基于單片機(jī)的測距儀的設(shè)計(jì)

1、本科生畢業(yè)論文(設(shè)計(jì)) 題 目：基于單片機(jī)的測距儀的設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 張學(xué)武 學(xué) 號： 201211020226 專業(yè)班級： 電信12102班 指導(dǎo)教師： 蔡劍華 曾高秋 完成時(shí)間： 2015年5月 目錄摘要1引言21概述21.1研究背景22設(shè)計(jì)要求33設(shè)計(jì)方案論證33.3超聲波測距原理54設(shè)計(jì)總體方案64.1總體設(shè)計(jì)思路64.2顯示部分64.3按鍵部分65硬件電路75.1功能與原理75.2資源分配85.3超聲波發(fā)送電路85.4超聲波接收電路85.6復(fù)位電路115.7外部時(shí)鐘125.8按鍵電路125.9報(bào)警電路125.10溫度檢測電路135.11顯示接口電路146軟件設(shè)計(jì)156.1主程序流程圖

2、156.2超聲波發(fā)送流程圖166.3 LCD顯示流程圖166.4溫度讀取流程圖177系統(tǒng)仿真187.1仿真電路圖187.2仿真結(jié)果輸出188結(jié)論與展望20答謝20參考文獻(xiàn)20附錄21基于單片機(jī)的測距儀的設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的測距儀的設(shè)計(jì)電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)生：張學(xué)武指導(dǎo)教師：蔡劍華 曾高秋摘要：本文設(shè)計(jì)了以AT89C52單片機(jī)為核心控制單元的超聲波測距儀，文章概述了超聲波檢測的發(fā)展及基本原理，介紹了超聲波傳感器的原理及特性。利用超聲波檢測往往比較方便、迅速、計(jì)算簡單、易于做到實(shí)時(shí)控制。該系統(tǒng)主要由蜂鳴器模塊、超聲波發(fā)送模塊、超聲波接收模塊、顯示模塊四個(gè)模塊構(gòu)成。利用超聲波傳感器對前方物體進(jìn)行感應(yīng)

3、，經(jīng)單片機(jī)對超聲波傳感器發(fā)送和接收的聲波信號進(jìn)行分析和計(jì)算處理，最后將處理結(jié)果在LCD1602上顯示關(guān)鍵詞：AT89C52單片機(jī),超聲波，LCD顯示單元,溫度補(bǔ)償Design of Distance Measuring InstrumentBased On MCUElectronics and Information Science and Technology Candidate:Zhang XuewuAdvisor：Cai Jianhua Zeng GaoqiuAbstract:This paper designs a AT89C52 microcontroller as the core

4、 control unit of ultrasonic distance measuring instrument, the article outlines the development and the basic principle of ultrasonic testing, introduces the principle and characteristics of ultrasonic sensor. The use of ultrasonic testing is often more convenient, rapid, simple, easy to achieve rea

5、l-time control. The system consists of four modules: buzzer module, ultrasonic transmitter module, ultrasonic receiving module and display module. The ultrasonic sensor is used for sensing the front object, and the transmitting and receiving of the ultrasonic sensor is transmitted and received by th

6、e single chip microcomputer. Analysis and calculation of the acoustic signal processing, and finally the results will be processed on the LCD1206 display.Keywords:AT89C52 single chip，ultrasonic，LCD display unit ,temperature compensation引言因?yàn)槌暡ㄖ赶蛐詮?qiáng)，能量損耗遲緩，在介質(zhì)中傳播的距離較遠(yuǎn)，因而超聲波經(jīng)常用于距離的測量，如測距儀和物位測量儀等都可以通過超聲

