基于单片机的超声波测距仪的设计毕业设计论文(编辑修改稿)

基于单片机的超声波测距仪的设计毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

意想不到的问题，如死机”“跑飞”等。 所以以 AT89C52 作为主芯片 的单片机需要一个复位电路 ， 来啊保证指令的正常执行。 每次单片机在启动时都需要复位，以便使 CPU 和系统各部件都处于确定的初始状态，并从初状态开始工作。 当系统处于正常工作状态时，振荡器稳定后，从单片机的复位引脚 RST 输入一个高电平并维持 2个机器周期（ 24个振荡周期）以上， CPU 就可以响应并将系统复位。 复位信号一般来说不能太长，因为在复位状态下，单片机是不执行程序的。 电路一般采用积分型、专用芯片复位电路等来完成电路复位所 需信号。 单片机系统基本的复位方式有上电复位和手动按钮复位。 （ 1） 上电复位 上电复位工作过程是在加电时复位电路通过电容加给 RST 端一个短暂的高电平信号，此高电平信号随着 VCC 对电容的充电过程而逐渐回落，即 RST 端的高电平持续 毕业设计（论文）报告纸 共 30 页 第 12 页 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 时间取决于电容的充电时间。 为了保证系统能够可靠地复位， RST 端的高电平信号必须维持 2个机器周期以上的时间。 （ 2） 手动按钮复位 该复位形式需要人为在复位输入端 RST 上加入高电平，其电路如图 所示。 当按下按钮时，则 VCC 的 +5V 电平就会直接加到 RST 端，人的动作再快也会使按钮保持接通达数十毫秒，完全能够满足复位的时间要求。 图 复位电路 超声波发射电路 需要将由 单片机 发出 的 40kHZ 的方波进行放大，才能 够使 超声波传感器发射 出 超声波， 作为 发射驱动电路 ， 本质上 就是一个信号放大电路。 图 超声波发射电路原理图 超声波发射 的 电路图如图 所示。 发射电路主要 是用 反向器 74ALS04 连接到 超声波发射换能器 T 所 构成， 由 单片机 端口输出的 40kHZ 方波信号经 过 一级反向器 放大 后送到超声波换能器的一个电极 ， 另一路经 过双重 反向器 放大 后送到超声 波的 毕业设计（论文）报告纸 共 30 页 第 13 页 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 另一 电极。 用这种 方 式将方波信号加到超声波换能器 的 两端，可以 有效地 提高超声波的发射 效率 ， 在 输出 端 采用两个反向器并联，用以提 升 驱动能力。 上拉电阻 R R2不但 可以提高反向器 74ALS04 输出高电平的能力， 而且还 可以 提升 超声波换能器的阻尼效果，缩短 它的 自由振荡时间。 关于 74ALS04 与 74LS04 的区别： 74LS04 与 74ALS04都是 74 系列的 非门。 他们的区别是： 输出： 74LS04 和 74ALS04 是一样的。 如果同一个公司，输出参数都是一样的。 输入：两者不同的是输入不一样。 74LS04 输入是 TTL 电平 ， 74LS14 输入是 施密特 输入（有滞回特性）。 因为输入不一样，两个芯片的应用场合也有所不同。 74LS04 多用于板内一般数据的“非”控制，而 74ALS04 一般用于某些信号的整形或者异受干扰 /关键信号的信号缓冲等。 大部分情况下 74LS14可以替代 74LS04； 74ALS04和 74LS04都是六 反相器 ； 74LS04是 6非门 IC 工作电压 5V ， 最大 16mA 的 驱动能力。 在实际应用方面 2者其实基本上没什么区别的 ， 用都一样。 基于本实验要求超声波输出信号和接收信号尽可能降低干扰，所以本设计选取的是 74ALS04 芯片作为主要芯片。 参考红外转化接收电路，本设计采用集成电路 CX20xx6A，这是一款红外线检波接收的专用芯片，常用于电视机红外遥控接收器。 考虑到红外遥控常用的载波频率38KHz 与测距超声波频率 40KHz 较为接近，可以利用他作为超声波检测电路。 如图 超声 波检 测接收电路原理图所示，适当改变 C12 的大小，可以改变接受电路的灵敏度和抗 干扰能力。 管脚 1 是超声波信号输入端，是输入阻抗约为 40KΩ。 管脚 2 的 C12 R19 决定接受换能器的总增益，增大电阻 R 或者减小 C，将使放大倍数下降，负反馈量增大，电容C 的改变会影响到频率特性，实际使用中一般不改动，推荐选择参数 R= KΩ，C=。 管脚 5上的连接电阻 R18 用以设置带通滤波器的中心频率，阻值越大，中心频率越低，取 R=200 KΩ时，中心频率约为 42KHZ；管脚 6 与 GND 之间接入一个分电容，标准值为 330pF，如果该电容取得太大，会使探测距离变短；管脚 7 是遥控命令输出端，是集电极开路的输出方式，因此该引脚必须接上一个上拉电阻到电源，该阻值推荐阻值为 R5=220 KΩ ,没有接受信号时该端输出为高电平，有信号时则会下降；管脚 8 接电源正极。 