基于單片機的超聲波測距儀設計畢業(yè)設計

1、<p>　　本科畢業(yè)設計(論文)</p><p>　　題目 基于單片機的超聲波測距儀設計 </p><p>　　學院名稱　 電氣工程及自動化學院 </p><p>　　專業(yè)班級　　　 測控技術與儀器09-2班 </p><p>　　學生姓名　

2、 　 </p><p>　　導師姓名　 </p><p>　　二0一三 年 六 月 十五 日</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要1</b

3、></p><p><b>　　第1章 緒論3</b></p><p>　　1.1課題研究的背景3</p><p>　　1.2課題研究的意義3</p><p><b>　　1.3論文結構3</b></p><p>　　第2章 超聲波測距原理4</p&

4、gt;<p>　　2.1超聲波簡介4</p><p>　　2.2超聲波測距原理4</p><p>　　第3章 方案論證及主要元件介紹5</p><p><b>　　3.1設計思路5</b></p><p>　　3.2系統(tǒng)結構設計6</p><p>　　3.3單片機AT89

5、C527</p><p>　　3.4超聲波傳感器10</p><p>　　第4章 硬件電路設計10</p><p>　　4.1超聲波發(fā)射電路10</p><p>　　4.2超聲波接收電路11</p><p>　　4.3顯示電路11</p><p>　　4.4電源電路12</

6、p><p>　　第5章 軟件設計及系統(tǒng)仿真12</p><p>　　5.1主程序流程12</p><p>　　5.2子程序設計13</p><p>　　5.2.1超聲波發(fā)送及接收中斷子程序原理14</p><p>　　5.2.2距離計算子程序14</p><p>　　5.3軟件編譯調試環(huán)

7、境——Keil15</p><p>　　5.4系統(tǒng)仿真環(huán)境——Proteus15</p><p>　　5.5系統(tǒng)仿真16</p><p>　　5.6 誤差及特性分析16</p><p><b>　　結 論18</b></p><p><b>　　參考文獻19</b

8、></p><p><b>　　附錄20</b></p><p><b>　　致 謝33</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本文介紹了基于單片機控制的超聲測距儀的原理：由AT89C52控制定時器產生超聲波脈沖并啟動內部的計

9、數器開始計時，將電信號轉化為超聲波信號。超聲波在空氣介質中進行傳播，當遇到障礙物時超聲波返回，單片機接收返回的超聲波，將超聲波信號轉化為電信號。通過計算超聲波自發(fā)射至接收的往返時間差，從而通過計算得到實測距離。并用LM1602液晶顯示器顯示距離。</p><p>　　整個硬件電路由超聲波發(fā)射電路、超聲波接收電路、電源電路、顯示電路等模塊組成。各探頭的信號經單片機綜合分析處理，實現(xiàn)超聲波測距儀的各種功能。在此基礎上

10、設計了系統(tǒng)的總體方案，最后通過硬件和軟件實現(xiàn)了各個功能模塊。相關部分附有硬件電路圖、程序流程圖，給出了系統(tǒng)構成、電路原理及程序設計。此系統(tǒng)具有易控制、工作可靠、測距準確度高、可讀性強和流程清晰等優(yōu)點。但在準確度方面，測量準確度高，可以精確到厘米，達到了預期的測量準確度。</p><p>　　關鍵詞：AT89C52 超聲波 測距</p><p><b>　　ABSTRACT&l

11、t;/b></p><p>　　The design introduces the principle of the ultrasonic distance measurement instrument based on SCMC-controlled: AT89C52controls timers to produce the ultrasonic wave pulse and time.Convert

12、s electrical signals into the ultrasonic signal. Ultrasonic wave is spread in the air medium, and ultrasonic returned when faced with obstacles, MCU receives the returned ultrasonic, ultrasonic signal can be converted to

13、 electrical signals.Count the time of ultrasonic wave spontaneous emission to receive round</p><p>　　The entire hardware circuit is composed by ultrasonic transmitter circuit, ultrasonic receiver circuit, th

14、e power circuit, display circuit, and other modules. The probe signals are integrated analysised by SCMC to achieve the various functions of ultrasonic distance measurement instrument. Based on this has designed system&#

15、39;s overall concept, final adoption of hardware and software to achieve the various functional modules. The relevant parts have the hardware schematics and process flow chart.It</p><p>　　Keywords:AT89C52;

16、Ultrasonic Wave; Measure Distance</p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　1.1課題研究的背景</p><p>　　人們生活水平的提高，城市發(fā)展建設加快，城市給排水系統(tǒng)也有較大發(fā)展，其狀況不斷改善。但是，由于歷史原因合成時間住的許多不可預見因素，城市給排水系統(tǒng)，特別是排水系統(tǒng)往

17、往落后于城市建設。因此，經常出現(xiàn)開挖已經建設好的建筑設施來改造排水系統(tǒng)的現(xiàn)象。城市污水給人們帶來了困擾，因此箱涵的排污疏通對大城市給排水系統(tǒng)污水處理，人們生活舒適顯得非常重要。而設計研制箱涵排水疏通移動機器人的自動控制系統(tǒng)，保證機器人在箱涵中自由排污疏通，是箱涵排污疏通機器人的設計研制的核心部分。控制系統(tǒng)核心部分就是超聲波測距儀的研制。</p><p>　　隨著科學技術的快速發(fā)展，超聲波將在傳感器中的應用越來越廣

