北郵基于單片機(jī)的超聲波測(cè)距附源代碼

2013年小學(xué)期單片機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告題目：基于單片機(jī)的超聲波測(cè)距班級(jí)：班內(nèi)序號(hào)：實(shí)驗(yàn)組號(hào)：學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：實(shí)驗(yàn)摘要本次實(shí)驗(yàn)我們制作的超聲波測(cè)距儀主要實(shí)現(xiàn)的功能是非接觸式測(cè)距，應(yīng)用于測(cè)量環(huán)境處于黑暗、有灰塵，煙霧，有毒的情況下的距離測(cè)量，利用超聲波的直線傳播性，較低速性，便于發(fā)射和接收，有較高的分辨率和精準(zhǔn)度。 整個(gè)系統(tǒng)中，微控制器采用了Microchip公司的PIC16F877，軟件設(shè)計(jì)中涉與Rc1、RB4用作超聲波發(fā)射和接收管腳和LCD1602液晶顯示屏用作顯示測(cè)量結(jié)果。本實(shí)驗(yàn)用單片機(jī)RB4管腳產(chǎn)生高電平使發(fā)射電路使能發(fā)射超聲波，并開(kāi)始計(jì)時(shí)，當(dāng)接收電路接收到超聲波后，電平由高變低，送入到單片機(jī)Rc1管腳，發(fā)送中斷請(qǐng)求，停止計(jì)時(shí)，計(jì)算出超聲波傳播距離，實(shí)現(xiàn)測(cè)距。其中發(fā)射電路由NE555電路40KHz超聲波發(fā)生模塊和由CD4069反相器構(gòu)成的信號(hào)推挽放大模塊組成，接收電路由CX20106模塊組成。 概括來(lái)說(shuō)，本實(shí)驗(yàn)就是用單片機(jī)通過(guò)記錄超聲波發(fā)射接收時(shí)間，并以此計(jì)算出距離。Abstract Inthisexperimentweproduceultrasonicrangefinderfunctionsofthemainnon-contactdistance,usedinthemeasurementenvironmentisdark,dust,smoke,toxiccaseofdistancemeasurement,usinganultrasonicwavetransmissionlineresistance,lowspeed,easeoftransmittingandreceiving,ahigherresolutionandaccuracy.Throughoutthesystem,themicrocontrollerusesMicrochip'sPIC16F877,softwaredesigninvolvesRc1,RB4fortransmittingandreceivingultrasonicLCD1602LCDmonitorasapinanddisplaythemeasurementresults.TheexperimentalchipproduceshighRB4pinenablestheemissionofultrasonictransmittercircuitandstartthetimer,whenthereceivingcircuitreceivestheultrasonicwaves,thelevelfromhightolow,Rc1fedtothemicrocontrollerpininterruptrequestissent,stoptime,calculatedfromtheultrasonicwavepropagation,toachieveranging.

Whereinthetransmissioncircuitfrom40KHzultrasonicNE555circuitCD4069invertermoduleandconstitutedbyapush-pullsignalamplificationmodule,thereceivingcircuitbytheCX20106modules.Insummary,thepresentstudyistousethemicrocontrollerthroughtherecordingultrasonictransmittingandreceivingtime,andthuscalculatethedistance.關(guān)鍵字單片機(jī)——microcontroller芯片——CMOSchip 超神波——Ultrasonicwave計(jì)時(shí)計(jì)算——Timingandcalculation實(shí)驗(yàn)論證與比較1.超聲波發(fā)射模塊 超聲波測(cè)距的發(fā)射電路作用是有效發(fā)生較強(qiáng)的超聲波尋向被測(cè)物，以供接收電路接收，其由NE555電路40KHz超聲波發(fā)生模塊和由CD4069反相器構(gòu)成的信號(hào)推挽放大模塊組成。如圖1所示：圖11.1其中控制電路和震蕩電路由555基本電路組成，這基本電路能通過(guò)改變電阻和電容的值可以改變頻率和占空比。如圖2圖2555多諧振蕩電路的脈沖寬度TL由電容C的放電時(shí)間來(lái)決定：

