基于89C51超聲波測距論文

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

2、計.6三、 系統(tǒng)軟件設(shè)計.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.18六、 結(jié)束語.18基于超聲波測距的設(shè)計摘要：超聲波測距應(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)計方法，確立了結(jié)構(gòu)化設(shè)計的思路。本文設(shè)計了一套超聲波檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)是一種基于at89c51 單片機的超聲波測距系統(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)用單片機技術(shù)和超聲波在空氣中的時間差來測量距離。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模塊構(gòu)成。設(shè)計利用51單片機系統(tǒng)的i/o口，使超聲波傳感器發(fā)出40kh

3、z的超聲波，反射回來的超聲波信號，經(jīng)過放大和整形電路進入單片機，比較調(diào)試后確定其對應(yīng)的距離，完成測距，具有l(wèi)cd顯示功能。 關(guān)鍵詞：超聲波；at89c51單片機；lcd顯示單元；測距儀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 言隨著科學技術(shù)的快速發(fā)展，超聲波將在科學技術(shù)中的應(yīng)用越來越廣。本文對超聲波傳感器測距的可能性進行了理論分析，利用模擬電子、數(shù)字電子、微機接口、超聲波換能器、以及超聲波在介質(zhì)的傳播特性等知識，采用以at89c51單片機為核心的低成本、高精度、微型化數(shù)字顯示超聲波測距儀的硬件電路和軟件設(shè)計方法在此基礎(chǔ)上設(shè)計了系統(tǒng)的總體方案，

8、最后通過硬件和軟件實現(xiàn)了各個功能模塊。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、超聲微弱信號放大、波形整形、速度變換、語音提示電路及系統(tǒng)功能軟件等做了詳細說明。這套系統(tǒng)軟硬件設(shè)計合理、抗干擾能力強、實時性良好，經(jīng)過系統(tǒng)擴展和升級，可以用于倒車雷達、建筑施工工地以及一些工業(yè)現(xiàn)場，例如：測量液位、井深、管道長度等場合。可以廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)學檢查、日常生活、無人駕駛汽車、自動作業(yè)現(xiàn)場的自動引導小車、機器人、液位計等。 我設(shè)計的這個超聲波測距的系統(tǒng)，肯定還有很多不足的地方，比

9、如溫度補償?shù)暮雎?，精度不夠等等，但該測距儀已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)測量距離的功能，基本達到了設(shè)計的要求。該測距儀最大測量距離是6米，精確度是0.1mm。一、系統(tǒng)方案設(shè)計1.1功能要求超聲波測距器可應(yīng)用于汽車倒車，建筑施工工地以及一些工業(yè)現(xiàn)場的位置監(jiān)控，也可用于如液位，井深，管道長度，物體厚度等的測量，其測量范圍為0.10-4.00m，測量精度為1cm。測量時與被測物體無直接接觸，能夠清晰、穩(wěn)定地顯示測量結(jié)果。1.2方案論證超聲波發(fā)生器可以分為兩大類，一時用電氣方式產(chǎn)生超聲波，另一類是用機械方式產(chǎn)生超聲波。電氣方式包括壓電型、電動型等；機械方式有加爾統(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

10、各不相同。目前在近距離側(cè)來那個方面較為常用的時壓電式超聲波換能器。 根據(jù)設(shè)計要求并綜合各方面因素，本例決定用at89c51單片機作為主控制器，用動態(tài)掃描法實現(xiàn)led數(shù)字顯示，超聲波驅(qū)動信號用單片機的定時器完成。超聲波測距器系統(tǒng)設(shè)計框圖如圖： 1.3設(shè)計所需元器件 at89c51 1片 排阻 1片 7407 1片 30pf電容 2個 10uf電容 1個 330pf電容 1個 20uf電解電容 1個 3.3uf電容 1個1mhz晶振 1個 0.056uf電容 1個 100歐姆電阻 1個 1k歐姆電阻 2個 10k歐姆電阻 2個 220k歐姆電阻 1個 仿真器 1臺 導線 若干 數(shù)碼管 1個 二、系