18、。但就目前技術水平來說，人們可以具體利用的傳感技術還十分有限，因此，這是一個正在蓬勃發(fā)展而又有無限前景的技術及產業(yè)領域。展望未來，超聲波傳感器作為一種新型的非常重要有用的工具在各方面都將有很大的發(fā)展空間，它將朝著更加高定位高精度的方向發(fā)展，以滿足日益發(fā)展的社會需求，如聲納的發(fā)展趨勢基本為：研制具有更高定位精度的被動測距聲納，以滿足水中武器實施全隱蔽攻擊的需要；繼續(xù)發(fā)展采用低頻線譜檢測的潛艇拖曳線列陣聲納，實現(xiàn)超遠程的被動探測和識別；研制

19、更適合于淺海工作的潛艇聲納，特別是解決淺海水中目標識別問題。毋庸置疑，未來的超聲波傳感器將與自動化智能化接軌，與其他的傳感器集成和融合，形成多傳感器。隨著傳感器的技術進步，傳感器將從具有單純判斷功能發(fā)展到具有學習功能，最終發(fā)展到具有創(chuàng)造力[1]。</p><p>　　1.2課題研究的意義</p><p>　　在現(xiàn)實生活中，一些傳統(tǒng)的距離測量方式在某些特殊場合存在不可克服的缺陷，例如，液面測

20、量就是一個距離測量，傳統(tǒng)的電極法是采用差位分布電極，通過給電或脈沖檢測液面，電極長期浸泡在水中或其它液體中，極易被腐蝕、電解，從而失去靈敏性。而利用超聲波測量距離可以很好地解決這一問題。目前市面上常見的超聲波測距系統(tǒng)不僅價格昂貴，體積過大而且精度也不高等種種因素，使得在一些中小規(guī)模的應用領域中難以得到廣泛的應用。為解決這一系列難題，本文設計了一款基于AT89C51單片機的低成本、高精度、微型化的超聲波測距儀[2]。</p>

21、<p><b>　　1.3論文結構</b></p><p>　　論文首先對課題的背景和意義進行闡述，并概述了論文結構。</p><p>　　第2章先就超聲波測距的原理進行介紹。</p><p>　　第3章針對本文采用的設計方案進行了可行性的論證，并介紹了設計中需要用到的主要器件，且因其在本設計的作用不同而詳盡程序亦不同。</p

22、><p>　　第4章從整體硬件設計出發(fā)，對各部分電路進行了詳細說明。</p><p>　　第5章先給出了軟件設計的整體流程圖，并且給出了程序編譯及系統(tǒng)仿真效果圖。</p><p>　　第2章 超聲波測距原理</p><p><b>　　2.1超聲波簡介</b></p><p>　　我們知道，當物體振

23、動時會發(fā)出聲音?？茖W家們將每秒鐘振動的次數稱為聲音的頻率，它的單位是赫茲。我們人類耳朵能聽到的聲波頻率為20～20000赫茲。當聲波的振動頻率大于20000赫茲或小于20赫茲時，我們便聽不見了。因此，我們把頻率高于20000赫茲的聲波稱為“超聲波”。通常用于醫(yī)學診斷的超聲波頻率為1～5兆赫。超聲波具有方向性好，穿透能力強，易于獲得較集中的聲能，在水中傳播距離遠等特點。可用于測距，測速，清洗，焊接，碎石等。在醫(yī)學，軍事，工業(yè)，農業(yè)上有明顯

24、的作用[3]。</p><p>　　理論研究表明，在振幅相同的條件下，一個物體振動的能量與振動頻率成正比，超聲波在介質中傳播時，介質質點振動的頻率很高，因而能量很大。在我國北方干燥的冬季，如果把超聲波通入水罐中，劇烈的振動會使罐中的水破碎成許多小霧滴，再用小風扇把霧滴吹入室內，就可以增加室內空氣濕度[4]。這就是超聲波加濕器的原理。對于咽喉炎、氣管炎等疾病，藥品很難血流到打患病的部位。利用加濕器的原理，把藥液霧化

25、，讓病人吸入，能夠療效。利用超聲波巨大的能量還可以使人體內的結石做劇烈的受迫振動而破碎[1]。</p><p>　　2.2超聲波測距原理</p><p>　　超聲波是利用反射的原理測量距離的，被測距離一端為超聲波傳感器，另一端必須有能反射超聲波的物體。測量距離時，將超聲波傳感器對準反射物發(fā)射超聲波，并開始計時，超聲波在空氣中傳播到達障礙物后被反射回來，傳感器接收到反射脈沖后立即停止計時，然

26、后根據超聲波的傳播速度和計時時間就能計算出兩端的距離[5]。測量距離D為</p><p><b>　　（2-1）</b></p><p>　　式中 c——超聲波的傳播速度；</p><p>　　——超聲波發(fā)射到接收所需時間的一半，也就是單程傳播時間。</p><p>　　由上式可知，距離的測量精度主要取決于計時精度

27、和傳播速度兩方面。計時精度由單片機定時器決定，定時時間為機器周期與計數次數的乘積，可選用12MHz的晶振，使機器周期為精確的1µs,不會產生累積誤差，使定時間達到1µs。超聲波的傳播速度c并不是固定不變的，傳播速度受空氣密度、溫度和氣體分子成分的影響。</p><p>　　超聲波在空氣中傳播時，受溫度影響最大[2]，如表2-1所示</p><p>　　溫度越高，傳播速度