TL≈0.7R2C

TH由電容C的充電時(shí)間來(lái)決定：

TH≈0.7（R1+R2）C

輸出振蕩信號(hào)的周期為：

T=TL+TH

頻率為：

輸出脈沖占空比為：若調(diào)整可調(diào)電阻VR1，可改變輸出矩形波的頻率和占空比。

當(dāng)調(diào)整VR1使得輸出為40kHz時(shí)，由于（VR1+R4）>>R3，輸出波形占空比約為50%，為近似理想對(duì)稱(chēng)方波。

555的強(qiáng)制復(fù)位端4腳由另一個(gè)555低頻振蕩器的輸出取反后控制。若調(diào)整可調(diào)電阻VR1，可改變輸出矩形波的頻率和占空比。

當(dāng)調(diào)整VR1使得輸出為40kHz時(shí)，由于（VR1+R4）>>R3，輸出波形占空比約為50%，為近似理想對(duì)稱(chēng)方波。

555的強(qiáng)制復(fù)位端4腳由另一個(gè)555低頻振蕩器的輸出取反后控制。1.2本電路采用CMOS六反相器CD4069構(gòu)成驅(qū)動(dòng)電路，為了增大驅(qū)動(dòng)電流，可以采用CD4069中兩個(gè)甚至三個(gè)方向器并聯(lián)的方式實(shí)現(xiàn)。此電路結(jié)構(gòu)稱(chēng)為橋式驅(qū)動(dòng)方式，由于超聲波傳感器具有高阻特性，其正常工作時(shí)需要一定的驅(qū)動(dòng)電流，而每個(gè)反相器的輸出電流（負(fù)載能力）是一定的。兩個(gè)并聯(lián)，輸出電流加倍，驅(qū)動(dòng)能力提高此電路結(jié)構(gòu)稱(chēng)為橋式驅(qū)動(dòng)方式，由于超聲波傳感器具有高阻特性，其正常工作時(shí)需要一定的驅(qū)動(dòng)電流，而每個(gè)反相器的輸出電流（負(fù)載能力）是一定的。兩個(gè)并聯(lián)，輸出電流加倍，驅(qū)動(dòng)能力提高圖3超聲波接收模塊接收模塊是通過(guò)cx20106a芯片和相應(yīng)的的接收電路實(shí)現(xiàn)的。其電路如圖4圖4Cx20106a的各管腳功能如下圖圖6以上資料摘自cx20106a的使用資料。在以上網(wǎng)上提供的電路參數(shù)基礎(chǔ)上，我們通過(guò)使用示波器調(diào)整R的阻值，使其接收的中心頻率為40KHz左右二.系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)系統(tǒng)模塊總體框圖如下：發(fā)射電路發(fā)射電路接收電路單片機(jī)系統(tǒng)液晶顯示障礙物障礙物整個(gè)系統(tǒng)開(kāi)始工作后，發(fā)射電路向障礙物發(fā)射1ms的超聲波，間歇64ms后再發(fā)射一次，如此循環(huán)發(fā)射電磁波。而接受電路一旦接收到障礙物反射回來(lái)的超聲波，輸出管腳7電位由高變低，單片機(jī)跳入中斷，根據(jù)所計(jì)時(shí)計(jì)算出距離，并在顯示屏上顯示。軟件設(shè)計(jì)框圖如下：NN若接收到超聲波，計(jì)時(shí)停止，寄存器將TMR0的值儲(chǔ)存RB4賦值為1，開(kāi)始發(fā)射超聲波，tmr0開(kāi)始計(jì)時(shí)Y是否按下總開(kāi)關(guān)？ 若接收到超聲波，計(jì)時(shí)停止，寄存器將TMR0的值儲(chǔ)存RB4賦值為1，開(kāi)始發(fā)射超聲波，tmr0開(kāi)始計(jì)時(shí)Y是否按下總開(kāi)關(guān)？數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)乘法器和編碼轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成8421BCD碼送顯數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)乘法器和編碼轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成8421BCD碼送顯三.