基于單片機的高精度超聲波測距系統(tǒng)

1、畢 業(yè) 設 計基于51單片機的超聲波測距系統(tǒng)設計姓 名 院（系） 專業(yè)班級 學 號 指導教師 職 稱 論文答辯日期 2013年 月 日摘 要 本文旨提出了一種基于51單片機的超聲波測距系統(tǒng)。本系統(tǒng)通過超聲波模塊進行數(shù)據(jù)測量，后經(jīng)單片處理和計算，最終通過數(shù)碼管顯示出測頭與物體實際距離。通過實際測試表明，本系統(tǒng)運行可靠，可以實現(xiàn)超聲波這種非接觸的測距功能。關鍵詞：51 單片機 超聲波 測距 目錄1 前言11.1 研究背景11.2 國內(nèi)外研究情況11.3 本文主要內(nèi)容及安排22 控制系統(tǒng)主要硬件介紹22.1 單片機STC89C52的選型22.1.1 STC89C52介紹22.1.2 STC89C52

2、引腳介紹32.2 超聲波測距模塊選型52.2.1 HC-SR04介紹52.3 顯示器件的選型62.3.1數(shù)碼管的選型63 硬件電路設計83.1 單片機最小系統(tǒng)的設計83.2 超聲波測距顯示電路系統(tǒng)設計93.3 超聲波系統(tǒng)設計104 系統(tǒng)軟件設計104.1流程圖104.2 單片機測距程序115實物性能測試155.1單片機測試155.2程序調(diào)試156 編程和下載軟件的介紹166.1 Keil的簡介166.2 Altium Designer 6.0的簡介236.3 STC_ISP_V480的簡介257 總結(jié)與展望26參 考 文 獻28致 謝291 前言1.1 研究背景隨著科技的迅猛發(fā)展越來越多的科技

3、成果被廣泛的運用到人們的日常生活當中,給我們的生活帶來了諸多方便。本設計就是本著這個宗旨出發(fā),利用超聲波的特性來為我們服務。聲波是物體機械振動狀態(tài)（或能量）的傳播形式。所謂振動是指物質(zhì)的質(zhì)點在其平衡位置附近進行的往返運動。譬如，鼓面經(jīng)敲擊后，它就上下振動，這種振動狀態(tài)通過空氣媒質(zhì)向四面八方傳播，這便是聲波。 超聲波是指振動頻率大于20000Hz以上的,其每秒的振動次數(shù)（頻率）甚高，超出了人耳聽覺的上限（20000Hz），人們將這種聽不見的聲波叫做超聲波。超聲和可聞聲本質(zhì)上是一致的，它們的共同點都是一種機械振動，通常以縱波的方式在彈性介質(zhì)內(nèi)會傳播，是一種能量的傳播形式，其不同點是超聲波頻率高，波

4、長短，在一定距離內(nèi)沿直線傳播具有良好的束射性和方向性。 由于超聲波指向性強，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離較遠，因而超聲波經(jīng)常用于距離的測量。超聲波測距由于其能進行非接觸測量和相對較高的精度，越來越被人們所重視。超聲波測量技術利用回波測距原理，技術發(fā)展已經(jīng)成熟，應用也積累了很多經(jīng)驗。 超聲波測距儀，可以應用于汽車倒車、建筑施工工地以及一些工業(yè)現(xiàn)場的位置監(jiān)控，也可用于液位、井深、管道長度的測量等場合。利用超聲波檢測往往比較迅速、方便、計算簡單、易于做到實時監(jiān)控，并且在測量精度方面能達到工業(yè)實用的要求。 隨著科學技術的快速發(fā)展，超聲波在測距儀中的應用越來越廣。展望未來，超聲波測距儀作為一種非常重