7、波來實(shí)現(xiàn)。使用超聲波檢測往往比較迅速、便利、計(jì)算簡單、易于做到及時(shí)控制，而且在測量精度方面能達(dá)到工業(yè)實(shí)用的要求，是以在移動機(jī)器人的研制上也得到了普遍的應(yīng)用1。單片機(jī)是把微型計(jì)算機(jī)中的微處理器、存儲器、I/O接口、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、串行接口、中斷系統(tǒng)等電路集成在一起的微型計(jì)算機(jī)。單片機(jī)在近十年間得到了飛速的發(fā)展，先后經(jīng)歷了4位機(jī)、8位機(jī)、16位機(jī)、32位機(jī)等有幾個(gè)代表性的發(fā)展階段。本文詳細(xì)介紹了超聲波測距的原理與結(jié)構(gòu)，在發(fā)射信號時(shí)，打開定時(shí)器中斷0，接收到發(fā)射超聲波信號時(shí)，這時(shí)定時(shí)器中斷0計(jì)錄的時(shí)間就為超聲波傳播經(jīng)過測距儀到前方物體的來回時(shí)間。利用公式S=TV2（V為超生波傳播速度，本設(shè)計(jì)設(shè)定值34

8、0m/s）,經(jīng)過單片機(jī)處理得到距離值S并且通過LCD1602顯示出來。1概述1.1研究背景超聲波是指頻率在20kHz以上的聲波，它屬于機(jī)械波的領(lǐng)域2。超聲波也依照一般機(jī)械波在彈性介質(zhì)中的傳播規(guī)律，如在介質(zhì)的分界面處發(fā)生反射和折射現(xiàn)象，在進(jìn)入介質(zhì)后被介質(zhì)吸收而發(fā)生衰減等。正是因?yàn)榫哂羞@些性質(zhì)，使得超聲波可以用于距離的測量中。隨著科技水平的不斷提高，超聲波測距技術(shù)被廣泛應(yīng)用于人們?nèi)粘９ぷ骱蜕钪校缣絺夹g(shù)、清洗技術(shù)、測距技術(shù)等等。超聲波測距，多用于汽車倒車?yán)走_(dá)、建筑工地以及一些工業(yè)現(xiàn)場的位置監(jiān)控如液位、進(jìn)深的測量等場合。1.2課題研究意義因?yàn)槌暅y距是一種非接觸檢測技術(shù)，不受光線、被測東西顏

9、色等的影響，較別的儀器更衛(wèi)生，更耐潮濕、粉塵、高溫、腐蝕氣體等惡劣環(huán)境，對于被測物處于暗中、有塵土、煙霧、電磁干擾等惡劣環(huán)境有一定的適應(yīng)能力。具有少維護(hù)、不污染、高可靠、長壽命等特點(diǎn)。是以可普遍應(yīng)用于紙業(yè)、礦業(yè)、電廠、化工業(yè)、水處理廠、污水處理廠、農(nóng)業(yè)用水、環(huán)保檢測、食品（酒業(yè)、飲料業(yè)、添加劑、食用油、奶制品）、防汛、水文、明渠、空間定位、公路限高、料位測量、車輛自動導(dǎo)航、物體辨認(rèn)與定位、車輛安全行駛輔助系統(tǒng)甚至地形地貌探測等許多領(lǐng)域中3。可在不同環(huán)境中進(jìn)行距離準(zhǔn)確度在線標(biāo)定，可直接用于水、酒、糖、飲料等液位控制，可進(jìn)行差值設(shè)定，直接顯示各種液位罐的液位、料位高度。因此，超聲在空氣中測距在特殊

10、環(huán)境下有較普遍的應(yīng)用。利用超聲波檢測往往比較迅速、方便、計(jì)算簡單、易于實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制，并且在測量精度方面能達(dá)到工業(yè)實(shí)用的指標(biāo)要求，是以為了使移動機(jī)器人能夠主動規(guī)避障礙物行走，就必需裝備測距系統(tǒng)，以使其實(shí)時(shí)獲取距障礙物的位置信息（距離和方向）。因此超聲波測距在移動機(jī)器人的研究上得到了廣泛的應(yīng)用。同時(shí)由于超聲波測距系統(tǒng)具有以上的這些優(yōu)點(diǎn)，是以在汽車倒車?yán)走_(dá)的研制方面也得到了普遍的應(yīng)用4。1.3國內(nèi)外研究情況近十年來，國內(nèi)科研人員對關(guān)于超聲波回波信號處理方法的研究已經(jīng)十分成熟，但是作為超聲波探測定位的關(guān)鍵技術(shù)，仍將是一個(gè)重要的研究方向5。國內(nèi)的超聲波測量主要集中在對010 m固體和液體的測量，一般測量

