基于單片機(jī)的測(cè)距系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、 電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第1章 課題及功能分析本系統(tǒng)是基于單片機(jī)的測(cè)距系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)當(dāng)中，主要是應(yīng)用單片機(jī)at89c52控制超聲波發(fā)射與接收，運(yùn)用壓電式超聲波技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)基本測(cè)距的功能。1.1 題目來(lái)源本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目是基于單片機(jī)的測(cè)距系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在日常生產(chǎn)生活中，很多場(chǎng)合如汽車倒車、機(jī)器人避障、工業(yè)測(cè)井、水庫(kù)液位測(cè)量等需要自動(dòng)進(jìn)行非接觸測(cè)距。測(cè)距電路在人們的日常生活及工作中都有廣泛的應(yīng)用，可謂是源于生活，貼近生活，是和生活密不可分的。而在本測(cè)距系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中主要應(yīng)用超聲波技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)距的功能，我們知道，超聲波是指頻率大于20khz的在彈性介質(zhì)中產(chǎn)生的機(jī)械振蕩波，其具有指向性強(qiáng)

2、、能量消耗緩慢、傳播距離相對(duì)較遠(yuǎn)等特點(diǎn)，因此常被用于非接觸測(cè)距，如測(cè)距儀和物位測(cè)量?jī)x等都可以通過(guò)超聲波來(lái)實(shí)現(xiàn)。超聲波測(cè)距是一種非接觸式的檢測(cè)方式。與其它方法相比，如電磁的或光學(xué)的方法，它不受光線、被測(cè)對(duì)象顏色等影響。對(duì)于被測(cè)物處于黑暗、有灰塵、煙霧、電磁干擾、有毒等惡劣的環(huán)境下有一定的適應(yīng)能力。因此在液位測(cè)量、機(jī)械手控制、車輛自動(dòng)導(dǎo)航、物體識(shí)別等方面有廣泛應(yīng)用。特別是應(yīng)用于空氣測(cè)距，由于空氣中波速較慢，其回波信號(hào)中包含的沿傳播方向上的結(jié)構(gòu)信息很容易檢測(cè)出來(lái)，具有很高的分辨力，因而其準(zhǔn)確度也較其它方法高；而且超聲波傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、信號(hào)處理可靠等特點(diǎn)。由于超聲波對(duì)光線、色彩和電磁場(chǎng)不敏

3、感，因此超聲波測(cè)距對(duì)環(huán)境有較好的適應(yīng)能力，利用超聲波檢測(cè)往往比較迅速、方便、計(jì)算簡(jiǎn)單、易于做到實(shí)時(shí)控制，并且在測(cè)量精度方面能達(dá)到工業(yè)實(shí)用的要求，所以將此技術(shù)應(yīng)用到生活中可以節(jié)省很多人力、物力等資源，而且利用超聲波檢測(cè)距離，設(shè)計(jì)比較方便，計(jì)算處理也較簡(jiǎn)單，在測(cè)量精度方面能達(dá)到日常使用的要求，大大提高了產(chǎn)品的性能及質(zhì)量。此外超聲波測(cè)量在實(shí)時(shí)、精度、價(jià)格也能得到很好的折衷。1.2 主要任務(wù)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的任務(wù)比較明確，主要是測(cè)量超聲波到反射物的距離，此設(shè)計(jì)中最關(guān)鍵的是計(jì)算從超聲波發(fā)出到途中遇到障礙物反射回來(lái)的往返時(shí)間，然后利用有關(guān)參數(shù)根據(jù)距離計(jì)算公式算出所測(cè)距離，要求測(cè)距的范圍是0.5到10米，所測(cè)到

4、距離要能夠?qū)崟r(shí)顯示，如果距離小于0.5米，將采用聲光報(bào)警來(lái)提示用戶。1.3 功能分析本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的基于單片機(jī)的測(cè)距系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要是應(yīng)用超聲波技術(shù)，以單片機(jī)系統(tǒng)為設(shè)計(jì)核心的控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)以下功能：1測(cè)距范圍為0.5到10米；2數(shù)碼管實(shí)時(shí)顯示所測(cè)到的距離；3距離小于0.5米發(fā)生聲光報(bào)警。第2章 方案論證2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求本設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一測(cè)距系統(tǒng)，測(cè)距的范圍是0.5到10米，所測(cè)到距離要能夠?qū)崟r(shí)顯示，如果距離小于0. 5米，將采用聲光報(bào)警來(lái)提示用戶。在設(shè)計(jì)當(dāng)中以單片機(jī)為核心器件，形成相應(yīng)的測(cè)距電路，信號(hào)處理電路及報(bào)警電路，自行編制單片機(jī)控制程序，并進(jìn)行硬件調(diào)試、軟件調(diào)試，最后進(jìn)行軟硬件聯(lián)調(diào)，

5、達(dá)到性能要求。系統(tǒng)性能要求如下： 1收發(fā)傳感器均選用超聲波傳感器； 2距離要求顯示； 3探測(cè)距離0.5m10m； 4工作溫度-2045。2.2 系統(tǒng)方案論證超聲波測(cè)距原理是通過(guò)不斷檢測(cè)超聲波發(fā)射后遇到障礙物所反射的回波，從而測(cè)出發(fā)射和接收回波的時(shí)間差t，然后求出距離sct2，式中的c為超聲波波速。限制該系統(tǒng)的最大可測(cè)距離存在4個(gè)因素：超聲波的幅度、反射的質(zhì)地、反射和入射聲波之間的夾角以及接收換能器的靈敏度。接收換能器對(duì)聲波脈沖的直接接收能力將決定最小的可測(cè)距離。為了增加所測(cè)量的覆蓋范圍、減小測(cè)量誤差，可采用多個(gè)超聲波換能器分別作為多路超聲波發(fā)射或接收的設(shè)計(jì)方法。2.2.1方案1 本系統(tǒng)主要是基

6、于單片機(jī)的測(cè)距系統(tǒng)，在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)當(dāng)中要以單片機(jī)為核心器件，分為超聲波發(fā)射電路和超聲波檢測(cè)接收電路、顯示及報(bào)警四部分。超聲波測(cè)距電路的設(shè)計(jì)框圖如圖2.1所示：74ls04反相器cx20106a集成電路超聲波發(fā)射器超聲波接收器mcs-52 單片機(jī)顯示報(bào)警圖2.1 超聲波測(cè)距電路的設(shè)計(jì)框圖本方案采用單片機(jī)作為控制系統(tǒng)，用單片機(jī)產(chǎn)生8個(gè)40khz的超聲波，脈沖持續(xù)時(shí)間為0.2ms左右，時(shí)隔59.8ms反復(fù)進(jìn)行。此脈沖信號(hào)作為計(jì)時(shí)的起始脈沖，由單片機(jī)輸出的端口的高頻脈沖經(jīng)過(guò)74ls04六反相器功率放大、升壓后與超聲波探頭產(chǎn)生共振，使超聲波探頭工作，則超聲波由超聲波發(fā)射頭發(fā)射出去。接收電路由超聲波接收器、

7、cx20106a集成電路組成。使用cx20106a集成電路對(duì)接收探頭收到的信號(hào)進(jìn)行放大、濾波。當(dāng)cx20106a接收到反射40khz的信號(hào)時(shí)，會(huì)在第7腳產(chǎn)生一個(gè)低電平下降脈沖，這個(gè)信號(hào)可以接到單片機(jī)的外部中斷引腳作為中斷信號(hào)輸入，停止計(jì)數(shù)器t0計(jì)數(shù)，并讀取t0計(jì)數(shù)值存儲(chǔ)。顯示用4位共陽(yáng)極led數(shù)碼管，聲光報(bào)警是用發(fā)光二極管和蜂鳴器組成的，單片機(jī)輸出一定頻率的脈沖驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲，同時(shí)點(diǎn)亮發(fā)光二極管。系統(tǒng)中采用的是壓電式超聲波發(fā)生器，這個(gè)發(fā)生器實(shí)際上是利用壓電晶體的諧振來(lái)工作的。超聲波傳感器由兩個(gè)壓電晶片和一個(gè)共振板組成。發(fā)射超聲波時(shí)，壓電傳感器中的壓電晶片受發(fā)射電脈沖激勵(lì)后產(chǎn)生共振，并帶動(dòng)

