基于51單片機(jī)超聲波測(cè)距儀設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

1、洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于51單片機(jī)的超聲波測(cè)距儀設(shè)計(jì)摘 要利用超聲波進(jìn)行測(cè)距有許多優(yōu)點(diǎn)比如不受光強(qiáng)度、色彩和電磁場(chǎng)等外界因素的影響，而且超聲波傳感器的價(jià)位較低、結(jié)構(gòu)也較為簡(jiǎn)單，超聲波以聲速傳播，方便收發(fā)與計(jì)算。在汽車(chē)倒車(chē)?yán)走_(dá)、移動(dòng)機(jī)器人的避障、特別是測(cè)量距離等許多方面都已有了非常普遍的應(yīng)用。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的超聲波測(cè)距儀是在STC89C51單片機(jī)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的，在分析和了解了超聲波的一些優(yōu)點(diǎn)和特性后，又查看了利用超聲波測(cè)距的基本原理。最后決定使用51單片機(jī)系統(tǒng)和超聲波傳感器共同組成。設(shè)計(jì)的超聲波測(cè)距儀的硬件部分主要包括電源及復(fù)位模塊、單片機(jī)與超聲波模塊組成的超聲波發(fā)射模塊、超聲波接收模塊、

2、LED數(shù)碼顯示模塊和擴(kuò)展報(bào)警模塊。軟件部分主要包括單片機(jī)主程序、根據(jù)超聲波發(fā)射與接收計(jì)算距離程序、LED距離顯示程序、按鍵控制程序和蜂鳴器報(bào)警程序，這樣安排使得系統(tǒng)具有模塊化的特點(diǎn)。系統(tǒng)容易進(jìn)行控制，具有可靠地的性能，具有較高的測(cè)量精度，最重要的是能對(duì)距離進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)，測(cè)距儀，超聲波，實(shí)時(shí)測(cè)量Design of Ultrasonic Distance Meter Based on 51 MCMABSTRACTUsing ultrasonic ranging has many advantages for example, from the effects of light in

3、tensity, color and electromagnetic field and other external factors and price lower ultrasonic sensors, the structure is simple, ultrasonic sounds velocity, convenient transceiver and calculation. In the car reverse radar, mobile robot obstacle avoidance, especially measuring distance and many other

4、 aspects have been very common application.The graduation design of ultrasonic range finder based on STC89C51 MCU design, analysis and understanding of the some advantages and characteristics of ultrasonic and looked at the use of the basic principle of ultrasonic distance measurement. Finally, the

5、composition of the 51 single-chip microcomputer system and ultrasonic sensor is decided. The design of ultrasonic rangefinder hardware part consists of the power and reset module, SCM and ultrasonic module consists of ultrasonic emission module, ultrasonic receiving module, LED digital display expan

6、sion module and alarm module. Software part mainly includes MCU program, according to the ultrasonic transmitting and receiving computing program distance, the distance of LED display program, key control procedures and buzzer alarm procedures, this arrangement enables the system to have the charact

7、eristics of modular. The system is easy to control and has the reliable performance, and has the higher accuracy, and the most important is the real-time measurement of the distance.KEY WORDS: Single chip microcomputer，Range finder，Ultrasonic，Real-time measurement2目 錄摘 要I目 錄III第1章 緒 論11.1 研究背景11.2 研

8、究的主要意義1第2章 系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)32.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)32.2 電路總體設(shè)計(jì)方案32.2.1 發(fā)射與接收電路設(shè)計(jì)方案32.2.2 顯示電路設(shè)計(jì)方案52.2.3 報(bào)警電路設(shè)計(jì)方案62.2.4 系統(tǒng)復(fù)位電路設(shè)計(jì)6第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)93.1 單片機(jī)概述93.1.1 STC89C51主要性能93.1.2 STC89C51外部結(jié)構(gòu)及特性93.1.3 STC89C51內(nèi)部組成113.2 超聲波測(cè)距模塊133.2.1 超聲波傳感器介紹133.2.2 HC-SR04超聲波測(cè)距芯片的性能特點(diǎn)133.2.3 超聲波時(shí)序圖153.3 驅(qū)動(dòng)顯示電路及報(bào)警電路163.3.1 LED數(shù)碼管顯示電路163.3.2 蜂鳴

9、器報(bào)警電路173.4 HC-RS04超聲波測(cè)距原理183.5 按鍵設(shè)置電路19第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)214.1 系統(tǒng)主程序214.2 顯示距離子程序224.3 報(bào)警子程序224.4 按鍵子程序24第5章 系統(tǒng)仿真255.1 系統(tǒng)仿真環(huán)境Proteus255.2 仿真255.3 誤差及特性分析27結(jié)論28謝 辭29參考文獻(xiàn)30 第1章 緒 論1.1 研究背景超聲波測(cè)距法是通過(guò)超聲波測(cè)量從已知位置到被測(cè)物體表面的距離的利用超聲波的方法。超聲波也是一種機(jī)械波，是一種頻率在20kHz以上的聲波。超聲波測(cè)距是人們根據(jù)蝙蝠通過(guò)超聲波反射進(jìn)行捕食的方法發(fā)現(xiàn)的，也是仿生學(xué)中非常出名的例子，對(duì)生產(chǎn)領(lǐng)域產(chǎn)生了很大的

10、影響。跟著電子測(cè)量技術(shù)的不斷飛速發(fā)展，已經(jīng)可以利用超聲波實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)測(cè)量了。測(cè)量技術(shù)在經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展下得到了越來(lái)越廣的應(yīng)用，因此超聲波憑借著性能穩(wěn)定、成本低廉、精度高等優(yōu)點(diǎn)得到了重視。機(jī)器人技術(shù)在出現(xiàn)后發(fā)展迅猛，機(jī)器人的用途也不在局限在工業(yè)生產(chǎn)而是進(jìn)入了人們的日常生活。普遍的應(yīng)用對(duì)于增加群眾對(duì)機(jī)器人技術(shù)的認(rèn)識(shí)變得非常重要。機(jī)器人能夠通過(guò)特有的感知系統(tǒng)感知并確定前面障礙物的位置和周?chē)沫h(huán)境以完成躲避障礙物、自動(dòng)尋路、測(cè)距等功能。超聲波測(cè)距具有其他的測(cè)距技術(shù)沒(méi)有的特點(diǎn)，比如測(cè)量精度高，成本低廉，對(duì)環(huán)境的要求低，使用簡(jiǎn)便等。將紅外、灰度等傳感器和超聲波結(jié)合在一起將可以共同作用使機(jī)器人實(shí)現(xiàn)自動(dòng)尋路和繞開(kāi)障