硬件連接=1\*GB1⒈發(fā)射接收模塊連接整個(gè)發(fā)射接收電路在面包板上撘出，各個(gè)元器件的值起初都用電路圖所示的值。然后進(jìn)行調(diào)試，根據(jù)發(fā)射電路原理，利用示波器，調(diào)試R1和R2的值，使發(fā)射的超聲波頻率為40khz，占空比為50%。根據(jù)接收電路，利用信號(hào)發(fā)生器發(fā)射40khz信號(hào)，調(diào)測(cè)接收電路輸出端由高電位變成地點(diǎn)位。然后進(jìn)行整體調(diào)試，與發(fā)射電路發(fā)射超聲波，接收電路接收，并輸出低電平。=2\*GB1⒉發(fā)射接收模塊和單片機(jī)連接 本實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用單片機(jī)RB4管腳產(chǎn)生高電平使發(fā)射電路使能發(fā)射超聲波，并開(kāi)始計(jì)時(shí)，當(dāng)接收電路接收到超聲波后，電平由高變低，送入到單片機(jī)Rc1管腳，發(fā)送中斷請(qǐng)求，停止計(jì)時(shí)，計(jì)算出超聲波傳播距離，實(shí)現(xiàn)測(cè)距。整個(gè)系統(tǒng)連接模塊如下：?jiǎn)纹瑱C(jī)PIC16F877單片機(jī)PIC16F877發(fā)射模塊 RB4 液晶顯示發(fā)射模塊液晶顯示接收模塊 RC1接收模塊四.調(diào)試過(guò)程這部分是由搭檔林負(fù)責(zé)，摘自他報(bào)告。⒈開(kāi)始軟仿真時(shí)RB0總是無(wú)法清0在剛開(kāi)始做軟仿真時(shí)，出現(xiàn)了RB0無(wú)論用任何語(yǔ)句，在WATCHWINDOW下觀察均無(wú)法使之清0的麻煩，后經(jīng)過(guò)詢(xún)問(wèn)老師問(wèn)題得到解決，原來(lái)是在設(shè)置為輸入管腳的前提下，外部語(yǔ)句是無(wú)法對(duì)寄存器值進(jìn)行修改的。2.單片機(jī)始終無(wú)法下載在開(kāi)始階段用單片機(jī)仿真時(shí)，總是出現(xiàn)OPERATIONPROBLEM相關(guān)的字樣，導(dǎo)致下載不成功。更有一次單片機(jī)不停發(fā)熱，最終導(dǎo)致單片機(jī)損壞。后來(lái)發(fā)現(xiàn)是單片機(jī)與插槽接觸不良，經(jīng)過(guò)不斷斷電調(diào)整問(wèn)題得到解決。3.軟仿真沒(méi)問(wèn)題，但硬仿真總是莫名其妙的跳到中斷這個(gè)問(wèn)題困擾了我整整一上午，這個(gè)問(wèn)題很難被察覺(jué)，因?yàn)樵谲浄抡嫔蠜](méi)有出現(xiàn)任何邏輯錯(cuò)誤，但在硬仿真時(shí)卻連總開(kāi)關(guān)的作用都沒(méi)起到就跳到了中斷。后來(lái)經(jīng)過(guò)反復(fù)排查，發(fā)現(xiàn)是單片機(jī)的RB6和RB5兩腳損壞，電平不穩(wěn)導(dǎo)致單片機(jī)跳到RB中斷，經(jīng)過(guò)更換單片機(jī)問(wèn)題得到解決。4.在跳出中斷是總是馬上又回到中斷在軟仿真時(shí)，出現(xiàn)了永遠(yuǎn)在中斷中循環(huán)，無(wú)法進(jìn)行后面語(yǔ)句的問(wèn)題。后來(lái)經(jīng)過(guò)排查反思，發(fā)現(xiàn)是中斷標(biāo)志位一直賦值為1，經(jīng)過(guò)軟件清0，問(wèn)題得到解決。5.在送往顯示器時(shí)遇到了一定困擾因?yàn)橛?jì)算出的數(shù)字在寄存器內(nèi)是以2進(jìn)制數(shù)的形式表示的，而在液晶屏的代碼中僅與相應(yīng)數(shù)字的十進(jìn)制有關(guān)，這對(duì)送顯造成了極大的困擾。后來(lái)經(jīng)過(guò)查閱資料，想到了先把二進(jìn)制碼轉(zhuǎn)化為8421BCD碼然后通過(guò)篩選前后四位來(lái)分別送顯，問(wèn)題得以解決。五.