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1、长 沙 学 院单片机原理及应用课程设计说明书题目超声波测距仪系(部)电信系专业(班级)电气一班姓名周鹏学号2010042113指导教师刘辉、王新辉起止日期2013.6.106.21单片机原理及应用课程设计任务书21系(部)：电信系 专业：2010级电气工程 指导教师：王新辉、刘辉课题名称超声波测距仪设计设计内容及要求（1）课题内容：设计一个以 STC89C52单片机为核心控制的超声波测距仪。功能要求:1测量距离范围要求为0.105.00m；2测量精度为1cm；3用12864液晶屏显示相关信息，液晶屏的第一行显示“超声波测距仪”，第二行显示设计者姓名和学号，第三行显示测量的距离值。 （2）要求：
2、完成该系统的硬件和软件的设计，用单片机开发板进行验证。最后就课程设计本身提交一篇课程设计说明书。设计工作量1、汇编或C51语言程序设计；2、程序调试；3、在单片机开发板上进行下载调试；4、提交一份完整的课程设计说明书，包括设计原理、程序设计、程序分析、调试过程，参考文献、设计总结等。进度安排起止日期（或时间量）设计内容（或预期目标）备注第一天课题介绍，答疑，收集材料，C51介绍第二天设计方案论证，练习编写C51程序第三天第六天程序设计第六天第八天 程序调试、仿真第九天第十天系统测试并编写设计说明书教研室意见年 月 日系（部）主管领导意见年 月 日长沙学院课程设计鉴定表姓名学号专业班级设计题目指
3、导教师指导教师意见：评定等级： 教师签名： 日期： 答辩小组意见：评定等级：答辩小组长签名：日期：教研室意见：教研室主任签名： 日期： 系（部）意见：系主任签名：日期：说明课程设计成绩分“优秀”、“良好”、“及格”、“不及格”四类； 目 录摘 要21、基本原理32、方案论证33、系统硬件设计33.1 STC89C52外围电路设计43.2 超声波测距模块电路设计53.3 显示电路设计74、系统软件设计74.1 系统软件设计说明74.2编程语言的选择84.3超声波测距仪的算法设计84.4 超声波发生子程序和超声波接收中断程序设计84.5 显示子程序设计94.6主程序流程图95、设计结果及分析106
4、、使用说明117、课程设计体会11参考文献12附录：程序清单13 摘 要由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量。利用超声波检测距离，设计比较方便，计算处理也较简单，并且在测量精度方面也能达到日常使用的要求。超声波测距仪，可应用于汽车倒车、建筑施工工地以及一些工业现场的位置监控，也可用于如液位、井深、管道长度的测量等场合。利用超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制。本设计的超声波测距仪利用超声波传输中距离与时间的关系，采用以STC89C52单片
5、机为核心进行控制及数据处理，最终完成超声波测距仪的硬件电路和软件设计。该测距仪主要由超声波发射器电路、超声波接收器电路、单片机控制电路、系统电源电路及LCD12864显示电路构成。整个程序采用模块化设计，由主程序、发射子程序、接收子程序、显示子程序等模块组成。各探头的信号经单片机综合分析处理，实现超声波测距器的各种功能。在此基础上设计了系统的总体方案，最后通过硬件和软件实现了各个功能模块。关键词：超声波；STC89C52；LCD12864；测距1、基本原理超声波传感器的工作原理是陶瓷的压电效应。超声波传感器在测量过程中，超声测距器是根据超声波遇到障碍物反射回来的特性进行测量的。超声波发射器向某
6、一方向发射超声波，在发射同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即中断停止计时。 通过不断检测产生波发射后遇到障碍物所反射的回波，从而测出发射超声波和接收到回波的时间差T，然后求出距离L。基本的测距公式为：S=(T/2)*V 式中 S被测距离； T发射波和反射波之间的时间间隔； V超声波在空气中的声速，常温下取为340m/s 。声速确定后，只要测出超声波往返的时间，即可求得S 。2、方案论证超声波测距的原理是利用超声波的发射和接受，根据超声波传播的时间来计算出传播距离。实用的测距方法有两种，一种是在被测距离的两端，一端发射，另一端接收的直接波方式
7、，适用于身高计；一种是发射波被物体反射回来后接收的反射波方式，适用于测距仪。此次设计采用反射波方式。超声波发生器可以分为两大类：一类是用电气方式产生超声波，一类是用机械方式产生超声波。电气方式包括压电型、电动型等；机械方式有加尔统笛、液哨和气流旋笛等。它们所产生的超声波的频率、功率和声波特性各不相同，因而用途也各不相同。目前在近距离测量方面常用的是压电式超声波换能器。根据设计要求并综合各方面因素，本文采用STC89C52单片机作为控制器，用LCD12864显示测量距离。STC89C52测距仪的分辨率取决于对超声波传感器的选择。超声波传感器是一种采用压电效应的传感器，常用的材料是压电陶瓷。由于超