28、越快，而且不同溫度下傳播速度差別非常大，例如0℃時的速度為332m/s，30℃時的速度為350m/s，相差18m/s。因此，需要較高的測量精度時，進行溫度補償是最有效的措施。對測量精度要求不高時，可認為超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s[6]。</p><p>　　表2-1 超聲波傳播速度與溫度關系表</p><p><b>　　第3章 方案論證</b><

29、/p><p><b>　　3.1設計思路 </b></p><p>　　測量距離方法有很多種，短距離可以用尺，遠距離有激光測距等，超聲波測距適用于高精度中長距離測量。因為超聲波在標準空氣中傳播速度為331.45米/秒，由單片機負責計時，單片機使用12.0M晶振，所以此系統(tǒng)測量精度理論上可以達到毫米級。 </p><p>　　目前比較普遍的測距的原理

30、：通過發(fā)射具有特征頻率的超聲波對被攝目標的探測，通過發(fā)射出特征頻率的超聲波和反射回接受到特征頻率的超聲波所用的時間，換算出距離，如超聲波液位物位傳感器，超聲波探頭，適合需要非接觸測量場合，超聲波測厚，超聲波汽車測距告警裝置等[7]。 </p><p>　　由于超聲波指向性強，能量消耗緩慢，在介質中傳播距離遠，因而超聲波可以用于距離測量。利用超聲波檢測距離，設計比較方便，計算處理也較簡單，并且在測量精度方面也能達

31、到要求。由于超聲波易于定向發(fā)射、方向性好、強度易控制、與被測量物體不需要直接接觸的優(yōu)點，是作為液體高度測量的理想手段。在精密的液位測量中需要達到毫米級的測量精度，但是目前國內的超聲波測距專用集成電路都是只有厘米級的測量精度。通過分析超聲波測距誤差產生的原因，提高測量時間差到微秒級，我們設計的高精度超聲波測距儀能達到毫米級的測量精度[3]。</p><p>　　目前超聲波測距已得到廣泛應用，國內一般使用專用集成電路

32、根據超聲波測距原理設計各種測距儀器，但是專用集成電路的成本較高、功能單一。而以單片機為核心的測距儀器可以實現(xiàn)預置、多端口檢測、顯示、報警等多種功能，并且成本低、精度高、操作簡單、工作穩(wěn)定、可靠。以8052為內核的單片機系列，其硬件結構具有功能部件齊全、功能強等特點。尤其值得一提的是，出8位CPU外，還具備一個很強的位處理器，它實際上是一個完整的位微計算機，即包含完整的位CPU，位RAM、ROM（EPROM），位尋址寄存器、I/O口和指令

33、集。所以，8052是雙CPU的單片機。位處理在開關決策、邏輯電路仿真、過程測控等方面極為有效；而8位處理則在數據采集和處理等方面具有明顯長處[8]。</p><p>　　根據設計要求并綜合各方面因素，可以采用AT89C52單片機作為主控制器，它控制發(fā)射觸發(fā)脈沖的開始時間及脈寬，響應回波時刻并測量、計數發(fā)射至往返的時間差。利用軟件產生超聲波信號，通過輸出引腳輸入至驅動器，經驅動器驅動后推動探頭產生超聲波；超聲波信號

34、的接收采用鎖相環(huán)LM567對放大后的信號進行頻率監(jiān)視和控制。一旦探頭接到回波，若接收到的信號頻率等于振蕩器的固有頻率（此頻率主要由RC值決定），則其輸出引腳的電平將從“1”變?yōu)椤?”（此時鎖相環(huán)已進入鎖定狀態(tài)），這種電平變化可以作為單片機對接收探頭的接收情況進行實時監(jiān)控?？蓪y得數據優(yōu)化處理，并采用溫度補償，使測量誤差降到更低限度；AT89C51還控制顯示電路，用動態(tài)掃描法實現(xiàn)LED數字顯示。</p><p>&

35、lt;b>　　3.2系統(tǒng)結構設計</b></p><p>　　超聲波測距儀系統(tǒng)結構如圖3-1所示。它主要由單片機、超聲波發(fā)射及接收電路、超聲波傳感器、鍵盤、LED顯示電路及電源電路組成。系統(tǒng)主要功能包括：</p><p>　　超聲波的發(fā)射、接收，并根據計時時間計算測量距離；</p><p>　　LED顯示器顯示距離；</p><

36、p>　　鍵盤接收用戶命令并處理；</p><p>　　當系統(tǒng)運行不正常時，用電平式開關與上電復位電路復位。</p><p>　　圖3-1 超聲波測距儀系統(tǒng)結構框圖</p><p>　　3.3單片機AT89C52 </p><p>　　單片機即單片微型計算機SCMC（Single Chip MicroComputer）。它把

37、構成一臺計算機的主要功能部、器件，如CPU（進行運算、控制）、RAM（數據存儲）、ROM（程序存儲）、輸入/輸出設備（例如：串行口、并行輸出口等）、中斷系統(tǒng)、定時/計數器等集中在一塊芯CPU（進行運算、控制）、RAM（數據存儲）、ROM（程序存儲）、輸入/輸出設備（例如：串行口、并行輸出口等）制功能，所以又稱為微控制器MCU（Microcontroller Unit）。相對于普通微機，單片機的體積要小得多，一般嵌入到其他儀器設備里，實現(xiàn)

