课程设计---基于51单片机的超声波测距仪设计

课程设计---基于51单片机的超声波测距仪设计内容摘要：

工作的。 内部结构如图 1所示，它有两个压电晶片和一个共振板。 当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动产生超声波，这时它就是超声波发生器。 如没加电压，当共振板接受到超声波时，将压迫压电振荡器作振动，将机械能转换为电信号，这时它就成为超声波接受转换器。 超声波发射转换器与 接受转换器其结构稍有不同 [4]。 图 1 超声波传感器结构 以下为型号 T/R4010的超声波传感器的特性参数（ T发射， R接收， 40中心频率单位 kHZ,10外壳直径单位 mm） 共 振 板 电极 压电晶片 5 西华大学电子技术课程设计说明书 3 单元模块设计 各单元模块功能介绍及电路设计 整体电路的控制核心为单片机 AT89S52，超声波发射和接收电路都对相应信号进行整形及放大，以保证测量结果尽可能精确。 超声波模块传感器实现超声波的发射和接收。 整体电路如图 6：包括超声波发射电路，超声波接 收电路，显示电路等模块组成 [8]。 图 工作原理 超声波测距器工作原理：打开电源，整个电路通电，单片机执行程序，对系统环境初始化，设置定时器 T0工作模式，启动 T0， 调用超声波发生子程序，等待反射超声波，计算距离，显示距离；重复。 工作过程中，相关的子程序和中断程序被执行，相应硬件配合行动，显 示测量结果。 AT89C51 LED 显示电路 接收 电路 发射 电路 键盘键入估测范围 6 西华大学电子技术课程设计说明书 AT89S52 型单片机介绍 AT89S52 是一种低功耗、高性能 CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程 Flash 存储器。 使用 Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业 80C51 产品指令和引脚完全兼容。 片上 Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。 在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统 可编程 Flash，使得 AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提 供高灵活、超有效的解决方案。 AT89S52具有以下标准功能： 8k字节 Flash，256字 节 RAM， 32 位 I/O 口线，看门狗定时器， 2 个数据指针，三个 16 位 定时器 /计数器，一个 6向量 2级中断结构，全双工串行口， 片内晶振及时钟电路。 另外， AT89S52 可降至 0Hz 静态逻辑操作，支持 2种软件可选择节电模式。 空闲模式下， CPU 停止工作，允许 RAM、定时器 /计数器、串口、中断继续工 作。 掉电保护方式下， RAM内容被保存，振荡器被冻结， 单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止 [5]。 其引脚图如图 3所示： P0 口： P0口是一个 8位漏极开路的双向 I/O口。 作为输出口，每位能驱动 8个 TTL逻 辑电平。 对 P0端口写“ 1”时，引脚用作高阻抗输入。 当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低 8位地址 /数据复用。 在这种模式下， P0不具有内部上拉电阻。 在 flash编程时， P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。 程序校验 时，需要外部上拉电阻。 P1 口： P1 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， p1 输出缓冲器能驱动 4 个 TTL 逻辑电平。 对 P1 端口写“ 1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入 口使用。 作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的 原因，将输出电流（ IIL）。 P2 口： P2 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， P2 输出缓冲器能驱动 4 个 TTL 逻辑电平。 对 P2 端口写“ 1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入 口使用。 作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（ IIL）。 在访问外部程序存储器或用 16位地址读取外部数据存储器（例如执行 MOVX @DPTR） 时， P2 口送出高八位地址。 在这种应用中， P2 口使用很强的内部上拉发送 1。 