11、礙等功能。超聲波由于傳播方向較穩(wěn)定、并且在介質(zhì)里傳播時(shí)能量削減緩慢，能夠發(fā)送很遠(yuǎn)的距離，所以在測(cè)量距離的時(shí)候經(jīng)常用到。超聲波最普遍的應(yīng)用是在汽車(chē)倒車(chē)?yán)走_(dá)、物位測(cè)量?jī)x、測(cè)距儀、研發(fā)移動(dòng)機(jī)器人以及一些特殊工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)等場(chǎng)合。以后超聲波傳感器很可能將會(huì)智能化、自動(dòng)化，實(shí)現(xiàn)更加方便高效的測(cè)距儀器。1.2 研究的主要意義超聲波測(cè)距技術(shù)是一種非常有前景的的技術(shù)，近距離的超聲測(cè)距不會(huì)被光線影響，并且結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，成本經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。超聲波測(cè)量最重要的優(yōu)點(diǎn)是：環(huán)境介質(zhì)很普遍，空氣、液體和固體都能使用，因此適合使用的范圍非常大。更重要的是使用超聲波檢測(cè)能很大程度的降低勞動(dòng)強(qiáng)度，可以避免工作人員在惡劣工作環(huán)境中可能受到的傷

12、害，還能夠提高距離結(jié)果的準(zhǔn)確度；另外，超聲波測(cè)距儀也可以作用到別的功能系統(tǒng)中，如在機(jī)器人的避障系統(tǒng)、車(chē)內(nèi)置防撞系統(tǒng)、自動(dòng)停車(chē)系統(tǒng)和倒車(chē)?yán)走_(dá)，因此超聲波測(cè)距儀對(duì)電子測(cè)量技術(shù)發(fā)展是非常重要的。第2章 系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖2-1所示的是超聲波測(cè)距儀的系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖。主要由單片機(jī)、超聲波傳感器、按鍵、復(fù)位電路、LED顯示電路、蜂鳴器及電源電路組成。系統(tǒng)主要功能包括：1. 發(fā)射與接收超聲波，通過(guò)計(jì)算收發(fā)時(shí)間差得到測(cè)量的距離；2. LED顯示測(cè)量距離；3. 接收用戶按下按鍵的相應(yīng)指令并做出處理；4. 系統(tǒng)運(yùn)行出錯(cuò)時(shí)，使用電平式開(kāi)關(guān)和上電復(fù)位電路進(jìn)行復(fù)位處理。4位LED顯示器3鍵鍵盤(pán)復(fù)位電路A

13、T89C51超聲波發(fā)射電路超聲波接收電路路蜂鳴器電源電路圖2-1 超聲波測(cè)距儀的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2.2 電路總體設(shè)計(jì)方案2.2.1 發(fā)射與接收電路設(shè)計(jì)方案對(duì)于此次超聲波測(cè)距儀的系統(tǒng)，難點(diǎn)就是如何生成穩(wěn)定40KHz信號(hào)。由于此次使用的是中心工作頻率為40KHz的超聲波傳感器，當(dāng)偏移這個(gè)頻率時(shí)，接收端的敏感程度將有所下降，從超聲波傳感器的特性曲線中可以看出具體下降的幅度。當(dāng)發(fā)射端的頻率為40KHz時(shí)，接收端能收到的強(qiáng)度最強(qiáng)的信號(hào)，因此計(jì)算的距離也就最大，但如果偏移中心頻率時(shí)，測(cè)量距離就會(huì)產(chǎn)生縮短，這一點(diǎn)是本次設(shè)計(jì)的可能忽略的關(guān)鍵點(diǎn)。如何生成一個(gè)40KHz的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，有多種方法，可以選擇用電感、電容振蕩器

14、件做出一個(gè)產(chǎn)生信號(hào)的發(fā)生器，不過(guò)這種方式產(chǎn)生的信號(hào)頻率穩(wěn)定性較差，調(diào)準(zhǔn)比較難，所以很難制作成功。而此次設(shè)計(jì)中，選擇用單片機(jī)產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定信號(hào)，因?yàn)槭褂昧祟l率穩(wěn)定性較好的晶振元件作為系統(tǒng)的時(shí)鐘，所以系統(tǒng)頻率有極高的穩(wěn)定性，也能產(chǎn)生頻率非常平穩(wěn)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，當(dāng)編入的程序的要求不同的時(shí)候，也能夠輕松地取到需要的頻率。電路中決定前面是否被障礙物阻擋是根據(jù)接收到的信號(hào)強(qiáng)度值的，所以本設(shè)計(jì)制作成功非常關(guān)鍵性的一點(diǎn)就是起控點(diǎn)的選擇。由于反射回來(lái)的超聲波信號(hào)的強(qiáng)弱受環(huán)境因素的影響，因此需要很細(xì)心的進(jìn)行調(diào)試。這時(shí)還要仔細(xì)觀察隨著距離的變化，電路中的直流控制電壓的變化，從而選擇出最合適的電壓比較的起控點(diǎn)，這樣才能實(shí)現(xiàn)

15、當(dāng)距離達(dá)到設(shè)置好的值時(shí)進(jìn)行報(bào)警。超聲波測(cè)距儀開(kāi)始測(cè)量距離時(shí)，單片機(jī)便開(kāi)始執(zhí)行相應(yīng)程序。此時(shí)P01口產(chǎn)生10us的TTL，51單片機(jī)也開(kāi)始不斷循環(huán)生成八個(gè)40kHz的脈沖信號(hào)，通過(guò)自身自動(dòng)放大，而且將連續(xù)發(fā)射200us。當(dāng)P32口收到信號(hào)的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生一個(gè)回響信號(hào)，此回響信號(hào)和測(cè)量的距離是有一個(gè)固定的比例關(guān)系。使用51單片機(jī)執(zhí)行程序后，P01端會(huì)發(fā)出一個(gè)40kHz的脈沖信號(hào)，然后使用三極管進(jìn)行放大用來(lái)驅(qū)動(dòng)超聲波模塊的發(fā)射端，發(fā)出超聲波信號(hào)。之后接收端要和發(fā)射端匹配，就收后需要把超聲波進(jìn)行調(diào)制轉(zhuǎn)換成交變電壓型信號(hào)。之后在進(jìn)行運(yùn)算放大器的兩級(jí)放大，電路內(nèi)部的中心頻率為f0=1/1.1r8c3的壓控震蕩

16、器，電容的作用是選擇鎖定帶寬。輸入信號(hào)則放大25mv，輸出端P32的電平也會(huì)有高變化成低，然后用來(lái)當(dāng)中斷請(qǐng)求的信號(hào)，在放到單片機(jī)內(nèi)部去處理。當(dāng)超聲波發(fā)射端打開(kāi)的時(shí)候單片機(jī)的內(nèi)部T0定時(shí)器也同時(shí)打開(kāi)，然后根據(jù)定時(shí)器自身的計(jì)數(shù)功能計(jì)出超聲波從發(fā)射到接收一共用了多長(zhǎng)時(shí)間。每次接收到反射回來(lái)的超聲波時(shí)，接收電路的輸出端就會(huì)發(fā)生負(fù)跳變，這時(shí)還會(huì)發(fā)生一個(gè)請(qǐng)求信號(hào)去請(qǐng)求中斷，單片機(jī)接收到此外部請(qǐng)求中斷后便會(huì)主動(dòng)執(zhí)行外部中斷對(duì)應(yīng)的服務(wù)子程序，并讀出超聲波發(fā)射接收時(shí)間差在據(jù)此計(jì)算距離。圖2-2發(fā)射與接收電路2.2.2 顯示電路設(shè)計(jì)方案顯示設(shè)備是使用最普便的并很經(jīng)典的輸出設(shè)備，大部分電子設(shè)備都需要有顯示器，之間的

