【正文】 er circuit, display circuit, and other modules. The probe signals are integrated analysised by SCMC to achieve the various functions of ultrasonic distance measurement instrument. Based on this has designed system39。在此基礎上設計了系統(tǒng)的總體方案，最后通過硬件和軟件實現(xiàn)了各個功能模塊。該系統(tǒng)主要由主控制器模塊、超聲波發(fā)射模塊、超聲波接收模塊和顯示模塊等四個模塊構成。 畢 業(yè) 設 計 [論 文 ] 題 目： 基于單片機的超聲波測距儀設計與制作 學 院： 電氣與信息工程學院 專 業(yè)： 電子信息工程 姓 名： 學 號： 指導老師： 郭蓓蕾 完成時間： 2020年 5 月 31日 河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 摘要 I 摘 要 隨著社會的發(fā)展，人們對距離或長度測量的要求越來越高。 本文介紹了一種利用超聲波測距的系統(tǒng)，該系統(tǒng)是一種基于 AT89C52 單片機的超聲波測距系統(tǒng)，它根據(jù)超聲波在空氣中傳播的反射原理，以超聲波傳感器為 檢測 部件，應用單片機技術和超聲波在空氣中的時間差來測量距離。各 探頭的信號經(jīng)單片機綜合分析處理，實現(xiàn) 超聲波測距儀 的各種功能。實現(xiàn)后的作品可用于需要測量距離參數(shù)的各種應用場合。因此，經(jīng)常出現(xiàn)開挖已經(jīng)建設好的建筑設施來改造排水系統(tǒng)的現(xiàn)象 。 隨著科學技術的快速發(fā)展，超聲波將在傳感器中的應用越來越廣。隨著傳感器的技術進步，傳感器將從具有單純判斷功能發(fā)展到具有學習功能，最終發(fā)展到具有創(chuàng)造力。為解決這一系列難題，本文設計了一款基于 AT89C52單片機的低成本、高精度、微型化的超聲波測距儀。 第 4 章介紹了設計中需要用到的主要器件，且因其在本設計的作用不同而詳盡程序亦不同。 河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 第 2 章 基于單片機的超聲波測距原理 3 第 2 章 基于單片機的 超聲波測距原理 超聲波簡介 我們知道，當物體振動時會發(fā)出聲音。因此，我們把頻率高于 20200 赫茲的聲波稱為 “ 超聲波 ”。在醫(yī)學 ， 軍 事 ， 工業(yè) ， 農(nóng)業(yè)上有明顯的作用 。對于咽喉炎 、 氣管炎等疾病 ， 藥品很難血流到患病的部位 。測量距離時，將超聲波傳感器對準反射物發(fā)射超聲波，并開始計時，超聲波在空氣中傳播到達障礙物后被反射回來，傳感器接收到反射脈沖后立即停止計時，然后根據(jù)超聲波的傳播速度和計時時間就能計算出兩端的距離。s,不會產(chǎn)生累積誤差，使定時間達到 1181。 T—— 氣體勢力學溫度，與攝氏溫度的關系是 T=273K+t。溫度越高，傳播速度越快，而且不同溫度下傳播速度差別非常大，例如 0℃時的速度為 332m/s， 30℃時的速度為 350m/s，相差 18m/s。因為超聲波在標準空氣中傳播速度為 米 /秒，由單片機負責計時，單片機使用 晶振，所以此系統(tǒng)測量精度理論上可以達到毫米級。由于超聲波易于定向發(fā)射、方向性好、強度易控制、與被測量物體不需要直接接觸的優(yōu)點，是作為液體高度測量的理想手段。而以單片機為核心的測距儀器可以實現(xiàn)預置、多端口檢測、顯示、報警等多種功能，并且成本低、精度高、操作簡單、工作穩(wěn)定、可靠。位處理在開關決策、邏輯電路仿真、過程測控等方面極為有效；而 8 位處理則在數(shù)據(jù)采集和處理等方面具有明顯長處。 可對測得數(shù)據(jù)優(yōu)化處理，并采用溫度補償，使測量誤差降到更低限度； AT89C52 還控制顯示電路，用動態(tài)掃描法來實現(xiàn) LED 數(shù)字顯示。 圖 超聲波測距儀系統(tǒng)結構框圖 4 位 LED 顯示器 復位電路 電源電路 AT89C52 超聲波發(fā)射電路 超聲波接收電路 T40 R40 河南城建學院本科畢 業(yè)設計（論文） 第 4 章 硬件電路的主要元器件介紹 7 第 4 章 硬件電路的主要元器件介紹 單片機 AT89C52 單片機即單片微型計算機 SCMC（ Single Chip Micro Computer）。 