8、声波在空气中传播时会有相当的衰减，衰减的程度与频率的高低成正比；而频率高分辨率也高，故短距离测量时应选择频率高的传感器，而长距离的测量时应用低频率的传感器。超声波接收LCD12864显示超声波发射扫描驱动 图2.1 超声波测距器系统设计框图本设计通过按键扫描是否启动测距，然后控制单片机发出一个脉冲是超声波发生器产生超声波，等到反射的回波数据被超声波接收器接收后送给单片机处理，最后在LCD液晶屏上显示测距结果。3、系统硬件设计硬件电路的设计主要包括单片机系统及显示电路、超声波测距电路三部分。单片机采用STC89C52，采用12MHz高精度的晶振，以获得稳定时钟频率，减小测量误差。单片机用P1.0
9、端口输出超声波换能器所需的触发信号，利用外中断0口（P3.2）监测超声波接收电路输出的返回信号。显示电路采用LCD12864显示屏。3.1 STC89C52外围电路设计STC89C52是一种带8K字节闪烁可编程可檫除只读存储器的低电压，高性能COMOS8的微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL搞密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。单片机STC89C52作为主控芯片，控制整个电路的运行。单片机外围需要一个复位电路，复位电路的功能是：系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定后，撤消复位信号。为可靠起见，电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号，以防电源
10、开关或电源插头分-合过程中引起的抖动而影响复位。该设计在电源电压瞬间下降时可以使电容迅速放电，可令系统可靠复位。图3.1 单片机复位电路STC89C52中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别为该反向放大器的输入端和输出端。这个反向放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起构成自激振荡器。外接石英晶体(或陶瓷谐振器)及电容C1、C2接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路。对外接电容C1、C2虽然没有十分严格的要求,但电容容量的大小会轻微影响振荡频率的高低、振荡器工作的稳定性、起振的难易程度及温度稳定性。如果使用石英晶体,电容应该使用30pF。还可以使
11、用外部时钟。这种情况下,外部时钟脉冲接XTAL1端,即内部时钟发生器的输入端, XTAL2应悬空。由于外部时钟信号是通过一个2分频触发器后作为内部时钟信号的,所以外部时钟信号的占空比没有特殊要求,但最小高电平持续时间和最大低电平持续时间应符合产品技术条件的要求。时钟电路的核心就是一个晶振，常用的晶振频率有6MHZ、12MHZ，51单片机最大的晶振频率为20MHZ。由于单片机的机器周期为晶振周期的12分频，故一般选用12MHZ的晶振，此时恰好得到的机器周期为1us。图3.2 时钟电路 图3.3单片机最小系统实物图 3.2 超声波测距模块电路设计这一部分采用DYP-ME007超声波测距模块。DYP
12、-ME007超声波测距模块可提供 3cm-3.5m的非接触式距离感测功能，图1为DYP-ME007外观，包括超声波发射器、接收器与控制电路。其基本工作原理为给予此超声波测距模块一触发信号后发射超声波，当超声波投射到物体而反射回来时，模块输出一回响信号，以触发信号和回响信号间的时间差，来判定物体的距离。图3.4 DYP-ME007超声波测距模块DYP-ME007电气参数：电 气参数DYP-ME00 7 超声波模块工作电压DC 5V工作电流15mA工作频率40Hz最远射程3.5m最近射程3cm输入触发信号10uS 的 TTL 脉冲输出回响信号输出 TTL 电平信号，与射程成比例规格尺寸45*20*
13、15mm模块接线：使用上只需要 5V 电源供应、0V 地线连接、触发信号输入、与回响信号输出等四支接脚。注：此模块不宜带电连接，若要带电连接，则先让模块的 GND 端先连接，否则会影响模块的正常工作。 图3.5 DYP-ME007模块接线图模块时序图:图3.6 超声波模块时序图你只需要提供一个短期的 10uS 脉冲触发信号。该模块内部将发出 8 个 40kHz周期电平并检测回波。一旦检测到有回波信号则输出回响信号。回响信号是一个脉冲的宽度成正比的距离对象。可通过发射信号到收到的回响信号时间间隔可以计算得到距离。公式: uS/58=厘米或者 uS/148=英寸。建议测量周期为 60ms以上，以防止发射信号对回响信号的影响.3.3 显示电路设计本设计采用的是无字库的LCD12864液晶屏显示模块。图3.7 12864硬件连接图VCC和GND是最基本的电源，一般接5V即可，还有就是关于VEE以及VL(很多种屏称作V0，不过都一样了)，一般接法如上图所示即可，当LCD与单片机接线以及电源供给完毕以后，需要调节可变电阻的阻值，可以说这个决定了液晶屏是否显示。只有阻值在特定的位置区域以内才会显示。最后就是关于BL+和BL-了，这个是液晶屏的背光，