38、自動檢測與控制，因此也稱為嵌入式微控制器EMCU（Embedded Microcontroller Unit)。</p><p>　　本設計的MCU采用的是DIP（Dual In-line Package塑料雙列直插式）封裝的AT89C52高性能8位單片機。AT89C51是一個低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內含4k bytes的可反復擦寫的Flash只讀程序存儲器和128 bytes的隨機存取數據存儲器（

39、RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)，片內置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，內置功能強大的微型計算機的AT89C51提供了高性價比的解決方案[9]。</p><p>　　AT89C52是一個低功耗高性能單片機，40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時內含2個外中斷口，2個16位可編程定時計數器,2個全雙工串行通信口， AT89C51可

40、以按照常規(guī)方法進行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和Flash存儲器結合在一起，特別是可反復擦寫的Flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本。其引腳圖如圖3-2[4]。</p><p>　　AT89C52的引腳功能有：</p><p><b>　　1) 主電源引腳</b></p><p>　　VSS——第20腳，電路接地電平。</p&g

41、t;<p>　　VCC——第40腳，正常運行和編程校驗+5V電源。</p><p><b>　　2) 時鐘源</b></p><p>　　XTAL1——第19腳，一般外接晶振的一個引腳，它是片內反相放大器的輸入端口。當直接采用外部信號時，此引腳應接地。</p><p>　　XTAL1——第18腳，接外部晶振的另一個引腳，它是片內反

42、相放大器的輸出端口。當采用外部振蕩信號源泉時，此引腳為外部振蕩信號的輸入端口，與信號源相連接[10]。</p><p>　　圖3-2 AT89C52的引腳圖</p><p>　　3) 控制、選通或復用</p><p>　　RST/VPD——第9腳，RESET復位信號輸入端口。當單片機正常工作時，由該引腳輸入脈寬為2個以上機器周期的高電平復位信號到單片機。在VCC掉

43、電期間，此引腳(即VPD)可接通備用電源，以保持片內RAM信息不受破壞。</p><p>　　——第30腳，輸出允許地址鎖存信號。當單片機訪問外部存儲器時，ALE信號的負跳變將P0口上的低8位地址送入鎖存器。在非訪問外部存儲器期間，ALE仍以1/6振蕩頻率固定不變地輸出，因此它可對個輸出或用于定時目的。要注意的是：每當訪問外部存儲器時將跳過一個ALE脈沖。為第二功能，當對片內程序存儲器編程寫入時，此引腳作為編程脈

44、沖輸入端。</p><p>　　——第29腳，訪問外部程序存儲器選能信，低電平有效。當AT89C51由外部程序存儲器取指令（或數據）時，每個機器周期兩次有效，即輸出兩個脈沖。在此期間，當訪問外部數據存儲器，這兩次有效的 信號不出現(xiàn)。</p><p>　?。和獠吭L問允許。欲使CPU公訪問外部程序存儲器（地址0000H-FFFFH），端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位LBI被編程

45、，復位時內部會鎖存端狀態(tài)。Flash存儲器編程時，該引腳加上+12V的編程允許電源VPP，當然這必須是該器件是使用12V編程電壓VPP。</p><p>　　4) 多功能I/O端口</p><p>　　P0口——第32~39腳，8位漏極開路雙向I/O端口。作為輸出口用時，每位能吸收電流的方式驅動8個TTL邏輯門電路，對端口寫“1”可作為高阻抗輸入端用。在訪問數據存儲器或程序存儲器時，這組口

46、線分時轉換地址和數據總線復用，在訪問期間激活內部上拉電阻。</p><p>　　P1口——第1~8腳，具有內部上拉電路的8位準雙向I/O端口。在對片內程序存儲器（EPROM型）進行程序編程和校驗時，用做低8位地址總線。</p><p>　　P2口——第21~28腳，具有內部上拉電路的8位準雙向I/O端口。當單片機訪問存儲器時，用做高8位地址總線；在對片內程序存儲器（EPROM型）進行程序編

47、程和校驗時，亦用做高8位地址總線。</p><p>　　P3口——第10~17腳，具有內部上拉電路的8位準雙向I/O端口。它還提供特殊的第二變異功能。它的每一位均可獨立定義為第一功能的I/O口或第二變異功能。第二變異功能的具體含義如表3-1：</p><p>　　表3-1 P3口的第二變異功能</p><p><b>　　3.4超聲波傳感器</b&

48、gt;</p><p>　　超聲波是指頻率高于20kHz的機械波。超聲波在恒定環(huán)境條件下的傳播速度不變。超聲波傳感器主要材料有壓電晶體（電致伸縮）及鎳鐵鋁合金（磁致伸縮）兩類。電致伸縮的材料有鋯鈦酸鉛（PZT）等。壓電晶體組成的超聲波傳感器是一種可逆?zhèn)鞲衅?，它可以將電能轉變成機械振蕩而產生超聲波，同時它接收到超聲波時，也能轉變成電能，所以它可以分成接收器和發(fā)送器。超聲波傳感器由兩個壓電晶片和一個共振板組成，當壓電

49、晶片的兩極加上頻率等于其固有諧振頻率的脈沖信號時，壓電晶片產生共振，并帶動共振板產生振動，同時帶動壓電晶片也一起振動，將機械能轉換為電能，稱為超聲波接收器。超聲波傳感器利用壓電效應進行電能和超聲波機械能的相互轉換，也稱為超聲波換能器。超聲波發(fā)射換能器與接收換能器在結構上稍有不同，使用時應分清器件上的標志，但外觀基本一致。有的超聲波傳感器既作發(fā)送，也能作接收。</p><p>　　第4章 硬件電路設計</p

