畢業(yè)論文-基于單片機的超聲波測距搖動顯示器設計與實現(xiàn)

1、大連東軟信息學院本科畢業(yè)設計（論文）論文題目：論文題目：基于單片機的超聲波測距搖動顯示器設計與實現(xiàn)系 所：電子工程系 專 業(yè)：電子信息工程（微電子制造方向） 學生姓名： 學生學號： 指導教師： 導師職稱：講師 完成日期：2014年 4月 28日 大連東軟信息學院Dalian Neusoft University大連東軟信息學院畢業(yè)設計（論文） 摘要 IV基于單片機的超聲波測距搖動顯示器設計與實現(xiàn)摘 要自單片機問世以來，以其極高的性價比，受到了人們的關注和重視，發(fā)展的十分快，應用也越來越廣泛。單片機的體積小、重量輕、抗干擾能力強、對環(huán)境的要求也不是很高、價格比較低、有較高的可靠性、靈活、開發(fā)也比

2、較容易。單片機已經(jīng)很廣泛的應用在了很多領域。通過這次畢業(yè)設計對它的學習、應用，以單片機為核心，設計了一個簡易的超聲波測距儀，隨著科技的不斷發(fā)展，社會的不斷進步，人們娛樂休閑的工具越來越多，于是我決定通過搖搖棒顯示測試距離，這樣看起來即美觀，又有可操作性。本文主要論述了利用單片機實現(xiàn)超聲波測距系統(tǒng)以及單片機控制LED二極管分時刷新來顯示超聲波測距儀測量結果的文字信息。系統(tǒng)的設計主要包括兩部分，即硬件電路和軟件程序。硬件電路主要包括單片機電路、發(fā)射電路、接收電路、顯示電路和電源電路，另外還有復位電路和LED控制電路等。我采用以單片機為核心的低成本、高精度、微型化搖動顯示超聲波測距儀的硬件電路。整個

3、電路采用模塊化設計，由信號發(fā)射和接收、供電、顯示等模塊組成。發(fā)射探頭的信號經(jīng)放大和檢波后發(fā)射出去，單片機的計時器開始計時，超聲波被發(fā)射后按原路返回，在經(jīng)過放大帶通濾波整形等環(huán)節(jié)，然后被單片機接收，計數(shù)器停止工作并得到時間。數(shù)據(jù)的顯示基于人眼視覺暫留原理，當進行搖動時，由于人的視覺暫留會在發(fā)光二極管搖動區(qū)域產(chǎn)生一個視覺平面，從而達到在這個視覺平面上傳達信息的作用。關鍵詞：超聲波，測距，搖動顯示，單片機 大連東軟信息學院畢業(yè)設計（論文） AbstractDesign and Implementation of Ultrasonic Ranging Shaking Display Based on

4、Single Chip MicrocomputerAbstractSince the advent of single chip, with its high cost, by the people s interest and attention, the development is very fast, more and more applications. SCM s small size, light weight, strong anti-jamming capability, environmental requirements are not very high, the pr

5、ice is relatively low, high reliability, flexibility and development easier. Microcontroller is wide range of applications in many fields. The graduation project through its study, application, microcontroller as the core, the design of a simple ultrasonic range finder, with the continuous developme

6、nt of science and technology, social progress, people are more and more tools for entertainment, so I decided to display the test distance, that looks so beautiful, and operable by shaking his stick.This article discusses the use of ultrasonic ranging system and a single-chip microcontroller LED dio

7、des timeshare refresh to display the results of ultrasonic distance measurement text messages. Design of the system consists of two parts, namely hardware and software programs. The hardware circuit includes a microcontroller circuit, a transmitting circuit, a receiving circuit, display circuit and

8、the power supply circuit, in addition to the reset circuit and LED control circuit. I used to microcontroller core low-cost, high-precision, miniaturized ultrasonic range finder shake display hardware circuit. The entire circuit is modular in design, the signal transmission and reception, power supp

9、ly, display module. Signal amplification and detection probe launch after launch out MCU timer is started , the original way back after the ultrasound was launched , after amplification band pass filtering plastic and other sectors, then the microcontroller receives the counter to stop working and g

10、et the time. Display data based on the principle of persistence of vision of the human eye when shaking, due to human persistence of vision will produce a visual plane shake -emitting diode region, so as to achieve convey information on the role of the visual plane.Key words: Ultrasonic, Ranging, Sh

11、aking display, Microcontroller大連東軟信息學院畢業(yè)設計（論文） 目錄目 錄 TOC o 1-3 u 摘 要 PAGEREF _Toc387833930 h IAbstract PAGEREF _Toc387833931 h II第1章緒 論 PAGEREF _Toc387833932 h 11.1 論文研究主要內(nèi)容 PAGEREF _Toc387833933 h 11.1.1課題難點 PAGEREF _Toc387833934 h 11.1.2 預期成果 PAGEREF _Toc387833935 h 11.2 國內(nèi)外現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc38783393

12、6 h 1第2章關鍵技術介紹 PAGEREF _Toc387833937 h 22.1 關鍵性開發(fā)技術的介紹 PAGEREF _Toc387833938 h 22.2 基本參數(shù)以及各模塊工作原理 PAGEREF _Toc387833939 h 22.2.1 基本參數(shù) PAGEREF _Toc387833940 h 22.2.2 測距模塊工作原理 PAGEREF _Toc387833941 h 22.2.3 搖搖棒顯示工作原理 PAGEREF _Toc387833942 h 2第3章系統(tǒng)分析 PAGEREF _Toc387833943 h 43.1 系統(tǒng)方案 PAGEREF _Toc387833

