超声波测距与显示系统设计毕业设计论文(编辑修改稿)

超声波测距与显示系统设计毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

1 时， A将内部锁 定位 RESET。 为了执行内部程序指令 A 应该接 VCC。 在 Flash 编程期间 A 也接收 12 伏 VPP 电压。 XTAL1（ 19 引脚） ：振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。 XTAL2（ 18 引脚）：振荡器反相放大器的输入端。 图 31 STC89C52引脚图 电子信息工程系毕业论文 8 单片机最小系统 单片机最小系统 ,或者称为最小应用系统 ,是指用最少的元件组成 的单片机可以工作的系统 .对 52 系列单片机来说 ,最小系统一般应该包括 :单片机、晶振电路、复位电路 . 单片机最小系统电路介绍 52 单片机最小系统复位电路的极性电容 C1 的大小直接影响单片机的复位时间，一般采用 10~30uF， 51单片机最小系统容值越大需要的复位时间越短 52 单片机最小系统晶振 Y1 也可以采用 6MHz 或者 ，在正常工作的情况下可以采用更高频率的晶振， 51单片机最小系统晶振的振荡频率直接影响单片机的处理速度，频率越大处理速度越快。 52单片机最小系统起振电容 C C3 一般采用 15~33pF，并且电容离晶振越近越好，晶振离单片机越近越好 口为开漏输出，作为输出口时需加上拉电阻，阻值一般为 10k。 设置为定时器模式时，加 1 计数器是对内部机器周期计数（ 1 个机器周期等于 12 个振荡周期，即计数频率为晶振频率的 1/12）。 计数值 N乘以机器周期Tcy 就是定时时间 t。 设置为计数器模式时，外部事件计数脉冲由 T0 或 T1引脚输入到计数器。 在每个机器周期的 S5P2 期间采样 T0、 T1引脚电平。 当某周期采样到一高电平输入，而下一周期又采样到一低电平时，则计数器加1，更新的计数值在下一个机器周期的 S3P1 期间 装入计数器。 由于检测一个从 1 到 0的下降沿需要 2 个机器周期，因此要求被采样的电平至少要维持一个机器周期。 当晶振频率为 12MHz 时，最高计数频率不超过 1/2MHz，即计数脉冲的周期要大于 2 ms。 电子信息工程系毕业论文 9 图 32 单片机最小系统 超声波测距模块 HCSR04 实物图 图 33 HCSR04实物图 主要技术参数 所用工作电压：直流 5V 电压。 工作静态电流：小于 2mA。 电子信息工程系毕业论文 10 电平输出：高电平为 5V，低电平为 0V。 感应角度：不大于 15度。 探测距离及精度： 2cm450cm。 高精 度：可达 3mm。 HCSR04 工作原理 采用 IO 触发测距，给至少 10us 的高电平信号。 模块自动发送 8个 40khz 的方波，自动检测是否有信号返回； 有信号返回，通过 IO输出一高电平，高电平持续的时间就是超声波从 发射到返回的时间．测试距离 =(高电平时间 *声速 (340M/S))/2。 图 34 时序图 超声波发射电路 超声波传感器的发射电路主要由方波发生芯片， 40kHz 的晶振和 MAX232 芯片构成，单片机给方波发生芯片触发信号后，方波发生芯片开始工作，产生 40kHz的方波信号，电平 转换芯片 MAX232 将 TTL 电平转换成可以驱动振荡器的高电压，进而产生所需的 40kHz 的超声波。 电子信息工程系毕业论文 11 图 35超声波发射电路图 超声波接收电路 本设计中选用的 TL740C 芯片采用了前置放大电路 +带通滤波电路 +后级放大电路。 将接收到的波形经过整形、积分、检波、滤波和限幅放大等实现接收超声波的功能。 当距离较远时，回波信号会非常微弱，转换后的信号电平幅值很小，故要经过若干级放大，使输出功率达到一定要求，并且为了防止信号出现较大的失真，接收电路可以保证有 4MHz 的带宽。 放大后的交流信号送入比较器后输 出一个方波信号，并使触发器触发，向 CPU 发出中断请求。 在中断服务程序中，读取计数器的计数值，结合温度补偿后的声速计算出测距仪距离障碍物的距离。 