50、><p>　　4.1超聲波發(fā)射電路</p><p>　　超聲波發(fā)射電路原理圖如圖4-1所示。發(fā)射電路主要由反相器74LS04和超聲波發(fā)射換能器T40構成，單片機P1.0端口輸出的40kHz的方波信號一路經一級反向器后送到超聲波換能器的一個電極，另一路經兩級反向器后送到超聲波換能器的另一個電極，用這種推換形式將方波信號加到超聲波換能器的兩端，可以提高超聲波的發(fā)射強度。輸出端采用兩個反向器并聯(lián)，用

51、以提高驅動能力。上位電阻R1、R2一方面可以提高反向器74LS04輸出高電平的驅動能力，另一方面可以增加超聲波換能器的阻尼效果，縮短其自由振蕩時間。</p><p>　　圖4-1 超聲波發(fā)射電路原理圖</p><p>　　4.2超聲波接收電路</p><p>　　超聲波接收電路由超聲波傳感器、兩級放大電路和鎖相環(huán)電路組成。超聲波傳感器接收到的反射波信號非常微弱，兩

52、級放大電路用于對傳感器接收到的信號進行放大。鎖相環(huán)電路接收到頻率符合要求的信號后向單片機發(fā)出中斷請求。鎖相環(huán)LM567內部壓控振蕩器的中心頻率為，鎖定帶寬與C3有關。由于發(fā)送的超聲波頻率為40kHz，幫調整相關元件使鎖相環(huán)的中心頻率為40kHz，只響應該頻率的信號，避免了其他頻率信號的干擾。</p><p>　　當超聲波傳感器接收到超聲波信號后，送入兩級放大器放大，放大后的信號進入鎖相環(huán)檢波，如果頻率為40kHz

53、，則從8腳發(fā)出低電平中斷請求信號送單片機P3.3端，單片機檢測到低電平后停止定時器的工作。超聲波接收電路如圖4-2所示。</p><p>　　圖4-2 超聲波接收電路</p><p><b>　　4.3顯示電路</b></p><p>　　顯示電路如圖4-3，四位LED組成動態(tài)掃描電路，由AT89C51的P0口輸出。動態(tài)掃描時，由P2口控制L

54、ED的當前顯示位。當距離測量結束并調用顯示程序，就會顯示距離大小，顯示兩位小數。當按下按鍵k2時，將會顯示溫度值，延時5s后恢復顯示距離值。</p><p>　　圖4-3 顯示電路</p><p><b>　　4.4電源電路</b></p><p>　　電源電路如圖4-4所示。為方便起見，本設計采用的是9V電池供電，直流電送入三端穩(wěn)壓器LM7

55、805穩(wěn)壓，輸出+5V穩(wěn)恒直流電，作為電路的電源。LED是電源指示燈，通電后發(fā)光。</p><p>　　圖4-4 電源電路</p><p>　　第5章 軟件設計及系統(tǒng)仿真</p><p><b>　　5.1主程序流程</b></p><p>　　我們知道C語言程序有利于實現(xiàn)較復雜的算法，匯編語言程序則具有較高的效率且

56、容易精細計算程序運行的時間，而超聲波測距儀的程序既有較復雜的計算（計算距離時），又要求精細計算程序運行時間（超聲波測距時），所以控制程序可采用C語言和匯編語言混合編程。</p><p>　　因為本設計對時間要求精度較高的部分全部由單片機內部的定時器完成，而雖然溫度傳感器的讀寫對時間精度要求也高，但經詳細計算所得出的C程序已被廣泛應用，故直接借用已有程序也能作到對溫度的準確讀取，所心本設計全部使用C語言編程，這樣能

57、使設計中所用到的公式能方便快捷的體現(xiàn)和實現(xiàn)，又縮短了論文的篇幅。本設計的主程序流程圖如圖5-1所示。</p><p>　　圖5-1 主程序流程圖</p><p>　　系統(tǒng)上電后，首先系統(tǒng)初始化，不斷掃描按鍵k1，若按鍵k1按下，則開始測量空氣溫度，然后將P1.0置位，使定時器T0開始定時，控制超聲波傳感器發(fā)出超聲波，同時使定時器T1開始定時。CPU循環(huán)檢測P3.3引腳，當P3.3為低電平

58、時接收到回波，立即使T1停止工作，保存定時器的計數值。</p><p>　　然后根據溫度和傳輸時間計算距離，溫度補償措施使測量精度有了明顯提高，計算出距離后調用距離顯示子程序，LED顯示距離。</p><p>　　最后檢測按鍵k2，若k2閉合，則調用溫度顯示子程序，LED顯示溫度（溫度并非測量距離時用于補償的溫度，而是當前溫度）5s后恢復顯示本次測量距離；若按鍵k2沒有閉合，則顯示器恒定顯

59、示最新一次的測量結果；若要進行下一次測量，則先要按下k3重新開始，再按下按鍵k1才執(zhí)行新一次測量。由于不需輸入數據，鍵盤只設置了3個按鍵，用于開始測量距離并顯示溫度功能設置等。</p><p><b>　　5.2子程序設計</b></p><p>　　5.2.1超聲波發(fā)送及接收中斷子程序原理</p><p>　　超聲波發(fā)生子程序的作用是通過P1