17、不同之處也就只是顯示器的結(jié)構(gòu)類(lèi)型的不同。顯示器中最簡(jiǎn)單的就是LED發(fā)光二極管組成的。其中還有結(jié)構(gòu)功能都比較完整的CRT監(jiān)視器，還有LCD液晶屏是顯示器里屏幕比較大的。在考慮到超聲波測(cè)距儀的需求和對(duì)單片機(jī)資源的節(jié)省，所以選擇使用LED驅(qū)動(dòng)設(shè)備顯示并使用串行的方式。超聲波測(cè)距儀需要顯示的距離是在6米以內(nèi)的，加上設(shè)置需要，所以使用4位LED數(shù)碼管進(jìn)行顯示，距離使用厘米為單位。LED顯示器在單片機(jī)系統(tǒng)中經(jīng)常使用的驅(qū)動(dòng)方式有兩種，一種是靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)，另一種是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)顯示。其中靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)指的是讓恒定的電流驅(qū)動(dòng)需要亮的二極管，但是這樣就需要讓每個(gè)LED顯示器的輸入引腳都去對(duì)應(yīng)一個(gè)獨(dú)立的能進(jìn)行鎖存的I/O口

18、。這樣的優(yōu)點(diǎn)是顯示時(shí)單片機(jī)向接受口傳送的字形碼不需要改變，當(dāng)顯示的數(shù)據(jù)發(fā)生變化時(shí)，只需要重新發(fā)送一個(gè)字形碼即可。這樣做對(duì)單片機(jī)的使用較小，節(jié)省性能，但是對(duì)于硬件的要求太冗雜需要很多寄存器的設(shè)備。而且如果增加顯示位數(shù)也會(huì)非常麻煩，會(huì)大幅增加系統(tǒng)器件容量。動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)是利用不同時(shí)間顯示的方法對(duì)LED進(jìn)行短暫驅(qū)動(dòng)，之后逐位驅(qū)動(dòng)顯示各個(gè)LED，這需要一直循環(huán)顯示每一位，而且LED的亮度取決于亮暗持續(xù)的平均水平。在分析了這兩種顯示方式的優(yōu)缺點(diǎn)后，最終確定使用動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)方式進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示。此次設(shè)計(jì)用P0口進(jìn)行對(duì)LED的字形輸出，使用八路輸出的透明鎖存器74hc573進(jìn)行對(duì)數(shù)據(jù)的鎖存，同時(shí)加上上拉電阻增加驅(qū)動(dòng)電

19、流是LED的亮度增加。用P1口對(duì)LED顯示的位進(jìn)行控制，同時(shí)采用共陰型的LED顯示器，避免剛上電時(shí)數(shù)碼管閃爍。2.2.3 報(bào)警電路設(shè)計(jì)方案系統(tǒng)報(bào)警電路需要有運(yùn)算放大電路和蜂鳴器等原件。其中放大電路用PNP三極管完成。放大電路采用負(fù)反饋方式，也就是反相比例運(yùn)算電路，反相比例運(yùn)算電路主要的特點(diǎn)，就是輸入信號(hào)是從反向輸入端進(jìn)行輸入的，而且輸入端還要接地處理。因此由于“虛短”和“虛斷”電路具有的特性，就是u-=u+，i- = i+ =0。其中常說(shuō)的“虛短”就是使用理想的集成運(yùn)放原理：Au0，因此能夠看成是兩個(gè)輸入端中間的差模電勢(shì)差基本是0，也就是Uid=u+0，即u-=u+，不過(guò)u0是確實(shí)有值的。因?yàn)?/p>

20、兩個(gè)輸入端之間的電勢(shì)差等于0，但是又真的不是短路，所以叫做“虛短”。而“虛短”是根據(jù)理想的集成運(yùn)放中輸入的電阻Rid，因此也可以當(dāng)成輸入端沒(méi)有電流，即i- = i+0，這樣的話輸入端又等于是斷路，不過(guò)又沒(méi)有斷開(kāi)，這就成了“虛斷”。在電路里，反相輸入端和接地端的電位一樣，不過(guò)又沒(méi)有真的進(jìn)行接地，把這種方法叫做“虛地”。所以可以通過(guò)這種方法進(jìn)行放大。2.2.4 系統(tǒng)復(fù)位電路設(shè)計(jì)在平常使用單片機(jī)的時(shí)候，單片機(jī)系統(tǒng)除了會(huì)正常初始化，有時(shí)也會(huì)因?yàn)槌绦蛟谶\(yùn)行時(shí)發(fā)生錯(cuò)誤，或者人員操作時(shí)失誤都有可能讓系統(tǒng)變成鎖死的狀態(tài)。所以需要有復(fù)位電路讓系統(tǒng)能夠重新開(kāi)啟來(lái)解決系統(tǒng)鎖死的問(wèn)題?？梢?jiàn)，系統(tǒng)中復(fù)位電路是非常必要的

21、而且很重要。單片機(jī)系統(tǒng)基本是全部使用外部的電路來(lái)進(jìn)行復(fù)位的，在單片機(jī)時(shí)鐘電路正常工作的時(shí)候，如果單片機(jī)上的RST端口上出現(xiàn)了連續(xù)的24個(gè)以上的時(shí)鐘振蕩脈沖產(chǎn)生的高電平，這時(shí)單片機(jī)就會(huì)進(jìn)行復(fù)位變成初始化的狀態(tài)。設(shè)計(jì)制作復(fù)位電路的時(shí)候需要提供非常穩(wěn)定的復(fù)位，也就是必須讓RST端處于高電平。需要注意的是如果RST端口的高電平一直不變，那么單片機(jī)就會(huì)出現(xiàn)重復(fù)復(fù)位。單片機(jī)系統(tǒng)的復(fù)位電路一般使用下面的三種方式：（1）上電自動(dòng)復(fù)位在系統(tǒng)通電的一瞬間，因?yàn)镽C電路會(huì)進(jìn)入充電狀態(tài)，所以RST端口就能夠一直保持高電平，這樣就能讓單片機(jī)穩(wěn)定的復(fù)位。圖2-5 上電復(fù)位電路（2）按鍵電平復(fù)位讓電路的復(fù)位按鍵和RST端口

