基于51单片机超声波测距器设计课程设计报告书(编辑修改稿)

基于51单片机超声波测距器设计课程设计报告书(编辑修改稿)内容摘要：

E/PROG：当访问外部 程 序存储器或数据存储器时， ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低 8 位字节。 即使不访问外部存储器， ALE 仍以时钟振荡频率的 1/6 输出固定的正脉冲信号，因此它10 可对外输出时钟或用于定时的目的。 要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个 ALE 脉冲。 ⑼ EA/VPP：外部访问允许。 欲使 CPU 仅访问外部程序存储器（地址为 0000HFFFFH） ， EA 端必须保持低电平（接地）。 需注意的是：如果加密位 LB1 被编程，复位时内部会锁存 EA 端状态。 如 EA 端为高电平（接 VCC 端）， CPU 则执行内部程序存储器中的指令。 Flash 存储器编程时，该引脚加上 +12V 的编程电压 Vpp。 ⑽ PSEN：程序储存允许（ PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当 AT89S51 由外部程序存储器取指令（或数据时），每个机器周期为两次 PSEN 有效，即输出两个脉冲。 当访问外部数据存储器，没有两次有效的 PSEN 信号。 ⑾ XTAL1：振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端。 ⑿ XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。 4． 3 测距显示电路的设计 LED 数码显示管有两种，一种是共阳极数码管，其内部是由八个阳极相连接的发 光二级管组成；另一种是共阴极数码管，其内部是由四个阴极相连接的发光二极管组成。 二者原理不同但功能相同。 其外形和内部结构如图所示： LED 的管脚和电路原理 11 共阴极 LED 数码显示块的发光二极管阴极连接在一起，形成该模块的公共端（通常称为位选端），因此称为共阴极 LED 数码显示器， 8个数码管的另一端通常称为段选端，当显示器的公共端接低电平，某个发光二极管的阳极接高电平时，该发光二极管被点亮；而共阳极LED 数码显示管是将二极管的阳极连接在一起，形成共阳极 LED 数码显示块的公共端，该公共端必须接高电平，同理在共 阳极 LED 数码显示块中如某个发光二极管的阴极为低电平时，该发光二极管被点亮。 用单片机驱动 LED 数码管分为静态显示和动态显示。 静态显示就是显示驱动电路具有锁存功能，单片机将所要显示的数据送出后就不再控制 LED，直到下次显示时再传送一次新的显示数据。 静态显示的数据稳定，占用的 CPU 时间少。 静态显示中，每个显示器都要占用单独的具有锁存功能的 I/O 接口，该接口用于笔划段字型代码。 这样单片机只要把显示的字形代码发送到接口电路，该字段就可以显示发送的字型。 显示新的数据时，单片机再发送新的数据。 另一种方法是动态扫描显示。 由于单片机本生具有较强的逻辑控制能力，所以采用动态扫描软件译码并不复杂。 而且软件译码其译码逻辑可随意编程设定，不受硬件译码逻辑限制，采用动态扫描软件译码地方式能大大简化硬件电路结构，降低系统成本，它用分时的方法轮流控制各个显示器的 COM 端，使各个显示器轮流点亮。 在轮流点亮扫描过程中，每位显示器的点亮时间极为短暂，但由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，给人的印象就是一组稳定的显示数据。 12 静态显示数据稳定，占用很少的 CPU 时间，但每个显示单元都要单独的显示驱动电路，使用的 电路硬件较少；动态显示需要 CPU 时刻对显示器件进行数据刷新，显示数据有闪烁感，占用的 CPU 时间多，但使用的硬件少，能节省线路板空间。 本设计的显示电路采用四个共阳 LED 四位数码管，位码用 PNP 三极管驱动。 如下图所示： 测距显示电路 4． 