應(yīng)用，但是我們對其的有效利用還是微不足道的，我想在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展，這也是需要進(jìn)一步關(guān)注的。致謝經(jīng)過將近七周的單片機(jī)課程設(shè)計(jì)，終于完成了我的數(shù)字溫度計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)，雖然途中還遇到不少困難，但最終還是把實(shí)物做出來，從這次的課程設(shè)計(jì)中，我真真正正的意識到，在以后的學(xué)習(xí)中，要理論聯(lián)

42、系實(shí)際，把我們所學(xué)的理論知識用到實(shí)際當(dāng)中，學(xué)習(xí)單機(jī)片機(jī)更是如此，程序只有在經(jīng)常的寫與讀的過程中才能提高，這就是我在這次課程設(shè)計(jì)中的最大收獲。通過這次對數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)與制作，讓我了解了設(shè)計(jì)電路的程序，也讓我了解了關(guān)于數(shù)字溫度計(jì)的原理與設(shè)計(jì)理念，要設(shè)計(jì)一個電路總要先用仿真仿真成功之后才實(shí)際接線的。但是最后的成品卻不一定與仿真時完全一樣，因?yàn)?，再?shí)際接線中有著各種各樣的條件制約著，而且，在仿真中無法成功的電路接法，在實(shí)際中因?yàn)樾酒旧淼奶匦远軌虺晒Γ?，在設(shè)計(jì)時應(yīng)考慮兩者的差異，從中找出最適合的設(shè)計(jì)方法。通過這次學(xué)習(xí)，讓我對各種電路都有了大概的了解，所以說，坐而言不如立而行，對于這些電路還是應(yīng)

43、該自己動手實(shí)際操作才會有深刻理解。從這次的課程設(shè)計(jì)中，我真真正正的意識到，在以后的學(xué)習(xí)中，要理論聯(lián)系實(shí)際，把我們所學(xué)的理論知識用到實(shí)際當(dāng)中，學(xué)習(xí)單機(jī)片機(jī)更是如此，程序只有在經(jīng)常的寫與讀的過程中才能提高，這就是我在這次課程設(shè)計(jì)中的最大收獲。最后就是要感謝這三年所有的老師對我們一絲不茍和孜孜不倦的教育，還有學(xué)校那濃郁的學(xué)習(xí)氣氛。參考文獻(xiàn) 1 袁易全. 近代超聲原理及應(yīng)用m. 南京：南京大學(xué)出版社，20082 何希才. 傳感器及其應(yīng)用電路m. 北京：電子工業(yè)出版社，200 3 呂俊芳. 傳感器接口與檢測儀器電路m. 北京：北京航空航天大學(xué)出版杜，20104 胡漢才. 單片機(jī)原理及其接口技術(shù)m. 北京：清華大學(xué)出版社，1996 5 郁慧娣. 微機(jī)系統(tǒng)及其接口技術(shù)m. 南京：南京東南大學(xué)出版社，199 96 王福瑞. 單片機(jī)測控系統(tǒng)設(shè)計(jì)大全m. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，20017 姜道連等. 用at89c2051設(shè)計(jì)超聲波測距儀j，20008 胡萍. 超聲波測距儀的研制j. 計(jì)算機(jī)與現(xiàn)代化，20039 童峰等. 一種高精度超聲測距系統(tǒng)研究j. 廈門大學(xué)學(xué)報，199810 時德鋼等. 超聲波測距儀的研