60、.0端口發(fā)送左右超聲波脈沖信號（頻率約40kHz的方波），脈沖寬度為12μs左右，同時把計數器T1打開進行計時，定時器T1工作在方式0。</p><p>　　超聲波測距儀主程序利用外中斷1檢測返回超聲波信號，一旦接收到返回超聲波信號（即引腳出現(xiàn)低電平），立即進入中斷程序。進入中斷后就立即關閉計時器T1停止計時，并將測距成功標志字賦值1。如果當計時器溢出時還未檢測到超聲波返回信號，則定時器T1溢出中斷將外中斷1關閉

61、，并將測距成功標志字賦值0表示此次測距不成功。</p><p>　　5.2.2距離計算子程序</p><p>　　當前溫度和超聲波往返時間均測量出來后，用C語言根據公式計算距離來編程是比較簡單的算法。</p><p>　　根據測量距離，其實現(xiàn)程序算法如下：</p><p>　　#include<math.h></p>

62、<p>　　void distance(void)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　double radical,dist,t;</p><p>　　radical=sqrt(1+(temnum+273)/273);</p><p>　　dist=165.7*t*radical;&

63、lt;/p><p>　　return(dist);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　5.3軟件編譯調試環(huán)境——Keil</p><p>　　單片機開發(fā)中除必要的硬件外，同樣離不開軟件，我們寫的匯編語言源程序要變?yōu)镃PU可以執(zhí)行的機器碼有兩種方法，一種是手工匯編，另一種是機器匯編，目前已極少使用手

64、工匯編的方法了。機器匯編是通過匯編軟件將源程序變?yōu)闄C器碼，用于MCS-51單片機的匯編軟件有早期的A51，隨著單片機開發(fā)技術的不斷發(fā)展，從普遍使用匯編語言到逐漸使用高級語言開發(fā)，單片機的開發(fā)軟件也在不斷發(fā)展，Keil軟件是目前最流行開發(fā)MCS-51系列單片機的軟件，這從近年來各仿真機廠商紛紛宣布全面支持Keil即可看出。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調試器等在內的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境

65、（uVision）將這些部份組合在一起。掌握這一軟件的使用對于使用51系列單片機的愛好者來說是十分必要的，如果你使用C語言編程，那么Keil幾乎就是你的不二之選，即使不使用C語言而僅用匯編語言編程，其方便易用的集成環(huán)境、強大的軟件仿真調試工具也會事半功倍[5]。</p><p>　　5.4系統(tǒng)仿真環(huán)境——Proteus</p><p>　　Proteus ISIS是英國Labcenter公

66、司開發(fā)的電路分析與實物仿真軟件。它運行于Windows操作系統(tǒng)上，可以仿真、分析(SPICE)各種模擬器件和集成電路，該軟件具有如下特點：①實現(xiàn)了單片機仿真和SPICE電路仿真相結合。具有模擬電路仿真、數字電路仿真、單片機及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、RS232動態(tài)仿真、I2C調試器、SPI調試器、鍵盤和LCD系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器等。②支持主流單片機系統(tǒng)的仿真。目前支持的單片機類型有：6800

67、0系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各種外圍芯片。③提供軟件調試功能。在硬件仿真系統(tǒng)中具有全速、單步、設置斷點等調試功能，同時可以觀察各個變量、寄存器等的當前狀態(tài)，因此在該軟件仿真系統(tǒng)中，也必須具有這些功能；同時支持第三方的軟件編譯和調試環(huán)境，如Keil C51 uVision2等軟件。④具有強大的原理圖繪制功能?？傊撥浖且豢罴瘑纹瑱C和SPICE分析于一身的

68、仿真軟件，功能極其強大。本章介紹Proteus ISIS軟件的工作環(huán)境</p><p>　　圖5-2 系統(tǒng)仿真原理圖</p><p>　　5.5 誤差及特性分析</p><p>　　根據超聲波的特性，距離測量時必須滿足條件：①被測目標必須垂直于超聲波測距儀。②被測目標表面必須平坦。③測量時在超聲波測距儀周圍沒有其他可反射超聲波的物體。因此在測量過程中稍不小心就會接

69、收不到超聲波，而導致沒有測量結果[7]。</p><p>　　由于超聲波的往返時間由單片機AT89C52的定時器T1來記[7]，定時器T1工作在方式1，其最大定時時間為65.536ms，可得出在常溫下最大的測量距離在10m以內。且因為發(fā)射功率有限，測距儀也無法測量10m外的物體。實物圖如圖5-3所示。</p><p><b>　　圖5-3實物圖</b></p&g

70、t;<p><b>　　結 論</b></p><p>　　利用52系列單片機設計的測距儀便于操作、讀數直觀。經實際測試證明，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。由于該系統(tǒng)中鎖相環(huán)鎖定需要一定時間，測得的距離有誤差，在汽車雷達應用中可忽略不計；但在精度要求較高的工業(yè)領域如機器人自動測距等方面，此誤差不能忽略，可以通過改變一些硬件的應

71、用實現(xiàn)對超聲波的快速鎖定或根據自己的需要在程序中加入測距軟件補償的代碼，使誤差進一步減小，可以滿足更高要求。</p><p>　　本設計完整地做出之后可測量三米以內的距離。因為超聲波的特性，測距時保證傳感器與被測物間，以及測量軸線上沒有障礙物；且要盡量保證傳感器軸線與被測物表面垂直；實際測距范圍與被測物表面材料等因素有關，一般不要測量表面為毛料的物體表面。</p><p><b>