8、共振板振動(dòng)，便產(chǎn)生超聲波。接收超聲波時(shí)，兩電極間未外加電，共振板接收到超聲波，將壓迫壓電晶片作振動(dòng)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。2.2.2方案2原理框圖如圖2.2所示。mcs-51單片機(jī)超聲波發(fā)射器顯示報(bào) 警超聲波接收器fps4091接收組件 圖2.2 方案原理框圖本方案主要是對(duì)方案1的發(fā)射和接收電路做了改動(dòng)，在本方案中的發(fā)射電路是由單片機(jī)i/o口編程輸出40khz的方波，持續(xù)時(shí)間為0.2ms，每隔59.8ms左右再發(fā)一次，常溫下超聲波在空氣中的傳播速度為340米/秒，這樣決定了儀器的最大探測(cè)距離為。直接由單片機(jī)產(chǎn)生40khz的超聲波，在發(fā)射電路中，由于單片機(jī)的p1口作為i/o口使用時(shí)吸電流能力小，所

9、以外接一個(gè)三極管來(lái)提高其輸出電流的能力，保證40khz的脈沖有一定的功率。在接收端方案二采用fps4091接收組件，需要將紅外接收管ph302換為超聲波接收頭。因?yàn)樵诰嚯x較遠(yuǎn)時(shí)，回波信號(hào)很弱，使用此接收組件，可以在有效的測(cè)距范圍內(nèi)保證接收到的信號(hào)其輸出達(dá)到ttl電平避免了為達(dá)到幾十萬(wàn)倍的放大量而采用多級(jí)運(yùn)放組成的調(diào)試?yán)щy的高增益放大電路，十分便于制作，且電路無(wú)需調(diào)試。2.2.3方案比較通過(guò)分析上述兩個(gè)方案，可以發(fā)現(xiàn)他們的主要區(qū)別在超聲波的接收和發(fā)射部分，方案一的發(fā)射電路采用74ls04六反相器來(lái)驅(qū)動(dòng)40khz的超聲波，而方案二采用直接通過(guò)對(duì)單片機(jī)的編程由i/o口直接產(chǎn)生40khz的超聲波，方案

10、一雖然增加了六反相器，但這能保證超聲波一定能發(fā)射出去，提高驅(qū)動(dòng)能力。在接收部分方案一采用cx20106a集成電路，使用cx20106a集成電路對(duì)接收探頭受到的信號(hào)進(jìn)行放大、濾波。當(dāng)cx20106a接收到反射40khz的信號(hào)時(shí)，會(huì)在第7腳產(chǎn)生一個(gè)低電平下降脈沖，這個(gè)信號(hào)可以接到單片機(jī)的外部中斷引腳作為中斷信號(hào)輸入，停止計(jì)數(shù)器t0計(jì)數(shù)，并讀取t0計(jì)數(shù)值存儲(chǔ)。而方案二采用fps4091接收組件，結(jié)構(gòu)雖然簡(jiǎn)單且不用調(diào)試，容易實(shí)現(xiàn)，但是大大的增加了投入費(fèi)用，這與我們的實(shí)際情況不符，同時(shí)fps4091接收組件在市場(chǎng)上不是很容易買到，尤其是小批量的購(gòu)買很難。2.2.4結(jié)論 通過(guò)方案比較，方案一更加節(jié)省資金，

11、容易實(shí)現(xiàn)，與我們的實(shí)際情況相符，因此確定選擇方案一為最終實(shí)施方案。2.3 元器件的選擇在整個(gè)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)當(dāng)中，元器件的選擇是否適合本設(shè)計(jì)的需求，對(duì)于系統(tǒng)設(shè)計(jì)的成功與否起著相當(dāng)重要的作用，所以在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，一定要慎重地選擇所要用的元器件。在本系統(tǒng)中，單片機(jī)采用at89c52，具有較高的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間；晶體振蕩器采用12mhz高精度的晶振，以獲得較穩(wěn)定的時(shí)鐘頻率，減小測(cè)量誤差；超聲波傳感器選擇t/r40-16（t發(fā)射/r接收）；led七段數(shù)碼管選用簡(jiǎn)單實(shí)用的四位led共陽(yáng)數(shù)碼管，位碼采用pnp三極管8550驅(qū)動(dòng)；超聲波發(fā)射電路采用六反相器74ls04構(gòu)成的推挽形式將方波信號(hào)加到超聲波傳感器兩端，

12、以提高超聲波的發(fā)射強(qiáng)度；超聲波檢測(cè)接收電路主要采用cx20106a集成電路。第3章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)本系統(tǒng)是利用超聲波技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)其測(cè)距的功能，它不僅包含硬件電路的設(shè)計(jì)，也包含了軟件程序的編程。下面就先以硬件電路的設(shè)計(jì)加以說(shuō)明。3.1 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)思想本系統(tǒng)主要是用單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的測(cè)距電路的設(shè)計(jì)，按照設(shè)計(jì)的要求，主要是根據(jù)超聲波測(cè)距原理，以at89c52單片機(jī)控制系統(tǒng)為核心來(lái)設(shè)計(jì)本系統(tǒng)。以下是對(duì)超聲波測(cè)距系統(tǒng)的各部分電路的說(shuō)明：1、at89c52單片機(jī)最小系統(tǒng)是本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心部分。它的主要作用是： 發(fā)射40khz的方波信號(hào)用來(lái)驅(qū)動(dòng)超聲波傳感器發(fā)生超聲波信號(hào)； 利用計(jì)數(shù)器t0對(duì)超聲波從發(fā)射

13、到返回所用的時(shí)間進(jìn)行計(jì)數(shù)； 利用外部中斷0口來(lái)檢測(cè)超聲波回波信號(hào)； 根據(jù)所測(cè)出的時(shí)間及有關(guān)參數(shù)來(lái)計(jì)算距離； 控制有關(guān)參數(shù)的輸入與顯示。2、顯示電路的作用是采用動(dòng)態(tài)掃描法使4位led共陽(yáng)數(shù)碼管實(shí)時(shí)顯示。3、超聲波發(fā)射電路的作用主要是將單片機(jī)發(fā)射過(guò)來(lái)的40khz的方波信號(hào)放大加到超聲波發(fā)射傳感器兩極，用以驅(qū)動(dòng)超聲波傳感器發(fā)生超聲波信號(hào)。4、超聲波檢測(cè)接收電路的作用主要是對(duì)接收到的超聲波回波進(jìn)行放大和整形，將其轉(zhuǎn)換成單片機(jī)中斷信號(hào)。5、聲光報(bào)警電路的作用主要是根據(jù)有關(guān)參數(shù)及設(shè)計(jì)要求使系統(tǒng)按要求發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警信號(hào)。3.2 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的硬件電路主要分為單片機(jī)最小系統(tǒng)、顯示電路、超聲波發(fā)射電

14、路、超聲波檢測(cè)接收電路及聲光報(bào)警電路五部分。3.2.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路單片機(jī)最小系統(tǒng)電路是整個(gè)硬件電路中非常重要的一部分。單片機(jī)系統(tǒng)主要起控制電路中的各部分能夠按照設(shè)計(jì)要求正常工作的作用，在本電路中單片機(jī)采用at89c52，采用了12mhz高精度的晶振，以獲得較穩(wěn)定的時(shí)鐘頻率，減小測(cè)量誤差。單片機(jī)at89c52最小系統(tǒng)電路如圖3.1所示： 圖3.1單片機(jī)at89c52最小系統(tǒng)電路1、單片機(jī)at89c52at89c52是一種低功耗、高性能的含有8k字節(jié)快閃可編程/擦除只讀存儲(chǔ)器（fperomflash programmable and erasable read only memory）的8