22、經(jīng)過(guò)電阻和電源端VCC連接在一起，通過(guò)直接按鍵完成復(fù)位。（3）正常較大的應(yīng)用系統(tǒng)里，希望能確保復(fù)位電路的工作的可靠性，經(jīng)常會(huì)把RC電路接到施密特電路之后，在跟單片機(jī)RST端和外圍的電路復(fù)位端進(jìn)行連接。此方法在干擾較大的使用場(chǎng)合、工作環(huán)境中的電壓波動(dòng)較大等時(shí)候使用較普遍，而且，在系統(tǒng)中有許多的復(fù)位端時(shí)，就要求能同步復(fù)位，這種方法就能保證進(jìn)行可靠的同步復(fù)位。此次設(shè)計(jì)的超聲波測(cè)距儀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不是很復(fù)雜，所以為了擁有較好的復(fù)位效果又控制成本，所以決定使用上電自動(dòng)復(fù)位方式。7洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1 單片機(jī)概述3.1.1 STC89C51主要性能STC89C51 是STC公司

23、推出的一款抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高，集成度高，性能好，低功耗的CMOS 8位單片機(jī)。片內(nèi)含4k bytes的能夠反復(fù)擦寫(xiě)的Flash只讀程序存儲(chǔ)器和256 bytes 的RAM（隨機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器），此芯片使用了STC公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)而成，能夠和標(biāo)準(zhǔn)的MCS51指令系統(tǒng)以及8052系列產(chǎn)品的引腳相兼容，芯片還內(nèi)置了通用的8位中央處理器（CPU）和Flash存儲(chǔ)單元。STC89C51單片機(jī)憑借著強(qiáng)大的功能在各種各樣的復(fù)雜的場(chǎng)合都有得到廣泛的使用Error! Reference source not found.。3.1.2 STC89C51外部結(jié)構(gòu)及特性STC89C51的封裝外形有兩

24、種形式：一種是雙列直插式的40腳封裝（DIP），另一種是方形的44腳封裝（PLCC），其中直插式40 腳封裝（DIP）結(jié)構(gòu)如圖3-1所示，外部的總線分布如圖3-2所示。圖3-1 STC89C51引腳排列圖3-2 仿真結(jié)構(gòu)STC89C51的4個(gè)8位I/O口的功能說(shuō)明如下：（1）P0口：P0口可以當(dāng)成通用的I/O口使用，能夠輸入和輸出數(shù)據(jù)。當(dāng)成輸出口使用時(shí)，每一位可以驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯電平。當(dāng)P0端口被寫(xiě)入“1”時(shí)，引腳就會(huì)被用作高阻抗輸入口。在進(jìn)行外部程序訪問(wèn)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P0口也可以被當(dāng)成是低8位的地址/數(shù)據(jù)復(fù)用端。在這種使用模式下，P0就會(huì)有內(nèi)部上拉電阻，不在是漏極開(kāi)路。在flash編程時(shí)

25、，P0口又可以用來(lái)接收指令字節(jié)；當(dāng)程序進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，輸出對(duì)應(yīng)指令字節(jié)。但是此時(shí)就要在外部加上上拉電阻了Error! Reference source not found.。（2）P1口：P1口不在內(nèi)置上拉的FET，但是卻有一個(gè)上拉電阻。只是這個(gè)上拉電阻的阻值比較大，所以他的上拉驅(qū)動(dòng)能力很弱，如果不是應(yīng)用系統(tǒng)需要有很低的功耗這種特殊要求，其他還是再外接個(gè)10K左右的上拉電阻比較好。P1內(nèi)部的下拉FET還有，所以當(dāng)P1當(dāng)做輸入使用時(shí)，依舊需要首先對(duì)端口的數(shù)據(jù)鎖存器發(fā)出1，讓輸出驅(qū)動(dòng)FET變?yōu)榻刂?，確保數(shù)據(jù)在讀入時(shí)的正確性。另外，P1.0和P1.2兩個(gè)端口也能作位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器方式2的外部計(jì)數(shù)輸入，也

26、可以作為定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的觸發(fā)輸入。當(dāng)進(jìn)行flash編程或校驗(yàn)的過(guò)程中，P1口能夠進(jìn)行低8位地址字節(jié)的接收。（3）P2口：P2口也是一個(gè)內(nèi)部擁有上拉電阻的8位雙向I/O口。當(dāng)向P2端口寫(xiě)入“1”的時(shí)候，上拉電阻就會(huì)把端口拉高，這樣P2口就能用來(lái)數(shù)據(jù)的輸入了。P2口當(dāng)輸入口使用時(shí)，引腳會(huì)讓給外部電路拉低，因?yàn)閮?nèi)置的電阻緣故，會(huì)輸出電流。當(dāng)單片機(jī)訪問(wèn)外部的程序存儲(chǔ)器或用16位地址進(jìn)行讀取外部的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的時(shí)候，P2口就會(huì)輸出高八位的地址。當(dāng)這樣使用的時(shí)候，P2口就會(huì)利用內(nèi)置的上拉電阻發(fā)出“1”。當(dāng)進(jìn)行flash編程或校驗(yàn)的時(shí)候，P2口也能接收到高8位的地址字節(jié)和部分控制信號(hào)0。 （4）P3口：P3

27、口也是內(nèi)置了上拉電阻的8位雙向I/O口，跟P2口比較類(lèi)似。而且P3口還能實(shí)現(xiàn)AT89C52的一些獨(dú)特的作用，如下所示。l 表3-1 P3口對(duì)應(yīng)功能P3.0RXD(串行輸入口)P3.1TXD(串行輸出口)P3.2INTO(外部中斷0 輸入口)P3.3INT1(外部中斷 1 輸入口)P3.4TO(定時(shí)器 0 外部輸入)P3.5TI(定時(shí)器 1 外部輸入)P3.6WR(片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通)P3.7RD(片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通)3.1.3 STC89C51內(nèi)部組成STC89C51單片機(jī)將下列的CPU、RAM、ROM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、看門(mén)狗和多種功能的I/O口等元件集成到了一塊半導(dǎo)體芯片上，基本上具有了

28、大部分計(jì)算機(jī)才有的基本功能部件。STC89C51單片機(jī)內(nèi)包含的具體部分如下：一個(gè)8 位 CPU。一個(gè)芯片內(nèi)置的振蕩器和時(shí)鐘電路。4KB Flash 程序存儲(chǔ)器。128B RAM 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。三個(gè)16 位計(jì)數(shù)器/定時(shí)器?？蓪ぶ?4KB的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。64KB的外部程序存儲(chǔ)器。32條可編程的I/O口（4組8位并行I/O端口）。一個(gè)可編程全雙工串口通信口。8 個(gè)中斷源。兩個(gè)優(yōu)先級(jí)嵌套中斷結(jié)構(gòu)。STC89C52單片機(jī)的系統(tǒng)框圖如圖3-3所示，通過(guò)內(nèi)部總線將各個(gè)模塊進(jìn)行連接。振蕩器及定時(shí)電路51CPU 8K程序 存儲(chǔ)器 256K 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器看門(mén)狗 3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器64K總線擴(kuò)展控制可編程I/O