AT89C52 是一個低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機，片內(nèi)含 8k bytes 的可反復擦寫的 Flash 只讀程序存儲器和 256 bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM），器件采用 ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產(chǎn)，兼容標準 MCS51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器和 Flash 存儲單元，內(nèi)置功能強大的微型計算機的 AT89C52 提供了高性價比的解決方案。 AT89C52 的引腳功能有： 圖 .1 AT89C52 的引腳圖 1) 主電源引腳 VSS—— 第 20 腳，電路接地電平。 XTAL1—— 第 18 腳，接外部晶振的另一個引腳，它是片內(nèi)反相放大器的輸出端口。在 VCC 掉電期間，此引腳 (即 VPD)可接通備用電源，以保持片內(nèi) RAM 信息不受破壞。要注意的是：每當訪問外部存儲器時將跳過一個 ALE 脈沖。在此期間，當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，這兩次有效的 PSEN 信號不出現(xiàn)。 Flash 存儲器編程時，該引腳加上 +12V 的編程允許電源 VPP，當然這必須是該器件是使用 12V 編程電壓 VPP。 P1 口 —— 第 1~8 腳，具有內(nèi)部上拉電路的 8 位準雙向 I/O 端口。 P3 口 —— 第 10~17 腳，具有內(nèi)部上拉電路的 8 位準雙向 I/O 端口。 壓電陶瓷片具有如下特性：當在其兩端加上大小和方向不斷變化的交流電壓時，就會產(chǎn)生“壓電效應”，使壓電陶瓷也產(chǎn)生機械變形，這種機械變形的大小以及方向與外加電壓的大小和方向成正。發(fā)射電路主要由反相器 74HC04 和超聲波發(fā)射換能器 T40構成，單片機 40kHz的方波信號一路經(jīng)一級反向器后送到超聲波換能器 的一個電極，另一路經(jīng)兩級反向器后送到超聲波換能器的另一個電極，用這種推換形式將方波信號加到超聲波換能器的兩端，可以提高超聲波的發(fā)射強度。由于超聲波接收探頭的信號非常弱，所以必須用放大器放大，放大后的正弦波不能被微處理器處理，所以必須經(jīng)過波形變換。 圖 超聲波接收電路 河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 第 5 章 超聲波測距硬件電路設計 12 四位 LED 數(shù)碼管顯示電路 顯示電路如圖 ，四位 LED 組成動態(tài)掃描電路，由 AT89C52 的 P0 口輸出。為方便起見，本設計采用的是 5V USB 供電，輸出 +5V穩(wěn)恒直流電，作為電路的電源。本設計采用的是電平式開關與上電復位電路，為了能使運行中的系統(tǒng)，經(jīng)人工干預，強制系統(tǒng)進行復位。在測距中，各種信號包括溫度對聲速的影響都將干擾到測距的準確性，其中超聲波的余波信號對整個設計中測距的精確度的干擾的影響比較大。 超聲波接收電路在接收到超聲波回波后，通過 CX20206A 電路進行檢波整形比 較，并向單片機發(fā)出有效信號，單片機通過外部中斷的改變記錄回波信號的到達時間，中斷發(fā)生之后就是表示已經(jīng)接收到了回波信號，這個時候停止計時，并且讀取計數(shù)器中河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 第 6 章 軟件控制程序的設計與概述 15 的數(shù)值，這個數(shù)值就是需要進行測量的時間差的數(shù)據(jù)。 超聲波測距儀主程序利用外中斷 1 檢測返回超聲波信號，一旦接收到返回超聲波信號（即 1INT 引腳出現(xiàn)低電平），立即進入中斷程序。 void timer0(void)interrupt 1 { send=!send。amp。 t=TH1*256+TL1。 TH1=0x00。 TR0=0。 TL1=0x00。 dist=*t*radical。