11、精度高，回波穩(wěn)定。近年來隨著超聲波技術(shù)研究的不斷深入已廣泛用于各類工業(yè)領(lǐng)域，如工業(yè)自動控制，建筑工程測量和機(jī)器人視覺辨認(rèn)等方面。2設(shè)計(jì)要求1、硬件設(shè)計(jì)：利用AT89C51單片機(jī)和超聲波模塊設(shè)計(jì)出超聲波測距儀。主要模塊有：單片機(jī)最小系統(tǒng)、超聲波發(fā)送和接收模塊、溫度補(bǔ)償模塊、報(bào)警模塊。2、軟件設(shè)計(jì)：使用Keil C51設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件，并完成聯(lián)機(jī)調(diào)試，軟件設(shè)計(jì)的主要模塊有:超聲波的測量和顯示、1602的初始化、溫度傳感器的溫度測量，延時(shí)程序。3需要實(shí)現(xiàn)的技術(shù)指標(biāo)：探測距離為2cm-450cm。3設(shè)計(jì)方案論證3.1設(shè)計(jì)方案方案一:以S3C2410為核心，實(shí)現(xiàn)該芯片對其外圍電路的適時(shí)控制,對其進(jìn)行編程，并

12、且提供給外圍電路各種所需的各種信號,包括頻率振蕩信號、數(shù)據(jù)處理信號和譯碼顯示信號等等，這樣就大大簡化了外圍電路的設(shè)計(jì)難度，而且同時(shí)更加重要的是這種設(shè)計(jì)方案大大地節(jié)省了設(shè)計(jì)的成本，并且由于采用的是軟件編程技術(shù)，所以它的移植性較好。頻率為40kHz左右的超聲波在空氣中傳播的效率是最佳的，發(fā)射的超聲波被調(diào)制成40kHz左右，具有一定間隔調(diào)制脈沖波信號6。方案二:采用CPLD來控制的D來控制的超聲波測距儀，主要是在軟件上運(yùn)用VHDL（Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language）編寫程序并且使用MAX+plus II軟

13、件進(jìn)行軟硬件設(shè)計(jì)的仿真和調(diào)試，最終實(shí)現(xiàn)測距功能。使用本方案的優(yōu)點(diǎn)在于在超聲波測距儀設(shè)計(jì)中采用MAX7000s系列中的EPM7128SLC84-15的CPLD器件，其最高頻率可達(dá)175.4MHz，可用于組合邏輯電路、時(shí)序邏輯電路、算法、雙端口RAM等的設(shè)計(jì)。充分利用了其多達(dá)128個(gè)宏單元、68pin可編程I/O口，使該器件可以將分頻功能、計(jì)數(shù)功能、顯示編碼功能、振蕩功能全部集于一體。因其延時(shí)平均的特點(diǎn)，保證了測距結(jié)果精度高、響應(yīng)速度快。該方案的缺點(diǎn)是方案中需要一塊FPGA,一塊雙口RAM,還需要一塊用來存儲波形數(shù)據(jù)的EEPROM，那么設(shè)計(jì)成本較高。同時(shí)在FPGA中還要用到硬件描述語言(VHDL語

14、言)編寫程序來實(shí)現(xiàn)硬件電路功能。由于EPM7128SLC84-15的算法復(fù)雜，在軟件實(shí)現(xiàn)起來編程也復(fù)雜7。方案三:采用單片機(jī)來控制的超聲波測距儀是先由單片機(jī)產(chǎn)生一個(gè)信號，經(jīng)過信號線，把信號引入到與超聲波發(fā)射器相連的信號引腳上，再由超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時(shí)刻的同時(shí)開始計(jì)時(shí)，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到反射波就立即停止計(jì)時(shí)。超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，根據(jù)計(jì)時(shí)器記錄的時(shí)間t，就可以計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)距障礙物的距離即：S=vt/2。3.2方案論證方案一能夠?qū)崿F(xiàn)自動測距、實(shí)時(shí)顯示的功能，集探傷、測距等多種功能于一體，所有運(yùn)算、處理、顯示都實(shí)現(xiàn)