29、可編程串行口中斷控制并行I/O口串行輸入串行輸出頻率基準(zhǔn)源計(jì)數(shù)器中斷圖3-3 STC89C51單片機(jī)框圖3.2 超聲波測(cè)距模塊3.2.1 超聲波傳感器介紹超聲波傳感器是根據(jù)仿生學(xué)的超聲波原理制作出來(lái)的一種傳感器。超聲波也是機(jī)械波，他是比聲波的震動(dòng)頻率還要高的波。通過(guò)電壓對(duì)換能芯片的觸發(fā)使其震動(dòng)并發(fā)出超聲波。具有許多優(yōu)點(diǎn)，如高頻率、不容易發(fā)生散射、波長(zhǎng)較短，還有最重要的特點(diǎn)就是方向性非常好，所以能夠形成固定方向發(fā)射的信號(hào)。超聲波的穿透能力也非常好，不僅能在空氣中傳播，還能在固體和液體中傳播，特別是一些不透光的固體，超聲波能夠傳送幾十米這么遠(yuǎn)。超聲波在傳播過(guò)程中如果遇到了物質(zhì)分界面或一些雜質(zhì)都會(huì)形

30、成較明顯的反射波，如果是遇到了運(yùn)動(dòng)的物體還會(huì)發(fā)生多普勒現(xiàn)象。由于超聲波的這些特性，所以在國(guó)防、醫(yī)學(xué)和工業(yè)生產(chǎn)中都得到了普遍的使用。要想讓超聲波作為測(cè)量等操作的條件，就必須能夠產(chǎn)生超聲波并能夠接收到超聲波。通常將能夠滿足這種要求的設(shè)備叫做超聲波傳感器，有時(shí)候也叫做超聲探頭。超聲波傳感器是用壓電晶片構(gòu)成的，不僅能夠進(jìn)行超聲波的發(fā)射，而且還能對(duì)超聲波進(jìn)行接收。功率較小的超聲傳感器一般用來(lái)探測(cè)。且擁有很多不一樣的結(jié)構(gòu)，比如可分直探頭（縱波）、斜探頭（橫波）等。3.2.2 HC-SR04超聲波測(cè)距芯片的性能特點(diǎn)1. 管腳簡(jiǎn)介HC-SR04超聲波傳感器共有四個(gè)引腳，一個(gè)超聲波發(fā)射頭和一個(gè)超聲波接收頭組成。

31、四個(gè)引腳的作用分別是：（1）VCC為5V電源；（2）GND為地線；（3）TRIG信號(hào)輸入；（4）ECH0輸出回響信號(hào)。管腳排列情況如圖3-4所示。VCCTRIGECH0HC-SR04GND圖3-4外形及管腳排列圖下圖是超聲波傳感器的實(shí)物圖，跟上圖的管腳排列一一對(duì)應(yīng)。圖3-5 超聲波傳感器2. HC-SR04的電氣參數(shù)HC-SR04超聲波元件是以在直流5V為正常工作電壓。電流15毫安。頻率為40赫茲。有效使用范圍在2cm5cm。測(cè)量角度為15度。當(dāng)有得到10us的高平電信號(hào)的TTL脈沖時(shí)，便能有回響信號(hào)出現(xiàn)。規(guī)格尺寸為45*20*15mm。詳細(xì)的參數(shù)如表3-1。表3-2電氣參數(shù)電氣參數(shù)HC-SR

32、04超聲波模塊工作電壓DC5V工作電流15mA工作頻率40Hz最遠(yuǎn)射程4.5m最近射程2cm測(cè)量角度15度輸入觸發(fā)信號(hào)10us的TTL脈沖輸出回響信號(hào)輸出TTL電平信號(hào)，與射程成比例規(guī)格尺寸45*20*15mm3.2.3 超聲波時(shí)序圖觀察下面的超聲波傳感器的時(shí)序圖，可以發(fā)現(xiàn)需要有一個(gè)10us以上的脈沖對(duì)系統(tǒng)傳感器進(jìn)行觸發(fā)，這樣傳感器內(nèi)部才能夠自己產(chǎn)生8個(gè)40KHZ的周期電平并且對(duì)發(fā)射波進(jìn)行接收。當(dāng)接收端發(fā)現(xiàn)有反射波時(shí)就會(huì)產(chǎn)生回響信號(hào)。測(cè)量的距離跟回響信號(hào)的脈沖寬度是成正比的。然后就能夠根據(jù)統(tǒng)計(jì)發(fā)射信號(hào)發(fā)出到接收到回響信號(hào)的時(shí)間差算出實(shí)際的測(cè)量距離了。由于統(tǒng)計(jì)的是一個(gè)來(lái)回的時(shí)間所以需使用公式：距

33、離=高電平時(shí)間*聲速/2觸發(fā)信號(hào)模塊內(nèi)部發(fā)出信號(hào)輸出回響信號(hào)10us的TTL循環(huán)發(fā)出8個(gè)40KHz脈沖回響電平輸出與檢測(cè)距離成比例圖3-6 時(shí)序圖需要注意的是：超聲波器件應(yīng)盡量避免帶電連接，如果必須帶電連接，就必須先將器件的GND端做接地處理，不然將對(duì)器件的正常工作產(chǎn)生不好的影響。測(cè)量距離的時(shí)候，需要測(cè)量的物體外表需要盡量大于0.6平方米而且讓被測(cè)面盡可能的平坦，不然測(cè)量出來(lái)的距離會(huì)不穩(wěn)定或產(chǎn)生誤差。3.3 驅(qū)動(dòng)顯示電路及報(bào)警電路3.3.1 LED數(shù)碼管顯示電路超聲波測(cè)距儀的顯示部分使用了一個(gè)4位的8段LED二極管，主要是在顯示測(cè)量距離時(shí)和設(shè)置警報(bào)值時(shí)使用。數(shù)碼管采用了共陰極的方式，共陰方式就

34、是把LED二極管的所有陰極全部都接到一塊，作為一個(gè)公共的陰極。所以在使用共陰形LED數(shù)碼管時(shí)必須把公共的陰極與GND相聯(lián)。哪一個(gè)二極管需要發(fā)光就讓他的的陽(yáng)極變成高電平。在顯示數(shù)據(jù)時(shí)使用動(dòng)態(tài)掃描的方式進(jìn)行顯示，使用前先把LED數(shù)碼管的8個(gè)對(duì)應(yīng)位的端口ag和dp的名字一樣的連在一起，然后讓I/O口對(duì)每個(gè)LED的公共陰極COM分別進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。當(dāng)單片機(jī)輸出端進(jìn)行字形碼輸出的時(shí)候，每個(gè)LED都能夠得到這個(gè)字形碼，但是具體是讓哪個(gè)LED亮，就要看COM端的電平了。用單片機(jī)的I/O口與COM口接在一塊。這時(shí)單片機(jī)會(huì)把位選碼發(fā)送到I/O口上，決定究竟是哪一個(gè)LED需要發(fā)光。利用這種方法逐個(gè)輸出字符時(shí)，每一個(gè)LE

