基于89C51超聲波測(cè)距論文

1、江蘇技術(shù)師范學(xué)院課程設(shè)計(jì)論文 jiangsu teachers university of technology 專(zhuān)業(yè)課程綜合設(shè)計(jì)(超聲波測(cè)距離) 學(xué)院名稱(chēng)： 電氣信息工程學(xué)院 專(zhuān) 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 班 級(jí)： 05自控1w 姓 名： 常 浩 指導(dǎo)教師姓名： 朱 品 偉 指導(dǎo)教師職稱(chēng)： 助 教 2009年 01 月16 第 16 頁(yè) 目 錄中文摘要.i英文摘要.ii序言.1一、 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)11 功能要求.212 方案論證.213 設(shè)計(jì)所需元器件.3二、 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)21 單片機(jī)系統(tǒng)及顯示電路.322 超聲波發(fā)射電路.423 超聲波檢測(cè)接收電路.524 at89c51最小系統(tǒng)電路的設(shè)

2、計(jì).6三、 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì).31 系統(tǒng)流程圖.732 源程序清單.7四、 調(diào)試與性能分析.17五、 參考文獻(xiàn).18六、 結(jié)束語(yǔ).18基于超聲波測(cè)距的設(shè)計(jì)摘要：超聲波測(cè)距應(yīng)用十分廣泛。論文在分析可行性、可靠性的基礎(chǔ)上，參照工程設(shè)計(jì)方法，確立了結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的思路。本文設(shè)計(jì)了一套超聲波檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)是一種基于at89c51 單片機(jī)的超聲波測(cè)距系統(tǒng),它根據(jù)超聲波在空氣中傳播的反射原理, 以超聲波傳感器為接口部件, 應(yīng)用單片機(jī)技術(shù)和超聲波在空氣中的時(shí)間差來(lái)測(cè)量距離。該系統(tǒng)主要由主控制器模塊、超聲波發(fā)射模塊、超聲波接收模塊和顯示模塊等四個(gè)模塊構(gòu)成。設(shè)計(jì)利用51單片機(jī)系統(tǒng)的i/o口，使超聲波傳感器發(fā)出40kh

3、z的超聲波，反射回來(lái)的超聲波信號(hào)，經(jīng)過(guò)放大和整形電路進(jìn)入單片機(jī)，比較調(diào)試后確定其對(duì)應(yīng)的距離，完成測(cè)距，具有l(wèi)cd顯示功能。 關(guān)鍵詞：超聲波；at89c51單片機(jī)；lcd顯示單元；測(cè)距儀the based design of the ultrasonic rangingabstract：the ultrasonic ranging application is extremely widespread. after the feasibility and reliability has been analysised, the structure design technique was est

4、ablished. this article introduces an ultrasonic distance measurement based on the at89c51 single-chip computer, the system according to ultrasound in the air reflection principles of the dissemination. and it uses the ultrasound sensor as interface components for the application of the distance meas

5、ure based by single-chip computer technology and the margin of time that ultrasound transmit in air, thereby the systems of design of ultrasonic test comes into being. the system primarily composed by the four modules : the controller module,ultrasonic launch module, ultrasound receiving module and

6、display modular. the i/o ports of the 51 single-chip computer were used to cause the ultrasonic transducer to send out the 40khz ultrasonic wave. the reflected signal enter the 51 after the enlargement and feedback circuit, and the system will complete the range finder by debugging the corresponding

7、 distance. the system have the lcd demonstration.keywords: ultrasonic, at89c51 single-chip computer, lcd display unit, range finder序 言隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，超聲波將在科學(xué)技術(shù)中的應(yīng)用越來(lái)越廣。本文對(duì)超聲波傳感器測(cè)距的可能性進(jìn)行了理論分析，利用模擬電子、數(shù)字電子、微機(jī)接口、超聲波換能器、以及超聲波在介質(zhì)的傳播特性等知識(shí)，采用以at89c51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(cè)距儀的硬件電路和軟件設(shè)計(jì)方法在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的總體方案，最后通過(guò)硬件

