超聲波測(cè)距報(bào)告

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1、課程設(shè)計(jì)論文題目:超聲波測(cè)距學(xué)院（系）：物電學(xué)院專業(yè)：電子信息工程指導(dǎo)教師：職稱：講師年級(jí)班級(jí)：08電本學(xué)號(hào)：學(xué)生姓名：16基于51單片機(jī)的超聲波測(cè)距一、設(shè)計(jì)任務(wù)和性能指標(biāo)1.1設(shè)計(jì)任務(wù)利用單片機(jī)及外圍接口電路(鍵盤接口和顯示接口電路)設(shè)計(jì)制作一個(gè)超聲波測(cè)距儀器，用12864液晶把測(cè)距儀距測(cè)出的距離顯示出來(lái)。1.2性能指標(biāo)距離顯示：用12864液晶進(jìn)行顯示（單位是CM）。測(cè)距范圍：8CM到300CM之間。誤差：1%。。二、超聲波測(cè)距原理超聲波是由機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生的,可在不同介質(zhì)中以不同的速度傳播。由于超聲波指向

2、性強(qiáng)，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離較遠(yuǎn)，因而超聲波經(jīng)常用于距離的測(cè)量，如測(cè)距儀和物位測(cè)量?jī)x等都可以通過超聲波來(lái)實(shí)現(xiàn)。利用超聲波檢測(cè)往往比較迅速、方便、計(jì)算簡(jiǎn)單、易于做到實(shí)時(shí)控制，并且在測(cè)量精度方面能達(dá)到工業(yè)實(shí)用的要求，因此在移動(dòng)機(jī)器人的研制上也得到了廣泛的應(yīng)用。超聲波的測(cè)試方法有許多種，這里的超聲波系統(tǒng)測(cè)試的原理為：檢測(cè)出從超聲波發(fā)射器發(fā)出的超聲波，經(jīng)氣體介質(zhì)的傳播到接收器的時(shí)間，將這個(gè)時(shí)間與氣體中的聲速相乘，就是聲波傳輸?shù)木嚯x。超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時(shí)刻的同時(shí)單片機(jī)開始計(jì)時(shí)，超聲波在

3、空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來(lái)，超聲波接收器收到反射波就立即停止計(jì)時(shí)。三、設(shè)計(jì)方案按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)的功能的要求，初步確定設(shè)計(jì)系統(tǒng)由單片機(jī)主控模塊、顯示模塊、超聲波發(fā)射模塊、接收模塊共四個(gè)模塊組成。超聲波接收模塊超聲波發(fā)射模塊單片機(jī)開發(fā)板（STC89C52）顯示12864液晶模塊掃描驅(qū)動(dòng)USB供電單元圖3-1：系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖163.1STC89C52單片機(jī)圖3-1-2：?jiǎn)纹瑱C(jī)最小系統(tǒng)3.2超聲波測(cè)距電路構(gòu)成本系統(tǒng)由STC89C52單片機(jī)控制，包括單片機(jī)系統(tǒng)、發(fā)射電路與接收放大電路和顯示電路幾部分組成，如圖3

4、-1所示。硬件電路的設(shè)計(jì)主要包括單片機(jī)系統(tǒng)及顯示電路、超聲波發(fā)射電路和超聲波接收電路三部分。單片機(jī)的晶振采用12MHz高精度的晶振，以獲得較穩(wěn)定時(shí)鐘頻率，減小測(cè)量誤差。通過單片機(jī)的P3.6端口輸出超聲波換能器所需的40kHz的方波信號(hào)，P3.7端口監(jiān)測(cè)超聲波接收電路輸出的返回信號(hào)。顯示電路采用12864液晶顯示。3.2.1超聲波發(fā)射電路超聲波發(fā)射電路原理圖如圖3-2-1所示，發(fā)射電路主要由反向器CD4069和超聲波換能器構(gòu)成，單片機(jī)的P3.6端口輸出40kHz方波信號(hào)一路經(jīng)一級(jí)反向器后送到超聲波換能器的一個(gè)

5、電極，另一路經(jīng)過兩級(jí)反向器后送到超聲波換能器的另一個(gè)電極，用這種推挽式將方波信號(hào)加到超聲波換能器的兩端可以提高超聲波的發(fā)射強(qiáng)度。輸出端采用兩個(gè)反向器并聯(lián)，用以提高驅(qū)動(dòng)能力。上拉電阻R111，R112一方面可以提高反向器CD4069輸出高電平的驅(qū)動(dòng)能力；另一方面可以增加超聲波換能器的阻尼效果，以縮短其自由震蕩的時(shí)間。16圖3-2-1：超聲波發(fā)射電路3.2.2超聲波接收電路集成電路CX20106A是一款紅外線檢波接收的專用芯片，常用于電視機(jī)紅外遙控接收器?？紤]到紅外遙控常用的載波頻率38kHz與測(cè)距的超聲波頻率

6、40kHz較為接近，可以利用它制作超聲波檢測(cè)接收電路，如圖3-2-2所示。實(shí)驗(yàn)證明，用CX20106A接收超聲波具有很高的靈敏度和較強(qiáng)的抗干擾能力。CX20106芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3-2-3。16圖3-2-2：超聲波接收電路圖3-2-3：CX20106A內(nèi)部結(jié)構(gòu)3.2.3顯示電路帶中文字庫(kù)的128X64是一種具有4位/8位并行、2線或3線串行多種接口方式，內(nèi)部含有國(guó)標(biāo)一級(jí)、二級(jí)簡(jiǎn)體中文字庫(kù)的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為128×64,內(nèi)置8192個(gè)16*16點(diǎn)漢字，和128個(gè)16*8點(diǎn)ASCII字符集

7、.利用該模塊靈活的接口方式和簡(jiǎn)單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機(jī)交互圖形界面?？梢燥@示8×4行16×16點(diǎn)陣的漢字.16也可完成圖形顯示.低電壓低功耗是其又一顯著特點(diǎn)。由該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案與同類型的圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊相比，不論硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要簡(jiǎn)潔得多，且該模塊的價(jià)格也略低于相同點(diǎn)陣的圖形液晶模塊。圖3-2-4：液晶12864連接電路四系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1主程序設(shè)計(jì)超聲波測(cè)距的軟件設(shè)計(jì)主要由主程序、超聲波發(fā)生子程序、超聲波接收程序及顯示子程序組成。超聲波測(cè)距的程序既有較復(fù)雜的計(jì)算（計(jì)算距離時(shí)

8、），又要求精細(xì)計(jì)算程序運(yùn)行時(shí)間（超聲波測(cè)距時(shí)），所以控制程序可采用C語(yǔ)言編程。主程序首先是對(duì)系統(tǒng)環(huán)境初始化，設(shè)定時(shí)器0為計(jì)數(shù)。置位總中斷允許位EA。進(jìn)行程序主程序后，進(jìn)行定時(shí)測(cè)距判斷，當(dāng)測(cè)距標(biāo)志位flag==1，即進(jìn)行測(cè)量一次，程序設(shè)計(jì)中，超聲波測(cè)距頻度是120毫秒/次。測(cè)距間隔中，整個(gè)程序主要進(jìn)行循環(huán)顯示測(cè)量結(jié)果。超聲波頭發(fā)送完送超聲波后，立即啟動(dòng)內(nèi)部計(jì)時(shí)器T0進(jìn)行計(jì)時(shí)，為了避免超聲波從發(fā)射頭直接傳送到接收頭引