35、D亮的時(shí)間都是非常短的，不過(guò)人眼是分辨不出來(lái)的，所以看起來(lái)好像是每一位都一直在顯示，沒(méi)有熄滅過(guò)。這樣也能體現(xiàn)出動(dòng)態(tài)顯示方式很省電的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)閯?dòng)態(tài)顯示的時(shí)候一個(gè)時(shí)間點(diǎn)只能有一個(gè)LED是發(fā)光的。具體的原理圖如圖3-7。圖3-7 顯示電路3.3.2 蜂鳴器報(bào)警電路蜂鳴器是使用直流電壓進(jìn)行供電的使用整體結(jié)構(gòu)的電子發(fā)聲器，在計(jì)算器、兒童玩具、車(chē)輛電子設(shè)備、固定電話、傳真機(jī)、打印機(jī)、各類(lèi)報(bào)警器、定時(shí)裝置等產(chǎn)品的發(fā)聲模塊中都有非常普遍的使用，使用較多的蜂鳴器有兩種，一種是壓電式蜂鳴器，另一種是電磁式蜂鳴器。壓電式蜂鳴器的結(jié)構(gòu)包括壓電蜂鳴片、多諧振蕩器、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等。多諧振蕩器是用集成電路跟晶體

36、管做成的。當(dāng)直流工作電源接到蜂鳴器上后，多諧振蕩器由于開(kāi)始震動(dòng)便能產(chǎn)生一個(gè)1.5到2.5kHz的聲音信號(hào)，然后阻抗匹配器就會(huì)促使壓電蜂鳴片震動(dòng)發(fā)聲。還有一種用電磁線圈、振動(dòng)膜片、振蕩器、磁鐵和外殼做成的蜂鳴稱(chēng)為電磁式蜂鳴器。當(dāng)電源接在電磁式蜂鳴器上時(shí)，由振蕩器發(fā)出的音頻電流信號(hào)就會(huì)進(jìn)入到電磁線圈中，使電磁圈發(fā)出磁場(chǎng)。由于磁鐵和電磁線圈的共同影響，振動(dòng)膜片會(huì)產(chǎn)生周期性的震動(dòng)并發(fā)出聲音。這次超聲波測(cè)距儀用的就是電磁式蜂鳴器，蜂鳴器會(huì)在測(cè)量距離達(dá)到設(shè)置好的報(bào)警值或超出測(cè)量距離時(shí)發(fā)出報(bào)警聲。根據(jù)電磁式蜂鳴器的工作原理可以知道，要想讓他發(fā)出聲音，必須有一個(gè)特定的驅(qū)動(dòng)電流驅(qū)動(dòng)他。然而如果用單片機(jī)I/O口電

37、流進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的話明顯太小，應(yīng)為單片機(jī)接口的TTL輸出電平太小不夠驅(qū)動(dòng)蜂鳴器，所以這時(shí)就需要添加一個(gè)用來(lái)放大的電流的電路，可以使用PNP型三極管8550作為放大電路驅(qū)動(dòng)蜂鳴器。放大電路原理圖3-8。圖3-8 蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路3.4 HC-RS04超聲波測(cè)距原理超聲波測(cè)距就是根據(jù)超聲波模塊不斷發(fā)出接收脈沖統(tǒng)計(jì)時(shí)間完成的。假如信號(hào)從超聲波發(fā)射端發(fā)出到接收端接收到一共用了t秒，在空氣中超聲波的速度是v，可以算出超聲波傳感器到被測(cè)目標(biāo)的距理S為：S=vt/2。模擬框圖如圖3-9所示?；驹恚菏紫瘸暡òl(fā)射頭發(fā)出一個(gè)波長(zhǎng)6mm，頻率是40khz的超聲波。當(dāng)此超聲波信號(hào)被物體擋住了的時(shí)候就會(huì)產(chǎn)生反射波，超聲波

38、接收頭是一個(gè)具有壓電效應(yīng)的換能器，然后接收頭就能收到超聲波并產(chǎn)生一個(gè)mV級(jí)別的小電壓信號(hào)。障礙物超聲波發(fā)射超聲波接收定時(shí)器40k振蕩調(diào)制控制增益放大計(jì)時(shí)計(jì)算傳輸圖3-9 系統(tǒng)框圖3.5 按鍵設(shè)置電路單片機(jī)使用最多的按鍵是矩陣式按鍵和獨(dú)立按鍵：獨(dú)立按鍵的用法和程序相對(duì)簡(jiǎn)單,也能使系統(tǒng)穩(wěn)定性更好,一個(gè)I/O口只能安裝一個(gè)按鍵,按鍵的另外一頭要接地或接VCC；矩陣式按鍵的優(yōu)點(diǎn)是使用的I/O口比較少，但缺點(diǎn)是矩陣式的程序和接法都比較復(fù)雜，容易出錯(cuò)。這次超聲波測(cè)距儀的設(shè)計(jì)對(duì)按鍵的需求較小，所以選擇用獨(dú)立按鍵。判斷獨(dú)立按鍵是否被按下，可以通過(guò)判斷單片機(jī)相應(yīng)的I/O口讀到的電平的高低來(lái)確定?？梢詫⒄Ｊ谴蜷_(kāi)

39、的按鍵一口接在I/O口上，另一口接GND，單片機(jī)上電后，平時(shí)不按下按鍵時(shí)讓這個(gè)I/O口保持高電平，一旦按下這個(gè)按鍵，對(duì)應(yīng)的I/O口便被短路，此時(shí)這個(gè)I/O口便成了低電平。當(dāng)按鍵一松開(kāi)，由于單片機(jī)內(nèi)部的上拉電阻，此I/O口就會(huì)再次回到高電平狀態(tài)。程序運(yùn)行時(shí)為了知道某個(gè)按鍵是否有動(dòng)作，需要找到對(duì)應(yīng)的I/O口的電平高低。還有當(dāng)單片機(jī)對(duì)鍵盤(pán)進(jìn)行處理時(shí)需要有一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，也就是鍵盤(pán)去抖動(dòng)。鍵盤(pán)抖動(dòng)也就是設(shè)備機(jī)械的抖動(dòng)，鍵盤(pán)在按下剛觸碰的到的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生不穩(wěn)定的電壓，屬于正常。這種情況即使操作時(shí)很小心也不能躲避的。抖動(dòng)的時(shí)間基本在10到200毫秒內(nèi)，這么短的抖動(dòng)時(shí)間對(duì)單片機(jī)內(nèi)以微秒為單位的時(shí)鐘電路來(lái)說(shuō)