13、944 h 43.1.1 功能構架 PAGEREF _Toc387833945 h 43.1.2 模塊需求描述 PAGEREF _Toc387833946 h 43.2 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境 PAGEREF _Toc387833947 h 53.3 系統(tǒng)任務的可行性分析 PAGEREF _Toc387833948 h 53.3.1 技術可行性 PAGEREF _Toc387833949 h 53.3.2 使用的穩(wěn)定性 PAGEREF _Toc387833950 h 5第4章系統(tǒng)設計 PAGEREF _Toc387833951 h 64.1 硬件電路設計 PAGEREF _Toc387833952 h

14、64.1.1 超聲波傳感器介紹 PAGEREF _Toc387833953 h 64.1.2 使用模塊（HR-SR04超聲波集成模塊） PAGEREF _Toc387833954 h 64.1.3 超聲波發(fā)射模塊 PAGEREF _Toc387833955 h 74.2單片機系統(tǒng)設計 PAGEREF _Toc387833956 h 84.3 搖搖棒顯示模塊 PAGEREF _Toc387833957 h 104.4 軟件設計 PAGEREF _Toc387833958 h 11第5章系統(tǒng)實現(xiàn) PAGEREF _Toc387833959 h 145.1 字模取字實現(xiàn) PAGEREF _Toc38

15、7833960 h 145.2整體的系統(tǒng)流程 PAGEREF _Toc387833961 h 155.3關鍵疑難問題解決 PAGEREF _Toc387833962 h 165.3.1 電路設計 PAGEREF _Toc387833963 h 165.3.2 電路連接 PAGEREF _Toc387833964 h 165.3.3 器件的選擇 PAGEREF _Toc387833965 h 175.3.4 代碼程序的編寫 PAGEREF _Toc387833966 h 17第6章系統(tǒng)測試 PAGEREF _Toc387833967 h 186.1 硬件調(diào)試 PAGEREF _Toc387833

16、968 h 186.1.1 基本電路板檢查 PAGEREF _Toc387833969 h 186.1.2 主控模塊調(diào)試 PAGEREF _Toc387833970 h 186.2 軟件調(diào)試 PAGEREF _Toc387833971 h 186.3 誤差分析 PAGEREF _Toc387833972 h 19第7章結論 PAGEREF _Toc387833973 h 20參考文獻 PAGEREF _Toc387833974 h 21致 謝 PAGEREF _Toc387833975 h 22附 錄 PAGEREF _Toc387833976 h 23大連東軟信息學院畢業(yè)設計（論文）- 第1

17、章緒 論近些年來，隨著電子測量技術的不斷發(fā)展，運用超聲波做出精確的測量已經(jīng)成可能。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，電子測量技術的應用也越來越廣泛了，而超聲波測量的精確高，成本低，性能穩(wěn)定很受大家的喜歡。超聲波是指在20kHz以上頻率的聲波，它是屬于機械波的范疇。超聲波同樣也與正常的機械波在彈性介質中的傳播規(guī)律，如在介質的分界面處發(fā)生反射和折射現(xiàn)象，在進入介質后被介質吸收而發(fā)生衰減等。正是因為具有這些性質，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，超聲波測距技術被廣泛應用于人們?nèi)粘９ぷ骱蜕钪小Ｒ话愕某暡y距儀可用于固定物位或液位的測量，適用于建筑物內(nèi)部、液位高度的測量等。1.1 論文研究主要

18、內(nèi)容課題難點（1）硬件布局的焊接，會有硬件設計與電路理論不同的問題。理論和實踐會有一定程度上的差距。（2）設計用到的是超聲波傳感器，所以解決信號干擾的問題十分重要。（3）由于搖動的顯示器也是用單片機做出來的，對代碼的學習熟練要求很高。（4）超聲波測距儀測出來的距離信號發(fā)射到搖動顯示器上，二者之間的連接尤為重要，要對數(shù)據(jù)的連接進行透徹的研究。1.1.2 預期成果 能夠測量與目標物體之間的距離，精度至少為1厘米。測距范圍至少為2米。能夠通過搖動顯示器進行測量結果的顯示，當搖動LED顯示棒的時候，光信號傳入人的大腦神經(jīng)，經(jīng)過一段短暫的時間，光的作用結束后，視覺形象并不立即消失，視覺之一現(xiàn)象被稱為“視

19、覺暫留”，利用視覺暫留原理在空間上顯示出測量的結果。1.2 國內(nèi)外現(xiàn)狀近十年來，國內(nèi)科研人員在超聲波回波信號處理方法、新型超聲波換能器研發(fā)、超聲波發(fā)射脈沖選取等方面進行了大量的理論分析與研究，并針對超聲波測距的一些常見影響因素提出溫度補償、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。超聲波測距相對其他測距的方法技術而言成本比較低，測量精度也比較的高，也不受環(huán)境的限制?，F(xiàn)在市場上超聲波測距的設計應用越來越廣泛了，人們對它的可操作性要求也越來越高了，在未來的發(fā)展上一定能應用在最前沿，非常實用，非常有商業(yè)價值。 大連東軟信息學院畢業(yè)設計（論文）第2章關鍵技術介紹2.1 關鍵性開發(fā)技術的介

20、紹利用單片機開發(fā)一款超聲波測距搖動顯示器，可以用于距離的測量，有很好的實用價值。課題要求使用單片機作為系統(tǒng)核心，通過對相關外部設備的控制完成超聲波測距搖動顯示器的系統(tǒng)設計。并完成相關的控制軟件編寫，最后形成統(tǒng)一的系統(tǒng)并完成調(diào)試，能夠正常實現(xiàn)功能。 能夠測量與目標物體之間的距離，精度至少為1厘米。測距范圍至少為2米。能夠通過搖動顯示器進行測量結果的顯示，當搖動LED顯示棒的時候，利用視覺暫存原理在空間上顯示測量結果。2.2 基本參數(shù)以及各模塊工作原理2.2.1 基本參數(shù)工作電壓：4.5V5.5V。備注：一定不允許超過5.5V。功耗電流：最小1mA，最大20mA。諧振頻率：40kHz。探測距離范圍