电子信息工程系毕业论文 12 图 36超声波接收电路图 DSB18B20 温度传感器 实物与引脚定义 图 37 DS18B20实物图 表 31 DS18B20 各引脚描述 DS18B20 数字温度计以 9 位数字量的形式反映器件的温度值，通过一根单线接口发送和接收信息，因此在 单片机和 DS18B20之间仅需一条连接线（加管脚号 符号 功 能 1 GND 电源地 2 DQ 数据输入输出 3 VDD 电源可选 电子信息工程系毕业论文 13 上地线）。 用于读写和温度转换的电源可以从数据线本身获得，无需外部电源。 DS18B20 主要特性 独特的单线接口仅需一个端口引脚进行通讯 简单的多点分布应用 无需外部器件 可通过数据线供电 零待机功耗 测温范围 55℃～ +125℃。 华氏器件 67℉～ +257℉，以 ℉递增 温度以 9位数字量读出 温度数字量转换时间 200ms（典型值） 用户可定义的非易失性温度报警设置 报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件 应用包括温度控 制工业系统消费品温度计或任何热感测系统 图 38与单片机连接图 语音播报模块 ISD1700 系列芯片是华邦公司新推出的单片优质语音录放电路，该芯片提供多项新功能，包括内置专利的多信息管理系统，新信息提示（ vAlert ） ,双运作模式（独立 amp。 嵌入式），以及可定制的信息操作指示音效。 芯片内部包含有自动增益控制、麦克风前置扩大器、扬声器驱动线路、振荡器与内存等的全方位整合系统功能。 特点： 可录、放音十万次，存储内容可以断电保留一百年。 两种控制方式，两种录音输入方式，两种 放音输出方式 电子信息工程系毕业论文 14 可处理多达 255 段以上信息 有丰富多样的工作状态提示 多种采样频率对应多种录放时间 音质好，电压范围宽，应用灵活，价廉物美 电特性： 工作电压： ,最高不能超过 6V 静态电流： 1 μ A 工作电流： 20mA 用户可利用震荡电阻来自定芯片的采样频率，芯片的采样率可以通过外部振荡电阻来调节 ： 表 32 采样频率与振荡电阻的关系 采样频率 12KHz 8KHz 4KHz 振荡电阻 60kΩ 80kΩ 100kΩ 120kΩ 160kΩ 主控单片机主要通过四线（ SCLK ， MOSI， MISO， /SS ） SPI 协议对 ISD1730 进行串行通信。 ISD1730 作为从机，几乎所有的操作都可以通过这个 SPI 协议来完成。 为了兼容独立按键模式，一些 SPI 命令： PLAY ， REC， ERASE， FWD， RESET和 GLOBAL_ERASE 的运行类似于相应的独立按键模式的操作。 另外， SET_PLAY，SET_REC， SET_ERASE 命令允许用户指定录音、放音和擦除的开始和结束地址。 此 外，还有一些命令可以访问 APC 寄存器，用来设置芯片模拟输入的方式。 微机接口 主控单片机主要通过四线（ SCLK ， MOSI， MISO， /SS ） SPI 协议对 ISD1700 进行串行通信。 ISD1700 作为从机，几乎所有的操作都可以通过这个 SPI 协议来完成。 为了兼容独立按键模式，一些 SPI 命令： PLAY ， REC， ERASE， FWD， RESET和 GLOBAL_ERASE 的运行类似于相应的独立按键模式的操作。 另外， SET_PLAY，SET_REC， SET_ERASE 命令允许用户指定录音、放音和擦 除的开始和结束地址。 此外，还有一些命令可以访问 APC 寄存器，用来设置芯片模拟输入的方式。 ISD1700 系列的 SPI 串行接口操作遵照以下协议： ．一个 SPI处理开始于 /SS 管脚的下降沿。 ．在一个完整的 SPI指令传输周期， /SS 管脚必须保持低电平。 ．数据在 SCLK 的上升沿锁存在芯片的 MOSI 管脚，在 SCLK 的下降沿从 MISO管脚输出，并且首先移出低位。 ． SPI 指令操作码包括命令字节，数据字节和地址字节，这决定于 1700 的指令类型 ．当命令字及地址数据输入到 MOSI 管脚时，同时状态寄存器和当前行地址信息从 MISO 管脚移出。 . 一个 SPI处理在 /SS 变高后启动。 电子信息工程系毕业论文 15 . 在完成一个 SPI 命令的操作后，会启动一个中断信息，并且持续保持为低，直到芯片收到 CLR_INT 命令或者芯片复位。 