5、要的工具在各方面都將有很大的發(fā)展空間，它將朝著更加高精度的方向發(fā)展，以滿足日益發(fā)展的社會需求。1.2 國內(nèi)外研究情況國內(nèi)超聲波技術現(xiàn)已日趨成熟，穩(wěn)定度也相當高，適合大部分環(huán)境下使用；應用領域。包括：測距、避障、機器人定位、曲面仿真等。雖然如此，但也存在一些急待攻克的問題，主要包括：測量精度的級別有待提高，測量距離不夠遠，普遍只有10米之內(nèi)，最遠也只有幾十米；一些高精度或遠距離的產(chǎn)品的電路復雜，成本較高；依然存在一定距離的育盲區(qū)等等；這些問題限制了超聲波的應用。針對上述存在的問題，國內(nèi)外的相關人員進行了努力的攻關。研究主要集中在以下幾個方面：超聲波回波處理、新型換能器研發(fā)、發(fā)射脈沖選取等等，并且

6、針對超聲測距儀器的常見影響因素提出了溫度補償、接收回路串入自動增益調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)等提高超聲波測距精度的措施。目前在國內(nèi)的研究成果主要有：超聲波回波處理方面，最小均方自適應時延估計算法；一體化換能器；專用脈沖發(fā)生器；采用功率驅(qū)動芯片和升壓變壓器等，還通過超聲波測距儀專用集成電路通過分析超聲波測距誤差產(chǎn)生的原因，來提高測量時間差到微秒級，以及用溫度傳感器來進行聲波傳播速度的補償后，其高精度超聲波測距儀也可以達到毫米級的測量精度。這些新的技術都大大提高了超聲波測距的精度和距離。國內(nèi)的超聲波測量品牌有古大，飛鷹，百特等。他們的技術在國內(nèi)應該處于領先地位，但是低端的很多。而在國外，超聲測量技術也有迅速發(fā)展。國

7、外西門子，HAWK的產(chǎn)品比較齊全，質(zhì)量比較穩(wěn)定。1.3 本文主要內(nèi)容及安排本文主要內(nèi)容是對超聲波測距系統(tǒng)的分析。本文的安排為：第1章是研究背景的介紹；第2章是對控制系統(tǒng)主要硬件的介紹，包括單片機、超聲波模塊、數(shù)碼管；第3章是介紹硬件電路設計；第4章是介紹系統(tǒng)軟件設計；第5章是介紹實物性能測試；第6章編程和下載軟件；第7章是總結(jié)與未來展望。2 控制系統(tǒng)主要硬件介紹2.1 單片機STC89C52的選型2.1.1 STC89C52介紹STC89C52是由深圳宏晶科技公司生產(chǎn)的與工業(yè)標準MCS-51指令集和輸出管腳相兼容的單片機。STC89C52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在

8、系統(tǒng)可編程Flash 存儲器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 具有以下標準功能： 8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM， 32 位I/O 口線，看門狗定時器，內(nèi)置4KB EEPROM，MAX810復位電路，2個16 位 定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構，全雙工串行口。另外, STC89X52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工

9、作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。最高運作頻率35MHz，6T/12T可選。其PDIP封裝如圖2.1所示。圖2.1 STC89C52 PDIP封裝圖2.1.2 STC89C52引腳介紹 管腳說明：     VCC：供電電壓。     GND：接地。     P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原

10、碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。     P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。      P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入

11、時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。     P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口也

12、可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：口管腳 備選功能P3.0 RXD（串行輸入口）P3.1 TXD（串行輸出口）P3.2 /INT0（外部中斷0）P3.3 /INT1（外部中斷1）P3.4 T0（記時器0外部輸入）P3.5 T1（記時器1外部輸入）P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在

13、平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。EA/VPP：當/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-F

14、FFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當/EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。2.2 超聲波測距模塊選型2.2.1 HC-SR04介紹HC-SR04超聲波測距模塊可提供2cm-400cm的非接觸式距離感測功能，測距精度可達高到3mm；模塊包括超聲波發(fā)射器、接收器與控制電路?；竟ぷ髟恚?1)采用IO口TRIG觸發(fā)測距，給最少10us的高電平信呈。(2)模塊自動發(fā)送8個40khz的方波，自