參考文獻(xiàn)：PIC單片機(jī)實(shí)用教程——基礎(chǔ)篇北京航空航天大學(xué)出版社使用說(shuō)明：的確是一本不可或缺的教材，本書(shū)列舉了很多實(shí)用的具有實(shí)戰(zhàn)意義的例子，單片機(jī)入門(mén)就是通過(guò)把這本書(shū)里的好例子一字一行敲進(jìn)電腦去來(lái)實(shí)現(xiàn)的。PIC單片機(jī)實(shí)用教程——提高篇李學(xué)海北京航空航天大學(xué)出版社使用說(shuō)明：繼承了前面基礎(chǔ)篇的風(fēng)格，例子也具有實(shí)戰(zhàn)意義，主要講RA、TMR2的使用和CCP模塊的PWM脈寬調(diào)制功能。六.實(shí)驗(yàn)心得體會(huì) 整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程歷時(shí)15天左右，剛剛開(kāi)始的時(shí)候，對(duì)單片機(jī)沒(méi)什么概念，不得頭緒，無(wú)從下手。聽(tīng)學(xué)長(zhǎng)學(xué)姐們介紹說(shuō)，單片機(jī)實(shí)驗(yàn)其實(shí)很有趣，也比較“熱血”，想想自己能親手做出一個(gè)能實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單功能的小應(yīng)用產(chǎn)品，對(duì)于我們以前只是從課本中得來(lái)而不常動(dòng)手實(shí)踐的來(lái)說(shuō)，絕對(duì)是一件增長(zhǎng)知識(shí)，鍛煉能力的事。后經(jīng)過(guò)老師們對(duì)實(shí)驗(yàn)的簡(jiǎn)單介紹，我們有了一個(gè)初步了解，也表現(xiàn)的信心滿(mǎn)滿(mǎn)。在確定要做的實(shí)驗(yàn)題目時(shí)，我和我的搭檔有些分歧，我堅(jiān)持做這個(gè)超聲波測(cè)距，而林小斐覺(jué)得做電子琴或音樂(lè)發(fā)生器什么的比較簡(jiǎn)單，容易完成，而超聲波測(cè)距容易受外界干擾，不易出結(jié)果。于是我和他交流，說(shuō)簡(jiǎn)單的人人都愿意做，就沒(méi)有什么挑戰(zhàn)性，并且對(duì)于這個(gè)小學(xué)期，我對(duì)自己還是很有期望的，希望能做的比較好，不能應(yīng)付了事。最后我們達(dá)成一致意見(jiàn)，決定做這個(gè)實(shí)驗(yàn)。我主要負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)中硬件的部分，設(shè)計(jì)電路，搭電路，調(diào)試電路，焊電路。等等一體手工工作由我負(fù)責(zé)，而林小斐負(fù)責(zé)程序部分，前期我們雙管齊下，很快就把電路和程序都給弄出來(lái)了，到了調(diào)試的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)接收電路出現(xiàn)一個(gè)問(wèn)題，就是通過(guò)信號(hào)發(fā)生器發(fā)生的信號(hào)加在接收電路中有正?，F(xiàn)象出現(xiàn)，即能輸出方波，然而整機(jī)調(diào)試時(shí)就是接收不到超聲波信號(hào)，經(jīng)過(guò)多次嘗試，多次更換元器件，仍然沒(méi)有效果。在這個(gè)問(wèn)題上我們停滯了兩天，由于時(shí)間的原因，我們與時(shí)改變方案，轉(zhuǎn)換了思路，采用cx20106a芯片作為接收電路。雖然，我們沒(méi)有找出先前的接收電路有什么問(wèn)題，但我們嘗試了在有問(wèn)題時(shí)另辟蹊徑，與時(shí)找到替代方案。我們體會(huì)到在解決問(wèn)題是要多方面考慮多角度入手，只要能符合工程要求就可以，具體什么途徑都是可行的，不能拘泥一條路，要綜合考慮時(shí)效性，工作量，選擇最佳途徑。到后期，實(shí)驗(yàn)進(jìn)程就比較順利了。焊電路，幾乎是一次就成功了，加上單片機(jī)調(diào)試時(shí)，也更是一次就成功了，雖然結(jié)果，所測(cè)距離不太盡人意。