15、數(shù)字化；而且操作簡單。使用方便，所有功能都有按鍵控制；測量迅速、精確，結(jié)果顯示直觀；儀器僅僅依靠電池供電，設(shè)有低功耗模式；體積小，攜帶方便。方案三計(jì)硬件簡單，容易實(shí)現(xiàn)，測距范圍適中。測量誤差可控制在士1 c m左右。系統(tǒng)軟件采用合理算法，提高了測量精度，具有較好的應(yīng)用價(jià)值。另外其使用的51系列單片機(jī)內(nèi)部含有Flash存儲器，在系統(tǒng)開發(fā)過程中可以反復(fù)擦寫；用靜態(tài)時(shí)鐘方式，可以節(jié)省電能；支持ISP（在線編程），不需要把單片機(jī)從電路板取下來就可以擦寫程序；晶振頻率高達(dá)24M，運(yùn)行速度更快，價(jià)格也比較便宜；增了看門狗電路，防止程序“走飛”，更加安全可靠。與第二種方案相比，第三種使用的是單片機(jī)，編譯語言

16、使用C語言來實(shí)現(xiàn)，所以比較簡單。3.3超聲波測距原理通過超聲波發(fā)射裝置發(fā)射超聲波，根據(jù)接收器接到超聲波的時(shí)間差就可以知道距離了。這與雷達(dá)測距的原理相似8。超聲波發(fā)射裝置向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射超聲速波的同時(shí)開始計(jì)時(shí)，途中遇到障礙物就立即返回來，超聲波接收器接到反射波就立刻停止計(jì)時(shí)超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，根據(jù)計(jì)時(shí)器記錄的時(shí)間t，就可以計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)距障礙物的距離即：S=vt/2由于超聲波也是一種聲波，其聲速C與溫度有關(guān)，附表列出了幾種不同溫度下的聲速。在使用時(shí)，如果溫度變化不大，則可認(rèn)為聲速是基本不變的。如果測距精度要求很高，則應(yīng)通過溫度補(bǔ)償?shù)姆椒右孕Ｕ?。式中V為超聲波在空氣

17、中的傳播速度，0時(shí)為331m/s, 25時(shí)為347m/s其與環(huán)境溫度T的關(guān)系如表3.3所示：表3.3溫度與聲速變化-30-20-100102030100聲速（米/秒）3133193253233383443493864設(shè)計(jì)總體方案4.1總體設(shè)計(jì)思路根據(jù)題目的要求，經(jīng)過仔細(xì)的考慮各種要素，制定了一個(gè)整體方案:以AT89C51單片機(jī)為控制核心，由超聲波發(fā)射、接收模塊、2個(gè)按鍵，蜂鳴器構(gòu)成的報(bào)警電路，LED顯示以及溫度傳感器來構(gòu)成由單片機(jī)最小系統(tǒng)來控制的超聲波測距儀，其結(jié)構(gòu)框圖如圖4-1所示：單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)機(jī)最小系統(tǒng)超聲波發(fā)送LCD顯示超聲波接收報(bào)警溫度傳感器圖4-1 系統(tǒng)

18、框圖4.2顯示部分方案一：數(shù)碼管顯示，由于本題要求實(shí)時(shí)的顯示測距的距離、溫度，而數(shù)碼管不能顯示字符。方案二：LED點(diǎn)陣顯示，LED點(diǎn)陣顯示雖然能夠顯示數(shù)字和字符，但是顯的效果不好，而且不易編程。方案三：LCD液晶顯示，LCD液晶顯示不但能顯示字符和數(shù)字，而且效果較好，且容易實(shí)現(xiàn)。經(jīng)過比較，選取方案三作為此次的顯示電路。4.3按鍵部分方案一：采用獨(dú)立按鍵，按鍵的數(shù)目比少，但是它的結(jié)構(gòu)簡單執(zhí)行效率高。方案二：采用矩陣鍵盤，它以較少得IO口實(shí)現(xiàn)了按鍵的功能，執(zhí)行效率高其操作比較復(fù)雜。經(jīng)對比，由于我們需求的按鍵比較少，但是對執(zhí)行的效率比較高，所以采用的是獨(dú)立按鍵。5硬件電路本系統(tǒng)由單片機(jī)、按鍵電路、顯