15、位cmos微控制器，使用高密度、非易失存儲(chǔ)技術(shù)制造。芯片上的fperom允許在線或采用通用的非易失存儲(chǔ)編程器對(duì)程序存儲(chǔ)器重復(fù)編程。at89c52的內(nèi)部有256個(gè)字節(jié)的ram，地址范圍是00h-ffh，但實(shí)際提供給用戶使用的只有128個(gè)字節(jié)（00h-7fh），另128個(gè)字節(jié)（80h-ffh）是特殊寄存器區(qū)。除rom和ram外，芯片內(nèi)部還有三個(gè)16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，在本系統(tǒng)中定時(shí)器t0用來(lái)測(cè)量超聲波的傳輸時(shí)間。51系列單片機(jī)引腳與封裝如圖3.2所示：圖3.2 51單片機(jī)引腳與封裝圖at89c52的主要性能如下： 與mcs-52微控制器產(chǎn)品系列兼容； 片內(nèi)有8k字節(jié)的可在線重復(fù)編程快閃擦寫(xiě)存儲(chǔ)芯器

16、（flash memory）； 編程所需的所有時(shí)序和電壓，均不需外部電路供給； 存儲(chǔ)器可循環(huán)寫(xiě)入/擦除1000次； 存儲(chǔ)數(shù)據(jù)保存時(shí)間為10年； 寬工作電壓范圍：vcc可由2.7v到6v； 全靜態(tài)工作：可由0hz到16mhz； 程序存儲(chǔ)器具有3級(jí)鎖存保護(hù)； 1288位內(nèi)部ram； 32條可編程i/o線； 三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)時(shí)器； 中斷結(jié)構(gòu)具有5個(gè)中斷源和2個(gè)優(yōu)先級(jí)； 可編程全雙工串行通道； 空閑狀態(tài)維持低功耗和掉電狀態(tài)保護(hù)存儲(chǔ)內(nèi)容。2、時(shí)鐘電路 常用的時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)有兩種方式，一種是內(nèi)部時(shí)鐘方式，另一種為外部時(shí)鐘方式，本系統(tǒng)采用的是內(nèi)部時(shí)鐘方式。51單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大

17、器，該高增益反相放大器的輸入端為芯片引腳xtal1，輸出端為引腳xtal2.。這兩個(gè)引腳跨接石英晶體振蕩器和微調(diào)電容。這里晶振的振蕩頻率為12mhz，電路中的電容c6、c7選為30pf。3、復(fù)位電路本系統(tǒng)設(shè)計(jì)是的上電自動(dòng)復(fù)位電路，上電自動(dòng)復(fù)位是通過(guò)外部復(fù)位電路的電容充電來(lái)實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)電源接通時(shí)只要vcc 的上升時(shí)間不超過(guò)1ms，就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上電復(fù)位。3.2.2顯示電路在本系統(tǒng)的顯示電路的設(shè)計(jì)中主要采用的是4位共陽(yáng)led數(shù)碼管，根據(jù)led數(shù)碼管內(nèi)部發(fā)光二極管的連接方式，數(shù)碼管結(jié)構(gòu)可以分為共陽(yáng)極型和共陰極型兩種，共陽(yáng)極型的內(nèi)部發(fā)光二極管是由陽(yáng)極連在一起接高電平。由于p0口輸出電壓很低，無(wú)法驅(qū)動(dòng)數(shù)碼

18、管點(diǎn)亮，所以要加上拉電阻，一般選擇10k上拉電阻。同時(shí)數(shù)碼管額定工作電壓范圍為1.21.5v，工作電流為10ma,要加限流電阻，根據(jù)公式： 所以此處限流電阻選擇380。顯示電路如圖3.3所示：圖3.3 顯示電路3.2.3超聲波發(fā)射電路超聲波發(fā)射電路主要由六反相器74ls04組成的推挽電路和超聲波發(fā)射傳感器構(gòu)成。超聲波發(fā)射電路如圖3.4所示。單片機(jī)p1.0端口向外輸出超聲波脈沖信號(hào)，該信號(hào)一路經(jīng)一級(jí)反相器后送到超聲波換能器的一個(gè)電極，另一路經(jīng)兩極反相器后送到超聲波換能器的另一個(gè)電極。用這種推挽形式將方波信號(hào)加到超聲波換能器兩端，可以提高超聲波的發(fā)射強(qiáng)度。輸出端采用兩個(gè)反相器并聯(lián)，用以提高驅(qū)動(dòng)能力

19、。其中的上拉電阻r1、r2一方面可以提高反相器74ls04輸出高電平的驅(qū)動(dòng)能力，另一方面可以增加超聲波換能器的阻尼效果，縮短其自由振蕩的時(shí)間。圖3.4 超聲波發(fā)射電路1、反相器在本系統(tǒng)的超聲波發(fā)射電路中采用的反相器是六反相器74ls04芯片，其引腳結(jié)構(gòu)如圖3.5所示：圖3.5 芯片74ls04引腳結(jié)構(gòu) 由其引腳結(jié)構(gòu)可知， 7腳接地，14腳接電源，剩下12個(gè)管腳可分為六個(gè)反相器，其中a為輸入端，y為輸出端，例如：1a輸入，1y輸出。2、超聲波傳感器超聲波傳感器是利用晶體的壓電效應(yīng)和電致伸縮效應(yīng)，將機(jī)械能與電能相互轉(zhuǎn)換，并利用波的特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)各種參量的測(cè)量。人們能聽(tīng)到聲音是由于物體振動(dòng)產(chǎn)生的，它的

20、頻率通常在20hz-20khz范圍內(nèi)，超過(guò)20khz稱為超聲波，低于20hz的稱為次聲波。常用的超聲波頻率為幾十khz-幾十mhz。超聲波是一種在彈性介質(zhì)中的機(jī)械振蕩，它的波形有縱波、橫波、表面波三種。質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)與波的傳播方向一致的波稱為縱波；質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)與波的傳播方向垂直的波稱為橫波；質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)介于縱波與之間，沿著表面?zhèn)鞑?，振幅隨著深度的增加而迅速衰減的波稱為表面波。橫波、表面波只能在固體中傳播，縱波可在固體、液體及氣體中傳播。2.1 傳播速度超聲波的傳播速度與介質(zhì)的密度和彈性特性有關(guān)，與環(huán)境條件也有關(guān)。在液體中傳播速度為 c= 式中p為介質(zhì)的密度；為絕對(duì)壓縮系數(shù)。對(duì)于固體，其傳播速度為 c=

21、 式中，e為固體的彈性模量；u為介質(zhì)的泊松比。在氣體中，超聲波的傳播速度與氣體種類、壓力及溫度有關(guān)，在空氣中傳播速度為c=331.5+0.607t (m/s) 式中，t為環(huán)境溫度，單位為0c。2.2 反射和折射超聲波在通過(guò)兩種不同介質(zhì)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生反射和折射現(xiàn)象，有如下的關(guān)系：=c1/c2 式中c1、c2為超聲波在兩種介質(zhì)中的速度；為入射角，b為折射角。2.3 傳播中的衰減隨著超聲波在介質(zhì)中傳播距離的增加，介質(zhì)吸收能量使超聲波強(qiáng)度有所衰減。若超聲波進(jìn)入介質(zhì)的強(qiáng)度為i0，通過(guò)介質(zhì)后的強(qiáng)度為i，則他們之間的關(guān)系為： i= i0e-ad 式中，d為介質(zhì)的厚度，a為介質(zhì)對(duì)超聲波能量的吸收系數(shù)。介質(zhì)的密度越

22、小，衰減越快，頻率高時(shí)則衰減更快。因此，在空氣中常采用頻率較低的超聲波，而在固體、液體中則采用頻率較高的超聲波。利用超聲波的特性，可做成各種傳感器（包括超聲波的發(fā)射和接收），配上不同的電路，可制成各種超聲波儀器及裝置，應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療、家電等行業(yè)中。在本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中就是利用壓電式超聲波傳感器，該超聲波傳感器是利用壓電晶體的諧振來(lái)工作的。超聲波傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3.6所示。超聲波傳感器由兩個(gè)壓電晶片和一個(gè)共振板組成。當(dāng)它的兩極外加脈沖信號(hào)，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時(shí)，壓電晶片將會(huì)發(fā)生共振，并帶動(dòng)共振板振動(dòng)，便產(chǎn)生超聲波。反之，如果兩電極間未外加電壓，當(dāng)共振板接收到超聲波時(shí)，將壓迫壓

