【正文】 上海師范大學(xué)天華學(xué)院 《 現(xiàn)代通信技術(shù) 》 專業(yè) 課程設(shè)計(jì) 題 目 基于單片機(jī)控制的超聲波測(cè)距報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系 部： 電子與信息工程系 專業(yè)班級(jí)： 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 小組成員： 指導(dǎo)教師： 時(shí) 間： 完成日期 目錄 第一章 緒論 .................................................... 1 課題設(shè)計(jì)背景與目的 ....................................... 1 課題設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 ....................................... 1 課題設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 ....................................... 1 第 2章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) ............................................. 2 測(cè)距原理 ................................................ 2 設(shè)計(jì)思路及原理框圖 ....................................... 3 設(shè)計(jì)方案 ................................................ 3 第 3章 各模塊介紹 ............................................... 5 單片機(jī) AT89S52 ........................................... 5 引腳及其功能 ............................................ 5 單片機(jī)最小系統(tǒng) .......................................... 7 超聲波發(fā)射模塊 .......................................... 7 超聲波接收模塊 .......................................... 8 顯示模塊 ................................................ 9 第 4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ............................................ 10 主程序設(shè)計(jì) ............................................. 10 超聲波發(fā)射子程序 ........................................ 11 超聲波接收中斷程序 ...................................... 11 第 5章 調(diào)試及性能分析 .......................................... 12 調(diào) 試 ................................................... 12 性能 分 析 ............................................... 12 第六章 結(jié)束語 .................................................. 12 參考文獻(xiàn) ...................................................... 13 附錄 .......................................................... 14 附錄 1 元件清單及實(shí)物圖 ..................................... 14 附錄 2 系統(tǒng)原理圖 ........................................... 15 附錄 3 程序 ................................................. 15 第一章 緒論 課題設(shè)計(jì)背景與目的 超聲波測(cè)距 【 1】 作為一種傳統(tǒng)且實(shí)用的非接觸測(cè)量方法，與激光、無線電測(cè)距方法相比，不易受外界光及電磁場(chǎng)等因素的影響，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，在惡劣環(huán)境下也有一定 的 適應(yīng)能力，因此在工業(yè)控制、建筑測(cè)量、機(jī)器人 避障 等方面都得到了廣泛應(yīng)用。 而且 由于超聲波指向性強(qiáng)，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播距離遠(yuǎn)，利用超聲波檢測(cè)距離，設(shè)計(jì)方便，計(jì)算處理 簡(jiǎn)單，并在測(cè)量精度方面也能達(dá)到 工業(yè) 要求。 通過本次設(shè)計(jì)掌握 超聲波測(cè)距 系統(tǒng) 【 2】 硬件設(shè)計(jì)方法與軟件編寫方法 ，了解 設(shè)計(jì)過程中 所涉及的芯片結(jié)構(gòu)、控制原理、硬件及編程等方面知識(shí)，加深對(duì)現(xiàn)代通信技術(shù) 課程知識(shí)點(diǎn)的理解，提高在應(yīng)用知識(shí)、設(shè)計(jì)、調(diào)試等方面的能力。 課題設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 任務(wù)： 設(shè)計(jì)最小化單片機(jī)系統(tǒng)并進(jìn)行焊接和調(diào)試 設(shè)計(jì)并編程，實(shí)現(xiàn)超聲波測(cè)距 報(bào)警 【 3】 功能 要求： 數(shù)碼管能實(shí)時(shí)顯示障礙物與超聲波模塊的距離信息。 單位為 cm，精確到小數(shù)點(diǎn)后 1位。 系統(tǒng) 具備測(cè)距啟動(dòng) /復(fù)位 功能 。 當(dāng)測(cè)試距離小于 10cm或大于 50cm時(shí)報(bào)警，并用蜂鳴器時(shí)間長(zhǎng)短來區(qū)別。 課題設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 本課題設(shè)計(jì)的 主要內(nèi)容包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩部分。 通過對(duì)超聲波測(cè)距可行性進(jìn)行理論分析的基礎(chǔ)上，利用計(jì)算機(jī)、電子技術(shù)及超聲波在介質(zhì)中的傳播特性，制作出超聲波測(cè)距的硬件部分， 并 編寫相應(yīng)的軟件程序，進(jìn)行調(diào)試 與運(yùn)行。 其中 在硬件設(shè)計(jì)方面，針對(duì)超聲波在傳播時(shí)呈指數(shù)衰減的特性，采取最大限度提高驅(qū)動(dòng)能力、對(duì)回波 進(jìn)行多級(jí)放大等方法，擴(kuò)大測(cè)量范圍。 