19、示接口電路、蜂鳴器電路、溫度傳感器電路等五部分組成。電路圖如圖下圖5-1所示：圖5-1 原理圖5.1功能與原理功能: 形成超聲波發(fā)送，并通過超聲波的發(fā)送與接收來測得前方物體的距離，可以自行設(shè)置最短測距，當(dāng)測得距離小于設(shè)置的最短測距時(shí)，就會蜂鳴器報(bào)警，帶有溫度補(bǔ)償以提高測距的精確度。超聲波測距的算法為：超聲波在空氣中傳播的速度為每秒鐘340米（15時(shí)）。X2是超聲波的返回時(shí)刻，X1是超聲波的發(fā)送時(shí)刻，X2-X1得出的是一個(gè)時(shí)間差的絕對值，假定X2-X1=0.3S，則有340m0.03S=10.2m。超聲波由發(fā)送到遇到發(fā)射物返回的距離如圖5-2所示： 圖5-2測距原理5.2資源分配軟、硬件設(shè)計(jì)是必

20、不可少的，為了滿足功能和指標(biāo)的要求，資源分配為：單片機(jī)用12MHz晶振，P0口以及P20 ,P21 ,P22接LCD顯示電路，P35, P36分別接功能鍵，調(diào)整鍵。P33接蜂鳴器報(bào)警電路。P24接DS18B20溫度傳感器，實(shí)現(xiàn)溫度的測量以及補(bǔ)償。P32 、P25分別接超聲波發(fā)送電路和超聲波接收電路。5.3超聲波發(fā)送電路超聲波發(fā)射電路是由超聲波探頭和超聲波放大器組成。超聲波探頭將電信號轉(zhuǎn)換為機(jī)械波發(fā)射出去，而單片機(jī)所產(chǎn)生的40 kHz的方波脈沖需要進(jìn)行放大才能將超聲波探頭驅(qū)動將超聲波發(fā)射出去.超聲波發(fā)射電路主要由555振蕩器和一個(gè)共發(fā)射極放大電路成。其原理圖如圖5-3所示。圖5-3 超聲波發(fā)送電

21、路5.4超聲波接收電路由于超聲波在空氣中的傳播過程中是有衰減的，如果距離較遠(yuǎn)，那么超聲波接收電路所接收到的超聲波信號就會比較微弱，因此需要對接收到的信號進(jìn)行放大而且放大的倍數(shù)也要比較大。超聲波接收電路主要是由集成電路CX20106A芯片電路構(gòu)成的，CX20106A芯片電路可以對超聲波信號進(jìn)行放大、限幅、帶通濾波、峰值檢波、整形、比較等功能，比較完之后超聲波接收電路會輸出一個(gè)低電平到單片機(jī)去請求中斷，當(dāng)即單片機(jī)停止計(jì)時(shí)，并開始去進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理。CX20106A芯片的前置放大器具有自動增益控制的功能，當(dāng)測量的距離比較近時(shí)，放大器不會過載；而當(dāng)測量距離比較遠(yuǎn)時(shí)，超聲波信號微弱，前置放大器就有較大的放

22、大增益效果。CX20106A芯片的5腳在外接電阻對它的帶通濾波器的頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)，而且不用再外接其他的電感，能夠很好地避免外加磁場對芯片電路的干擾，而且它的可靠性也是比較高的。CX20106A芯片電路本身就具有很高的抗干擾的能力，而且靈敏度也比較高，所以，能滿足本設(shè)計(jì)的要求。超聲波接收電路如圖5-4所示。圖5-4超聲波接收電路5.5 HR-SR04超聲波傳感器模塊1、產(chǎn)品特點(diǎn)：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(dá)高到3mm；模塊包括超聲波發(fā)射器、接收器與控制電路。基本工作原理：(1)采用 IO 口 TRIG 觸發(fā)測距，給至少 10us 的高電平