23、電晶片作振動(dòng)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，這時(shí)它就成為超聲波接收換能器了。同時(shí)要注意的是超聲波發(fā)射換能器與接收換能器在其結(jié)構(gòu)上稍有不同，在使用中一定要分清楚器件上的符號(hào)標(biāo)志。圖3.6超聲波傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)本系統(tǒng)所采用的是t/r40-16型超聲波傳感器。下面就對(duì)t/r40超聲波傳感器進(jìn)行一些簡(jiǎn)單介紹：1 超聲波傳感器型號(hào)代碼例如t/r40-16型超聲波傳感器的型號(hào)代碼如圖3.7所示。圖3.7 t/r40-16型超聲波傳感器型號(hào)代碼 超聲波傳感器外部結(jié)構(gòu)如圖3.8所示。圖3.8 超聲波傳感器的外形結(jié)構(gòu)示意圖 超聲波傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3.9 所示。圖3.9 超聲波傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖 超聲波傳感器的性能

24、指標(biāo)如表3.1所示。要想很好地運(yùn)用超聲波傳感器，還要了解它的各項(xiàng)性能指標(biāo)，超聲波傳感器的性能指標(biāo)如表3.1所示：表3.1 超聲波傳感器性能指標(biāo)超聲波型號(hào)t/r40-10t/r40-12t/r40-16中心頻率40士1khz40士1khz40士1khz發(fā)射聲壓大于107db大于112db大于115db接收靈敏度-74db/v/ubar-67db/v/ubar-64db/v/ubar-6db指向100deg80deg50deg電容1100士25%pf2500士25%pf2400士25%pf 超聲波傳感器特性曲線 聲壓電平特性曲線如圖3.10所示。圖3.10 聲壓電平特性曲線 靈敏度特性曲線如圖3.

25、11所示。圖3.11 靈敏度特性曲線由這些特性曲線圖可知，t/r40超聲波傳感器在輸入頻率為40khz時(shí)，各種特性都呈現(xiàn)出最佳狀態(tài)，因此為了得到最佳效果必須使單片機(jī)輸出方波的頻率為40khz。3.2.4超聲波檢測(cè)接收電路超聲波檢測(cè)接收電路主要是由紅外線檢波接收的專用芯片cx20106a以及超聲波接收傳感器r構(gòu)成的，其電路圖如圖3.12所示?？紤]到紅外遙控常用的載波頻率38khz與測(cè)距的超聲波頻率40khz較為接近，而且cx20106a的載波頻率可以通過(guò)其5腳與電源所接的電阻大小調(diào)整到40khz，所以可以利用它制作超聲波檢測(cè)接收電路。用cx20106a接收超聲波（無(wú)信號(hào)時(shí)輸出高電平），具有很高的

26、靈敏度和較強(qiáng)的抗干擾能力。以集成片cx20106a的7腳做為指今輸出端，利用單片機(jī)外中斷0口監(jiān)測(cè)超聲波接收電路輸出的返回信號(hào)；cx20106a的5腳與電源之間所接電阻r7的大小決定著它本身的帶通濾波器的中心頻率的大小，在本系統(tǒng)中選擇r7的阻值為200k，此時(shí)的中心頻率=40khz；超聲波接收傳感器r接在cx20106a的1腳與地所接電容c5的兩端，根據(jù)測(cè)量范圍要求不同，可適當(dāng)更改接于超聲波接收傳感器r電極兩端的電容c5的大小，以改變接收電路的接收靈敏度和抗干擾能力。圖3.12 超聲波檢測(cè)接收電路紅外線檢波的專用芯片cx20106a是8腳單列直插式塑封結(jié)構(gòu)，其各引腳功能如表3.2所示，它的主要功

27、能是對(duì)接收到的超聲波信號(hào)進(jìn)行放大、濾波。它主要是由前置放大器、限幅放大器、帶通濾波器（bpf）、峰值檢波器和波形整形器等組成。其主要特點(diǎn)如下：（1）低電壓供電（vcc=5v），低功耗（vcc=5v時(shí)，典型功耗為9mv）。（2）帶通濾波器在集成電路內(nèi)部，濾波特性由5腳和電源之間外接電阻的阻值來(lái)決定，可不必進(jìn)行調(diào)整，帶通濾波器的頻率范圍為3060khz，由于沒(méi)有使用電感，可免受磁場(chǎng)的影響。（3）能和pin光電二極管直接相連。（4）集電極開(kāi)路輸出，能直接與ttl或cmos電路相連。表3.2 cx20106a的各引腳功能引腳符號(hào)功能電壓(v)1in信號(hào)輸入端,輸入阻抗為405 k2.52c2該腳和地之

28、間接有rc串聯(lián)網(wǎng)絡(luò),用來(lái)確定前置放大器的頻率特性和增益.若電阻大、電容小,則增益低,反之則高。但電容不易過(guò)大，否則瞬間響應(yīng)速度會(huì)降低2.53c3該腳和地之間連接檢波電容，電容量大為平均值檢波；若電容量小，則為峰值檢波，瞬間響應(yīng)靈敏度高，但檢波輸出脈沖的脈寬變動(dòng)大，易造成遙控誤動(dòng)作1.54gnd接地端05該腳為帶通濾波器的中心頻率設(shè)置端，其與電源所接的電阻用來(lái)設(shè)置帶通濾波器的中心頻率：當(dāng)r=200 k時(shí)，=40khz； 當(dāng)r=220 k時(shí)，=38khz1.46c4該腳為積分電容連接端，所接電容的標(biāo)準(zhǔn)值為330pf。若電容量大，則受外部噪波干擾增強(qiáng)，而且輸出脈沖的低電平持續(xù)時(shí)間增加，遙控距離變短1

29、.07out指令輸出端,是集電極開(kāi)路輸出端,該腳與電源之間連接22 k電阻,輸出脈沖的低電平標(biāo)準(zhǔn)為0.2v5.08vcc供電電源端,電壓為50.3v5.03.2.5聲光報(bào)警電路本系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)要求測(cè)量距離小于0.5米時(shí)電路發(fā)生聲光報(bào)警。在本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)當(dāng)中應(yīng)用單片機(jī)程序控制電路發(fā)生報(bào)警，通過(guò)單片機(jī)輸出低電平觸發(fā)的，選擇了發(fā)光二極管以及蜂鳴器作為該報(bào)警電路的主要元器件，聲光報(bào)警電路如圖3.13所示：圖3.13 聲光報(bào)警電路第4章 系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要由主程序、定時(shí)器t1中斷服務(wù)子程序、外部中斷int0中斷服務(wù)子程序、距離計(jì)算子程序、初始化子程序、顯示子程序、延時(shí)子程序等組成。我們知道

30、c語(yǔ)言程序有利于實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的算法，匯編語(yǔ)言程序容易精細(xì)計(jì)算程序運(yùn)行的時(shí)間，而超聲波測(cè)距的程序既有較復(fù)雜的計(jì)算（計(jì)算距離時(shí)），又要求精細(xì)計(jì)算程序運(yùn)行時(shí)間（超聲波測(cè)距時(shí)），所以為了有利于程序結(jié)構(gòu)化和容易計(jì)算出距離，程序采用c語(yǔ)言編寫(xiě)。下面就對(duì)主要的程序加以說(shuō)明。4.1系統(tǒng)的算法設(shè)計(jì)根據(jù)超聲波測(cè)距的原理，即超聲波發(fā)生器t在某一時(shí)刻發(fā)出超聲波脈沖信號(hào)，超聲波遇到被測(cè)物體后反射回來(lái)，被超聲波接收器r接收到。這樣只要計(jì)算出從發(fā)出超聲波信號(hào)到接收到返回信號(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。距離的計(jì)算公式為：s=ct/2其中的s為被測(cè)物體與測(cè)距器之間的距離，c為聲速，t為聲波來(lái)回所用的時(shí)間。設(shè)

