【正文】 mperature pensation ， software design and production were discussed. Key words: 51 singlechip, ultrasonic ranging,DS18B20 the temperature pensation, error analysis. 目錄 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 2 第一章 引言 …………………………… .…………………… ....................... 4 單片機(jī)系統(tǒng)概述 …………… .………………… .................................5 超聲波測距系統(tǒng)概述 …………… .………………… ..........… .......... 6 本設(shè)計(jì)任務(wù)主要內(nèi)容 …………… .………… …… … ..........… .......... 7 第二章 超聲波測距的原理 …………………… .……… … … ........… ........... 8 超聲波的基本理論 …………………… .……… … … .........… ........... 7 超聲波測距系統(tǒng)原理 ………………………………… ....................10 第三章 系統(tǒng)主要硬件設(shè)計(jì) ……………………………… … … ......……… .12 方案論證與比較 ……………………………………… ....................12 單片機(jī)主機(jī)系統(tǒng)電路 …………………………… … … ....................15 單片機(jī) 系統(tǒng) …………………………………… .........................15 復(fù)位電路 …………………………… ..............……… … … .......16 時(shí)鐘電路 ………………………………… ..............………… ...16 按鍵電路 …………………… …………… ..............………… ...17 蜂鳴器電路 ………………………………… ..............…… .......17 超聲波發(fā)送電路 ………………………………… ..........…… ...… ...18 超聲波接收電路 …………………………………… ..........……… ..18 溫度采集 DS18B20 電路 ……………………… … ..........……… ....20 LCD 顯示電路 ……………………………… …… ...........…… ......20 電源電路 …………………………………… ..… ..........………… ....22 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ……………………………… ....……………… ...… 25 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 3 系統(tǒng)程序結(jié)構(gòu) ………………………………… ....…………… ...… .28 系統(tǒng)主程序 …………………………………… ....…………… ...… .25 40KHz 超聲波發(fā)送程序 ……………………… ..…… … …… ..… .29 超聲波的接收和處 理 ………………………………… .....…… ...… 30 DS18B20溫度采集程序 ……………… ..........................................30 距離計(jì)算程序 ……………………………………… .....……… ..… .35 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序 ………………………………………… .....…… ...… 36 LCD顯示程序 ………………………………………… ...…… .… ..37 基于 Proteus 的軟件仿真 ……………… …………… ..… … .............42 第五章 PCB設(shè)計(jì) ………………………………………… ........……… .....44 元件選擇 …………………………………………… … .....……… ...44 DXP 原理圖的繪制 ………………… ..………… .… .........................45 元件封裝制作 …………………………………… .....………… ...… 45 PCB 的電磁兼容性設(shè)計(jì) …………………………… ..…………… 46 布局布線 ……………………………………………… ......……… ..48 制造文件輸出 ……………………………………… .… ......…… .....49 第 六 章 設(shè)計(jì)心得 …………………………………………………… … … ...52致謝 ……………………………………………………………… … …… .53附錄 ……………………………………………………………… ..……… ...54 I 系統(tǒng)原理圖 ………………………………………… .....… ..…… ...55 II C 源程序 ……………… ……………………………… .………… 56 參考文獻(xiàn) ……………………………………………………… ..… … …… ...66 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 4 外文資料 ……………………………………………………… ..… … …… ...67 第一章 引言 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 5 單片機(jī)系統(tǒng)概述 單片機(jī) (Microcontroller,徽控制器 )的出現(xiàn)無疑是近代計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展史上的重要事件，它使嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了單片集成， 并促進(jìn)通用微處理器（ CPU）向嵌入式微處理器發(fā)展，如今，嵌入式微控制器與嵌入式微處理器形成了嵌入式系統(tǒng)中兩個(gè)重要組成部分。 而單片機(jī)作為嵌入式控制模塊，它應(yīng)用于許多電器之中，如冰箱、微波爐、彩電、空調(diào)等，還有其他大型電器。 因此超聲波裝置尤其適用于存 在 /非存在監(jiān)測、精確距離監(jiān)測，或其它類型傳感技術(shù)不能很好的發(fā)揮作用的應(yīng)用領(lǐng)域，如監(jiān)測透明或發(fā)光物體、充滿霧氣或塵埃的空氣，或是噴射狀液體，而且隨著性能的提升，可以進(jìn)一步取代其他的檢測方式，以其便捷性和精度高等優(yōu)勢成為一種理想和被推薦的檢測，有更廣的應(yīng)用前景。