15、動檢測是否有信號返回；(3)有信號返回，通過IO口ECHO輸出一個高電平，高電平持續(xù)的時間就是超聲波從發(fā)射到返回的時間。測試距離=(高電平時間*聲速(340M/S)/2;超聲波電氣參數(shù)：電氣參數(shù)HC-SR04超聲波模塊工作電壓DC5V工作電流15mA工作頻率40kHz最遠射程4m最近射程2cm測量角度15度輸入觸發(fā)信號10uS的TTL脈沖輸出回響信號輸出TTL電平信號，與射程規(guī)格尺寸45*20*15mm超聲波時序圖如圖2.2所示：圖2.2 超聲波時序圖以上時序圖表明你只需要提供一個10uS 以上脈沖觸發(fā)信號，該模塊內(nèi)部將 發(fā)出8個40kHz周期電平并檢測回波。一旦檢測到有回波信號則輸出回響信號

16、。 回響信號的脈沖寬度與所測的距離成正比。由此通過發(fā)射信號到收到的回響信號 時間間隔可以計算得到距離。公式：uS/58=厘米或者uS/148=英寸；或是：距離= 高電平時間*聲速（340M/S）/2；建議測量周期為60ms以上，以防止發(fā)射信號對 回響信號的影響。2.3 顯示器件的選型2.3.1數(shù)碼管的選型led數(shù)碼管（LED Segment Displays）是由多個發(fā)光二極管封裝在一起組成“8”字型的器件，引線已在內(nèi)部連接完成，只需引出它們的各個筆劃，公共電極。led數(shù)碼管常用段數(shù)一般為7段有的另加一個小數(shù)點，還有一種是類似于3位“+1”型。位數(shù)有半位，1，2，3，4，5，6，8，10位等等

17、，led數(shù)碼管根據(jù)LED的接法不同分為共陰和共陽兩類，了解LED的這些特性，對編程是很重要的，因為不同類型的數(shù)碼管，除了它們的硬件電路有差異外，編程方法也是不同的。圖2.3是共陰和共陽極數(shù)碼管的引腳圖，它們的發(fā)光原理是一樣的，只是它們的電源極性不同而已。顏色有紅，綠，藍，黃等幾種。led數(shù)碼管廣泛用于儀表，時鐘，車站，家電等場合。選用時要注意產(chǎn)品尺寸顏色，功耗，亮度，波長等。下面將介紹常用LED數(shù)碼管內(nèi)部引腳圖片10引腳的LED數(shù)碼管。圖2.4為常用的LED 圖2.3 LED數(shù)碼管引腳圖 圖2.4常用LED數(shù)碼管 圖2.3每一筆劃都是對應一個字母表示DP是小數(shù)點. LED數(shù)碼管要正常顯示，就要

18、用驅(qū)動電路來驅(qū)動數(shù)碼管的各個段碼，從而顯示出我們要的數(shù)位，因此根據(jù)LED數(shù)碼管的驅(qū)動方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動態(tài)式兩類。 1）靜態(tài)顯示驅(qū)動： 靜態(tài)驅(qū)動也稱直流驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動是指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個單片機的I/O埠進行驅(qū)動，或者使用如BCD碼二-十進位寄存器進行驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動的優(yōu)點是編程簡單，顯示亮度高，缺點是占用I/O口多，如驅(qū)動5個數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要5×8=40根I/O口來驅(qū)動，要知道一個89S51單片機可用的I/O口才32個呢。故實際應用時必須增加驅(qū)動器進行驅(qū)動，增加了硬體電路的復雜性。 2）動態(tài)顯示驅(qū)動： 數(shù)碼管動態(tài)顯示介面是單片機中應用最為廣泛的一種顯示方式之

19、一，動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的8個顯示筆劃"a,b,c,d,e,f,g,dp "的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極COM增加位元選通控制電路，位元選通由各自獨立的I/O線控制，當單片機輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機對位元選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位元就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。 透過分時輪流控制各個LED數(shù)碼管的COM端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅(qū)動。在輪流顯示過程中，每位元數(shù)碼管的點亮時間為12ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極體的余

20、輝效應，盡管實際上各位數(shù)碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示資料，不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O口，而且功耗更低。下面介紹四位七段數(shù)碼管引腳圖，內(nèi)部的四個數(shù)碼管共用adp這8根數(shù)據(jù)線，為人們的使用提供了方便，因為里面有四個數(shù)碼管，所以它有四個公共端，加上adp，共有12個引腳，圖2.5是一個共陰的四位數(shù)碼管的內(nèi)部結(jié)構圖，圖2.6為四位共陽數(shù)碼管。引腳排列依然是從左下角的那個腳（1腳）開始，以逆時針方向依次為112腳，下圖中的數(shù)字與之一一對應。圖2.5 四位共陰數(shù)碼管  圖2.6 四位共陽數(shù)碼管其中，6,8,9,1