72、;　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 閻石.數字電子技術基礎[M]. 第五版. 北京：高等教育出版社，2004.506-548</p><p>　　[2] 李建忠.單片機原理及應用[M]. 第二版. 西安：西安電子科技大學出版社，2008.55-235</p><p>　　[3] 夏路易,石宗義.電路原理圖與電路設計教程Protel9

73、9SE[M]. 第一版. 北京：希望電子出版社,2002.156-200</p><p>　　[4] 梅麗鳳,王艷秋,汪毓鐸等.單片機原理及接口技術[M]. 第三版. 北京：清華大學出版社，2006.99-208</p><p>　　[5] 龔運新.單片機C語言開發(fā)技術[M]. 第一版. 北京：清華大學出版社，2006.20-190</p><p>　　[6]

74、 丁明亮,唐前輝.單片機原理及應用——基于Keil c 與Proteus[M]. 第五版. 北京：北京航空航天大學出版社，2009.102-150</p><p>　　[7] 王云濤，王楠.淺談多功能數字鐘的設計[J]. 山東電力高等?？茖W報.2005,4(8):71-72.</p><p>　　[8] 童詩白,華成英.模擬電子技術基礎[M]. 第四版. 北京：高等教育出版社,2001

75、.480-568</p><p>　　[9] Keil Software.The Final World On the 8051[M]. Germany:Keil Elektronik Gmbh and Keil software，1997.28-160</p><p>　　[10] Donald A. Namen. Electronic circuit analysis and de

76、sign[M]. Beijing:Tsinghua</p><p>　　University Press and Springer Verlag,2002.85-185</p><p><b>　　附 錄</b></p><p><b>　　1.整體電路圖</b></p><p><b>

77、;　　2. 系統(tǒng)主程序</b></p><p>　　//DYP-ME007 超聲波測距模塊 DEMO 程序</p><p>　　==============================================================</p><p>　　SMC1602A(16*2)模擬口線接線方式</p><p&g

78、t;<b>　　連接線圖[8]:</b></p><p>　　---------------------------------------------------</p><p>　　|LCM-----51 |LCM-----51 |LCM------51 |</p><p>　　-------------------

79、-------------------------------|</p><p>　　|DB0-----P1.0 |DB4-----P1.4 |RW-------P3.4 |</p><p>　　|DB1-----P1.1 |DB5-----P1.5 |RS-------P3.3 |</p><p>　　|DB2-----P1.2 |DB6--

80、---P1.6 |E--------P3.5 |</p><p>　　|DB3-----P1.3 |DB7-----P1.7 |VLCD接1K電阻到GND|</p><p>　　---------------------------------------------------</p><p>　　接線：模塊TRIG接 P2.6 ECH0 接P2.7

81、 模塊TRIG接 P2.4 ECH0 接P2.5</p><p>　　[注:AT89x51使用12M或11.0592M晶振,實測使用11.0592M]</p><p>　　=============================================================*/</p><p>　　#include <AT89x51.H

82、>//器件配置文件</p><p>　　#include <intrins.h></p><p>　　/*--------------------------------------------------------------------------</p><p><b>　　INTRINS.H</b></p&

83、gt;<p>　　Intrinsic functions for C51.</p><p>　　Copyright (c) 1988-2002 Keil Elektronik GmbH and Keil Software, Inc.</p><p>　　All rights reserved.</p><p>　　-------------------

84、-------------------------------------------------------*/</p><p>　　#ifndef __INTRINS_H__</p><p>　　#define __INTRINS_H__</p><p>　　extern void _nop_ (void);</p>&l

85、t;p>　　extern bit _testbit_ (bit);</p><p>　　extern unsigned char _cror_ (unsigned char, unsigned char);</p><p>　　extern unsigned int _iror_ (unsigned int, unsigned char);<

86、/p><p>　　extern unsigned long _lror_ (unsigned long, unsigned char);</p><p>　　extern unsigned char _crol_ (unsigned char, unsigned char);</p><p>　　extern unsigned int _irol_

87、(unsigned int, unsigned char);</p><p>　　extern unsigned long _lrol_ (unsigned long, unsigned char);</p><p>　　extern unsigned char _chkfloat_(float);</p><p><b>　　#endif<

88、/b></p><p>　　#define RX1 P2_7</p><p>　　#define TX1 P2_6</p><p>　　#define RX2 P2_5</p><p>　　#define TX2 P2_4</p><p>　　#define LCM_RW P2_1 //定義LC

89、D引腳</p><p>　　#define LCM_RS P2_0</p><p>　　#define LCM_E P2_2</p><p>　　#define LCM_Data P0</p><p>　　#define Busy 0x80 //用于檢測LCM狀態(tài)字中的Busy標識</p><p>　　v

90、oid LCMInit(void);</p><p>　　void DisplayOneChar(unsigned char X, unsigned char Y, unsigned char DData);</p><p>　　void DisplayListChar(unsigned char X, unsigned char Y, unsigned char code *DData)

91、;</p><p>　　void Delay5Ms(void);</p><p>　　void Delay400Ms(void);</p><p>　　void Decode(unsigned char ScanCode);</p><p>　　void WriteDataLCM(unsigned char WDLCM);</p>

92、<p>　　void WriteCommandLCM(unsigned char WCLCM,BuysC);</p><p>　　unsigned char ReadDataLCM(void);</p><p>　　unsigned char ReadStatusLCM(void);</p><p>　　unsigned char code mcust

