【正文】 時光匆匆如流 水，轉(zhuǎn)眼便是大學(xué)畢業(yè)時節(jié)。 動手能力與自學(xué)能力得到了鍛煉與提高，對待事物的態(tài)度也發(fā)生了變化。但由于條件和技術(shù)所限，對于很多以上所分析的在發(fā)射和接收過程中所產(chǎn)生的誤差沒有得到有效的校正。 第一步：將單片機(jī)開發(fā)板與電腦連接， 連接電源給系統(tǒng)供電，關(guān)閉電源開關(guān)，系統(tǒng)斷電。 } } 理工大學(xué)學(xué)士論文 27 5 調(diào)試與下載 調(diào)試與仿真作為硬件與軟件結(jié)合的重要部分 ，產(chǎn)品的制作首先要在相關(guān)軟件中完成模擬運(yùn)行，檢驗(yàn)設(shè)計的可行性，然后再在現(xiàn)實(shí)中得 到實(shí)現(xiàn)。 _nop_()。 _nop_()。 if(timer=400) { timer=0。 //加入短暫延時 P0=0XFF。 //關(guān)閉百位數(shù)碼管 SMG_s=0。 //查找定義好的 數(shù)碼管段值與 P0 口輸出 delay()。 //“” disbuff[2]=10。 //關(guān)閉計數(shù) Conut()。 ET0=1。 (2)、 測距時 ， 被測 物 體的面積不少于 平方米且平面盡量要求 平 整 ， 否則影響測量的結(jié)果 實(shí)物規(guī)格 ： 圖 實(shí)物規(guī)格 理工大學(xué)學(xué)士論文 20 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計 軟件模塊主要有： 主程序，距離計算程序， 顯示 程序 ，及終端程序。 (2)模塊自動發(fā)送 8 個 40khz 的方波，自動檢測是否有信號返回； (3)有信號返回，通過 IO 口 ECHO 輸出一個高電平，高電平持續(xù)的時間就是超聲 波從發(fā)射到返回的時間。 超聲波接收電路設(shè)計 由于超聲波在空氣中的傳播過程中是有衰減的，如果距離較遠(yuǎn)，那么超聲波接收電路所接收到的超聲波信號就會比較微弱，因此需要對接收到的信號進(jìn)行放大而且放大的倍數(shù)也要比較大。 當(dāng)進(jìn)行距離的測量 時 ， 由安裝在同 一水平線上的 超聲波發(fā)射器和接收器完成超聲波的發(fā)射與接收， 并且同時啟動 定時器 進(jìn)行計數(shù) 。 STC89S51的 RST 引腳為復(fù)位引腳，只要在 RST 引腳上出現(xiàn) 兩個機(jī)器周期 以上的高電平，即可實(shí)現(xiàn)復(fù)位。計算時間差，即可得到超聲波在媒介中傳播的時間 t，由此便可計算出距離 理工大學(xué)學(xué)士論文 13 3 超聲波測距系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 該設(shè)計的硬件電路由主控部分 (單片機(jī) )、 超聲波測距模塊（ HCSR04） 、顯示部分（八段數(shù)碼管）、電源部分（三端穩(wěn)壓器 7805） 4 個部分組成。 超聲波測距系統(tǒng) 總體 設(shè)計 由單片機(jī) STC89C52 編程產(chǎn)生 10US 以上的高電平 ，由 口輸出， 就可以在接收口 （ Echo 引腳） 等待高電平輸出。停機(jī) 指令的集合或指令的全體稱為“指令系統(tǒng)” (Instruction System)。因此，單片機(jī)執(zhí)行程序的過程實(shí)際上也體現(xiàn)了單片機(jī)的基本工作原理。 地址線主要用來傳送存儲器所需要的地址碼或外部設(shè)備的設(shè)備號，通常由 CPU 發(fā)出并被存儲器或 I/O 接口電路所接收。 無 ROM 型單片機(jī)特點(diǎn)是片內(nèi)不集成 ROM 存儲器，故應(yīng)用程序必須固化到外接的ROM 存儲器芯片中，才能構(gòu)成有完整功能的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。 