毕业设计毕业论文电信专业超声波测距与显示系统设计

毕业设计毕业论文电信专业超声波测距与显示系统设计内容摘要：

/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 的计算值。 测出距离后结果将传给 LCD 数码显示约 5s，同时测量距离送语音模块播报。 然后再发超声波脉冲重复测量过程。 为了有利于程序结构化和容易计算出距离，主程序采用 C 语言编写。 超声波发生子程序和超声波接收中断程序 超声波发生子程序的作用是通过 端口发送 2 个左右超声波脉冲信号（频率约 40kHz 的方波），脉冲宽度为 12μ s左右，同时把计数器 T0 打开进行计时。 超声波发生子程序较简单，但要求程序运行准确。 电子信息工程系毕业论文 19 定 时 中 断 入 口定 时 器 初 始 化发 射 超 声 波发 射 完 否。 停 止 发 射返 回 Y N 图 42 定 时中断服务子程 电子信息工程系毕业论文 20 外 部 中 断 入 口关 外 部 中 断读 取 时 间 值计 算 距 离结 果 输 出开 外 部 中 断返 回 图 43 外部中断服务子程序 超声波测距主程序利用外中断 1 检测返回超声波信号，一旦接收到返回超声波信号（即 INT1 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 1 关闭，并将测距成功标志字赋值 2以表示此次测距不成功。 语音模块子程序 设所测量距离值为 S=135cm,分别得到百位值、分位值、个位值 ，调用函数 ISD_SET_PLAY 进行组合播放语音，本例所播放的语音为“ 1点 35 米” 流程图如下： 电子信息工程系毕业论文 21 相关源程序代码如下： bai1=S%1000/100。 shi1=S%100/10。 ge1=S%10。 ISD_SET_PLAY(add1[bai1],0,add2[bai1],。