40、是非常慢的，單人們?nèi)备杏X(jué)不到。所以需要利用軟件對(duì)抖動(dòng)時(shí)間進(jìn)行處理，過(guò)濾掉較短的抖動(dòng)時(shí)間，當(dāng)按鍵按下穩(wěn)定時(shí)在處理請(qǐng)求，也就是去抖動(dòng)。也可以利用電路對(duì)抖動(dòng)進(jìn)行處理，不過(guò)會(huì)增加系統(tǒng)冗余度。在比較后選用了軟件去抖動(dòng)的方法。具體實(shí)現(xiàn)方法是當(dāng)按鍵對(duì)應(yīng)的I/O口出現(xiàn)低電平時(shí)，立馬開(kāi)始延遲20毫秒，當(dāng)延遲結(jié)束時(shí)判斷此I/O口的電平，如果這次獲取的是高電平說(shuō)明I/O口處于低電平的時(shí)間較短，即為抖動(dòng)現(xiàn)象，可以無(wú)視；如果獲取的是低電平說(shuō)明I/O口一直處于低電平，即按鍵確實(shí)被按下了，之后就可以處理相應(yīng)的請(qǐng)求。電路如圖3-10所示。圖3-10按鍵電路圖19 第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1 系統(tǒng)主程序主程序的主要作用是把每個(gè)

41、功能模塊進(jìn)行聯(lián)系，讀取出并計(jì)算HC-RS04的測(cè)量的長(zhǎng)度、測(cè)量距離的顯示、通過(guò)按鍵控制有效距離限制、當(dāng)測(cè)量的值超過(guò)了最大測(cè)量值時(shí)，蜂鳴產(chǎn)生長(zhǎng)響的報(bào)警聲。當(dāng)測(cè)量距離小于報(bào)警距離時(shí)，蜂鳴器根據(jù)距離的大小產(chǎn)生頻率不一樣的聲音。如圖4-1所示的是主程序流程圖。開(kāi)始初始化調(diào)用顯示子程序障礙物存在讀出距離值并顯示結(jié)束NY圖4-1主流程圖4.2 顯示距離子程序顯示距離子程序的功能是把超聲波模塊測(cè)量出的時(shí)間差經(jīng)過(guò)計(jì)算后得到的距離值傳到單片機(jī)內(nèi)，單片機(jī)通過(guò)處理把距值動(dòng)態(tài)輸出到4位LED數(shù)碼管上，每次顯示一位，逐位顯示。如圖4-2所示是顯示距離子程序的流程圖。開(kāi)始獲取距離參數(shù)賦值顯示結(jié)束圖4-2 LED顯示距離子

42、程序流程圖4.3 報(bào)警子程序報(bào)警子程序的主要作用是在測(cè)量距離超出預(yù)設(shè)的最大測(cè)量距離時(shí)發(fā)出報(bào)警，蜂鳴器會(huì)一直發(fā)出聲音；當(dāng)測(cè)量距離小于設(shè)置好的報(bào)警距離時(shí)，蜂鳴器會(huì)出現(xiàn)斷續(xù)響的報(bào)警聲，并且蜂鳴器發(fā)出聲音的頻率跟距離成比例，距離小頻率就高，也就是報(bào)警聲越急促。圖4-3所示的是報(bào)警子程序的流程圖。開(kāi)始蜂鳴器報(bào)警達(dá)到最大距離YN蜂鳴器報(bào)警小于報(bào)警距離YN結(jié)束圖4-3報(bào)警子流程圖4.4 按鍵子程序按鍵子程序的功能是調(diào)節(jié)測(cè)量的報(bào)警距離，按功能鍵進(jìn)入設(shè)置模式，進(jìn)入后按增加按鍵就能夠上調(diào)預(yù)設(shè)警報(bào)距離值，按下減小按鍵可以下調(diào)報(bào)警距離。每次按一下增加按鍵或減小按鍵只能增加或減小報(bào)警距離值1厘米。在設(shè)置模式下按下功能按

43、鍵時(shí)離開(kāi)設(shè)置模式。按鍵子程序的流程圖如圖4-4所示。開(kāi)始N按下功能鍵Y設(shè)置報(bào)警距離N按下功能鍵Y結(jié)束圖4-4按鍵子流程圖第5章 系統(tǒng)仿真5.1 系統(tǒng)仿真環(huán)境ProteusProteus ISIS是英國(guó)Labcenter公司開(kāi)發(fā)出來(lái)的用于對(duì)電路分析和實(shí)物仿真的仿真軟件。運(yùn)行平臺(tái)是Windows系統(tǒng)，可以用來(lái)仿真、解析各種集成電路與模擬元器件，Proteus擁有以下優(yōu)點(diǎn)：1. 能對(duì)SPICE電路和單片機(jī)進(jìn)行仿真。能進(jìn)行數(shù)字電路的仿真、模擬電路的仿真、單片機(jī)及其外圍電路組成的系統(tǒng)電路的仿真、I2C調(diào)試器、SPI調(diào)試器、按鍵和LCD系統(tǒng)的仿真等功能；還能仿真各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號(hào)發(fā)生

44、器和電流計(jì)等；2. 對(duì)常用單片機(jī)系統(tǒng)的仿真進(jìn)行支持。目前支持的單片機(jī)類(lèi)型有： 8051系列、68000系列、PIC12系列、AVR系列、PIC18系列、PIC16系列、HC11系列、Z80系列還有其他的外部元件；3. 提供的有軟件的調(diào)試選項(xiàng)。在進(jìn)行仿真時(shí)可以進(jìn)行直接運(yùn)行、單步運(yùn)行、設(shè)置斷點(diǎn)調(diào)試等多種調(diào)試能力，還可以查看每個(gè)變量、寄存器等元器件的運(yùn)行狀態(tài)與值，因此在proteus軟件的仿真系統(tǒng)里，以上的方式也是很需要的；proteus還能支持其他的軟件的編譯或調(diào)試，比如Keil C51 uVision2；4. 原理圖繪制功能非常強(qiáng)大，元器件非常全。所以本次畢業(yè)設(shè)計(jì)采用Proteus仿真與分析。5

45、.2 仿真錄入源程序時(shí)在仿真圖5-1中點(diǎn)擊51單片機(jī)，鼠標(biāo)打開(kāi)單片機(jī)，會(huì)出來(lái)一個(gè)如圖5-2所示的窗口，在“Program file”下面選擇已經(jīng)能正常使用的hex文件，單片機(jī)選89c51，晶振選擇12MHz，選完之后點(diǎn)擊“OK”按鈕，進(jìn)行仿真并觀察結(jié)論。圖5-1系統(tǒng)仿真原理圖圖5-2 單片機(jī)設(shè)置對(duì)話框5.3 誤差及特性分析由于超聲波的一些特點(diǎn)，所以必須在滿足特定條件是進(jìn)行測(cè)量，否則會(huì)才出現(xiàn)誤差：1. 必須讓被測(cè)物體與超聲波測(cè)距儀盡量保持垂直；2. 測(cè)量的物體外表應(yīng)該盡量是平面；3. 在超聲波測(cè)距儀進(jìn)行測(cè)量的時(shí)候旁邊不能有其它能夠反射超聲波的東西影響。所以在用測(cè)距儀去測(cè)量距離的時(shí)候應(yīng)該留心這些條