21、2,引腳是四位數(shù)碼管的四個公共端，控制著四個關鍵，就可以控制數(shù)碼管的關斷和導通。圖2.7 四位共陽極數(shù)碼管實物圖圖2.7是四位共陽極數(shù)碼的實物圖，從左下角的那個腳（1腳）開始，以逆時針方向依次為112腳。識別引腳是在實際焊接中非常重要的部分，否則可能出現(xiàn)燒毀數(shù)碼管，或數(shù)碼管不亮的情況。3 硬件電路設計本部分介紹系統(tǒng)的硬件電路設計，包括單片機最小系統(tǒng)，超聲波傳感器采集電路及距離顯示電路。3.1 單片機最小系統(tǒng)的設計最小系統(tǒng)是指能進行正常工作的最簡單電路。STC89C52最小應用系統(tǒng)電路如圖3.1所示。它包含五個電路部分：電源電路、時鐘電路、復位電路、片內(nèi)外程序存儲器選擇電路、輸入/輸出接口電路。

22、其中電源電路、時鐘電路、復位電路是保證單片機系統(tǒng)能夠正常工作的最基本的三部分電路，缺一不可。圖3.1 單片機最小系統(tǒng)下面簡單介紹下單片機最小系統(tǒng)的三個主要部分：電源電路 芯片引腳VCC一般接上直流穩(wěn)壓電源+5V，引腳GND接電源+5V的負極，電源電壓范圍在45.5之間，可保證單片機系統(tǒng)能正常工作。為了確定單片機是否供上電，在VCC和地之間連接了一個發(fā)光二極管和1K的電阻。時鐘電路 單片機引腳18和引腳19外接晶振及電容， STC89C52芯片的工作頻率可在233MHz范圍之間選，單片機工作頻率取決于晶振XT的頻率，通常選用11.0592MHz晶振。兩個小電容通常取值30pF，以保證振蕩器電路的

23、穩(wěn)定性及快速性。復位電路 一般若在引腳RST上保持24個工作主頻周期的高電平，單片機就可以完成復位，但為了保證系統(tǒng)可靠地復位，復位電路應使引腳RST保持10ms以上的高電平。如圖復位電路帶有上電自動復位功能，當電路上電時，由于C1電容兩端電壓值不能突變，電源+5V會通過電容向RST提供充電電流，因此在RST引腳上產(chǎn)生一高電平，使單片機進入復位狀態(tài)。隨著電容C1充電，它兩端電壓上升使得RST電位下降，最終使單片機退出復位狀態(tài)。正常運行時，可按復位按鈕對單片機復位3.2 超聲波測距顯示電路系統(tǒng)設計圖3.2 數(shù)碼管顯示電路系統(tǒng)本設計采用了四位共陽極數(shù)碼管作為顯示的器件，6,8,9,12引腳是數(shù)碼管的

24、位選信號端，1，2,3,4,5,7,10,11控制數(shù)碼管的位選，四位數(shù)碼管分別用一個S9015三極管進行驅(qū)動。3.3 超聲波系統(tǒng)設計圖3.3 數(shù)碼管顯示電路系統(tǒng)4 系統(tǒng)軟件設計本次軟件開發(fā)是基于windows平臺下開發(fā)的，主要通過c語言為主要編程語言，使用的軟件是Keil編程軟件，電路的繪制使用AD6.9軟件進行設計。主要的燒錄器使用STC的USB轉(zhuǎn)串口燒錄器STC_ISP_V486。4.1流程圖根據(jù)硬件電路圖,綜合自己的設計思路,先畫出程序流程圖,再根據(jù)流程圖編好程序,經(jīng)過整理后最后形成最終的程序。 根據(jù)要求繪制的本設計的流程圖如圖4.1所示。4.1 程序流程圖4.2 單片機測距程序 #in