在使用 8位地址（如 MOVX @RI）访问外部数据存储器 时， P2口输出 P2锁存器的内容。 在flash编程和校验时， P2口也接收高 8位地址字节和一些控制信号。 P3 口： P3 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， p3 输出缓冲器能驱动 4 7 西华大学电子技术课程设计说明书 个 TTL 逻辑电平。 对 P3 端口写“ 1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入 口使用。 作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（ IIL）。 P3口亦作为 AT89S52特殊功能（第二功能）使用。 第二功能： RXD(串行输入口 ) TXD(串行输出口 ) INTO(外中断 0) INT1(外中断 1) TO(定时 /计数器 0) T1(定时 /计数器 1) WR(外部数据存储器写选通 ) RD(外部数据存储器读选通 ) 图 8 西华大学电子技术课程设计说明书 各单元模块的联接 系统设计 该系统是以 STC89C52型 单片机为主体而搭建的，连接了外部矩阵键盘， 1602型液晶，稳压电源系统。 单片机 单片机的型号是 STC89C52，其主要外部 I/O连接如下： 表 1602显示端口 1602读 \写控制 程序烧写 发波端 接收端 9 西华大学电子技术课程设计说明书 12345678RST91011121314151617XTAL218XTAL119VSS202122232425262728PSEN29ALE/PROG30EA/VPP313233343536373839VCC40U2P89C51RC2BN/0112Y1XTAL30pFC130pFC210uFC41KR5GNDGNDVCCVCCGNDP00P01P02P03P04P05P06P07P20P21P22P10P11P12P13P14P15P16P17VCCP34P35RXDTXDINT1INT0P25P26P27P23P24单片机模块P37P36 图 10 西华大学电子技术课程设计说明书 、矩阵键盘 键盘为 44 的矩阵键 盘，每个按键功能和与单片机连接端口如下： P10P11P12P13P14P15P16P17 P10P11P12P13P14P15P16P17S1SWPBS2SWPBS3SWPBS4SWPBS5SWPBS6SWPBS7SWPBS8SWPBS9SWPBS10SWPBS11SWPBS12SWPBS13SWPBS14SWPBS15SWPBS16SWPB键盘模块 图 11 西华大学电子技术课程设计说明书 、液晶 D07D18D29D310D411D512D613D714BLA15BLK16VSS1VDD2VL3R/S4R/W5E6L1GNDVCCGND2KR1P00P01P02P03P04P05P06P07P20P21P22123456789RP1Header 9VCCP00P01P02P03P04P05P06P07LCD1602显示模块GNDVCC 图 使用 1602型液晶，在不同的状态下显示不同的内容： 初始化： 预设距离： 测量中： 测量失败： 图 12 西华大学电子技术课程设计说明书 、闪烁灯 D2470R9VCCP35 图 、程序烧写模块 1 23 45 67 8ISP1ISP 4X2RXDTXD VCCGND下载模块231564S17SWDPDT 图 、蜂鸣器模块 VCCGND蜂鸣器模块B11KR11P36321Q18550 图 13 西华大学电子技术课程设计说明书 、稳压电源 采用 7805稳压芯片，增加了电源的稳定性，降低功耗 GND1IN3OUT2OUT4U4REG1117512J3470R8104C10D1470uFC8470uFC9VCCGND电源模块 图 、测距模块 （ 1） 工作原理 图 a. 采用 IO 口 TRIG 触发测距，给至少 10us 的高电平信号； b. 模块自动发送 8个 40KHZ 的方波，自动检测是否有信号返回； c. 有信号返回时，通过 IO 口 ECHO 输出一个高电平，高电平持续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） /2。 （ 2） 引脚定义 VCC 供 5V电源， TRIG 触发控制，信号输入， ECHO 回响信号输出， OUT 开关量输出（当报警模块使用）， GND 为地线。 （ 3） 工作时序图 14 西华大学电子技术课程设计说明书 图 以上时序图表明，只要提供一个 10us 以上脉冲触发信号，该模块内部将发出 8 个40KHZ 周期电平并检测回波。 一旦检测到回波，信号则输出回响信号。 回响信号的脉冲宽度与所测量的距离成正比。 由此通过发射信号到收到的回响信号时间间隔可以计算得到距离。 15 西华大学电子技术课程设计说明书 4 软件设计 完成了系统的硬件设计之后，接下来的就是系统软件设计，此设计所需要完成的主要是针对系统功能的实现及数据的处理和应用。 由以上所述系统硬件设计和各个电路功能，系统软件需要实现以。