8、和軟件實(shí)現(xiàn)了各個(gè)功能模塊。相關(guān)部分附有硬件電路圖、程序流程圖。為了保證超聲波測(cè)距傳感器的可靠性和穩(wěn)定性，采取了相應(yīng)的抗干擾措施。就超聲波的傳播特性，超聲波換能器的工作特性、超聲波發(fā)射、接收、超聲微弱信號(hào)放大、波形整形、速度變換、語(yǔ)音提示電路及系統(tǒng)功能軟件等做了詳細(xì)說(shuō)明。這套系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)合理、抗干擾能力強(qiáng)、實(shí)時(shí)性良好，經(jīng)過(guò)系統(tǒng)擴(kuò)展和升級(jí)，可以用于倒車(chē)?yán)走_(dá)、建筑施工工地以及一些工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，例如：測(cè)量液位、井深、管道長(zhǎng)度等場(chǎng)合?？梢詮V泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)學(xué)檢查、日常生活、無(wú)人駕駛汽車(chē)、自動(dòng)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的自動(dòng)引導(dǎo)小車(chē)、機(jī)器人、液位計(jì)等。 我設(shè)計(jì)的這個(gè)超聲波測(cè)距的系統(tǒng)，肯定還有很多不足的地方，比如溫度補(bǔ)償?shù)?/p>

9、忽略，精度不夠等等，但該測(cè)距儀已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)測(cè)量距離的功能，基本達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求。該測(cè)距儀最大測(cè)量距離是6米，精確度是0.1mm。一、系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)1.1功能要求超聲波測(cè)距器可應(yīng)用于汽車(chē)倒車(chē)，建筑施工工地以及一些工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的位置監(jiān)控，也可用于如液位，井深，管道長(zhǎng)度，物體厚度等的測(cè)量，其測(cè)量范圍為0.10-4.00m，測(cè)量精度為1cm。測(cè)量時(shí)與被測(cè)物體無(wú)直接接觸，能夠清晰、穩(wěn)定地顯示測(cè)量結(jié)果。1.2方案論證超聲波發(fā)生器可以分為兩大類(lèi)，一時(shí)用電氣方式產(chǎn)生超聲波，另一類(lèi)是用機(jī)械方式產(chǎn)生超聲波。電氣方式包括壓電型、電動(dòng)型等；機(jī)械方式有加爾統(tǒng)笛。他們產(chǎn)生的超生波的頻率和功率特性各不相同，因而用途也各不相同。目

10、前在近距離側(cè)來(lái)那個(gè)方面較為常用的時(shí)壓電式超聲波換能器。 根據(jù)設(shè)計(jì)要求并綜合各方面因素，本例決定用at89c51單片機(jī)作為主控制器，用動(dòng)態(tài)掃描法實(shí)現(xiàn)led數(shù)字顯示，超聲波驅(qū)動(dòng)信號(hào)用單片機(jī)的定時(shí)器完成。超聲波測(cè)距器系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如圖： 1.3設(shè)計(jì)所需元器件 at89c51 1片 排阻 1片 7407 1片 30pf電容 2個(gè) 10uf電容 1個(gè) 330pf電容 1個(gè) 20uf電解電容 1個(gè) 3.3uf電容 1個(gè)1mhz晶振 1個(gè) 0.056uf電容 1個(gè) 100歐姆電阻 1個(gè) 1k歐姆電阻 2個(gè) 10k歐姆電阻 2個(gè) 220k歐姆電阻 1個(gè) 仿真器 1臺(tái) 導(dǎo)線(xiàn) 若干 數(shù)碼管 1個(gè) 二、系統(tǒng)硬件電路設(shè)

11、計(jì) 硬件帶南路主要分為單片機(jī)系統(tǒng)及顯示電路、超聲波發(fā)射電路和超聲波檢測(cè)接收電路三部分。2.1 單片機(jī)系統(tǒng)及顯示電路單片機(jī)采用89c51系統(tǒng)采用12mhz高精度的晶振，以獲得較穩(wěn)定的時(shí)鐘頻率，并減小測(cè)量誤差。單片機(jī)用p1.0端口輸出超聲波換能器所需的40khz方波信號(hào)，利用外中斷0口檢測(cè)超聲波接收電路輸出的返回信號(hào)。顯示電路采用簡(jiǎn)單使用的4位共陰極led數(shù)碼管，段碼用7407驅(qū)動(dòng)。單片機(jī)系統(tǒng)及顯示電路如圖。 2.2 超聲波發(fā)射電路 發(fā)射電路主要由反向器74ls04和超聲波換能器構(gòu)成，單片機(jī)o1.0端口輸出的40khz方波信號(hào)一路經(jīng)一級(jí)反向器后送到超聲波換能器的一個(gè)電極，另一路經(jīng)兩級(jí)反向器后送達(dá)超