21、：4mm4m，誤差為4%。工作溫度范圍：0100。 數(shù)據(jù)輸出方式：iic和uart（57600bps）兩種方式，用戶任選；其中UART方式，是以7個字節(jié)為一組，以0 x55開頭的3個數(shù)據(jù)是距離數(shù)值；以0 x66開頭的2個數(shù)據(jù)是溫度數(shù)據(jù)；以0 x77開頭的2個數(shù)據(jù)是光照度數(shù)據(jù)。0 x550 x660 x77是為區(qū)分3個數(shù)據(jù)而增加的數(shù)據(jù)頭。距離數(shù)據(jù)格式：以毫米為最小數(shù)據(jù)單位，雙字節(jié) 16進制傳輸，前高后低。 2.2.2 測距模塊工作原理（1）采用IO觸發(fā)測距，給出10US以上的高電平信號；（2）模塊是自動發(fā)送8個40kHz的方波，模塊檢測信號是否返回；（3）有信號返回，通過IO輸出一個高電平，超聲

22、波發(fā)射到返回的時間也就是高電平可以持續(xù)的時間。測試的距離=（聲音速度340M/S高電平時間）/2。2.2.3搖搖棒顯示工作原理單片機控制模塊：用單片機想要控制LED顯示只需要定時輸出就可以，但每個人搖動的速度不一樣，這就需要用到外部中斷。將開關的兩個引腳一端接VCC，一端接GND，這樣的話，當搖棒向一邊運動時LED按照程序編輯好的規(guī)律顯示，而向另一邊運動時LED全滅，此時一個周期就會產(chǎn)生一個下跳沿的信號，信號傳遞給單片機的nINT0產(chǎn)生中斷，對中斷的數(shù)量計數(shù)，當計到10時便轉換顯示的圖案，當依次顯示完后便回到初始狀態(tài)進行循環(huán)15。由于人的視覺滯留時間長達0.1s，所以在每顯示完一列LED后加入

23、一段合適的延時，如5ms，每個字之間加入延時如15ms，這樣，我們就能看到靜態(tài)的穩(wěn)定的字，并且每個字之間是有空隙的。為了讓字能夠在空間的中部顯示，在啟動中斷顯示后延時一段合適的時間，使棒在半圓軌跡的大約1/4處開始顯示，這樣看到的數(shù)字才比較清晰。第3章系統(tǒng)分析3.1 系統(tǒng)方案本章從系統(tǒng)方案等一些方面來進行論證。本設計主要是進行距離的測量和搖動顯示，設計中涉及到的內(nèi)容較多，主要是將單片機控制模塊、超聲波測距模塊、搖搖棒顯示模塊這幾個模塊結合起來。而本設計的核心是超聲波測距模塊，其他相關模塊都是在測距的基礎上拓展起來的，測距模塊是利用超聲波傳感器，之后選擇合適單片機芯片，以下就是從相關方面來論述的

24、。3.1.1 功能構架超聲波測距原理圖如圖3.1所示。圖3.1 超聲波測距原理圖搖搖棒的3個模塊如圖3.2所示。圖3.2 搖搖棒的3個模塊3.1.2 模塊需求描述單片機模塊：單片機模塊作為整個系統(tǒng)的控制模塊，由軟件編程控制整個電路，它負責處理超聲波測距后的數(shù)據(jù)并控制搖搖棒顯示5。超聲波模塊：超聲波模塊是該系統(tǒng)的關鍵技術模塊，系統(tǒng)驅動產(chǎn)生40KHZ的方波信號，由超聲波發(fā)射接收頭來發(fā)射和接收聲波進而測量距離，并裝有專用超聲波接收芯片。3.2 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境對于AT89S52的程序設計，所需實現(xiàn)的功能較簡單，采用C語言編程的形式。編譯器采用KeiluVision318。該編譯器是52系列單片機程序設計

25、的常用工具，既可用匯編，也支持C語言編譯。同時具有完善的調(diào)試功能。硬件環(huán)境有5V電源，單片機專用程序燒錄軟件TopWin6Manual。3.3 系統(tǒng)任務的可行性分析3.3.1 技術可行性 該設計應用的是比較常見的AT89S52芯片，而且電路的設計也比較簡單，難點在于超聲波的發(fā)射接收，傳感器的中心頻率是40KHZ，本系統(tǒng)選用的晶振是12MHZ的，同時該電路中沒有專門的超聲波驅動電路，而是在單片機輸出端增加一個上拉電阻，這樣就可以直接驅動超聲波發(fā)送頭了。驅動的電壓理論上是5V。該設計對于超聲波的接收也做了較詳盡的考慮，超聲波在傳遞的過程中由于擴散、散射、粘滯等原因造成衰減。所以在接收的模塊中有放大

26、信號的電路。此外該系統(tǒng)硬件的選擇范圍也很大4。3.3.2 使用的穩(wěn)定性搖搖棒的顯示是用四根線與測距的模塊相連的，需要有一定的頻率去從左向右搖晃搖搖棒，大幅度的擺動會將搖搖棒上面的連接線扯斷，過長的連接線會使整體看著非常不美觀。后續(xù)會研究將其為無線連接的，這樣操作起來會更加的方便，避免一些沒有必要出現(xiàn)的問題。第4章系統(tǒng)設計4.1 硬件電路設計4.1.1 超聲波傳感器介紹總體上講，超聲波發(fā)生器的種類可以分為兩種：一種是用電氣方式來產(chǎn)生超聲波，一種是用機械方式來產(chǎn)生超聲波。電氣方式包括壓電型、電動型和磁致伸縮型等。他們所產(chǎn)生的功率、聲波特性和超聲波的頻率都是不相同的，因此用途一定也是不相同的。目前較