控制器是用來統(tǒng)一指揮和控制計算機(jī)進(jìn)行工作的部件。 CPU 負(fù)責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運(yùn)算器和控制 輸入 /輸出等操作。 51 單片機(jī)簡介 本課題所設(shè)計的超聲波測距系統(tǒng)是基于單片機(jī)控制的，在介紹電路設(shè)計之前，我們先來簡單了解一下單片機(jī)的工作原理，由于本課題所設(shè)計的超聲波測距系統(tǒng)是以 STC 公司的 8 位單片機(jī) STC90C52 為核心的，所以，在本章先簡單的介紹一下 STC90C52 的一些特性。 采用超聲波測量大氣中的地面距離，是近代電子技術(shù)發(fā)展才獲得正式應(yīng)用的技術(shù)，由于超聲測距是一種非接觸檢測技術(shù)，不受光線、被測對象顏色等的影響，在較惡劣的環(huán)境 (如含粉塵 )具有一定的適應(yīng)能力。反之，如果由超聲波機(jī)械振動作用于陶瓷片使其發(fā)生微小的形變時，那么壓電晶片也會產(chǎn)生與振動頻率相同的微弱的交流信號。頻率愈高速度愈大。超聲波在超聲場（被超 聲波充滿的范圍）傳播時，如果超聲波的波長與超聲場相比，超聲場很大，超聲波就像處在一種無限的介質(zhì)中，超聲波自由地向外擴(kuò)散；反之，如果超聲波的波長與相鄰介質(zhì)的尺寸相近，則超聲波受到界面限制不能自由的向外擴(kuò)散。其本身是一種回波，且包含的信號頻率與發(fā)射信號相近，不能被一般濾波電路或算法消除。余振期間，由于無法區(qū)分回波信號與余振信號，因此必須等余振停止或衰減到足夠小后，才能允許接收傳感器接受信號。 利用超聲波檢測往往比較迅速、方便、計算簡單、易于實(shí)現(xiàn)實(shí)時控制，并且在測量精度方面能達(dá)到工業(yè)實(shí)用的指標(biāo)要求，因此為了使移動機(jī)器人能夠自動躲避障礙物行走，就必須裝備測距系統(tǒng)，以使其及時獲取距障礙物的位置信息（距離和方向）。利用單片機(jī)控制超聲波檢測往往比較迅速、方便、計算簡單、易于做到實(shí)時控制，并且測量精度較高。 超聲波測距系統(tǒng)主要應(yīng)用于汽車的倒車?yán)走_(dá)、機(jī)器人自動避障行走、建筑施工工地以及一些工業(yè)現(xiàn)場例如：液 位、井深、管道長度等場合。因此超聲波測距在移動機(jī)器人的研究上得到了廣泛的應(yīng)用。這段時間由于無法檢測超聲波傳播距離，從而出現(xiàn)盲區(qū)。特別在近距離探測中，它是主要背景干擾。 超聲波特性 （ 1） 束射特性 由于超聲波的波長短，超聲波射線可以和光線一樣，能夠反射、折射，也能聚焦，而且遵守幾何光學(xué)上的所有定律。物資分子由于振動所獲得的能量除了與分子本身的質(zhì)量有關(guān)外，主要是由分子的振動速度的平方?jīng)Q定的 ,所以如果聲波的頻率愈高，也就是物質(zhì)分子愈能得到更高的能量。 超聲波傳感器結(jié)構(gòu)如下： 圖 元件內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖 超聲波外部結(jié)構(gòu) 超聲波測距的原理 ： 聲波是物體機(jī)械振動狀態(tài)（或能量）的傳播形式。因此，用途極度廣泛。 單片機(jī)基礎(chǔ)知識 單片微型計算機(jī) (SingleChip Microputer)簡稱單片機(jī)。 中央處理器由運(yùn)算器、定時控制部件和寄存器通過總線連接而成的一個整體。它的功能是從程序存儲器中提取指令，送到指令寄存器，在送入指令譯碼器進(jìn)行譯碼，并通過定時和控制電路，在規(guī)定時刻發(fā)出各種操作所需要的內(nèi)部控制信息及 CPU 外部所需要的控制信號，如 ALE、RD 和 WR 等，使各部分協(xié)調(diào)工作，完成指令所規(guī)定的各種操作。 ROM 型單片機(jī)內(nèi)部，其程序存儲器是采用掩膜工藝制成的，程序一旦固化進(jìn)去便永遠(yuǎn)不能修改。