23、信號; (2)模塊自動發(fā)送 8 個(gè) 40khz 的方波，自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(gè)高電平，高電平持續(xù)的時(shí)間就是超聲波從發(fā)射到返回的時(shí)間。測試距離=(高電平時(shí)間*聲速(340M/S)/2。2、實(shí)物圖如圖5-5接線所示，VCC提供5V電源，GND為地線，圖5-5 實(shí)物圖3 電氣參數(shù)如表5.5:表5.5電氣參數(shù)表電氣參數(shù)HC-SR04 超聲波模塊工作電壓DC5V工作電流15mA工作頻率40Hz最遠(yuǎn)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，與射程成比例規(guī)格尺寸45*20*15mm4 超聲波時(shí)序圖，如

24、圖5-6所示:圖5-6 超聲波時(shí)序圖以上時(shí)序表明你只需要提供一個(gè)10uS以上的脈沖觸發(fā)信號，該模塊內(nèi)部將發(fā)出8個(gè)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，回響信號的脈沖寬度與測得的距離成正比。由此通過發(fā)送信號到收到的回響信號的時(shí)間間隔可以計(jì)算得到距離。5.6復(fù)位電路如圖5-7所示，復(fù)位電路的工作原理是：單片機(jī)的復(fù)位電路在剛接通電時(shí)，剛開始電容是沒有電的，電容內(nèi)的電阻很低，通電后，5V的電通過電阻給電容進(jìn)行充電，電容兩端的電會由0V慢慢的升到4V左右（此時(shí)間很短一般小于0.3秒），RC構(gòu)成的微分電路在上電瞬間產(chǎn)生一個(gè)微分脈沖，其寬度大于兩個(gè)機(jī)器周期，89C51將復(fù)位。正因

25、為這樣，復(fù)位腳的電由低電位升到高電位，引起了內(nèi)部電路的復(fù)位工作，RST端電壓慢慢下降，降到一定電壓值以后，即為低電平，單片機(jī)開始正常工作（這是單片機(jī)的上電復(fù)位，也叫初始化復(fù)位）圖5-7 復(fù)位電路5.7外部時(shí)鐘采用12MHz的晶振和兩個(gè)22pf電容組成時(shí)鐘電路部分。如圖5-8所示：圖5-8 時(shí)鐘電路5.8按鍵電路P35為功能鍵即選擇某一位數(shù)字進(jìn)行調(diào)整。P36為調(diào)整鍵，調(diào)整測距的最小距離的下限值。如圖5-9所示：圖5-9 按鍵電路5.9報(bào)警電路當(dāng)被測物的距離超出了HR-SR04超聲波模塊的測距范圍或者當(dāng)期被測物的距離小于自己設(shè)置的最小測距時(shí)就會驅(qū)動蜂鳴器，產(chǎn)生報(bào)警。如圖5-10所示:圖5-10 報(bào)

26、警電路5.10溫度檢測電路單片機(jī)的P24接DS18B20對環(huán)境溫度進(jìn)行檢測，從而對超聲波的傳播速度進(jìn)行溫度補(bǔ)償，提高測距的精確度。溫度傳感器（DS18B20）的引腳分布如圖，其封如圖5-11所示:圖5-11 DS18B20引腳功能如下：NC （1、2、6、7、8腳）：空引腳，懸空不使用。VDD（3腳）：可選電源腳，電源電壓范圍33.5v。當(dāng)工作寄生電源時(shí)，此引腳必須接地。DQ（4腳）：數(shù)據(jù)輸入/輸出腳。漏極開路，常態(tài)下為高電平。GND（5腳）：接地。5.11顯示接口電路LCD1602管腳功能如表5-10所示:引腳號符號狀態(tài)功能1VSS電源地2VDD電源+5V3V0對比度控制端4RS輸入寄存器選

27、擇5R/W輸入讀寫操作6E輸入使能信號7-14DB三態(tài)數(shù)據(jù)總線15LEDA輸入背光+5V16LEDK輸入背地光表5-10LCD1602主要管腳介紹：V0：液晶顯示器對比度調(diào)整端，接地電源時(shí)對比度最高，對比度過高時(shí)會產(chǎn)生鬼影，使用時(shí)可以通過一個(gè)10K的電位器調(diào)整對比度。RS：寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器；低電平時(shí)選擇指令寄存器。 R/W：讀寫信號線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。當(dāng)RS和R/W共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址；當(dāng)RS為高電平R/W為高電平R/W為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)。 E：使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行指令。LCD1602的八位數(shù)據(jù)端接單