31、計(jì)時(shí)取超聲波20時(shí)的聲速為344m/s。所以，只要測(cè)出超聲波往返的時(shí)間，即可求得距離。由于超聲波也是一種聲波，其聲速c與溫度有關(guān)，在使用時(shí)，如果溫度變化不大，則可認(rèn)為聲速是基本不變的，在本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中取20時(shí)的的聲速為344m/s。聲速確定后，只要測(cè)得超聲波往返的時(shí)間，即可求得距離。4.2系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) 系統(tǒng)軟件編制時(shí)應(yīng)考慮相關(guān)硬件的連線，同時(shí)還要進(jìn)行存儲(chǔ)空間、寄存器以及定時(shí)器和外部中斷引腳的分配和使用。本設(shè)計(jì)中p1.0引腳連接到74ls04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)生的超聲波脈沖信號(hào)，而p3.2(int0)則被用來(lái)接收回波。定時(shí)器t1，計(jì)數(shù)器t0均

32、工作在工作方式1，為16位計(jì)數(shù)，t1定時(shí)器被用來(lái)開(kāi)啟一次測(cè)距過(guò)程以它的溢出為標(biāo)志開(kāi)始一個(gè)發(fā)射測(cè)量循環(huán)，t0計(jì)數(shù)器是用來(lái)計(jì)算脈沖往返時(shí)間，t0的初值設(shè)為0。4.2.1主程序的設(shè)計(jì) 系統(tǒng)初始化后就啟動(dòng)定時(shí)器t1從0開(kāi)始計(jì)數(shù)，此時(shí)主程序進(jìn)入等待，當(dāng)?shù)竭_(dá)60 ms時(shí)t1溢出進(jìn)入t1中斷服務(wù)子程序；在t1中斷服務(wù)子程序中將啟動(dòng)一次新的超聲波發(fā)射，此時(shí)將在p1.0引腳上開(kāi)始產(chǎn)生超聲波脈沖信號(hào)，同時(shí)開(kāi)啟計(jì)數(shù)器t0計(jì)數(shù)，為了避免直射波的繞射，需要延遲1 ms后再開(kāi)int0中斷允許；int0中斷允許打開(kāi)后，若p3.2(int0)引腳出現(xiàn)低電平則代表收到回波信號(hào)，將提出中斷請(qǐng)求進(jìn)入int0中斷服務(wù)子程序，在int

33、0中斷服務(wù)子程序中將停止計(jì)數(shù)器t0計(jì)數(shù)，讀取計(jì)數(shù)器t0計(jì)數(shù)值到相應(yīng)的存儲(chǔ)區(qū)，同時(shí)設(shè)置接收成功標(biāo)志；主程序一旦檢測(cè)到接收成功標(biāo)志，單片機(jī)再調(diào)用距離計(jì)算子程序進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算出傳感器到目標(biāo)物體之間的距離；此后主程序調(diào)用顯示子程序進(jìn)行顯示；若超過(guò)設(shè)定的最小報(bào)警距離還將報(bào)警；如果沒(méi)有檢測(cè)到接收成功標(biāo)志，則繼續(xù)等待回波；當(dāng)一次發(fā)射、接收、顯示的過(guò)程完成后，系統(tǒng)將再次啟動(dòng)t1以溢出，進(jìn)入下一次測(cè)距。主程序的流程圖如圖4.1所示：開(kāi)始系統(tǒng)初始化啟動(dòng)定時(shí)器t1定時(shí)60ms,開(kāi)t1中斷調(diào)用距離計(jì)算顯示距離清回波接收成功標(biāo)志位回波接收成功標(biāo)志位置1ny啟動(dòng)計(jì)數(shù)器t0，開(kāi)始計(jì)數(shù)，開(kāi)外部中斷int0 圖4.1主程序流程

34、圖4.2.2定時(shí)器t1中斷服務(wù)子程序的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中40 khz方波的產(chǎn)生采用軟件方式實(shí)現(xiàn)：控制p1.0口輸出12.5s的高電平，再輸出12.5s的低電平，這樣得到一個(gè)周期為40 khz的脈沖，再循環(huán)發(fā)送8次。超聲波發(fā)生子程序用定時(shí)器t1中斷程序產(chǎn)生超聲波。定時(shí)器t1中斷服務(wù)程序流程圖如圖4.2所示：計(jì)數(shù)器t0清零并啟動(dòng)計(jì)數(shù)器t0，開(kāi)中斷允許ea連續(xù)發(fā)射8個(gè)40khz的超聲波延時(shí)1ms以避免“虛假發(fā)射波”開(kāi)外部中斷int0返 回定時(shí)器t1中斷服務(wù)子程序入口圖4.2 定時(shí)器t1中斷服務(wù)程序流程圖4.2.3外部中斷int0中斷服務(wù)子程序的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)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

35、信號(hào)（即int0引腳出現(xiàn)低電平），立即進(jìn)入中斷程序。進(jìn)入中斷后就立即關(guān)閉計(jì)數(shù)器t0停止計(jì)數(shù)，并將接收成功標(biāo)志字賦值1。外部中斷int0中斷服務(wù)子程序流程圖如圖4.3所示：關(guān)總中斷允許ea停止計(jì)數(shù)器t0計(jì)數(shù)，并讀取t0計(jì)數(shù)值存儲(chǔ)置回波接收成功標(biāo)志位為1返 回外部中斷int0中斷服務(wù)子程序入口 圖4.3 int0中斷服務(wù)子程序流程圖4.2.4延時(shí)子程序的設(shè)計(jì)在軟件程序的設(shè)計(jì)當(dāng)中，無(wú)論是在數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描程序當(dāng)中，或是在超聲波的發(fā)射與接收中，延時(shí)程序都占有很重的份量，如果沒(méi)有延時(shí)程序的工作，系統(tǒng)也不會(huì)穩(wěn)定而且正常的工作。延時(shí)程序如下：void delay()/超聲避開(kāi)自己發(fā)出波的延時(shí)。int m;fo

36、r(m=0;m0;-i); 此外，還有幾點(diǎn)需要說(shuō)明的是： (1)定時(shí)器t1之所以是60 ms溢出是因?yàn)樗?6位定時(shí)計(jì)數(shù)器(65535)。在使用12mhz的晶振時(shí)，由于周期t=1/f=1(12)12=1s，則根據(jù)計(jì)算初值公式，求得x=159f，即定時(shí)器t1的初值為th1=0x15,tl1=0x9f。(2)在cpu停止發(fā)送脈沖群后，由于電阻尼，換能器不能立即停止發(fā)送超聲波，在一段時(shí)間內(nèi)仍然會(huì)發(fā)送，故這段時(shí)間內(nèi)不可立即開(kāi)啟int0接收回波，要等待一段后以避免發(fā)送端的部分直射波未經(jīng)被測(cè)物就直接繞射到接收端，這段被稱為“虛假反射波”。從發(fā)射開(kāi)始一直到“虛假反射波”結(jié)束這段時(shí)間，不開(kāi)放int0中斷申請(qǐng)，

37、可有效躲避干擾，但也會(huì)造成測(cè)試的“盲區(qū)”。本次設(shè)為1 ms，假定溫度為20，則測(cè)量盲區(qū)為s=13442172 cm。 (3)最大測(cè)試距離將取決于：兩次脈沖群發(fā)送之間的最小時(shí)間間隔和脈沖的能量。一般來(lái)說(shuō)，發(fā)射端脈沖個(gè)數(shù)越多，能量越大，所能測(cè)的距離也越遠(yuǎn)。如果要測(cè)試的最大距離是10m，則兩次脈沖群之間的最小時(shí)間為t=2s/c=21034460ms 。第5章 系統(tǒng)調(diào)試情況及其排故在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)都可以按照書(shū)上的原理設(shè)計(jì)，但是系統(tǒng)的調(diào)試過(guò)程對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)也是至關(guān)重要的，調(diào)試過(guò)程中會(huì)遇到很多實(shí)際的問(wèn)題，要一個(gè)模塊一個(gè)模塊的調(diào)試。特別是軟、硬件的聯(lián)合調(diào)試過(guò)程，這個(gè)是最重