4 超声波发射电路的设计 发射电路主要由 74LS04 和超声波换能器构成，单片机 端口输出 40KHZ 方波信号一路经一级反向器后送到超声波换能器的一个电极，另一路经两级反向器后送到超声波换能器的另一个电极，用这种推挽形式将方波信号加到超声波换能器两端可以提高发射强度 ，如下图所示。 13 超声波发射电路 4． 5 超声波接收电路的设计 超声波接收电路主要由 CX20206A和超声波换能器构成， CX20206A是一款红外的专用芯片，考虑到红外遥控常用的载波频率 38KH 与测距的超声波频率 40KHZ 较为接近，故利用它制作超声波检测接收电路，如下图所示。 超声波接收电路 4． 5 探测电路的设计 14 物体探测电路可以用光电传感器来制作。 但光电传感器不能探测透明的物体，红外线传感器在探测物体时需要有像人和动物那样与周围有一定的温度差这个条件。 超声波传感器则不受这些条件的限制，对于透明的或其它物体都可以探测，超声波传感器探测物体由直接方式和反射探测方式。 直接探测方式的接收 /发射器要相互配置，如果接收到超声波（有信号电压）时，说明接收 /发射器中间没有被测物体。 反之， 接收不到超声波（无电压信号）时，则中间有被测物体。 发射探测方式的接收 /发射器可以较近配置，有反射波时，说明存在被测物体，发射探测方式的接 收 /发射器有单独使用与共用两种方式，共用方式就是一个超声波传感即用作接收器，也用作发送器，但需要收发切换电路。 本设计就是以 AT89S51 单片机为核心。 它采用模块化设计，由主程序、发射子程序、接收子程序、定时子程序、显示子程序等模块组成。 该系统的主程序处于键控循环工作方式下，当按下测量键时，主程序开始调用发射子程序、查询接收子程序、定时子程序，并把测量结果用显示子程序在数码管上显示出来。 虽然用一个单独计时器电路也可以测量超声波的传输时间，但利用 AT89S51 单片机可以简化设计，便于操作和直 观读数。 为了增强系统的可靠性，应在软硬件上采用 一些特殊措施。 主程序框图如下所示： 15 主程序框图 超声波发生子程序的作用是通过 端口发送 2 个左右的超声波信号频率约 40KHZ 的方波，脉冲宽度为 12us 左右，同时把计数器T0 打开进行计时。 超声波测距器主程序利用外中断 0 检测返回超声波信号，一旦接收到返回超声波信号（ INT0 引脚出现低电平），立即进入中断程序。 进入中断后就立即关闭计时器 T0 停止计时，并将测距成功标志字赋值 1。 如果当计时器溢出时还未检测到超声波返 回信号，则定时器 T0 溢出中断将外中断 0 关闭，并将测距成功标志字赋值 2 以表示此次测距不成功。 定时中断服务子程序完成三方向超声波的轮流发射，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，如16 下图所示： 定时中断子服务子程序 外部中断服务子程序 软件程序见附录二 17 6．调试 6． 1 硬件调试 当设计好硬件电路之后，在 Protues 中画好电路图，然后进行调试。 在进行调试之前，先与设计的硬件电路图对照一下，看有没有画错，都确定之 后调试，调试无误之后，即可在万能板上焊接。 当焊接的时候，仔细对照仿真图，焊接完了之后再检查一遍，看有没有多焊、漏焊以及错焊等情况。 在检查的过程中要预防集成片CX20206A与超声波接收电路中的超声波接收传感器 R 的管脚接错了，同时在检查的时候要注意硬件电路中各管脚是否有焊接在一起的情况，若有错误改正即可。 在调试的过程中，我发现没什么现象，经过查阅资料，我发现超声波发射和接收电路中所使用的传感器 T/R4016（ T 发射 /R 接收）在焊接时应保持两传感器的中心轴线并行并相距 48cm，而我在焊接时并无注意，改正 之后，继续检查，又发现超声波接收电路中的超声波接收传感器的正极端接地了，改正后再经检测没有什么太大问题。 6． 2 软件调试 在 Keil 软件中输入软件程序，当软件程序的主程序以及各部分子程序都编完之后，进行软件编译。 在编译的过程中，下面提示框中提示有几个错误，找到相应的错误区域之后，再对比之前的程序，发现在输。