28、片機(jī)的P0口，其使能端RS、E分別接單片機(jī)的P1.0、P1.1，顯示測得的距離和當(dāng)前的溫度。如圖5-10:圖5-12 LCD16026軟件設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用的是模塊化的思路來進(jìn)行設(shè)計(jì)和編寫程序，程序主要由系統(tǒng)主程序和中斷程序構(gòu)成。主程序完成單片機(jī)的初始化，超聲波的發(fā)射和接收、計(jì)算超聲波發(fā)射點(diǎn)與障礙物之間的距離、LCD顯示和蜂鳴器報(bào)警等。系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)的主要的功能是發(fā)射超聲波、接受超聲波、計(jì)算測量距離、數(shù)據(jù)計(jì)算、蜂鳴器報(bào)警和LCD顯示。6.1主程序流程圖軟件編程，控制單片機(jī)，當(dāng)發(fā)射超聲波時(shí)打開定時(shí)器計(jì)時(shí)，當(dāng)接收到發(fā)射的超聲波時(shí)關(guān)閉定時(shí)器。溫度傳感器檢測溫度，實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償。根據(jù)超聲波發(fā)射到接收所用的時(shí)間

29、計(jì)算測距，并在LCD1602上顯示。其流程圖如6-1所示:開始溫度輸入實(shí)時(shí)控制發(fā)射等待數(shù)據(jù)處理顯示圖6-1 主程序流程圖6.2超聲波發(fā)送流程圖單片機(jī)發(fā)射超聲波并同時(shí)打開定時(shí)器計(jì)時(shí)，當(dāng)超聲波接收登錄接收到超聲波反射波時(shí)停止計(jì)時(shí)，其流程圖如圖6-2所示:定時(shí)器初始化發(fā)送超聲波并開計(jì)時(shí)器停止發(fā)射返回圖6-2 超聲波發(fā)送流程圖6.3 LCD顯示流程圖LCD在使用時(shí)必須先進(jìn)行初始化。顯示時(shí)應(yīng)根據(jù)顯示的位置先定位，再向當(dāng)前顯示緩沖區(qū)寫入要顯示的內(nèi)容，其流程圖如6-3所示開始初始化查忙信號寫命令函數(shù)寫數(shù)據(jù)函數(shù)6-3 LCD顯示流程圖6.4溫度讀取流程圖首先開始，初始化地址，通過地址得到應(yīng)答脈沖，如果沒有則返

30、回，重新應(yīng)答，應(yīng)答脈沖為高電平，則skip rom命令。再發(fā)生conver T命令后，延時(shí)1s等待溫度1s等待溫度轉(zhuǎn)的完成，溫度轉(zhuǎn)換完成后，在初始化地址，給出應(yīng)答脈沖時(shí)發(fā)出Read Scratchpad命令。后讀出先后脈沖，讀取第12字節(jié)溫度數(shù)據(jù)，再返回開始初始化程序。其流程圖如圖6-4所示:開始計(jì)算存rom地址存儲單元偏移量DS18B20復(fù)位始化發(fā)跳過rom命令啟動溫度轉(zhuǎn)換延時(shí)等待溫度轉(zhuǎn)換DS18B20復(fù)位初始化發(fā)匹配rom命令取匹配的rom地址發(fā)送發(fā)溫度轉(zhuǎn)換值命令讀轉(zhuǎn)換溫度值圖6-4溫度讀取流程圖7系統(tǒng)仿真7.1仿真電路圖通過Proteus軟件和電路原理圖繪制出如下仿真電路圖，對程序和電路

31、功能進(jìn)行測試.由于在proteus中沒有HR-SR04模塊，所以在仿真時(shí)，將由555構(gòu)成的超聲波發(fā)送電路與由CX20106A芯片構(gòu)成的超聲波接收電路封裝，通過自己畫出超聲波集成模塊，從而實(shí)現(xiàn)proteus的仿真，如圖7-1所示:圖7-1仿真電路圖7.2仿真結(jié)果輸出程序初始時(shí)，設(shè)置最小測距為0.80m，當(dāng)被測物的距離小于該值時(shí)，就會報(bào)警且被測物的距離越小，報(bào)警聲就會越急促。LCD顯示當(dāng)前測得的距離、溫度和設(shè)置的最小測距。在proteus中通過在HR-SR04增加一個(gè)滑動變阻器調(diào)整555延時(shí)從而實(shí)現(xiàn)模擬測距過程，如圖7-2所示:7-2 仿真結(jié)果可以通過調(diào)整鍵和功能鍵來設(shè)置初始最小測距，如圖7-3所