25、clude <reg52.h>/器件配置文件#include <intrins.h>sbit RX=P10;sbit TX=P11;unsigned int time=0;unsigned int timer=0;unsigned char posit=0;unsigned long S=0;bit flag =0;unsigned char const discode = 0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90,0xBF,0xff;unsigned char const positon4= 0xfe,0xfd

26、,0xfb,0xf7;unsigned char disbuff4 = 0,0,0,0,;/*/ void Display(void) /掃描數(shù)碼管 P0=discodedisbuffposit; P2=positonposit; if(+posit>=4) posit=0;/*/ void Conut(void) time=TH0*256+TL0; TH0=0; TL0=0; S=(time*1.7)/10; /算出來是CM if(S>=7000)|flag=1) /超出測量范圍顯示"-" flag=0; disbuff0=10; /"-"

27、 disbuff1=10; /"-" disbuff2=10; /"-" disbuff3=10; /"-" else disbuff0=S%10000/1000; disbuff1=S%10000%1000/100; disbuff2=S%10000%1000 %100/10; disbuff3=S%10000%1000 %100%10; /*/ void zd0() interrupt 1 /T0中斷用來計數(shù)器溢出,超過測距范圍 flag=1; /中斷溢出標志 /*/ void zd3() interrupt 3 /T1中斷用來掃

28、描數(shù)碼管和計800MS啟動模塊 TH1=0xf8; TL1=0x30; Display(); timer+; if(timer>=400) timer=0; TX=1; /800MS 啟動一次模塊 _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); TX=0; /*/

29、void main( void ) TMOD=0x11; /設T0為方式1，GATE=1；TH0=0;TL0=0; TH1=0xf8; /2MS定時TL1=0x30;ET0=1; /允許T0中斷ET1=1; /允許T1中斷TR1=1; /開啟定時器EA=1; /開啟總中斷while(1) while(!RX);/當RX為零時等待 TR0=1; /開啟計數(shù) while(RX);/當RX為1計數(shù)并等待 TR0=0;/關閉計數(shù) Conut();/計算 5實物性能測試5.1單片機測試判斷單片機是否處于正常工作的狀態(tài)，就要判斷單片機電源,復位電路及時鐘電路是否正常工作有一個簡單的辦法，首先打開電源觀察l

30、ed是否亮起，如果亮起證明有電供應。接下來，用萬用表檢測單片機的20和40腳之間的電壓是不是為5V,這兩項測試表明單片機已經(jīng)正常供電。接下來檢查復位電路是否正常工作，將萬用表的紅色針放在9號引腳上，黑色針放在20腳上，檢測電壓為0V，按下復位按鍵，測到的電壓為5V，說明復位電路工作正常。5.2程序調(diào)試 調(diào)試程序是意見非常鍛煉人的工作，寫程序是需要一步步來的，有時是缺個符號，少個分號，有時是大小寫的問題，有時候甚至不知道是什么問題，導致程序編譯出現(xiàn)問題。有時，程序進行不下去，耽誤很長時間。但是，經(jīng)過不斷的寫程序，改程序，最后終于通過了編譯。如圖5.1所示，為編譯成功后的KEIL編程的界面。圖5.

31、1 編譯成功的界面6 編程和下載軟件的介紹 6.1 Keil的簡介Keil C51是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語言在功能上、結(jié)構性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學易用。它是本設計的編程環(huán)境，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(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境（uVision）將這些部分組合在一起。運行Keil軟件需要WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系統(tǒng)。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

32、用的集成環(huán)境、強大的軟件仿真調(diào)試工具也會令你事半功倍。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C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

33、調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境（uVision）將這些部份組合在一起。運行Keil軟件需要Pentium或以上的CPU，16MB或更多RAM、20M以上空閑的硬盤空間、WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系統(tǒng)。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（目前在國內(nèi)你只能買到該軟件、而你買的仿真機也很可能只支持該軟件），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(diào)試工具也會令你事半功倍。下面介紹KEIL的編程使用方法：1. 使用Keil前必須先安裝。安裝過程