27、為常用的是壓電式超聲波發(fā)生器14。壓電式超聲波發(fā)生器的原理實際上是利用壓電晶體的諧振工作。它有兩個壓電晶片和一個共振板。當它的兩端加的是脈沖信號，當頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時，壓電晶片就會發(fā)生共振，而且?guī)庸舱癜逭駝?，產(chǎn)生超聲波。如果它的兩端間沒有外加電壓的話，當共振板接收到超聲波時，會使壓電晶片振動，將機械能轉換為電信號，這樣就變成了超聲波的接收器了617。超聲波傳感器外部結構如圖4.1，內(nèi)部結構如圖4.2所示。 圖4.1 超聲波探頭外部結構 圖4.2 超聲波探頭內(nèi)部結構4.1.2使用模塊（HR-SR04超聲波集成模塊）HR-SR04超聲波集成模塊是將超聲波發(fā)射探頭，超聲波接收探頭，C

28、X20106A芯片電路，74LS04芯片放大電路集成到的一起的一個超聲波集成模塊。HR-SR04超聲波集成模塊正面外觀如圖4.3所示，HR-SR04超聲波集成模塊的背面外觀如圖4.4所示。圖4.3 HR-SR04超聲波集成模塊正面外觀圖圖4.4 HR-SR04超聲波集成模塊背面外觀圖HR-SR04型超聲波集成模塊的工作電壓為5V，而且此模塊的靜態(tài)工作電流是小于2mA的，工作時候可以比較穩(wěn)定。而且，它的感應的角度不大于15，可以減少很大部分可能存在的角度干擾問題。此模塊的測距范圍為2cm5m，能基本滿足測距要求，而且其精度可以達到0.3cm，盲區(qū)僅僅為2cm，完全可以能夠滿足本設計的測距要求，而

29、且測距也比較穩(wěn)定。HR-SR04超聲波集成模塊采用的是I/O觸發(fā)測距，給出至少10us的高電平信號。另外，HR-SR04模塊可以自動發(fā)送8個40kHz的方波脈沖，而且能夠自動檢測是否有信號返回，如果檢測到有信號返回則通過I/O口輸出高電平，高電平的持續(xù)時間就是超聲波從發(fā)射到返回所用的時間，所測量的距離=（高電平時間聲速）/2?？刂贫丝诎l(fā)出一個10us以上的高電平，就可以在接收口等待高電平輸出。一旦有輸出就可以打開定時器計時，當此口變?yōu)榈碗娖綍r就可以讀取定時器的值，讀取的時間就是這次測距所用的時間，就能夠算出測出來的距離是多少。這樣不斷的循環(huán)進行測量，就可以在移動的過程中測量距離值了。但是，為防

30、止發(fā)射信號對回收信號的影響，本超聲波集成模塊的測量周期最好定在60ms以上，所以這次的設計將測量周期定在80ms。4.1.3 超聲波發(fā)射模塊超聲波發(fā)射電路如圖4.5所示。圖4.5 超聲波發(fā)射電路有單片機產(chǎn)生40KHz的方波，直接驅動CD4049芯片，后面的CD4049芯片對40KHz頻率信號進行處理，使超聲波傳感器產(chǎn)生諧振。4.2單片機系統(tǒng)設計單片機即單片微型計算機SCM（Single Chip Microcomputer）。它把構成一臺計算機的主要功能部、器件，如CPU（進行運算、控制）、RAM（數(shù)據(jù)存儲）、ROM（程序存儲）、輸入/輸出設備（例如：串行口、并行輸出口等）、定時/計數(shù)器、中斷

31、系統(tǒng)、等。所以又稱為微控制器MCU（Microcontroller Unit）。相比普通微型控制機器，單片機的體積要小很多，一般都是講單片機嵌入到其他的儀器設備里，實現(xiàn)控制和自動檢測，因此也稱為嵌入式微控制器EMCU（Embedded Microcontroller Unit)3。以AT89S52為中心，用C語言編寫內(nèi)部程序。該主控芯片具有靈巧的8位CPU和在線可編程Flash，芯片內(nèi)部具有時鐘振蕩器，8KB的內(nèi)部程序存儲器，256字節(jié)的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器，可編程I/O口線，8個中斷源，三個16位定時器，三級加密程序存儲器以及全雙工UART串行通道11。 AT89S52芯片的引腳應用：VCC：芯片

32、的電源輸入端，5V電壓。XTAL1：單片機系統(tǒng)時鐘的反相放大器輸入端。XTAL2：系統(tǒng)時鐘的反相放大器輸出端。RESET：AT89S52的重置引腳，高電平動作。 EA/VPP：EA表示存取外部程序代碼之意，低電平動作。 ALE/PROG：ALE是英文Address Latch Enable的縮寫，表示地址鎖存器啟用信號。PSEN：此為Program Store Enable的縮寫，其意為程序儲存啟用。 P00P07：端口0是一個8位寬的開路雙向輸入輸出端口，共有8個位，P00表示位0，P01表示位1，依此類推。P10P17：端口1也是具有內(nèi)部提升電路的雙向I/O端口，其輸出緩沖器可以推動4個L