12、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)反向器并聯(lián)，用以提高驅(qū)動(dòng)能力。上拉電阻一方面可以提高反向器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，以縮短自由振蕩的時(shí)間。超聲波發(fā)射電路的原理圖：2.3 超聲波檢測(cè)接收電路集成電路cx20106a是一款紅外線(xiàn)檢波接受的專(zhuān)用芯片，常用于電視機(jī)紅外遙控接收器?？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，可以利用它制作超聲波檢測(cè)接收電路。試驗(yàn)證明，用cx20106a接收超聲波具有很高的靈敏度和較強(qiáng)的抗干擾能力。適當(dāng)?shù)馗碾娙輈1的

13、大小，可以改變接收電路扥靈敏度和抗干擾能力。2.4 at89c51最小系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì) 單片機(jī)的最小化系統(tǒng)是指單片機(jī)能正常工作所必須的外圍元件，主要可以分成時(shí)鐘電路和復(fù)位電路，我們采用的是at89c51芯片，它內(nèi)部自帶4k的flash程序存儲(chǔ)器，一般情況下，這4k的存儲(chǔ)空間足夠我們使用，所以我們將at89c51芯片的第31腳固定接高電平，所以我們只用芯片內(nèi)部的4k程序存儲(chǔ)器。單片機(jī)的時(shí)鐘電路有一個(gè)12m的晶振和兩個(gè)30p的小電容組成，它們決定了單片機(jī)的工作時(shí)間精度為1微秒。復(fù)位電路由22uf的電容和1k的電阻及in4148二極管組成，可以顯著增強(qiáng)單片機(jī)復(fù)位電路的抗干擾能力。二極管的作用是起快速泄

14、放電容電量的功能，滿(mǎn)足短時(shí)間多次復(fù)位都能成功。如下圖5為單片機(jī)最小系統(tǒng)： 三、系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) 3.1 系統(tǒng)流程圖 主程序流程圖如圖所示：3.2 源程序清單 vout equ p1.0 ; 紅外脈沖輸出端口;*;* 中斷入口程序 *;*; org 0000h ljmp start org 0003h ljmp pint0 org 000bh ljmp intt0 org 0013h reti org 001bh ljmp intt1 org 0023h reti org 002bh reti ;*;* 主 程 序 *;*; start: mov sp,#4fh mov r0,#40h ;40h-

15、43h為顯示數(shù)據(jù)存放單元（40h為最高位） mov r7,#0bh cleardisp: mov r0,#00h inc r0 djnz r7,cleardisp mov 20h,#00h mov tmod,#21h ;t1為8位自動(dòng)重裝模式，t0為16位定時(shí)器 mov th0,#00h ;65毫秒初值 mov tl0,#00h mov th1,#0f2h ;40khz初值 mov tl1,#0f2h mov p0,#0ffh mov p1,#0ffh mov p2,#0ffh mov p3,#0ffh mov r4,#04h ;超聲波肪沖個(gè)數(shù)控制（為賦值的一半） setb px0 setb

16、et0 setb ea setb tr0 ;開(kāi)啟測(cè)距定時(shí)器 start1: lcall display jnb 00h,start1 ;收到反射信號(hào)時(shí)標(biāo)志位為1 clr ea lcall work ;計(jì)算距離子程序 setb ea clr 00h setb tr0 ;重新開(kāi)啟測(cè)距定時(shí)器 mov r2,#64h ;測(cè)量間隔控制（約4*100=400ms） loop: lcall display djnz r2,loop sjmp start1;*;* 中斷程序* *;*;t0中斷，65毫秒中斷一次intt0: clr ea clr tr0 mov th0,#00h mov tl0,#00h se

17、tb et1 setb ea setb tr0 ;啟動(dòng)計(jì)數(shù)器t0，用以計(jì)算超聲來(lái)回時(shí)間 setb tr1 ;開(kāi)啟發(fā)超聲波用定時(shí)器t1out: reti;t1中斷，發(fā)超聲波用intt1: cpl vout djnz r4,retiout clr tr1 ;超聲波發(fā)送完畢，關(guān)t1 clr et1 ; mov r4,#04h setb ex0 ;開(kāi)啟接收回波中斷retiout: reti;外中斷0，收到回波時(shí)進(jìn)入pint0: clr tr0 ;關(guān)計(jì)數(shù)器 clr tr1 clr et1 clr ea ; clr ex0 ; mov 44h,tl0 ;將計(jì)數(shù)值移入處理單元 mov 45h,th0 ; s

18、etb 00h ;接收成功標(biāo)志 reti;*;* 顯示程序 *;*; 40h為最高位，43h為最低位，先掃描高位 display: mov r1,#40h;g mov r5,#0f7h;g play: mov a,r5 mov p0,#0ffh mov p2,a mov a,r1 mov dptr,#tab movc a,a+dptr mov p0,a lcall dl1ms inc r1 mov a,r5 jnb acc.0,endout;g rr a mov r5,a ajmp play endout: mov p2,#0ffh mov p0,#0ffh ret; tab: db 0c0h