32、示:圖7-3 最小測距仿真圖8結(jié)論與展望設(shè)計(jì)最終基于單片機(jī)為核心控制單元，通過keil軟件實(shí)現(xiàn)C語言的源程序編寫，由于C語言通俗易懂，能體現(xiàn)出超聲波測距的程序控制邏輯與原理，利用Proteus軟件仿真超聲波測距系統(tǒng)電路，最終實(shí)現(xiàn)報(bào)警，溫度補(bǔ)償，測距結(jié)果顯示功能。由于超聲測距是一種非接觸檢測技術(shù)，不受光線、被測對象顏色等的影響，因此超聲波測距在移動機(jī)器人的研究上得到了廣泛的應(yīng)用。同時(shí)由于超聲波測距系統(tǒng)具有這些優(yōu)點(diǎn)，因此在汽車倒車?yán)走_(dá)的研制方面也得到了廣泛的應(yīng)用。答謝：首先非常感謝指導(dǎo)老師蔡劍華和曾高秋的精心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求，讓我充分利用所學(xué)的理論知識去完成論文的設(shè)計(jì)，論文的完成讓我極大地提高了實(shí)踐

33、能力，并對當(dāng)前電子領(lǐng)域的研究狀況和發(fā)展方向有了一定的了解，尤其是單片機(jī)領(lǐng)域，這對我今后進(jìn)一步從事電子行業(yè)有著極大的幫助。另外,此次畢業(yè)設(shè)計(jì)還獲得了其他老師和同學(xué)的大力支持。在此，我忠心感謝蔡劍華老師和曾高秋老師以及諸位的指導(dǎo)和支持。在未來的工作和學(xué)習(xí)中，我將以更好的成績來回報(bào)母校。參考文獻(xiàn)：1謝維成,楊加國.單片機(jī)原理與應(yīng)用及C51程序設(shè)計(jì)（第二版）M，清華大學(xué)出版社.2009:24-312張洪潤，易濤編著.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)教程（第二版）.北京：清華大學(xué)出版，20033求是科技編著.單片機(jī)典型模塊設(shè)計(jì)實(shí)例導(dǎo)航.北京：人民郵電出版社，20044劉坤等編著.51單片機(jī)C語言應(yīng)用開發(fā)技術(shù)大全.人民郵電

34、出版社，20085AT89C51 DATA SHEEP Philips Semiconductors 1999M.dec6康華光主編，電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五版）M，高等教育出版社，2006:130-1526丁新民編著.微機(jī)原理與應(yīng)用：高等教育出版社，20087周明德編著.微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用.北京：清華大學(xué)出版社，19988芯片速查手冊.中國自動化技術(shù)公司出版，1995附錄 Keil源程序#include #include #include LCD.H#include 18B20.H#include delay.hsbit k1=P35;sbit k2=P36;sbit csb=P25;sbit

35、csbint=P32;sbit bg=P26;sbit fmq=P33;unsignedchar aa= , ,D,i,s,t,a,n,c,e,:; /Distanceunsigned char bb11= , , , ,., , , , , ,;unsigned char cc=A,.,A,A,m;unsigned char zf,a1,a2,a3,xs,e,n,m,z; /zf 溫度正負(fù)標(biāo)志位；a1,a2,a3，按鍵設(shè)定程序中定值的米、分米、厘米臨時(shí)存儲變量unsigned int dz,k,s,j,bgz,k;int temp;float temperature,csbc,wdz;bit wh;main()TH0=0;TL0=0;TMOD=0X11;/T1,T0為16位定時(shí)器EA=0;bg=0;n=0;m=0;z=0;init();Init_DS18B20(); dz=80;bb6=0xdf;bb7=0x43;e=4;cc0=dz/100+0;cc2=dz/10%10+0;cc3=dz%10+0;LCD_Write_