38、要的一個(gè)環(huán)節(jié)，通過(guò)該過(guò)程能夠檢驗(yàn)一個(gè)系統(tǒng)是否能正常穩(wěn)定地工作，同時(shí)還可以檢測(cè)其是否達(dá)到系統(tǒng)設(shè)計(jì)的性能要求，能否實(shí)現(xiàn)所有功能等等。如果軟、硬件聯(lián)合調(diào)試能夠成功，實(shí)現(xiàn)正確的結(jié)果，才能夠證明這個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是成功的。下面就針對(duì)這次設(shè)計(jì)在調(diào)試中所出現(xiàn)的一些問(wèn)題做些簡(jiǎn)要的說(shuō)明。5.1 硬件調(diào)試在整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)當(dāng)中，首先就是要進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)，硬件設(shè)計(jì)以及焊接完成后，就是硬件調(diào)試部分?？傮w來(lái)說(shuō)，超聲波測(cè)距系統(tǒng)的制作和調(diào)試都較為簡(jiǎn)單，其中超聲波發(fā)射和接收選用的是16的超聲波傳感器t/r40-16（t發(fā)射/r接收），中心頻率為40khz，在焊接時(shí)應(yīng)保持兩傳感器的中心軸線平行并相距48cm，其余元器件無(wú)特別要求。若能

39、將超聲波接收電路用金屬殼屏蔽起來(lái)，則可提高抗干擾能力。下面就來(lái)說(shuō)明一下本系統(tǒng)的硬件調(diào)試部分。首先，將焊接完成的硬件與設(shè)計(jì)的硬件電路圖重新對(duì)照一下，檢查是否有多焊、漏焊以及錯(cuò)焊等情況。在此項(xiàng)檢查過(guò)程中，先從超聲波的發(fā)射電路開(kāi)始，剛檢查就發(fā)現(xiàn)了很嚴(yán)重的錯(cuò)焊現(xiàn)象，焊接六反相器的管腳時(shí)誤將導(dǎo)線絲與電路板相連，發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤后及時(shí)修正，重新焊接后接著再繼續(xù)檢查，又發(fā)現(xiàn)在超聲波接收電路中的超聲波接收傳感器r的管腳與集成片cx20106a接錯(cuò)了，重新焊接后并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)太大的焊接錯(cuò)誤了。接著，用萬(wàn)用表檢測(cè)硬件電路是否有斷接、短接等情況，同時(shí)重點(diǎn)檢查一下高、低電平的連接有沒(méi)有錯(cuò)誤。在此項(xiàng)檢查中，由于14腳的ic底座的各

40、管腳之間距離很近，當(dāng)電阻或?qū)Ь€同時(shí)連接一點(diǎn)時(shí)，導(dǎo)致發(fā)射和接收電路中有的導(dǎo)線可能沒(méi)有焊接上，一一改正后繼續(xù)檢測(cè)。在檢測(cè)中又發(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，改正后繼續(xù)檢測(cè)，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)其它的錯(cuò)誤了。最后，用usb提供5v電壓將整個(gè)電路通電后檢查現(xiàn)象，在用萬(wàn)用表測(cè)量各個(gè)管腳的電壓時(shí)，發(fā)現(xiàn)沒(méi)有高電平，各個(gè)管腳與地線之間都沒(méi)有電壓，經(jīng)過(guò)檢測(cè)，后來(lái)發(fā)現(xiàn)是所用的排線接高電平的那根線與接頭接觸不好，經(jīng)過(guò)重新焊好排線后，再測(cè)量管腳與地線之間有電壓了。繼續(xù)檢測(cè)，再次通電后，用萬(wàn)用表測(cè)量超聲波接收電路時(shí)，發(fā)現(xiàn)有的電容和電阻兩端的電壓很小，當(dāng)把cx20106a芯片與ic座重新插一下后，再測(cè)量電壓變大

41、了，分析可能是ic座焊的不太牢固，芯片與其接觸也不太好。重新焊好插好芯片再測(cè)量就沒(méi)有發(fā)現(xiàn)其他的錯(cuò)誤了。經(jīng)過(guò)上面的硬件調(diào)試后，硬件基本檢測(cè)完畢，等待軟件程序的編程與調(diào)試后進(jìn)行軟、硬件聯(lián)合調(diào)試。5.2 軟件調(diào)試軟件程序是在keil單片機(jī)仿真系統(tǒng)中完成的，軟件程序的主程序以及各部分子程序都編完后，進(jìn)行軟件編譯，編譯不通過(guò)，提示說(shuō)在發(fā)生脈沖程序中的_nop_()沒(méi)有定義，原來(lái)是頭文件中沒(méi)有定義，加上#include 頭文件后，繼續(xù)編譯。這時(shí)又提示有錯(cuò)誤產(chǎn)生，提示說(shuō)不可以調(diào)用延時(shí)程序，檢查發(fā)現(xiàn)是在主程序中的顯示部分用到的延時(shí)程序放在了主函數(shù)的后面，導(dǎo)致無(wú)法調(diào)用，把延時(shí)程序放在主函數(shù)前面后繼續(xù)編譯。這時(shí)又

42、有錯(cuò)誤產(chǎn)生了，提示報(bào)警處附近處有錯(cuò)誤，發(fā)現(xiàn)有一語(yǔ)句忘寫(xiě)“；”號(hào)了，加上分號(hào)后再編譯。這時(shí)又提示有一變量未定義，發(fā)現(xiàn)是輸入錯(cuò)誤，改正后再編譯，終于編譯成功通過(guò)了。所以本程序在設(shè)計(jì)中并沒(méi)有太大的邏輯上的錯(cuò)誤，只是有一些語(yǔ)法上的錯(cuò)誤，比如重復(fù)定義等，經(jīng)過(guò)調(diào)試修改后，沒(méi)有了語(yǔ)法上的錯(cuò)誤，軟件調(diào)試結(jié)束。5.3 軟、硬件聯(lián)合調(diào)試在硬件、軟件部分都分別進(jìn)行調(diào)試后，接下來(lái)就是在整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中非常重要的部分軟、硬件聯(lián)合調(diào)試部分。下面就來(lái)談?wù)勗谲?、硬件?lián)合調(diào)試中所遇到的問(wèn)題與其解決的方法。首先，將已經(jīng)編譯成功的軟件程序下載到單片機(jī)at89c52中，把片子放到最小系統(tǒng)板上去，同時(shí)將系統(tǒng)板與電腦連接提供電源，觀測(cè)現(xiàn)象

43、。電源接通后，發(fā)現(xiàn)led數(shù)碼管顯示全亮，并且蜂鳴器一直響。把電源斷開(kāi)以便檢查電路，又重復(fù)了一次硬件調(diào)試的過(guò)程，即又檢測(cè)了一下系統(tǒng)中有沒(méi)有落焊、錯(cuò)焊、短接以及斷接等問(wèn)題，再次檢查后并無(wú)發(fā)現(xiàn)此類問(wèn)題。然后再試著調(diào)試顯示程序中給共陽(yáng)數(shù)碼管賦值的值，改變后把程序再下載到單片機(jī)上，數(shù)碼管顯示數(shù)值了，現(xiàn)在可以證明顯示部分的焊接沒(méi)有錯(cuò)誤了。接著，測(cè)試超聲波發(fā)射電路是否有40khz的超聲波脈沖信號(hào)，當(dāng)用實(shí)驗(yàn)室的示波器觀看波形時(shí)，把地線接到板子上的接地端，觀看p1.0口的波形。一開(kāi)始什么波形也沒(méi)有，調(diào)試示波器上的頻率，因?yàn)?0khz的脈沖信號(hào)周期很小，不容易觀察，所以會(huì)有很多干擾，慢慢調(diào)整示波器上的頻率后有脈沖