33、S的TTL負載，同樣地若將端口1的輸出設為高電平，便是由此端口來輸入數(shù)據(jù)。P20P27：端口2是具有內(nèi)部提升電路的雙向I/O端口，每一個引腳可以推動4個LS的TTL負載，若將端口2的輸出設為高電平時，此端口便能當成輸入端口來使用。P30P37：端口3也具有內(nèi)部提升電路的雙向I/O端口，其輸出緩沖器可以推動4個TTL負載，同時還具有額外特殊功能，包括串行通信、外部中斷控制、計時計數(shù)控制及外部數(shù)據(jù)存儲器內(nèi)容的讀取或寫入控制等功能16。其引腳分配如下：P30：RXD，串行通信輸入。P31：TXD，串行通信輸出。P32：INT0，外部中斷0輸入。P33：INT1，外部中斷1輸入。P34：T0，計時計數(shù)

34、器0輸入。P35：T1，計時計數(shù)器1輸入。P36：WR：外部數(shù)據(jù)存儲器的寫入信號。P37：RD，外部數(shù)據(jù)存儲器的讀取信號19。AT89S52引腳圖如圖4.6所示。圖4.6 AT89S52引腳圖4.3 搖搖棒顯示模塊硬件連接上用振動開關產(chǎn)生的電平轉換引發(fā)中斷，傳遞給單片機，再由單片機調(diào)用點陣文件輸出到LED上。通過控制LED的亮與不亮，是燈光一閃一閃的出現(xiàn)，在里用人的視覺暫留原理，用一定的頻率搖動搖搖棒，使人看到的是由LED閃爍的光線所組成的數(shù)字。搖搖棒設計電路圖如圖4.7所示。圖4.7 搖搖棒設計電路圖首先，我們根據(jù)LED點陣屏的顯示原理：點陣屏的顯示分為行、列掃描兩種，列的掃描是將字模數(shù)組通

35、過點陣屏的行驅動進行輸入，然后會對每一行進行掃描，當行為高（低）電平、列為低（高）電平時則表示這個點是所要現(xiàn)實的數(shù)字的一部分?？傮w的順序可以總結為：行不斷的傳送數(shù)據(jù)，傳送已經(jīng)設置好的信息后列對其進行讀取，然后行繼續(xù)進行數(shù)據(jù)的傳送，列再次讀取，這樣循環(huán)下去，數(shù)字就可以用搖搖棒顯示出來了。這次我設計的搖搖棒LED顯示器數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑砼cLED點陣屏相似?？梢园褤u搖棒看成是LED點陣屏中的一列。為了使能清晰的顯示數(shù)字，本次設計使用了16個LED將它們排成一列，搖動整個LED的時候也就是相當于16行1列。數(shù)據(jù)傳輸時我們同樣使用行來傳送數(shù)據(jù)、列來進行掃描。在搖動的過程中，利用人的視覺暫留原理，我們搖動出來

36、的亮的列就不會很快的消失，而是沿著搖動的方向繼續(xù)移動（從左向右），只要移動的速度高于視覺暫留的最短時間顯示內(nèi)容就不會熄滅，這樣，數(shù)字也就可以這樣被搖出來了10。AT89S52單片機作為控制器，在它的P0、P2口接有16只以共陽的方式連接的高亮度LED，由單片機輸出低電平點亮。P0口處接上拉電阻RA1。串在LED公共端的二極管D1會產(chǎn)生一定的壓降，用來保護LED。K1是畫面切換開關，用于切換顯示不同內(nèi)容；S1為振動開關。系統(tǒng)電源VCC為5V，實際使用時用3節(jié)干電池串聯(lián)4.5V即可。16只LED發(fā)光管作為畫面每一列的顯示，左右搖晃起到了掃描的作用，人眼的視覺暫留現(xiàn)象使得看到的是一幅完整的畫面。振動

37、開關的作用：搖搖棒在搖動時，只能向某一方向搖動時才能顯示出來所要看到的數(shù)字，否則會出現(xiàn)鏡像字，于是決定在搖搖棒的最上方接一個振動開關來控制，使搖搖棒從左向右搖動時將所測出來的數(shù)字顯示出來。4.4 軟件設計軟件設計總流程如圖4.8所示。 圖4.8 軟件設計總流程外部中斷流程圖如圖4.9所示。圖4.9 外部中斷流程圖軟件部分包括主函數(shù)程序、中斷服務程序、延時子程序。函數(shù)聲明：void display1(void);void display2(void);void display3(void);void display4(void);n（us）延時子程序：void DelayUs(uint N) u

38、int x; for(x=0; x=N;x+);中斷服務程序：void intersvr0(void) interrupt 0 using 1 KY=KY; /每個搖動來回振動開關會在擺幅兩端分別產(chǎn)生下降沿中斷，只提取其中一次（從左向右搖才顯示） if(KY=0) num+; /計算中斷次數(shù) switch(pic) /選擇畫面 case 0:display1();break; case 1:display2();break; case 2:display3();break; case 3:display4();break; default:display1(); 大連東軟信息學院畢業(yè)設計（論文

39、）第5章系統(tǒng)實現(xiàn)5.1 字模取字實現(xiàn) 利用PCtoLCD2002軟件進行字模的取字。程序中包括各數(shù)字以及“點”的點陣。數(shù)字“1”的點陣是這樣的：0 x00,0 x00,0 x10,0 x20,0 x10,0 x20,0 xF8,0 x3F,0 x00,0 x20,0 x00,0 x20,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00, /1為了直觀，我們把它按PCB布線的方法把上面的點陣排列一下：1234123412341234P000000000010000000P010000000110000000P020000001010000000P030000010010000000P0400000

40、00010000000P050000000010000000P060000000010000000P070000000010000000P200000000010000000P210000000010000000P220000000010000000P230000000010000000P240000000010000000P250000000010000000P260000000010000000P270000111111111000其中1為亮，0為LED滅（為什么1是亮，0是滅）為了方便看清楚哪些是亮的，把“0”去掉：P001P0111P0211P0311P041P051P061P071P