但是還是很讓我們鼓舞，我們從這里深深體會(huì)到，合作分工，每個(gè)人都要認(rèn)真負(fù)責(zé)，專(zhuān)注做好自己的那部分，這樣才能馬到成功，如果兩個(gè)人都很敷衍，出現(xiàn)問(wèn)題互相指責(zé)對(duì)方，那一定得不到結(jié)果的。還有就是遇到問(wèn)題要冷靜，要讓問(wèn)題成竹于胸，如果出現(xiàn)問(wèn)題都不知道如何入手，那就說(shuō)明前面的工作都是不靠譜的，不值得信賴(lài)的，因?yàn)槟銐焊恢雷约涸谧鲆恍┦裁?。在這個(gè)兩個(gè)禮拜里，兩位老師也辛苦了，對(duì)待學(xué)生非常和藹，非常耐心。有時(shí)候連我們自己拿著問(wèn)題去問(wèn)老師時(shí)，自己都要覺(jué)得老師應(yīng)該要被我們問(wèn)毛了，可誰(shuí)知老師們態(tài)度非常好，非常耐心的給我們解決問(wèn)題，而且兩位老師在教學(xué)上非常專(zhuān)業(yè)，所以一直很欽佩兩位老師。我想對(duì)你們說(shuō)一句，你們辛苦了，謝謝老師。驗(yàn)收時(shí)，由于操作不當(dāng)，在我手上壞了一個(gè)顯示屏，一個(gè)單片機(jī)。真是不應(yīng)該，細(xì)心點(diǎn)也就不會(huì)了，不過(guò)我還在心里調(diào)侃自己，小學(xué)期嘛，不壞幾個(gè)東西，也學(xué)不到什么東西，呵呵。不過(guò)還是要吸取教訓(xùn)，下次實(shí)踐時(shí)，注意些，多留點(diǎn)心?？偟膩?lái)講，小學(xué)期還是學(xué)到了很多的，不僅僅是單片機(jī)的簡(jiǎn)單應(yīng)用。還學(xué)會(huì)了如何合作，如何找到問(wèn)題，解決問(wèn)題。還親自自己動(dòng)手焊了一塊像樣的板子，自己感覺(jué)還是不錯(cuò)的。小學(xué)期，受益匪淺吶！附匯編語(yǔ)言源代碼N EQU 20H ;defineNM EQU 21H ;define MCOUNT EQU 22H ;define COUNTtmr0 EQU 01Hoption_regEQU 81Hintcon EQU 0BHmulcndequ30h;8bitmultiplicandmulplrequ31h;8bitmultiplierH_byteequ32h;Highbyteofthe16bitresultL_byteequ33h;Lowbyteofthe16bitresultstepcounterequ34h;loopcounterporta EQU 05htrisa EQU 85hportb EQU 06htrisb EQU 86hportc EQU 07htrisc EQU 87hstatus EQU 03hrp0 EQU 5flag EQU 23HCNT EQU 43HTEMP2 EQU 44HTEMP3 EQU 45HINDF EQU 00HFSR EQU 04HTEMP1 EQU 46HR2 EQU 47HRLT EQU 40HSOUH EQU 41HSOU EQU 42Hshowport1 EQU 50Hshowport2 EQU 51Hshowport3 EQU 52Hshowport4 EQU 53Hshowport5 EQU 54Hshowport6 EQU 55Hporte equ 09h trise equ89hportd equ08htrisd equ88hadcon1 equ9fhcount1 equ60hcount4 equ61h;**********************fuwei***************************** org 000h nop goto main;************************zhongduan******************** org 004h btfss intcon,0 retfie bcf intcon,0 movf tmr0,0 movwf COUNT goto calculate retfie ;**********************zhuchengxu************************org 0010hmain bsf status,rp0 ;ti1 