嵌入式系統(tǒng)一般應(yīng)用于對實(shí)時(shí)響應(yīng)要求較高的設(shè)備中，單片機(jī)作為嵌入式系統(tǒng)的核心部件，其應(yīng)用使電子系統(tǒng)的智能化出現(xiàn)了意想不到的效果，常常無需對硬件資源做任何改動(dòng)，只需更新系統(tǒng)軟件就能使系統(tǒng)功能升級。 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括單片機(jī)基本擴(kuò)展、外圍電路設(shè)計(jì)和程序設(shè)計(jì)、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境、系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)、電磁兼容性設(shè)計(jì)等內(nèi)容。 2) 元件的選擇 。因此，我國對超聲波的研究特別活躍。為了測量各種狀態(tài)下的物理量多采用 縱波形式的超聲波。 (2)橫波聲速公式為 2121 )(])1(2[ ??? GEC q ???? （無限介質(zhì)） 在固體中， ? 介于 0—— 5 之間，因此一般可視為橫波聲速為縱波的一半。 (3)超聲波的干涉 如果在一種介質(zhì)中傳播幾個(gè)聲波，于是產(chǎn)生波的干涉現(xiàn)象。 (2) 空化作用 在流體動(dòng)力學(xué)指出，存在于液體中的微氣泡在聲場的作用下振動(dòng)，當(dāng)聲壓達(dá)到一定的值時(shí)，氣泡將迅速膨脹，然后突然閉合，在氣泡閉合時(shí)產(chǎn)生沖擊波，這種膨脹、閉合、振動(dòng)等一系列動(dòng)力學(xué)過程稱為空化。本測量電路采用第二種方案。超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，根據(jù)計(jì)時(shí)器記錄的時(shí)間 t，就可以計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)距障礙物的距離 (s)，即： 2/CTD? 原理框圖如 11 所示： 采用單片機(jī)來控制的超聲波測距儀 設(shè)計(jì)方案二： 采用 CPLD 來控制的超聲波測距儀 采用 CPLD 來控制的超聲波測距儀 ，主要是在軟件上 運(yùn)用 VHDL（ Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language）編寫程序使用 MAX+plus II 軟件進(jìn)行軟硬件設(shè)計(jì)的仿真和調(diào)試，最終實(shí)現(xiàn)測距功能。具體方案如下：首先通過頻率合成技術(shù)產(chǎn)生超聲波所需要的頻率，在通過信號線將采用鎖頻率相開 始 測 量 超聲波信號 開定時(shí)器 關(guān)定時(shí)器 數(shù)據(jù)運(yùn)算 顯示器 接收檢測 電聲換能器 電聲換能器 驅(qū)動(dòng)電路 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 14 合成技術(shù)得到的頻率引到超聲波的發(fā)射頭上，這樣就可以實(shí)現(xiàn)超聲波測距。 圖 555 構(gòu)成的超聲波發(fā)射電路 圖 是由非門構(gòu)成的一個(gè)振蕩器發(fā)送電路，用非門構(gòu) 成的電路簡單，調(diào)試容易。 圖 運(yùn)放構(gòu)成的超聲波接收電路 (3) LM1812 收發(fā)集成電路構(gòu)成 LM1812 是一種專用于超聲波接收和發(fā)送的集成電路，它即可做發(fā)送電路，又可以做接收電路使用。 (5) AT89S52 晶振頻率高達(dá) 24M，運(yùn)行速度更快。 當(dāng)人按下按鈕 S1 時(shí)，使電容 C1 通過 R1 迅速放電，待 S1 彈起后， C 再次充電，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)復(fù)位。電路如圖 通過單片機(jī)軟件產(chǎn)生 3KHz 的信號從 口送到三極管 的基極，控制著電壓加到蜂鳴器上，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)出聲音。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。但 C4 的改變會(huì)影響到頻率特性，一般在實(shí)際使用中不必改動(dòng)，推薦選用參數(shù)為 R4=， C4=1μF。 溫度采集 DS18B20 電路 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 23 物理學(xué)告訴我們，超聲波在空氣中的傳播速度為： TC G ??? 3 1 ，由此可見，超聲波的速度和溫度密切關(guān)系，即溫度每增加 1176。 DS18B20 引腳判斷方法是：字面朝人， 從左到右依次是 1 （ GND）、2（輸入 /輸出）、 3（ VDD）。 第四腳 RS:寄存器選擇信號線。A’。 (5)主程序，分為系統(tǒng)初始化、按鍵處理以及各個(gè)子程序的調(diào)度管理等部分。j++)。 if(START) goto waitforstarting； BUZZER=0。 testtemp()。 //重新啟動(dòng)轉(zhuǎn)換 display()。} TMOD=0x11。 } 40KHz 超聲波發(fā)送程序 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 33 超聲波的每過 60ms 發(fā)送一次，通過定時(shí)器 T0中斷中發(fā)送超聲波，超聲波發(fā)送后延時(shí)一段時(shí)間后返回，防止余波被接收頭 接收誤判，程序如下： /***************************************************** 定時(shí)器 0溢出中斷函數(shù)，每 60MS 溢出 *****************************************************/ void timer0(void)interrupt 1 using 0 { TH0=0x15。 _nop_()。 _nop_()。 _nop_()。其工作時(shí)序包括：初始化時(shí)序、寫時(shí)序和讀時(shí)序。 //拉高總線 Delay(10)。 i) { DQ = 0。 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 38 for (i = 8。 } 從上面可以看出， 16位數(shù)據(jù)同樣是從低位到高位被逐一讀取的，而且讀取的溫度為補(bǔ)碼的形式，使用前必須進(jìn)行補(bǔ)碼轉(zhuǎn)換。 t = 8。 t=jsh*256+jsl120。 fuhao=0。 //數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后放到顯示數(shù)組里面 if(fuhao) num[12]=num[12]|0x80。 tmp%=10。下面我們在來看看 發(fā)射信號的產(chǎn)生。首先繪制原理圖。在 PCB設(shè)計(jì)中基本的原則如下： 1 抑制干擾源 (1) 繼電器線圈加續(xù)