41、201P211P221P231P241P251P261P27111111111首先點擊PCTolCD2002中的選項，如圖5.1所示。圖5.1 PCTolCD2002中選項然后對其中的選項進行設置，如圖5.2所示。圖5.2 選項內(nèi)部設置字體設置為Times New Roman，然后輸入數(shù)字“1”，點擊生成字模，如圖5.3所示。圖5.3 生成字模之后會得到如下的字模：1(0)0 x00,0 x00,0 x10,0 x10,0 x10,0 x10,0 xF8,0 x1F,0 xF8,0 x1F,0 x00,0 x10,0 x00,0 x10,0 x00,0 x00,/*1,0*/* (8 X 16

42、 , Times New Roman ) */125.2整體的系統(tǒng)流程基于單片機的超聲波測距搖動顯示器系統(tǒng)的主要控制單元在主控芯片AT89S52單片機上面，硬件控制方面是靠開關控制。接通電源之后，指示燈亮起，驅動超聲波模塊發(fā)射，頻率為40KHz的信號方波沿固定方向傳播，此時開始計時，當信號反射回來之后，傳輸?shù)綋u搖棒上面，單片機控制接受到的信號，處理后控制LED燈的亮、滅，經(jīng)過從左向右的方向搖動搖搖棒，利用人的視覺空間暫留原理讓人們能看到測距模塊測出來的距離。5.3關鍵疑難問題解決在整個系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)的過程當中，硬件和軟件都遇到了一些問題。包括電路的設計，電路的連接，器件的選擇，以及代碼程序的

43、編寫。5.3.1 電路設計在電路圖的初步設計階段對于電路設計軟件的應用是一個難點。比如，如何連線，如何使電路簡單又美觀等都是初級階段所遇到的問題。開始在電路搭建的過程中不了解單片機的接口應該如何與測距模塊的連接，經(jīng)過學習，熟悉了解之后成功連接。電源的連接也在整個過程中有很大的麻煩，起初的時候是直接連接了兩根正負極的線，把線接在5V的電源上面，由于線路不夠穩(wěn)定操作的過程中會講電源的連接線弄斷，于是決定講電源固定在搖搖棒上面。搖搖棒和測距模塊采用四根線進行連接，對應如下：搖搖棒引腳(單片機左面的四針插針) 超聲波引腳 VCCVCC GNDGND TXTrig RXEcho實物連接圖如圖5.4所示。

44、圖5.4 實物連接圖5.3.2電路連接在焊接電路的時候，完成了整個焊接過程以后，通上電源，系統(tǒng)沒有反應，經(jīng)過后來的檢查發(fā)現(xiàn)是焊接的時候有幾個焊點沒有焊好是斷開的狀態(tài)。實物圖如圖5.4所示。圖5.5 實物圖5.3.3 器件的選擇對于器件的選擇要弄清楚整個電路的電壓和電流大小，否則即使知道器件的型號也很難找到合適的器件，在設計階段盡量選擇常用的器件，以便購買和替換。另外，如果用到芯片，芯片的自身型號最好和器件相符，比如超聲波專用芯片LM423。超聲波模塊HC-SR04超聲波集成模塊。為了能清楚的看清搖搖棒上面所顯示的數(shù)據(jù)，選擇了紅色的LED。5.3.4 代碼程序的編寫代碼程序的編寫是一個繁瑣的過程

45、，需要不斷地進行查錯和改正，在編寫的過程中要嚴格按照C語言規(guī)范要求編寫2，否則之后查錯的時候會帶來不必要的麻煩，無論對于軟件編寫還是硬件電路的搭建都要盡量保證寫一段對一段保存一段，而且對于一個模塊的編寫要盡量一氣呵成。編寫過程中所遇到的格式規(guī)范和編寫流程要對照課本范例。相同模塊可以多次調(diào)用。由于取字模的時候搖搖棒顯示的字體與實際編寫時候有出入，可以考慮直接編寫所要顯示的數(shù)字的字體或者是形狀。大連東軟信息學院畢業(yè)設計（論文）第6章系統(tǒng)測試6.1 硬件調(diào)試6.1.1 基本電路板檢查根據(jù)前面的研究完成各個電路模塊的原理設計并生成PCB圖，制作電路板，進行實驗調(diào)試。檢查印制板的印制線是否有斷路，是否有

46、毛刺，是否與其它線或是焊盤粘連，焊盤是否有脫落，過孔是否有未金屬化現(xiàn)象等等。首先要用萬用表檢查個人認為有些不太確定的連接或是接點，檢查它們的狀態(tài)是否與設計規(guī)定相符。再檢查其他的電源線與接地線之間是否存在短路的現(xiàn)象，如過有再仔細檢查然后去排除掉。短路的現(xiàn)象一定要在器件安裝和通電之前檢查出來7。接通電源后，用手摸一下芯片是否發(fā)熱，如果發(fā)熱，立即關掉電源，稍后再進行再次檢測。如果沒有發(fā)熱，再測試芯片的VCC端電壓是否達到設計要求，接地端是否都接地8。6.1.2主控模塊調(diào)試在本次設計中，主控模塊是非常重要的部分，它不僅是本次設計的核心。在本次硬件調(diào)試中也遇到了問題，接上電源的時候，搖搖棒不亮，沒有任何