44、了，但是干擾很大，波形也不正確。再次斷開(kāi)電源調(diào)試程序，這回發(fā)生超聲波程序中不使用delay()函數(shù)延時(shí)，而用8個(gè)_nop_()語(yǔ)句，然后脈沖電平翻轉(zhuǎn)一次，高低電平近似13us,得到一個(gè)40khz的脈沖信號(hào)，為了避免在傳播過(guò)程中超聲波信號(hào)會(huì)有丟失，所以一次連續(xù)發(fā)射8個(gè)40khz的脈沖信號(hào)，調(diào)試完程序后再編譯，沒(méi)有錯(cuò)誤。把編譯后的程序下載到單片機(jī)上，通電后再次觀看p1.0輸出波形，重復(fù)調(diào)試示波器的頻率和賦值，最后能看到連續(xù)8個(gè)40khz的脈沖串了，8個(gè)脈沖串的時(shí)間是0.2ms。再看超聲波發(fā)射器t它兩端的波形是否和p1.0口輸出的波形是否一致，把夾子夾到超聲波發(fā)射器t的正極，觀看波形，也能看到連續(xù)8

45、個(gè)40khz的脈沖串，但是波形不是很規(guī)整。這是由于經(jīng)過(guò)六反相器74ls04功率放大后的結(jié)果，由此可以證明超聲波發(fā)生電路是正確的，超聲波發(fā)生子程序也是正確的。然后，測(cè)試超聲波接收電路是否能接收到回波。檢測(cè)的方法是在程序中的接收到回波成功標(biāo)致后加上一個(gè)語(yǔ)句，讓發(fā)光二極管亮。如果有回波，發(fā)光二極管亮，反之，如果沒(méi)有回波，發(fā)光二極管不點(diǎn)亮。當(dāng)把程序下載后，發(fā)光二極管沒(méi)有點(diǎn)亮，則說(shuō)明沒(méi)有超聲波接收器r沒(méi)有接收到回波。經(jīng)反復(fù)思考以及檢查，應(yīng)該是超聲波傳感器沒(méi)有工作的緣故，因?yàn)闆](méi)有找到可以檢測(cè)超聲波傳感器好壞的方法，所以就把超聲波接收器r拆了下來(lái)，與其他同學(xué)在畢設(shè)中也應(yīng)用到超聲波傳感器的同學(xué)借用了一下，經(jīng)調(diào)

46、試發(fā)現(xiàn)確實(shí)是超聲波傳感器的問(wèn)題，接著替換了原有的超聲波傳感器后繼續(xù)調(diào)試，這時(shí)發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管顯示有反應(yīng)了。拿了一本書(shū)用來(lái)當(dāng)被測(cè)物體，但是當(dāng)把書(shū)遠(yuǎn)離時(shí)，雖然數(shù)碼管顯示的數(shù)值有變化，但是與估算的距離差距很大。第一位即千位的數(shù)碼管的值總變化，而第四位即個(gè)位的數(shù)碼管的值總為零，后來(lái)想是不是連顯示的位選線與單片機(jī)的p2口沒(méi)有對(duì)應(yīng)上，重新交換位選端口后，數(shù)碼管顯示的值和所估算的值很接近了。最后，顯示的數(shù)值動(dòng)態(tài)掃描時(shí)間太長(zhǎng)了，我把程序中的延時(shí)時(shí)間調(diào)的小些，下載到單片機(jī)后，數(shù)碼管顯示距離清晰可見(jiàn)，移動(dòng)平面物體距離，數(shù)碼管也跟著變化。經(jīng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)測(cè)距的功能。本系統(tǒng)經(jīng)過(guò)反復(fù)測(cè)試，系統(tǒng)對(duì)測(cè)量范圍0.510米內(nèi)

47、的平面物體做了多次測(cè)試，測(cè)距系統(tǒng)的最大誤差不超過(guò)1cm，重復(fù)一致性很好。第6章 社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益分析及產(chǎn)品性能價(jià)格比分析本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目是基于單片機(jī)的測(cè)距系統(tǒng)設(shè)計(jì)。隨著社會(huì)的飛速發(fā)展，科學(xué)技術(shù)也不斷地進(jìn)步，電子技術(shù)更是日新月異，因此，測(cè)距技術(shù)也不甘落后，出現(xiàn)了各種測(cè)距方法，如超聲波測(cè)距法、紅外線測(cè)距法和激光測(cè)距法等，其中激光測(cè)距又可分為脈沖式激光測(cè)距法和相位式激光測(cè)距法。不論是用哪種測(cè)距方法，都有它們的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)。例如超聲波測(cè)距的優(yōu)點(diǎn)就在于超聲波的指向性強(qiáng)，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離較遠(yuǎn)，利用超聲波檢測(cè)往往比較迅速、方便、計(jì)算簡(jiǎn)單、易于做到實(shí)時(shí)控制，并且在測(cè)量精度方面能達(dá)到工業(yè)實(shí)用的要求；

48、缺點(diǎn)在于它的抗干擾性不強(qiáng)。而激光測(cè)距儀就存在著“安全”與“不安全”之分了。目前，市場(chǎng)上的手持式激光測(cè)距儀的工作物質(zhì)主要有以下幾種：工作波長(zhǎng)為905納米和1540納米的半導(dǎo)體激光，工作波長(zhǎng)為1064納米的yag激光。1064納米的波長(zhǎng)對(duì)人體皮膚和眼睛是害的，特別是如果眼睛不小心接觸到了1064納米波長(zhǎng)的激光，對(duì)眼睛的傷害可能將是永久性的。所以，在國(guó)外，手持激光測(cè)距儀中，完全取締了1064納米的激光。在國(guó)內(nèi)，某些廠家還有生產(chǎn)1064納米的激光測(cè)距儀。對(duì)于905納米和1540納米的激光測(cè)距儀，我們就稱之為安全的。對(duì)于1064納米的激光測(cè)距儀，由于它對(duì)人體具有潛在的危害性，所以我們就稱之為不安全的。兩

49、者經(jīng)過(guò)比較，發(fā)現(xiàn)超聲波測(cè)距系統(tǒng)在檢測(cè)中往往比較迅速、方便、計(jì)算簡(jiǎn)單、易于做到實(shí)時(shí)控制，設(shè)計(jì)中所用到的元器件也較為常用，并且經(jīng)濟(jì)實(shí)用。例如本系統(tǒng)采用的超聲波傳感器t/r40-16一對(duì)10元，at89c52就是很常用的芯片，價(jià)錢也不貴，而且經(jīng)常用于控制系統(tǒng)，簡(jiǎn)單方便，控制精度也相對(duì)比較高，可靠穩(wěn)定可以大幅度提高控制系統(tǒng)的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)。而其它的元器件也都是非常常見(jiàn)的，而且價(jià)格低廉，節(jié)省了開(kāi)銷。從各方面綜合來(lái)看，本次設(shè)計(jì)的超聲波測(cè)距系統(tǒng)的性價(jià)比還是比較高的。本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)不但應(yīng)用的器件價(jià)格低廉，而且具有良好的性能，因此擁有樂(lè)觀的發(fā)展前景，相信加以完善將可以創(chuàng)造較好的經(jīng)濟(jì)效益?？?結(jié)通過(guò)這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，

50、我獲益良多。在做畢業(yè)設(shè)計(jì)的這幾個(gè)月里，我深刻的體會(huì)到電子信息工程專業(yè)是一門工程特點(diǎn)和實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科，加強(qiáng)工程訓(xùn)練，特別是技能的培養(yǎng)，對(duì)于工程人員的素質(zhì)和能力具有十分重要的作用。今天，我終于完成了我的畢業(yè)設(shè)計(jì)，無(wú)論完成得好與壞，這都是我本人全身心投入、認(rèn)認(rèn)真真地完成的，也從中體會(huì)到了些許的成就感。在做畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我將大一到大四這四年里所學(xué)的有關(guān)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)和專業(yè)知識(shí)又復(fù)習(xí)了一遍，特別是單片機(jī)方面的知識(shí)，對(duì)單片機(jī)的原理以及接口方面的知識(shí)做了進(jìn)一步的理解，以便能夠更加順利地完成此次畢業(yè)設(shè)計(jì)。同時(shí)在焊接過(guò)程中，一定要先弄明白且讀懂原理圖。搞明白整個(gè)電路圖的原理，還要細(xì)心和仔細(xì)，因?yàn)槊?/p>