图 39 语音播报电路 显示单元 数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的 8个显示笔划 a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极 COM 增加位选通控制电路，位选通由各自独立的 I/O 线控制 ，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通 COM 端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。 通过分时轮流控制各个数码管的的 COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。 在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为 1～ 2ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示 的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的 I/O 端口，而且功耗更低。 在本次设计中，我们选用 P0 口作为‘段码’，连接 SM410564‘ a,b,c,d,e,f,g,dp’，每一段的亮灭。 选用 ~ 分别对应‘位码’，电子信息工程系毕业论文 16 即连接 SM410564 的‘ S1， S2， S3， S4’分别控制每一位的亮灭。 ‘ S1， S2，S3， S4’相当于是每一段的 COM 端，由于是共阳极，只有某一位对应的 COM端为‘ 1’时，所送的‘段码’对该端来说才是有效的。 图 310 显示电路图 电子信息工程系毕业论文 17 第四章 系统的软件设计 超声波测距仪的软件设计主要有主程序、超声波发生程序、超声波接收中断程序及显示子程序组成。 我们知道 C语言程序有利于实现较复杂的算法，汇编语言程序则具有较高的效率且容易精细计算程序运行的时间，而超声波测距仪的程序需要有较复杂的计算（计算距离时），所以控制程序可采用 C语言编程。 超声波测距的算法设计 超声波测距的原理为超声波发生器 T在某一时刻发出一个超声波信号，当这个超声波遇到被测物体后反射回来，就被超声波接收器 R所接收到。 这样只要计算出从发出超声波信号到接收到返回信号所用的时间，就可算出超声波发生器与反 射物体的距离。 距离的计算公式为： L=s/2=(ct)/2 其中， L为被测物与测距仪的距离， s为声波的来回的路程， c为声速，t 为声波来回所用的时间。 在启动发射电路的同时启动单片机内部的定时器T0，利用定时器的计数功能记录超声波发射的时间和收到反射波的时间。 当收到超声波反射波时，接收电路输出端产生一个负跳变，在 INT0 或 INT1 端产生一个中断请求信号，单片机响应外部中断请求，执行外部中断服务子程序，读取时间 差，计算距离。 主程序流程图 软件分为两部分，主程序和中断服务程序，如图 4图 4图 43所示。 主程序完成初始化工作、各路超声波发射和接收顺序的控制。 定时中断服务子程序完成单方向超声波的发射，外部中断服务子程序主要完成时间值的读取、距离计算、结果的输出等工作。 主程序首先是对系统环境初始化，设置定时器 T0 工作模式为 16 位定时计数器模式。 置位总中断允许位 EA 并给显示端口 P0和 P1清 0。 然后调用超声波发生子程序送出一个超声波脉冲，为了避免超声波从发射器直接传送到接收器引起的直射波触发，需要延时约 （这也就是超声波测距会有一个最小可测距离的原因）后，才打开外中断 1接收返回的超声波信号。 电子信息工程系毕业论文 18 单 片 机 初 始 化定 时 器 初 始 化显 示 测 量 值开 始开 外 部 中 断等 待 中 断 图 41主 程序流程 由于采用的是 12MHz 的晶振，计数器每计一个数就是 1μ s，当主程序检测到接收成功的标志位后，将计数器 T0 中的数（即超声波来回所用的时间）按式（ 41）计算，即可得被测物体与测距仪之间的距离，设计时取 20℃时的声速为 344m/s 则有： d=(ct)/2=172T0/10000cm 其中， T0为计数器 T0。