47、顯示，于是做了如下工作：檢查電源是否通電，發(fā)現(xiàn)指示燈亮。切斷一些與電源連接的電路。檢查電源插座的連接情況，更換電源插座。6.2 軟件調(diào)試當硬件制作完成后，軟件制作也是不可輕視的部分，通過本次畢業(yè)設計，總結經(jīng)驗如下：先進行人工檢查。寫好程序后，不要立刻燒入單片機，先對紙面上的程序進行人工檢查。由于采用C語言編程，所以要特別小心地檢查語法錯誤，如括號不配對，漏寫分號等，通過仔細的檢查，發(fā)現(xiàn)并排除這些錯誤。人工檢查無誤后，上機調(diào)試。在編譯時給出的語法錯誤的信息，根據(jù)提示的信息具體找出程序中錯誤之處并改之，從上至下逐一改正。一定要注意：有寫時候機器提示出的錯誤行并不是真正出錯的行，如果在機器提示出錯的

48、行上根本找不到錯誤的話，則應該到上行去找。當確認程序無語法錯誤和邏輯錯誤時，通過直接下載到單片機來調(diào)試。采用的是自下到上的調(diào)試方法，即單獨調(diào)好每一個模塊，然后再連接成一個完整的系統(tǒng)調(diào)試。程序燒入單片機后，觀察各個部件的工作是否正常，功能是否實現(xiàn)。如不能正常工作，則繼續(xù)檢查程序中的相應模塊，必要時從上到下重新檢查程序。6.3 誤差分析本系統(tǒng)在設計和數(shù)據(jù)的計算過程中無可避免地會產(chǎn)生一定的誤差，以下對可能產(chǎn)生誤差的原因進行分析：（1）環(huán)境的溫度所引起的誤差環(huán)境溫度的影響是本設計在不同的溫度條件下測量數(shù)據(jù)存在誤差的主要原因，根據(jù)有關資料，在當溫差較大時，前后兩次測距的誤差肯定前后相差也比較大。而本設計

49、中并沒有溫度補償模塊，主要是本設計作為測量與物體之間的距離要求不是很高，所以本設計并沒有采用溫度補償模塊進行設計13。（2）不同障礙物表面材料的不同介質引起的誤差因為表面粗糙的障礙物介質要比光滑介質的測量結果要差，如果障礙物的反射面比較粗糙則會引起發(fā)射信號散射開那么回波信號就會減弱，這樣就會導致測量結果的誤差增大。（3）超聲波模塊的感應角的影響兩個超聲波探頭即發(fā)射探頭和接收探頭和障礙物之間存在一個幾何角度，反射波入射到探頭存在一定的角度，當這個角度過大時，這就會造成測量較大的誤差，或者說根本接收不到回波信號。特別是在障礙物的距離較小的時候這個誤差就成為了距離測量的主要誤差的原因，但是這種誤差是

50、可以盡量減小的，利用發(fā)射能力強、散射小的探頭，或者多用幾個探頭。（4）余波信號的影響在測量時有一部分的聲波是從發(fā)射探頭直接轉收到接收探頭的，這部分聲波即是余波信號，這種余波對測量的干擾是挺大的。但是這種干擾能夠通過別的方法進行處理，比如軟件算法的方法去消除直達波的干擾19。當芯片收到信號波時自動判定收到的超聲波信號是發(fā)射的聲波衍射而返回來的信號時就會自動忽略掉，繼續(xù)去等待檢測在這個工作周期內(nèi)是否有效反射波反射回來，如果有就進行處理，沒有就進行新的一次測量。大連東軟信息學院畢業(yè)設計（論文）第7章結論超聲波測距系統(tǒng)在上個世紀70年代已經(jīng)實用化，從70年代末期開始廣泛應用于生產(chǎn)領域。由于超聲波的能量

51、消耗的比較慢、指向性很強，在介質中可傳播的距離較遠，因此人們經(jīng)常將超聲波用于測量物體之間的距離，如測距儀和物體測量儀等都可以通過超聲波來實現(xiàn)。利用超聲波側距離十分方便、迅速、計算簡單、易于做到實時控制，并且在測量精度方面比一般的測距方法要高。在本次設計方案的選擇上，力求實用性強，性價比高，使用簡單。在設計過程中，加深和鞏固了單片機技術方面的知識，也豐富了自己在此領域的視野。做出了實物。本次設計的最終結果是超聲波測距系統(tǒng)實現(xiàn)了超聲波的發(fā)送與接收，并利用超聲波測量系統(tǒng)與障礙物之間的距離。最后實現(xiàn)了以搖搖棒LED搖動顯示的形式顯示測量距離結果。經(jīng)實驗證明，這套系統(tǒng)軟硬件設計合理、抗干擾能力強、實時性

52、良好，而且可以滿足人們的娛樂性。經(jīng)過系統(tǒng)擴展和升級，可以有效應用在生活領域。單片機設計的測距儀是很容易操作的，讀數(shù)直觀。經(jīng)實驗測試證明，這一類測距儀的工作方式十分穩(wěn)定，能滿足一般的近距離測距，而且成本很低、有良好的性價比。通過本次設計我對芯片更加加深了了解，知道原理后再了解芯片的引腳就很好使用，在制作電路的過程中，對原理圖的設計、原理圖常用功能、元件庫的編輯等，進行了更加深入的認識。通過焊接和調(diào)試，使我的動手能力也有很大的提高。通過對設計任務的分析理解、元器件的選用及其性能分析、超聲波測距儀的原理及設計圖進行定稿、各單元電路的分析與測試，在電路板上安裝元件并焊接元件，最后對實物進行調(diào)試，直到達

53、到預設的效果。在設計的過程中，遇到了很多的各種問題，這不失是一種好的現(xiàn)象，因為在設計時出現(xiàn)的問題越多，最后的成功率就越大。常說在問題中進步，在失敗中成長，亦是如此。經(jīng)過這次的畢業(yè)設計，讓書本上的理論知識能夠真正地融合到實踐中去。實踐的過程讓我更好的理解了書本上的知識，也彌補了在書本上沒有而存在的知識。對我以后的工作以及人生道路作了一個很好的鋪墊。同時我也更加的理解了“實踐出真知”這句話。參考文獻1 張毅剛 單片機原理及接口技術M，人民郵電出版社，20112 張福祥 C語言程序設計M，遼寧大學出版社，20063 邵敏權，劉剛. 單片機原理實驗及應用M，吉林科學技術出版社，19954 祁偉，楊亭.