46、件，否則容易造成接收到的信號(hào)有誤差以至于測(cè)量結(jié)果不穩(wěn)定或者直接測(cè)量不出結(jié)果。測(cè)量距離在小于2厘米時(shí)時(shí)間差太短，因而無(wú)法測(cè)量。又由于發(fā)射的超聲波的功率強(qiáng)度有限，超聲波測(cè)距儀測(cè)量不出6m以上的距離。27 結(jié)論我的畢業(yè)設(shè)計(jì)的做出一個(gè)基于單片機(jī)的超聲波測(cè)距儀，需要完成的最終要求就是能夠利用超聲波進(jìn)行距離的測(cè)量，并且通過(guò)LED以數(shù)字的形式顯示出測(cè)量的結(jié)果。超聲波測(cè)距是通過(guò)得到超聲波從發(fā)射到接收的時(shí)間差計(jì)算出測(cè)量距離，從而確定測(cè)量距離。在硬件電路中需要有超聲波傳感器作為超聲波發(fā)聲和接受的元件，還要有顯示器對(duì)結(jié)果進(jìn)行顯示，當(dāng)達(dá)到報(bào)警距離時(shí)需要有蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲。在最后經(jīng)過(guò)調(diào)試，實(shí)現(xiàn)了可測(cè)量范圍和允許誤差內(nèi)距

47、離測(cè)量成功。雖然此次畢業(yè)設(shè)計(jì)完成的還算順利，但還是遇到了一些問(wèn)題，主要在程序方面，如蜂鳴器隨距離縮小而響聲頻率變大，在重新設(shè)置完報(bào)警距離時(shí)，報(bào)警頻率沒(méi)有跟隨距離逐級(jí)變化，后來(lái)重新定義了報(bào)警頻率與測(cè)量距離和預(yù)設(shè)報(bào)警距離的關(guān)系接解決了該問(wèn)題。再解決了問(wèn)題后最終完成了此次超聲波測(cè)距儀設(shè)計(jì)。洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文謝 辭在此我要由衷的感謝我的畢業(yè)設(shè)計(jì)導(dǎo)師*老師，感謝您在百忙之中仍給予我如此多的幫助和建議，讓我能成功的做完這次畢業(yè)設(shè)計(jì)。在此期間，趙老師對(duì)知識(shí)嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的態(tài)度和精益求精的作風(fēng)都讓我非常欽佩。大學(xué)的最后一次畢業(yè)設(shè)計(jì)能在趙老師的指導(dǎo)下完成我感到非常榮幸，您能在教學(xué)的過(guò)程中抽出這么多時(shí)間對(duì)我進(jìn)行指

48、導(dǎo)，令我很感動(dòng)。再次向我的導(dǎo)師*老師表示崇高的敬意，謝謝您。在這里我還要感謝我的母校對(duì)我這四年的教育。在這四年里母校給了我如此優(yōu)秀的環(huán)境和條件，讓我能學(xué)到自己喜歡的知識(shí)和對(duì)我人生有用的技能。大學(xué)生涯在我人生中是非常重要的，讓我的人生得到了升華，這里有我許多美好的回憶。最后祝福我美麗的母校昂揚(yáng)前進(jìn)、再創(chuàng)輝煌！49參考文獻(xiàn)1.林偉,梁家寧,李才安.便攜式多功能超聲波測(cè)距儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)J.電子測(cè)量技術(shù),2008,26(01):29-31.2.陳美鑾,尹浩,黎飄,董博然.智能盲人導(dǎo)行儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)J.電子技術(shù)應(yīng)用,2006,31(10): 2-5. 3.羅慶生,韓寶玲.一種基于超聲波與紅外線探測(cè)技術(shù)的

49、測(cè)距定位系統(tǒng)J.計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制,2005,14(04): 1-3. 4.高飛燕.基于單片機(jī)的超聲波測(cè)距系統(tǒng)的設(shè)計(jì)J.信息技術(shù),2005,5(07): 43-45. 5 趙廣濤,程蔭杭.基于超聲波傳感器的測(cè)距系統(tǒng)設(shè)計(jì)J.傳感器與儀器儀表,2006,22(11):128-1496 趙珂,向瑛,王忠,等.高精度超聲波測(cè)距儀的研制J.傳感器技術(shù),2003,22(2):55-577 肖質(zhì)紅.超聲波測(cè)距儀在汽車(chē)安全系統(tǒng)中的應(yīng)用J.浙江萬(wàn)里學(xué)院學(xué)報(bào),2007,(5):43-468 趙曰峰,馬艷艷.基于單片機(jī)的倒車(chē)?yán)走_(dá)設(shè)計(jì)J.現(xiàn)代電子技術(shù),2012,35(10):5-79 鞠永勝.基于嵌入式系統(tǒng)汽車(chē)倒車(chē)?yán)走_(dá)

50、的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)D.山東:山東大學(xué)碩士學(xué)位論文,201010 趙小強(qiáng),趙連玉.超聲波測(cè)距系統(tǒng)中的溫度補(bǔ)償J.控制與檢測(cè),2008,(12):60-6211 丁明亮,唐前輝.單片機(jī)原理及應(yīng)用基于Keil與ProteusM.北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2009.(5)102-15012 吳瓊,封維忠,馬文杰.汽車(chē)倒車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)J.現(xiàn)代電子技術(shù),2009,(9)190-19213 王豐,欒學(xué)德.單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù).北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2007：(8)254-26114 何希才.傳感器技術(shù)及應(yīng)用M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2005: (5)154-26115 陶潔,肖桂鳳,遲

51、權(quán)德.基于AT89C52單片機(jī)的超聲波測(cè)距儀的設(shè)計(jì)J.電子設(shè)計(jì)工程,2012,20(2):135-14016 王節(jié)旺.一種基于STC89C52RC單片機(jī)的計(jì)時(shí)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案J.微型機(jī)與應(yīng)用,2011,30(6):28-3017 陳海宴.51單片機(jī)原理及應(yīng)用M.北京航空航天大學(xué)出版社，2010: (3)54-7118 戚新波.DS18B20與ATmega8單片機(jī)接口的C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)方法J.微計(jì)算機(jī)信息,2005,21(7):70-7219 rtori S，ZHANG G X.Geometric Error Measurement and Compensation of Machines.Annals of the CIRP.1995:599-609附錄 單片機(jī)程序：/接線：模塊TRIG接 P3.2 ECH0 接P3.3#include <reg52.H>/器件配置文件#include <intrins.h>/按鍵聲明sbit RX = P32;sbit TX = P33;sbit S1 = P14;sbit S2 = P15;sbit S3 = P16;/蜂鳴器sbit Feng= P20;/變量聲明unsigned int time=0;unsigned int timer=