11、統(tǒng)硬件電路設(shè)計 硬件帶南路主要分為單片機系統(tǒng)及顯示電路、超聲波發(fā)射電路和超聲波檢測接收電路三部分。2.1 單片機系統(tǒng)及顯示電路單片機采用89c51系統(tǒng)采用12mhz高精度的晶振，以獲得較穩(wěn)定的時鐘頻率，并減小測量誤差。單片機用p1.0端口輸出超聲波換能器所需的40khz方波信號，利用外中斷0口檢測超聲波接收電路輸出的返回信號。顯示電路采用簡單使用的4位共陰極led數(shù)碼管，段碼用7407驅(qū)動。單片機系統(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o1.0端口輸出的40khz方波信號一路經(jīng)一級反向器后送到超聲波換能器的一個電極，另一路經(jīng)兩級反

12、向器后送達超聲波換能器的另一個電極，用這種推挽形式將方波信號加到超聲波換能器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)，用以提高驅(qū)動能力。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間。超聲波發(fā)射電路的原理圖：2.3 超聲波檢測接收電路集成電路cx20106a是一款紅外線檢波接受的專用芯片，常用于電視機紅外遙控接收器?？紤]到紅外遙控常用的載波頻率38khz與測距的超聲波頻率40khz較為接近，可以利用它制作超聲波檢測接收電路。試驗證明，用cx20106a接收超聲波具有很高的靈敏度和較強的抗干擾能力。適當?shù)馗?/p>

13、改電容c1的大小，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 單片機的最小化系統(tǒng)是指單片機能正常工作所必須的外圍元件，主要可以分成時鐘電路和復位電路，我們采用的是at89c51芯片，它內(nèi)部自帶4k的flash程序存儲器，一般情況下，這4k的存儲空間足夠我們使用，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程序存儲器。單片機的時鐘電路有一個12m的晶振和兩個30p的小電容組成，它們決定了單片機的工作時間精度為1微秒。復位電路由22uf的電容和1k的電阻及in4148二極管組成，可以顯著增強單片機復位電路的抗干擾能力。二極管的作

14、用是起快速泄放電容電量的功能，滿足短時間多次復位都能成功。如下圖5為單片機最小系統(tǒng)： 三、系統(tǒng)軟件的設(shè)計 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

15、 ;40h-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位自動重裝模式，t0為16位定時器 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 ;超聲波肪沖個數(shù)控制（為賦值的一半） setb px0

16、 setb et0 setb ea setb tr0 ;開啟測距定時器 start1: lcall display jnb 00h,start1 ;收到反射信號時標志位為1 clr ea lcall work ;計算距離子程序 setb ea clr 00h setb tr0 ;重新開啟測距定時器 mov r2,#64h ;測量間隔控制（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,#

17、00h setb et1 setb ea setb tr0 ;啟動計數(shù)器t0，用以計算超聲來回時間 setb tr1 ;開啟發(fā)超聲波用定時器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 ;開啟接收回波中斷retiout: reti;外中斷0，收到回波時進入pint0: clr tr0 ;關(guān)計數(shù)器 clr tr1 clr et1 clr ea ; clr ex0 ; mov 44h,tl0 ;將計數(shù)值移入處理單元 mov 45h,t

18、h0 ; setb 00h ;接收成功標志 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: d

19、b 0c0h,0f9h,0a4h,0b0h,99h,92h,82h,0f8h,80h,90h,0ffh,88h,0bfh;共陽段碼表 "0" "1" "2" "3" "4" "5""6" "7" "8" "9" "不亮""a""-"*;* 延時程序 *;*; dl1ms: mov r6,#14h dl1: mov r7,#19h dl2:

20、 djnz r7,dl2 djnz r6,dl1 ret;*;* 距離計算程序 (=計數(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 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，不點亮jj0: mov a, r0 mov r4,

21、 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，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

22、，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)無符號數(shù)乘法程序 *;*; r7r6r5r4 <= r3r2 * r1r0;mul2by2: clr a 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

23、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 mov 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)無符號數(shù)除法程序 *;*;r7r6r5r4/r3r2=

24、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, r7 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 divlo

25、op2 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課程設(shè)計在老師的安排下和指導下完成了課題的選定。通過這次的課程設(shè)計我學到了很多。不僅讓我再一次對硬件電路深入的了解，真正認識了最小系統(tǒng)；還讓我對單片機的程序有了更清楚的認知。重溫了大三所學的單片機，所以在軟硬件調(diào)式過程中，用keil軟件進行仿真，出現(xiàn)了一點問題。開始測試時數(shù)碼管沒有一點變化，碰到這種情況首先必須檢查數(shù)碼管是好的還是壞的。通過用萬用表的檢測發(fā)現(xiàn)