54、 單片機程序設計教程與實驗M，北京航空航天大學出版社，20065 王慶力，劉奎. 單片機設計標準教程M，北京郵電大學出版社，20086 牛永奎，冷芳. 傳感器及應用M，清華大學出版社，20077 李廣弟 單片機基礎M， HYPERLINK /search?word=%E5%8C%97%E4%BA%AC%E8%88%AA%E7%A9%BA&fr=qb_search_exp&ie=utf8 t _blank 北京航空航天出版社，20018 李平單片機入門與開發(fā)M， HYPERLINK /search?word=%E6%9C%BA%E6%A2%B0%E5%B7%A5%E4%B8%9A%E5%87%B

55、A%E7%89%88%E7%A4%BE&fr=qb_search_exp&ie=utf8 t _blank 機械工業(yè)出版社，20089 何宏. 單片機原理與接口技術M，北京國防工業(yè)出版社，200610 徐瑋 多功能數(shù)碼搖搖棒制作J，電子制作，2010，(10)：35-3811 杜芃 超聲波測距儀的設計J，才智，2012，(3)：3412 黃海宏，王海欣 液晶顯示漢字的字模提取新方法J，液晶與顯示，2005，20(4)：346-34913 朱士虎，何培忠，王立巍等基于AT89S52超聲波測距儀設計J，儀表技術，2009，(6)：22-2414溫長英，張金明關于前向通道的超聲波測距儀設計J，活力，

56、2010，(8)：17315 金仁貴單片機應用系統(tǒng)的開發(fā)方法J，電腦知識與技術（學術交流），2006，(12)：102-10316 杜新珂超聲波測距在智能導盲系統(tǒng)中的應用D，南京理工大學，201217 王泉基于藍牙技術的多機器人通信和控制系統(tǒng)的研究D，武漢理工大學，200518 Keil Software. The Final World On the 8051M， Germany： Keil Electronic Gmbh and Keil software，197719 Vizimuller.RFdesignguide-systems,circuits,andequationsM，Bost

57、on：ArtechHouse，199520 Wang Ruoxu. HYPERLINK /Detail/SPIETEMP_U/SPIE120813116072 t _blank A monolithic 16-bit A/D converterM，ASIC，1996， 2nd International Conference on，1996致 謝光陰荏苒，大學學習即將結束，四年的學習生活使我受益匪淺。經(jīng)歷大半年時間的學習，我的畢業(yè)論文終于完稿，回首這大半年來收集、整理、討論、思考、修改直到最終完成的過程，我得到了許多人的幫助和關懷，現(xiàn)在要向他們表達我最誠摯的謝意。回顧大學四年的生活，在這座充滿

58、學術氛圍的校園了，這四年的成長是老師們辛勤努力的成果，也是這四年來專業(yè)課老師的細心教導，不僅讓我們在即將邁入社會，走向職場之前具備了一定的競爭力。同時也讓我們個人素養(yǎng)和個人能力得到了充分的鍛煉。在畢業(yè)設計的研究工作中，不斷的學習單片機的相關知識，并且針對C的相關知識進行學習，利用之前做過的相關課程項目進行討論和研究。在這個期間，我體會到單片機帶給我的樂趣，在研究中遇到了各種各樣的問題，從最初的不了解到逐漸攻克難題的過程中讓我得到了鍛煉，鍛煉了通過自學解決問題的能力。在今后的職業(yè)生涯中對我也至關重要。針對我課題的測距問題，很感謝學校圖書館提供的大量的書籍為我提供畢業(yè)設計的理論基礎。在寫論文的過程

59、中遇到了愈多的困難和障礙，都在同學和老師等人的幫助下克服了這些困難。我首先要強烈感謝一直指導我完成論文的宗楊老師，感謝老師親切的關懷和細心的指導。他嚴肅的科學態(tài)度和精益求精的工作作風，深刻的感染和激勵著我。我做畢業(yè)設計的各個階段，從最開始的選題，后續(xù)的查閱資料，論文提綱的擬定，中期對論文進行的修改，后期對論文格式進行調(diào)整等各個環(huán)節(jié)中都給了我很多的指導。老師不僅在學習上給我了悉心的指導，同時還在生活、思想上給我了很多的幫助，在此謹向宗楊老師致以崇高的敬意和誠摯的謝意。在此我還要感謝我們電子工程系的所有老師。作為電子工程系的學生，我始終沒有忘記老師們對我的栽培。另外在圖書館查閱資料時，圖書館的老師

60、也給了我很大的幫助，在此向老師們致以衷心的感謝。同時也要感謝一直在我身邊的同學們，我親愛的室友們，在論文編寫的過程中始終有你們幫助我，鼓勵我，一起在圖書館寫了那么長時間。是他們幫助我成功的安裝了軟件，熟悉了電路，選擇合適的器件，跑了無數(shù)次的電子城去購買器件材料，這樣才使得硬件電路焊接成功。最后，感謝東軟四年來對我的培養(yǎng)，東軟濃厚的學術氛圍，舒適的學習環(huán)境我將終生難忘！不僅讓我學到了知識，認識了朋友，還讓我學會了做人，祝愿老師們工作順利，同學們一路順風。祝愿大連東軟信息學院蒸蒸日上，永創(chuàng)輝煌！附 錄代碼：#include #include #define uchar unsigned char#