34、簡單，這里不在進行詳細的敘述。2. 安裝好了Keil軟件以后，我們打開它。打開以后界面如圖6.1所示：圖 6.13. 我們先新建一個工程文件，點擊“Project->New Project”菜單，如圖6.2所示： 圖6.24.選擇工程文件要存放的路徑 ,輸入工程文件名 LED（名字根據(jù)需要可以隨便設置）, 最后單擊保存。圖 6.35.在彈出的對話框中選擇 CPU 廠商及型號。圖 6.46.選擇好 Atmel 公司的 AT89S52(在實際使用中根據(jù)自己的芯片的型號選擇) 后 , 單擊確定。圖 6.57.在接著出現(xiàn)的對話框中選擇“是”。圖 6.68新建一個 C51 文件 , 單擊

35、左上角的 New File 如圖6.7所示。圖 6.79.保存新建的文件，單擊SAVE如圖6.8所示。 圖 6.810.在出現(xiàn)的對話框中輸入保存文件名MAIN.C（注意后綴名必須為.C），再單擊“保存”，如圖6.9所示；圖 6.911.保存好后把此文件加入到工程中方法如下 : 用鼠標在 Source Group1 上單擊右鍵 , 然后再單擊 Add Files to Group Source Group 1' 如圖6.10所示： 圖 6.1012.選擇要加入的文件 , 找到 MAIN.C 后 , 單擊 Add, 然后單擊 Close 。 圖 6.1113.在編輯框里輸入如下代碼 : 圖

36、 6.1214.到此我們完成了工程項目的建立以及文件加入工程 , 現(xiàn)在我們開始編譯工程如下圖6.13和6.14所示 : 我們先單擊編譯, 如果在錯誤與警告處看到 0 Error(s) 表示編譯通過 。 圖 6.13 圖6.1415.生成 .hex 燒寫文件,先單擊Options for Target,如圖6.15所示。圖6.1516.在圖6.16中,我們單擊 Output, 選中 Create HEX F。再單擊“確定”。圖6.1617.打開文件夾實驗1，查看是否生成了HEX文件，生成的hex文件如圖6.17所示。如果沒有生成，在執(zhí)行一遍步驟10到步驟12，直到生成。圖6.176.2 Alti

37、um Designer 6.0的簡介2005年年底，Protel軟件的原廠商 Altium公 司推出了Protel系列的最新高端版本Altium Designer 6.0。 Altium Designer 6.0，它是完全一體化電子產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)的一個新版本，也是業(yè)界第一款也是唯一一種完整的板級設計解決方案。Altium Designer 是業(yè)界首例將設計流程、集成化 PCB 設計、可編程器件（如 FPGA）設計和基于處理器設計的嵌入式軟件開發(fā)功能整合在一起的產(chǎn)品，一種同時進行PCB和FPGA設計以及嵌入式設計的解決方案，具有將設計方案從概念轉(zhuǎn)變?yōu)樽罱K成品所需的全部功能。 這款最新高端版本Alt

38、ium Designer 6.除了全面繼承包括99SE，Protel2004在內(nèi)的先前一系列版本的功能和優(yōu)點以外，還增加了許多改進和很多高端功能。Altium Designer 6.0拓寬了板級設計的傳統(tǒng)界限，全面集成了FPGA設計功能和 SOPC設計實現(xiàn)功能，從而允許工程師能將系統(tǒng)設計中的FPGA與PCB設計以及嵌入式設計集成在一起。 首先：在PCB部分，除了Protel2004中的多通道復制；實時的、阻抗控制布線功能；SitusTM自動布線器等新功能以外，Altium Designer 6.0還著重在：差分對布線，F(xiàn)PGA器件差分對管腳的動態(tài)分配， PCB和FPGA之間的全面集成，從而實現(xiàn)

39、了自動引腳優(yōu)化和非凡的布線效果。還有PCB文件切片，PCB多個器件集體操作，在PCB文件中支持多國語言 （中文、英文、德文、法文、日文）,任意字體和大小的漢字字符輸入，光標跟隨在線信息顯示功能，光標點可選器件列表，復雜BGA器件的多層自動扇出，提供 了對高密度封裝（如 BGA）的交互布線功能, 總線布線功能，器件精確移動，快速鋪銅等功能。 交互式編輯、出錯查詢、布線和可視化功能，從而能更快地實現(xiàn)電路板布局,支持高速電路設計，具有成熟的布線后信號完整性分析工具. Altium Designer 6.0 對差分信號提供系統(tǒng)范圍內(nèi)的支持，可對高速內(nèi)連的差分信號對進行充分定義、管理和交互式布線。支持包