93、udio[] ={"zuofang "};</p><p>　　unsigned char code email[] = {"qianfang "};</p><p>　　unsigned char code Cls[] = {" "};</p>

94、;<p>　　unsigned char code ASCII[17] = {'0','1','2','3','4','5','6','7','8','9','.','-','M','q',

95、9;z','f',};</p><p>　　static unsigned char DisNum = 0; //顯示用指針 </p><p>　　unsigned int time1=0;</p><p>　　unsigned int time2=0;</p><p>　　unsigned long S

96、1=0;</p><p>　　unsigned long S2=0;</p><p>　　bit flag1 =0;</p><p>　　bit flag2 =0;</p><p>　　unsigned char disbuff[8] ={ 0,0,0,0,0,0,0,0,};</p><p>

97、;<b>　　//寫數據</b></p><p>　　void WriteDataLCM(unsigned char WDLCM) </p><p><b>　　{</b></p><p>　　ReadStatusLCM(); //檢測忙</p><p>　　LCM_Data = WDLCM;<

98、;/p><p>　　LCM_RS = 1;</p><p>　　LCM_RW = 0;</p><p>　　LCM_E = 0; //若晶振速度太高可以在這后加小的延時</p><p>　　LCM_E = 0; //延時</p><p>　　LCM_E = 1;</p><p><b>　

99、　}</b></p><p><b>　　//寫指令</b></p><p>　　void WriteCommandLCM(unsigned char WCLCM,BuysC) //BuysC為0時忽略忙檢測</p><p><b>　　{</b></p><p>　　if (BuysC

100、) ReadStatusLCM(); //根據需要檢測忙</p><p>　　LCM_Data = WCLCM;</p><p>　　LCM_RS = 0;</p><p>　　LCM_RW = 0;</p><p>　　LCM_E = 0;</p><p>　　LCM_E = 0;</p><p

101、>　　LCM_E = 1;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　//讀數據</b></p><p>　　unsigned char ReadDataLCM(void)</p><p><b>　　{</b></p><

102、p>　　LCM_RS = 1; </p><p>　　LCM_RW = 1;</p><p>　　LCM_E = 0;</p><p>　　LCM_E = 0;</p><p>　　LCM_E = 1;</p><p>　　return(LCM_Data);</p><p><b&g

103、t;　　}</b></p><p><b>　　//讀狀態(tài)</b></p><p>　　unsigned char ReadStatusLCM(void)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　LCM_Data = 0xFF; </p><p&g

104、t;　　LCM_RS = 0;</p><p>　　LCM_RW = 1;</p><p>　　LCM_E = 0;</p><p>　　LCM_E = 0;</p><p>　　LCM_E = 1;</p><p>　　while (LCM_Data & Busy); //檢測忙信號</p>&

105、lt;p>　　return(LCM_Data);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void LCMInit(void) //LCM初始化</p><p><b>　　{</b></p><p>　　LCM_Data = 0;</p><p>

106、　　WriteCommandLCM(0x38,0); //三次顯示模式設置，不檢測忙信號</p><p>　　Delay5Ms(); </p><p>　　WriteCommandLCM(0x38,0);</p><p>　　Delay5Ms(); </p><p>　　WriteCommandLCM(0x38,0);</p>

107、<p>　　Delay5Ms(); </p><p>　　WriteCommandLCM(0x38,1); //顯示模式設置,開始要求每次檢測忙信號</p><p>　　WriteCommandLCM(0x08,1); //關閉顯示</p><p>　　WriteCommandLCM(0x01,1); //顯示清屏</p><p>

108、　　WriteCommandLCM(0x06,1); // 顯示光標移動設置</p><p>　　WriteCommandLCM(0x0F,1); // 顯示開及光標設置</p><p><b>　　}</b></p><p>　　//按指定位置顯示一個字符</p><p>　　void DisplayOneChar(u

109、nsigned char X, unsigned char Y, unsigned char DData)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　Y &= 0x1;</b></p><p>　　X &= 0xF; //限制X不能大于15，Y不能大于1</p>&l

110、t;p>　　if (Y) X |= 0x40; //當要顯示第二行時地址碼+0x40;</p><p>　　X |= 0x80; //算出指令碼</p><p>　　WriteCommandLCM(X, 1); //發(fā)命令字</p><p>　　WriteDataLCM(DData); //發(fā)數據</p><p><b>　　

111、}</b></p><p>　　//按指定位置顯示一串字符</p><p>　　void DisplayListChar(unsigned char X, unsigned char Y, unsigned char code *DData)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　uns

112、igned char ListLength;</p><p>　　ListLength = 0;</p><p><b>　　Y &= 0x1;</b></p><p>　　X &= 0xF; //限制X不能大于15，Y不能大于1</p><p>　　while (DData[ListLength]>

113、;0x19) //若到達字串尾則退出</p><p><b>　　{</b></p><p>　　if (X <= 0xF) //X坐標應小于0xF</p><p><b>　　{</b></p><p>　　DisplayOneChar(X, Y, DData[ListLength]); /

114、/顯示單個字符</p><p>　　ListLength++;</p><p><b>　　X++;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b>&l

115、t;/p><p><b>　　//5ms延時</b></p><p>　　void Delay5Ms(void)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　unsigned int TempCyc = 5552;</p><p>　　while(TempCyc-

116、-);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　//400ms延時</b></p><p>　　void Delay400Ms(void)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　unsigned char