在 軟件設(shè)計(jì)方面， 采用 模塊化程序設(shè)計(jì) 構(gòu)想 ，將軟件分為超聲波驅(qū)動(dòng) 和 數(shù)據(jù)處理 2大模塊， 而 每個(gè)模塊又由若干小模塊組成， 使其 軟件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單清晰，利于調(diào)試與修改。 第 2 章 系 統(tǒng) 硬件 設(shè)計(jì) 超聲波測(cè)距硬件主要包括 STC89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)、超聲波發(fā)射 /接收模塊、 顯示模塊 、報(bào)警模塊 等。 測(cè)距 原理 超聲波是指頻率高于 20KHz的機(jī)械波，其測(cè)距 方法有多種，如相位檢測(cè)法、聲波幅值檢測(cè)法和往返時(shí)間檢測(cè)法等。相位檢測(cè)法雖然精度高，但檢測(cè)范圍有限，聲波幅值檢測(cè)法則易受反射波影響。故本文采用超聲波往返時(shí)間檢測(cè)，其原理 是檢測(cè)出從超聲波發(fā)射器發(fā)出的超聲波經(jīng)傳播介質(zhì)發(fā)送到接收器所需的時(shí)間，再與傳播介質(zhì)中的聲速相乘，得到聲波傳輸?shù)木嚯x。 而它的一半即為所測(cè)距離 。 設(shè)計(jì)思路 及原理框圖 單片 機(jī) 【 4】 首先 發(fā)出 40KHz信號(hào)，經(jīng)放大后通過超聲波發(fā)射 器輸出， 然后 超聲波 接收器將接收到的超聲波信號(hào)經(jīng)放大器放大，用鎖相環(huán)電路進(jìn)行檢波處理 ， 啟動(dòng)單片機(jī)中斷程序，測(cè)得 時(shí)間 T，再 由系統(tǒng)軟件對(duì)其進(jìn)行計(jì)算、判別 ，最后將相應(yīng)的計(jì)算結(jié)果 送至 LED數(shù)碼管進(jìn)行顯示。 圖 超聲波測(cè)距原理框圖 設(shè)計(jì)方案 采用 AT89S52【 5】 單片機(jī)作為主控制器， 選 用高精度的晶振，以獲得穩(wěn)定的時(shí)鐘頻率，減少測(cè)量誤差。用 40KHz方波信號(hào)，并利用外中斷 0口檢測(cè) 超聲波接收電路輸出的返回信號(hào)。 LED 顯示電路采用 3 位共陽數(shù)碼管，段選接 P0 口的 8位 ，位選接 P2 口的高三位。 超聲波測(cè)距器的系統(tǒng)框圖如下： 單 片 機(jī) LED 顯示 發(fā)射驅(qū)動(dòng) 接收處理 按 鍵 發(fā)射管 接收管 圖 超聲波測(cè)距 報(bào)警 系統(tǒng) 框圖 圖 超聲波測(cè)距 報(bào)警 系統(tǒng) 流程圖 發(fā)射超聲波脈沖 計(jì)數(shù)器工作 延時(shí) 2ms 停止計(jì)數(shù)，計(jì)算距離 是否有回波 結(jié)束 Y N 開始 系統(tǒng)初始化 數(shù)據(jù) 顯示 距離 10cm 或 50cm 蜂鳴器報(bào)警 Y N 超聲波接收 超聲波發(fā)送 單片機(jī) 控制器 LED 顯示 報(bào)警 第 3 章 各模塊 介紹 單片機(jī) AT89S52 AT89S52是一種低功耗、高性能 CMOS 8位微控制器 【 6】 ，具有 8k字節(jié) Flash，256字節(jié) RAM， 32位 I/O口線，看門狗定時(shí)器 ， 2個(gè)數(shù)據(jù)指針， 3個(gè) 16位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器， 1個(gè) 6向量 2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。使用 Atmel公司高密度非易失性 存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容，片內(nèi)置通用 8位 CPU及 Flash存儲(chǔ)單元，使其為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、高效率的解決方案。 引腳及其功能 如圖 AT89S52引腳圖。 圖 AT89S52引腳圖 VCC：電源 GND：地 P0 口： 8 位漏極開路的雙向 I/O 口。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng) 8個(gè) TTL 邏輯電平。對(duì) P0 端口寫“ 1”時(shí)，引腳用作高阻抗輸入。當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P0 口則作為低 8 位地址 /數(shù)據(jù)復(fù)用，在這種模式下，它具有內(nèi)部上拉電阻。在 flash編程時(shí)， P0 口用來接收指令字節(jié)。在程序校驗(yàn)時(shí)，則需要外部上拉電阻來輸出指令字節(jié)。 P1口：具有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O口。 P1 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4個(gè) TTL邏輯電平。對(duì) P1端口寫“ 1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，作為輸入口使用。在輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流。 在 flash編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口接收低 8位地址字節(jié)。 引腳號(hào)第二功能： T2：定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T2 的外部計(jì)數(shù)輸入，時(shí)鐘輸出 T2EX：定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T2 的捕捉 /重載觸發(fā)信號(hào)和方向控制 MOSI、 MISO、 SCK：系統(tǒng)編程用 P2口：具有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O口。 P2 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4個(gè) TTL邏輯電平。對(duì) P2端口寫“ 1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，作為輸入口使用。在輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流。在訪問外部程序存儲(chǔ)器或用 16 位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P2 口送出高 8位地址。在使用 8位地址訪問外部 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P2 口輸出鎖存器內(nèi)容。 在 flash編程和校驗(yàn)時(shí)， P2 口接收高 8位地址字節(jié)和一些控制信號(hào)。 P3口：具有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O口。 P3 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4個(gè) TTL邏輯電平。對(duì) P3端口寫“ 1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，作為輸入口使用。在輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流。在 flash編程和校驗(yàn)時(shí)， P3 口接收一些控制信號(hào)。 引腳號(hào)第二功能： RXD:串行輸入 TXD:串行輸出 INT0：外部中斷 0 INT0：外部中斷 0 T0：定時(shí)器 0外部輸入 T0：定時(shí)器 1外部輸入