機器匯編是通過匯編軟件將源程序變?yōu)闄C器碼，用于MCS51 單片機的匯編軟件有早期的 A51，隨著 單片機開發(fā)技術的不斷發(fā)展，從普遍使用匯編語言到逐漸使用高級語言開發(fā)，單片機的開發(fā)軟件也在不斷發(fā)展， Keil 軟件是目前最流行開發(fā) MCS51 系列單片機的軟件，這從近年來各仿真機廠商紛紛宣布全面支持 Keil 即可看出。 uVison 啟動后，程序窗口的左邊有一個工程管理窗口，該窗口有 3 個標簽，分別是 Files、 Regs、和 Books，這三個標簽頁分別顯示當前項目的文件結構、 CPU 的寄存器及部份特殊功能寄存器的值（調(diào)試時才出現(xiàn)）和所選 CPU 的附加說明文 件，如果是第一次啟動 Keil，那么這三個標簽頁全是空的。點擊“ ProjectNew Project?”菜單， 出現(xiàn)一個對話框，要求給將要建立的工程起一個名字，可以在編緝框中輸入一個名字（設為 exam1），不需要擴展名。雙擊 文件，將文件加入項目，注意，在文件加入項目后，該對話框并不消失，等待繼續(xù)加入其它文件，如果誤認為操作沒有成功而再次雙擊同一文件，這時會出現(xiàn)重復加入文件錯誤的對話框，提示你所選文件已在列表中，此時應點擊“確定”，返回前一對話框，然后點擊“ Close”即可返回主界面，返回后，點擊“ SourceGroup 1”前的加號，會發(fā)現(xiàn) 文件已在其中。 設置對話框中的 Target 頁面，如圖 所示， 圖 加入文件 河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 第 7 章 軟件調(diào)試及系統(tǒng)仿真 21 Xtal 后面的數(shù)值是晶振頻率值，默認值是所 選目標 CPU的最高可用頻率值，對于我們所選的 AT89C51 而言是 24M，該數(shù)值與最終產(chǎn)生的目標代碼無關，僅用于軟件模擬調(diào)試時顯示程序執(zhí)行時間。 Use onchip ROM 選擇項，確認是否僅使用片內(nèi) ROM（注意：選中該項并不會影響最終生成的目標代碼量）； Operating 項是操作系統(tǒng)選擇，Keil 提供了兩種操作系統(tǒng)： Rtx tiny 和 Rtx full，關于操作系統(tǒng)是另外一個很大的話題了，通常我們不使用任何操作系統(tǒng)，即使用該項的默認值： None（不使 用任何操作系統(tǒng)）； Off Chip Code memory 用以確定系統(tǒng)擴展 ROM 的地址范圍， Off Chip xDatamemory 組用于確定系統(tǒng)擴展 RAM 的地址范圍，這些選擇項必須根據(jù)所用硬件來決定，由于該例是單片應用，未進行任何擴展，所以均不重新選擇，按默認值設置。按鈕“ Select Folder for objects”是用來選擇最終的目標文件所在的文件夾，默認是與工程文件在同一個文件夾中。 Listing 標簽頁用于調(diào)整生成的列表文件選項。默認的是速度優(yōu)先，可根據(jù)需要更改。以上操作也可以通過工具欄按鈕直 接進行。 Protel 是目前國內(nèi)最流行的通用 EDA 軟件，它將電路原理圖設計、 PCB 板圖設計、電路仿真和 PLD 設計等多個實用工具組合起來構成 EDA 工作平臺，是第 1 個將EDA 軟件設計成基于 Windows 的普及型產(chǎn)品。包括：標題欄、主菜單、標準工具欄、繪圖工具欄、狀態(tài)欄、對象選擇按鈕、預覽對象方位控制按鈕、仿真進程控制按鈕、預覽窗口、對象選擇器窗口、圖形編輯窗口。 圖 為本設計的系統(tǒng)仿真原理圖。因此在測量過程中稍不小心就會接收不到超聲波，而導致沒有測量結果。 (2)測量誤差隨著所測距離的增大而增大。 誤差分析： 聲波傳輸速度與媒介的彈性模量和密度相關，因此，利用聲速測量距就要考慮這些因素對聲速影響。氣體中聲速受溫度影響最大‘聲波擾動是機械的，聲波在傳播中帶有機械能量，聲能傳播的中逐漸轉(zhuǎn)變成熱，從而出現(xiàn)隨距離而逐漸衰減的現(xiàn)象，稱為聲吸收。單片機采用 AT89C52。 超聲波測距儀的軟件設計主要由主程序、超聲波發(fā)生子程序、超聲波接收中斷程序及顯示子程序組成。由于該系統(tǒng)中鎖相環(huán)鎖定需要一定時間，測得的距離有誤差，在汽車雷達應用中可忽略不計；但在精度要求較高的工業(yè)領域如機器人自動測距等方面，此誤差不能忽略，可以通過改變一些硬件的應用實現(xiàn)對超聲波的快速鎖定或根據(jù)自己的需要在程序中加入測距軟件補償?shù)拇a，使誤差進一步減小，可以滿足更高要