40、括對在FPGA項目內(nèi)部定義的LVDS信號的物理設計 進行自動映射。 LVDS 是差分信號最通用的標準，廣泛應用于可編程器件。Altium Designer 可充分利用當今FPGA 器件上的擴展I/O管腳。 其次，在原理圖部分，新增加“靈巧粘帖”可以將一些不同的對象拷貝到原理圖當中，比如一些網(wǎng)絡標號， 一頁圖紙的BOM表，都可以拷貝粘帖到原理圖當中。原理圖文件切片，多個器件集體操作，文本筐的直接編輯，箭頭的添加，器件精確移動，總線走線，自動網(wǎng)標 選擇等！ 強大的前端將多層次、多通道的原理圖輸入、VHDL開發(fā)和功能仿真、布線前后的信號完整性分析功能。在信號仿真部分，提供完善的混合信號仿真,在對 X

41、SPICE 標準的支持之外，還支持對Pspice模型和電路的仿真。對FPGA設計提供了豐富的IP內(nèi)核，包括各種處理器、存儲器、外設、接口、以及虛擬儀器 。 第三 在嵌入式設計部分，增強了JTAG器件的實時顯示功能，增強型基于FPGA的邏輯分析儀，可以支持32位或64位的信號輸入。除了現(xiàn)有的多種處理器內(nèi)核 外，還增強了對更多的32位微處理器的支持，可以使嵌入式軟件設計在軟處理器，F(xiàn)PGA內(nèi)部嵌入的硬處理器，分立處理器之間無縫的遷移。使用了 Wishbone 開放總線連接器允許在FPGA上實現(xiàn)的邏輯模塊可以透明的連接到各種處理器上。Altium Designer 6.0支持 Xilinx Micr

42、oBlaze，TSK3000 等32位軟處理器，PowerPC 405 硬核，并且支持AMCC 405和Sharp BlueStreak ARM7 系列分立的處理器。對每一種處理器都提供完備的開發(fā)調(diào)試工具。 圖6.18 Altium Designer 6.0軟件打開界面圖6.19 Altium Designer 6.0繪圖界面6.3 STC_ISP_V480的簡介STC_ISP_V480是下載程序用的軟件，在運行STC_ISP_V480下載軟件之前，應該先給出ISP的C程序源代碼ISP.C.要注意的是:此程序是在Keil-C中要建立工程文件,包含IAP.C函數(shù),并且在IAP.C和ISP.C中都

43、要保留STC的定義.傳入用戶代碼時,需要與計算機進行通信,一般采用RS232串行通信,數(shù)據(jù)協(xié)議采用簡單協(xié)議。具體的使用方法：一、先把學習實驗板和計算機連接好（接好串口線和電源）二、打開STC-ISP v480，在MCU Type欄目下選中單片機，如STC89C52RC：根據(jù)您的9針的數(shù)據(jù)線連接情況選中COM端口，最好把波特率適當下調(diào)一些，按圖6.18所示選中各項：圖6.20 STC-ISP v480的界面圖三、先確認硬件連接正確，按下圖點擊“打開文件”并在對話框內(nèi)找到您要下載的HEX文件：四、選中兩個條件項，這樣可以使您在每次編譯KEIL時HEX代碼能自動加載到STC-ISP，點擊“Download/下載”：五、手動按下電源開關便即可把可執(zhí)行文件HEX寫入到單片機內(nèi)，圖6.19所示是正在寫入程序截圖：圖6.21 單片機程序下載截圖7 總結(jié)與展望本課題介紹了一種基于單片機的超聲波測距系統(tǒng)的設計。給出了硬件和軟件的設計方案。 超聲波傳感器是本系統(tǒng)的核心器件，本論文詳細地介紹了超聲波傳感器的原理、結(jié)構、檢測方式以及它的一些特性。只有深入地了解超聲波傳感器的工作原理，才能更好的設計測距電路。單片機是本系統(tǒng)的控