movlw 000h movwf trisb bcf status,rp0 ;ti0 movlw 000h movwf portb bsf status,rp0 ;ti1 movlw 007h movwf option_reg movlw 0FFh movwf trisb movlw 0 movwf trisc movlw 0 movwf trisd movlw 0 movwf trise bcf status,rp0 ;ti0 bcf intcon,5 bcf intcon,0 bcf intcon,4 bsf intcon,3 bcf intcon,6 movlw000h movwf portc callinitnopcheck btfsc portb,0 ;ifrb0=0,stepover goto check CLRF COUNT movlw 000h movwf tmr0 bcf intcon,0 bcf intcon,0 bsf intcon,7 bsf portc,1 a goto acalculate movf COUNT,0 movwf mulcnd movlw d'43' movwf mulplr callmpy_S;*********************chengfa****************************mpy_SclrfH_byteclrfL_bytemovlw8movwfstepcountermovfmulcnd,0bcfstatus,0;ClearthecarrybitinthestatusReg.looprrfmulplrbtfscstatus,0addwfH_byte,1rrfH_byte,1rrfL_byte,1decfszstepcountergotoloopgoto bianhuanretlw0;***************************bianhuan***********************************bianhuan movf H_byte,0 movwf SOUH movf L_byte,0 movwf SOUDBTBCDMOVFSOU,0MOVWFTEMP2MOVFSOUH,0MOVWFTEMP3CLRFSOUCLRFSOUHCLRFRLTBCFstatus,0MOVLW.16MOVWFCNTLOOPC1RLFTEMP2,1RLFTEMP3,1RLFSOU,1RLFSOUH,1RLFRLT,1DECFSZCNT,1GOTOADJDEC1 nopGOTOgetshowport;整個(gè)子程序結(jié)束ADJDEC1MOVLWSOUMOVWFFSRCALLADJBCD1;調(diào)整RLTMOVLWSOUHMOVWFFSRCALLADJBCD1;調(diào)整RLTHMOVLWRLTMOVWFFSRCALLADJBCD1;調(diào)整TEMP1GOTOLOOPC1;********************調(diào)整BCD********************ADJBCD1MOVLW03HADDWFINDF,0;低四位加3MOVWFTEMP1;暫存BTFSCTEMP1,3;結(jié)果大于7,MOVWFINDF;則存起來(lái)MOVLW30HADDWFINDF,0;高四位加3MOVWFTEMP1BTFSCTEMP1,7;結(jié)果大于7,MOVWFINDF;則存起來(lái)RETLW0getshowport movf RLT,0 ANDLW 00FH IORLW 030H movwf showport2 SWAPF RLT,0 ANDLW 00FH IORLW 030H movwf showport1 movf SOUH,0 ANDLW 00FH IORLW 030H movwf showport4 SWAPF SOUH,0 ANDLW 00FH IORLW 030H movwf showport3 movf SOU,0 ANDLW 00FH IORLW 030H movwf showport6 SWAPF SOU,0 ANDLW 00FH IORLW 030H movwf showport5 goto 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