所示 毕业设计（论文）报告纸 共 30 页 第 14 页 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 图 超声波接收电路原理 超声波显示电路 将系统正在运行的状态告诉操作者，需要显示；我们这里利用超声波测距需要把测得的结果显示出来；当我们吧需要控制的 信号输入到单片机系统中，输入与输出的信息就能够显示出来。 常用的显示方式有： LED 彩灯显示、数码管显示、和液晶显示。 我们的设计是利用数码管显示。 LED(LightEmitting Diode，发光二极管 )有七段和八段之分，也有共阴和共阳两种。 LED 数码管结构 结构如 图 所示，图中 a～ g七个笔端及小数点 SP 均为发光二极管。 如果将所有大光二极管的阳极连在一起作为公共端，称为共阳极二极管，如果将所有发光二极管的阴极连在一起作为公共端，则称为共阴数码管。 图 (a)为八段共阴数码 显示管结构图，图 (b)是它的原理图，图 (c)为八段共阳 LED 显示管原理图。 图 八段 LED 数码显示管原理和结构 毕业设计（论文）报告纸 共 30 页 第 15 页 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 以 74ALS245 为主要芯片的 显示 电路如图 所示，显示电路 中 74ALS245 芯片接由单片机 的 P0 口 ， 再 由 七 段数码管进行显示， 从 而 利用 单片机的 、 、 、 与共射极三极管的基极相连来控制数码管的位选通。 图 单片机及显示系统电路图 毕业设计（论文）报告纸 共 30 页 第 16 页 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 报警电路 采用一个蜂鸣器，输出一定频率的信号，在连 接到蜂鸣器之前，经过一个三极管放大。 报警的部分电路如 下图 所示。 实现的功能：当测得的距离小于最小值时，警报器触发。 图 报警电路 电源电路设计 该电路 电源是通过整流桥整流后经 C6\C7 滤波 ， 然 后由 7805 稳定后提供稳定的5V 电压 ,如图 所示。 图 电源电路原理图 毕业设计（论文）报告纸 共 30 页 第 17 页 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 第四章 系统程序的设计 超声波测距器的软件设计主要由主程序，超声波发生子程序，超声波接收中断程序及显示子程序组成，由于 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并且容易精确计算程 序行动的时间，而超声波测距器的程序既有较复杂的计算（计算距离时），又要求精确计算程序运行时间（超声波测距时），所以控制程序可采用 C 语言和汇编语言混合编程。 下面对超声波测距器的算法，主程序，超声波发生子程序和超声波接收中断程序逐一介绍。 超声波测距器的算法设计 图 示意了超声波测距的原理，既超声波发生器 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，就会被超声波接收器 R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于反射物体的距离。 该距离的计算公式如下 41： d=s/2=(v t)/2 （ 41） 其中： d为被测物于测距器的距离； s 为声波的来回路程； v为声速； t为声波来回所用的时间。 毕业设计（论文）报告纸 共 30 页 第 18 页 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 图 超声波测距离原理图 对于 该系统 影响 最大可测距离存在四个因素：超声波的幅度、反射物的质地、反射和入射声波之间的夹角以及接收换能器的灵敏度。 接收换能器对声波脉冲的直接接收能力将决定最小可测距离。 为了增加所测量的覆盖范围，减少测量误差，可采用多个超声波换能器分别作为多路超声波发射 /接收的设计方法。 由于超声波也是一种声波，其声速 v 与温度有关，下表 列出了几种不同温度下的声速。 在使用时，如果温度变化不大，则可以为声速是基本不变的。 如果测距精度很高，则应通过温度补偿的方法加以校正。 温度（℃） 30 20 10 0 10 30 30 100 声速（ m/s） 313 319 325 323 338 344 349 386 表 超声波波速与温度的关系表 总体设计方案 由单片机 AT89C52 编程产生 40kHz 的方波，由 口输出，再经过放大电路，驱动超 声。