51、一個(gè)焊點(diǎn)你都要牢固以保持它的耐用性，更不能出現(xiàn)虛焊和漏焊的事情發(fā)生。同時(shí)你必須對(duì)芯片的特性都非常清楚，這樣你才能讓你的實(shí)際電路達(dá)到你所要求的性能，雙列直插的芯片引腳彼此都挨得很近。而每一個(gè)引腳都有不同的功用，有的是輸出端，有的是輸入端，所以在焊接時(shí)這些點(diǎn)都是應(yīng)該特別注意的地方。否則輕者電路的功能實(shí)現(xiàn)不了，重者會(huì)造成芯片永久的損壞。所以在以后的學(xué)習(xí)和工作中，當(dāng)我要使用某個(gè)器件時(shí)一定要先查資料，將它的工作原理搞清楚，然后再進(jìn)行實(shí)際的操作。這樣往往會(huì)事半功倍。還有我體會(huì)到的一點(diǎn)是電路仿真和實(shí)際有一定的差別，在仿真中我們只需要明白電路的工作原理即可，在實(shí)際組裝電路時(shí)，我們要根據(jù)實(shí)際器件的性能和仿真圖的

52、原理來(lái)進(jìn)行調(diào)試，二者都很重要。經(jīng)過(guò)了這幾個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)，使自己在設(shè)計(jì)電路的過(guò)程中提高了自身運(yùn)用知識(shí)的能力，也為將來(lái)的工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，同時(shí)也讓我對(duì)電子技術(shù)產(chǎn)生了更加濃厚的興趣，更加深了對(duì)本專業(yè)知識(shí)的熱愛(ài)與追求。本次設(shè)計(jì)的這個(gè)用單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的測(cè)距系統(tǒng)經(jīng)過(guò)了長(zhǎng)期的設(shè)計(jì)、調(diào)試以及改進(jìn)后，系統(tǒng)基本達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，系統(tǒng)完成了以下的功能：1、 系統(tǒng)的測(cè)距功能；2、 距離實(shí)時(shí)顯示；3、 聲光報(bào)警。根據(jù)以上畢業(yè)設(shè)計(jì)的完成功能來(lái)看，已基本上完成了本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目要求，但由于個(gè)人能力有限，設(shè)計(jì)中也難免會(huì)有錯(cuò)誤和疏漏，所以還肯請(qǐng)各位老師以及同學(xué)多多批評(píng)指正。致 謝本論文是在指導(dǎo)教師李秀人教授的悉心指導(dǎo)下完成的

53、，在做畢業(yè)設(shè)計(jì)的幾個(gè)月里時(shí)間特別緊張，轉(zhuǎn)眼幾個(gè)月就過(guò)去了，我的四年大學(xué)生活也已進(jìn)入尾聲。通過(guò)本學(xué)期這幾個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)，不僅提高了我的獨(dú)立思考、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題與解決問(wèn)題的能力，同時(shí)也鍛煉了我的實(shí)際動(dòng)手能力，更對(duì)自己本專業(yè)的前沿科學(xué)領(lǐng)域有了更加深刻的了解，而這些就是我在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中得到的最大收獲。借此機(jī)會(huì)，請(qǐng)?jiān)试S我對(duì)所有曾幫助過(guò)我的人表達(dá)我的感激之情！首先，我要感謝我的父母，感謝他們二十多年以來(lái)對(duì)我的培育與支持，沒(méi)有他們，就沒(méi)有我今天的一切，因?yàn)檎怯辛烁改负寥憧嗟膿嵊攀沟梦夷芤率碂o(wú)憂地在學(xué)校里安心地學(xué)習(xí)，在生活和學(xué)習(xí)上給予我無(wú)盡的愛(ài)、理解和支持，才使我時(shí)刻充滿信心和勇氣，克服成長(zhǎng)路上的種種困難

54、， 順利地完成我的學(xué)業(yè)！其次，我要感謝我的母校，感謝它給我提供了一個(gè)良好的學(xué)習(xí)、生活的環(huán)境，讓我能全身心地投入到學(xué)習(xí)、生活中去，在大學(xué)四年里鍛煉了我的溝通能力，增強(qiáng)了我的自學(xué)能力，遇到問(wèn)題能夠自主解決，正是我的母校的給我們帶來(lái)的種種方便，使我順利地走完大學(xué)四年的美好時(shí)光！再者，我要感謝我的老師，李老師在畢業(yè)設(shè)計(jì)中對(duì)我給予的悉心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求，同時(shí)也感謝本校的一些老師在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間所給予我得幫助。在我硬件焊接和調(diào)試期件，實(shí)驗(yàn)室的老師每天準(zhǔn)時(shí)讓我們進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，同時(shí)當(dāng)我缺少元器件，老師都全力提供我們。當(dāng)我有問(wèn)題時(shí)，實(shí)驗(yàn)室的每個(gè)老師也及時(shí)替我解答，為我?guī)?lái)了很大幫助，沒(méi)有您們這樣的幫助和關(guān)懷，我不會(huì)這

55、么順利的完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，借此機(jī)會(huì)，向您們表示由衷的感激。感謝他們對(duì)我的悉心教導(dǎo)，是他們帶領(lǐng)我走進(jìn)了電子領(lǐng)域，使我對(duì)這門科學(xué)產(chǎn)生了學(xué)習(xí)的興趣，教會(huì)了我電子技術(shù)方面的基礎(chǔ)知識(shí)與專業(yè)知識(shí)，為我未來(lái)的工作生活打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)！同時(shí)還要感謝系實(shí)驗(yàn)室在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間提供給我們優(yōu)越的實(shí)驗(yàn)條件。最后，我要感謝我的同學(xué)與朋友，同時(shí)，我還要感謝我的寢室同學(xué)，正是在這樣一個(gè)團(tuán)結(jié)友愛(ài)，相互促進(jìn)的環(huán)境中，在和他們的相互幫助和啟發(fā)中，才有我今天的小小收獲。感謝他們對(duì)我大學(xué)四年的學(xué)習(xí)、生活的無(wú)私幫助，有了他們，才讓我的大學(xué)生活充滿了美麗的色彩！在此，我要特別感謝我的畢設(shè)導(dǎo)師李秀人老師，感謝她在我整個(gè)的畢業(yè)設(shè)計(jì)當(dāng)中給予我的幫助與

56、支持，感謝她給我提出了很多寶貴的意見(jiàn)，使我在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)當(dāng)中受益匪淺。所以我非常榮幸能夠選擇了由她指導(dǎo)的這個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)題目，也正是有了李老師的幫助與支持，才能順利地完成我的這次畢業(yè)設(shè)計(jì)！參考文獻(xiàn)1 李麗霞.單片機(jī)在超生波測(cè)距中的應(yīng)用.電子技術(shù),2002.6 2 李建法等.超聲波測(cè)距的電路設(shè)計(jì)與單片機(jī)編程.安陽(yáng)師范學(xué)院學(xué)報(bào),2003.9 3 邱瑞昌等.泊車用超聲波測(cè)距儀的研制.電子產(chǎn)品世界,20011.9 4 李華.mcs-51系列單片機(jī)實(shí)用接口技術(shù).北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1993.85 張毅剛等主編.新編mcs-51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì).哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2004年5月6 閻石主編.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第四版）.高等教育出版社，2004年7 孫涵芳等主編.mcs-51/96系列單片機(jī)原理及應(yīng)用（修訂版）.北京航空航天大學(xué)出版社，2002