數(shù)據(jù)線用來傳送 CPU 寫入存儲器或經(jīng) I/O 接口送到輸出設(shè)備的數(shù)據(jù)，也可以傳送從存儲器或輸入設(shè)備經(jīng) I/O 接口讀入的數(shù)據(jù)。為此，先從指令程序談起。微處理器類型不同，它的指令系統(tǒng)也不一樣。 一旦有高電平出處，即在模塊中經(jīng)過放大電路，驅(qū)動超聲波發(fā)射探頭發(fā)射超聲波。各部分之間相互協(xié)作，構(gòu)成一個統(tǒng)一的有機(jī)整體，實(shí)現(xiàn) 功能。復(fù)位通常有上電復(fù)位和按鍵復(fù)位兩種方法。首先由 超聲波 發(fā)射 探頭向倒車的方向發(fā)射超聲波并同時啟動定時器計時，超聲波在空氣中 傳播 的途中一旦遇到障礙物后就會被反射回來，當(dāng)接收探頭 收到反射波后 就會給負(fù)脈沖到單片機(jī)使其立刻停止計 時 。超聲波接收電路主要是由集成電路 CX20xx6A 芯片電路構(gòu)成的，CX20xx6A 芯片電路可以對超聲波信號進(jìn)行放大、限幅、帶通濾波、峰值檢波、整形、比較等功能，比較完之后超聲波接收電路會輸出一個低電平到單片機(jī)去請求中斷，當(dāng)即單片機(jī)停止計時，并開始去進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理。測試距離 =(高電平時間 *聲速 (340M/S))/2。 本次設(shè)計使用 C 語言編寫程序， C 語言相比匯編有許多的優(yōu)勢；編譯器使用 Keil ? Version2 進(jìn)行程序編譯， Keil 功能強(qiáng)大使用方便。 //允許 T0 中斷 ET1=1。 //計算 while(1)。 //“” disbuff[3]=10。 //加入短暫延時 P0=0XFF。 //選擇十位 數(shù)碼管 P0=discode[disbuff[2]]。 //清除數(shù)碼管顯示，因是共陽型，所以不是 0 SMG_g=1。 TX=1。 _nop_()。 _nop_()。本設(shè)計通過利用 Protel仿真，將編寫的程序用 Keil軟件編譯。 第二步：打開 STC_ISP 軟件，并根據(jù)自己情況選擇相應(yīng)端口和波特率以及系統(tǒng)單片機(jī)型號（本系統(tǒng)采用 STC89C52RC）。比如 未消除溫度 、 氣壓造成的誤差 、硬件電路誤差等。理論總是離不開實(shí)踐的 ， 設(shè)計制作過程中，盲目地追尋理論知識 不足以解決所有問題，只有 研究 好 課本 ，并把理論應(yīng)用于實(shí)踐才能做到學(xué)以致用，才能把知識轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力 。隨著離校日期已日趨臨近，畢業(yè)設(shè)計的的完成也隨之進(jìn)入了尾聲。在此，謹(jǐn)向 隋濤 老師致以誠摯的 感 謝 和崇高的敬意。了解了超聲波傳感器的原理，學(xué)會了各種放大電路的分析、設(shè)計，也掌握了單片機(jī)的開發(fā)過程中所用到的開發(fā)方法和工具。 如圖 ,圖 圖 Keil 設(shè)置圖 理工大學(xué)學(xué)士論文 29 STC_ISP 軟件無法 向單片機(jī)寫入程序，并顯示“請給 MCU上電” 遇到這種情況 先檢查是否打開了電源開關(guān)，若開關(guān)打開人不能寫入程序， 一般是系統(tǒng)不兼容該型號的 USB 轉(zhuǎn) RS232 驅(qū)動，建議選擇合適的 轉(zhuǎn)換接口線 理工大學(xué)學(xué)士論文 30 設(shè)計總結(jié) 在本次設(shè)計中，我們廣泛借鑒了各種設(shè)計的優(yōu)點(diǎn)，充分考慮了整個設(shè)計中的各個環(huán)節(jié)。 系統(tǒng)調(diào)試 經(jīng)過軟件調(diào)試，程序無誤后，將生成的 .HEX 文件下載到單片機(jī)中。 TX=0。 _nop_()。 _nop_()。 timer++。//查找定義好的數(shù)碼管段值與 P0 口輸出 delay()。 //清除數(shù)碼管顯示，因是共陽型，所以不是 0 SMG_b=1。 //選擇千位數(shù)碼管 P0=discode[disbuff[0]]。 disbuff[1]=10。 //當(dāng) RX 為 1 計數(shù)并等待 TR0=0。 //2MS 定時 TL1=0x30。 注 ： (1)、 此模塊不宜帶 電 連接 ， 若要帶電連 接 ， 則 先讓模塊的 GND 端先 連 接 ， 否則會影 響 模塊的正常工作。 基本工作原理： (1)采用 IO 口 TRIG 觸發(fā)測距，給至少 10us 的高電平信號 。 圖 超聲波發(fā)射電路 工作時，由單片機(jī)產(chǎn)生 40 kHz的脈沖從 口向超聲波的發(fā)射電路部分發(fā)出信號，2*340 tS ?sfoscT ?112 ??)(** sNTNt ??1 0 0 0 0 0 0*1 7 0**1 7 0 NTNS ??理工大學(xué)學(xué)士論文 16 再經(jīng) 74LS04 放大電路放大后，驅(qū) 動超聲波探頭將超聲波發(fā)射出去。 而且，超聲波的測量是一種比 較理想的 的非接觸式 的 測距方法。復(fù)位電路的設(shè)計圖如圖 示： 圖 復(fù)位電路 （ 2） 復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，使 CPU 及各專用存儲器處于一個確定的初始狀態(tài)，其中把 PC 的內(nèi)容初始化為 0000H，使單片機(jī)從 0000H 單元開始執(zhí)行程序，除了系理工大學(xué)學(xué)士論文 14 統(tǒng)的正常開機(jī)（上電）復(fù)位外，當(dāng)程序運(yùn)行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死循環(huán)狀態(tài)時，為擺脫困境，可按復(fù)位鍵進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位電路由片外和片內(nèi)兩部分電路組成。 圖 時序圖 超聲波測距模塊的發(fā)射端在 T0 時刻發(fā)射方波，同時啟動定時器開始計時，當(dāng)收到回波后，產(chǎn)生一 負(fù)跳變到單片機(jī)中斷口，單片機(jī)響應(yīng)中斷程序，定時器停止計數(shù)。第一條指令的含義 是把 05H 傳送到累加器 A 中；第二條指令是加法指令，它把累加器 A 中的 5 和立即數(shù) 10 相加，結(jié)果保留到累加器 A 中；第三條是停機(jī)指令，機(jī)器執(zhí)行后處于動態(tài)停機(jī)狀態(tài)。 A←data1+data2 10000000 1111110 80 FE SJMP $。 單片機(jī)的基本工作原理 單片機(jī)是通過執(zhí)行程序來工作的，機(jī)器執(zhí)行不同程序 就能完成不同的運(yùn)算任務(wù)。內(nèi)部總線主要由三種不同性質(zhì)的連線組成，它們是地址線、數(shù)據(jù)線和控制線 /狀態(tài)線。近年來，又出現(xiàn)了EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory,電擦除可編程只讀存儲器 )和 Flash 型 ROM 存儲器。 (2) 控制器 控制器 包括時鐘發(fā)生器、定時控制邏輯、指令寄存器、指令譯碼器、程序計數(shù)器 PC、程序地址寄存器、數(shù)據(jù)指針寄存器 DPTR 和堆棧指針 SP 等。 51 系列單片機(jī)是 8 位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理 8 位二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼。 圖 聲速與溫度的關(guān)系 圖 可 以推導(dǎo)得出，溫度和波速大概有 c=+ 這樣的規(guī)律，波速確定后，只要測得超聲波往返的時間 t，即可求得距離 S。超聲波在空氣中的傳播速度為 v，根據(jù)計時器記錄的時間 t，就可以計算出發(fā)射點(diǎn)距障礙物 的距離 (s)，如圖 ，即： 2vts? 反 射 物L(fēng) 圖 超