19、,0f9h,0a4h,0b0h,99h,92h,82h,0f8h,80h,90h,0ffh,88h,0bfh;共陽(yáng)段碼表 0 1 2 3 4 56 7 8 9 不亮a-;*;* 延時(shí)程序 *;*; dl1ms: mov r6,#14h dl1: mov r7,#19h dl2: djnz r7,dl2 djnz r6,dl1 ret;*;* 距離計(jì)算程序 (=計(jì)數(shù)值*17/1000cm) *;*;work: push acc push psw push b mov psw, #18h mov r3, 45h mov r2, 44h mov r1, #00d mov r0, #17d lcall

20、 mul2by2 mov r3, #03h mov r2, #0e8h lcall div4by2 lcall div4by2 mov 40h, r4 mov a,40h jnz jj0 mov 40h,#0ah ;最高位為零，不點(diǎn)亮jj0: mov a, r0 mov r4, a mov a, r1 mov r5, a mov r3, #00d mov r2, #100d lcall div4by2 mov 41h, r4 mov a,41h jnz jj1 mov a,40h ;次高位為0，先看最高位是否為不亮 subb a,#0ah jnz jj1 mov 41h,#0ah ;最高位不亮

21、，次高位也不亮jj1: mov a, r0 mov r4, a mov a, r1 mov r5, a mov r3, #00d mov r2, #10d lcall div4by2 mov 42h, r4 mov a,42h jnz jj2 mov a,41h ;次次高位為0，先看次高位是否為不亮 subb a,#0ah jnz jj2 mov 42h,#0ah ;次高位不亮，次次高位也不亮jj2: mov 43h, r0 pop b pop psw pop acc ret;*;* 兩字節(jié)無(wú)符號(hào)數(shù)乘法程序 *;*; r7r6r5r4 = r3r2 * r1r0;mul2by2: clr a

22、mov r7, a mov r6, a mov r5, a mov r4, a mov 46h, #10hmulloop1: clr c mov a, r4 rlc a mov r4, a mov a, r5 rlc a mov r5, a mov a, r6 rlc a mov r6, a mov a, r7 rlc a mov r7, a mov a, r0 rlc a mov r0, a mov a, r1 rlc a mov r1, a jnc mulloop2 mov a, r4 add a, r2 mov r4, a mov a, r5 addc a, r3 mov r5, a m

23、ov a, r6 addc a, #00h mov r6, a mov a, r7 addc a, #00h mov r7, amulloop2: djnz 46h, mulloop1 ret;*;* 四字節(jié)/兩字節(jié)無(wú)符號(hào)數(shù)除法程序 *;*;r7r6r5r4/r3r2=r7r6r5r4(商).r1r0(余數(shù));div4by2: mov 46h, #20h mov r0, #00h mov r1, #00hdivloop1: mov a, r4 rlc a mov r4, a mov a, r5 rlc a mov r5, a mov a, r6 rlc a mov r6, a mov a, r

24、7 rlc a mov r7, a mov a, r0 rlc a mov r0, a mov a, r1 rlc a mov r1, a clr c mov a, r0 subb a, r2 mov b, a mov a, r1 subb a, r3 jc divloop2 mov r0, b mov r1, adivloop2: cpl c djnz 46h, divloop1 mov a, r4 rlc a mov r4, a mov a, r5 rlc a mov r5, a mov a, r6 rlc a mov r6, a mov a, r7 rlc a mov r7, a ret end四、調(diào)試與及性能分析這次單片機(jī)課程設(shè)計(jì)在老師的安排下和指導(dǎo)下完成了課題的選定。通過(guò)這次的課程設(shè)計(jì)我學(xué)到了很多。不僅讓我再一次對(duì)硬件電路深入的了解，真正認(rèn)識(shí)了最小系統(tǒng)；還讓我對(duì)單片機(jī)的程序有了更清楚的認(rèn)知。重溫了大三所學(xué)的單片機(jī)，所以在軟硬件調(diào)式過(guò)程中，用keil軟件進(jìn)行仿真，出現(xiàn)了一點(diǎn)問(wèn)題。開(kāi)始測(cè)試時(shí)數(shù)碼管沒(méi)有一點(diǎn)變化，碰到這種情況首先必須檢查數(shù)碼管是好的還是壞的。通過(guò)用萬(wàn)用表的檢測(cè)發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管能正常運(yùn)行，所以問(wèn)題必然是電