基于單片機的超聲波測距儀課設(shè)說明書(編輯修改稿)
2025-07-24 20:26 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 。4腳：接地端。5腳：該腳與電源端VCC接入一個電阻，用以設(shè)置帶通濾波器的中心頻率f0，阻值越大，中心頻率越低。例如，取R=200kΩ時，fn≈42kHz，若取R=220kΩ，則中心頻率f0≈38kHz。6腳： 該腳與GND之間接入一個積分電容，標準值為330pF，如果該電容取得太大，會使探測距離變短。7腳：遙控命令輸出端，它是集電極開路的輸出方式，因此該引腳必須接上一個上拉電阻到電源端，該電阻推薦阻值為22kΩ，沒有接收信號時該端輸出為高電平，有信號時則會下降。8腳： 電源正極，～5V。 三、系統(tǒng)設(shè)計 總體方案設(shè)計介紹超聲波測距利用超聲波指向性強、能量消耗緩慢、傳播距離較遠等優(yōu)點，即用超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)送超聲波，同時在發(fā)射的時候開始計時，在超聲波遇到障礙物的時候反射回來，超聲波接收器在接收到反射回來的超聲波時，停止計時。設(shè)超聲波在空氣中的傳播速度為V，在空氣中的傳播時間為T，與障礙物的距離為S，則S=VT/2，這樣可以測出超聲波發(fā)射器與障礙物之間的距離，然后在數(shù)碼管上顯示出來。其工作機理是依據(jù)壓電材料的正逆壓電效應，利用逆壓電效應產(chǎn)生超聲波，即逆壓電效應是在壓電材料上加上某種特定頻率的交變正弦信號，材料就會產(chǎn)生隨所加電壓的變化規(guī)律而變化的機械形變，這種機械形變推動周圍介質(zhì)振動，產(chǎn)生疏密相間的機械波，如果其振動頻率在超聲范圍內(nèi)，這種機械波就是超聲波。本文所設(shè)計的超聲波測距儀主要由STC89C52單片機、超聲波發(fā)射電路、超聲波接收放大電路、顯示電路組成。首先由單片機驅(qū)動產(chǎn)生40KHZ方波，由超聲波發(fā)射探頭發(fā)送出去，在遇到障礙物反射回來時由超聲波接收探頭檢測到信號，然后經(jīng)過濾波、放大、整形之后送入單片機進行計算，把計算結(jié)果輸出到數(shù)碼管上。超聲波發(fā)生器可以分為兩大類：一類是用電氣方式產(chǎn)生超聲波；另一類是用機械方式產(chǎn)生超聲波。電氣方式包括壓電型、電動型等；機械方式有加爾統(tǒng)笛、液 和氣流旋笛等。它們所產(chǎn)生的超聲波的頻率，功率和聲波特性各不相同，因而用途也各不相同。目前在近距離測量方面較為常用的是壓電式超聲波換能器。根據(jù)設(shè)計要求并綜合各方面因素，本例決定采用STC89C2單片機作為主控制器，用動態(tài)掃描法實現(xiàn)數(shù)碼顯示，超聲波驅(qū)動信號用單片機的定時器完成。超聲波測距器系統(tǒng)設(shè)計如圖31所示。超聲波接收 單片機控制器超聲波發(fā)送數(shù)碼顯示掃描驅(qū)動圖31 超聲波測距系統(tǒng)設(shè)計框圖 單片機時鐘電路時鐘電路用于產(chǎn)生單片機工作所需要的時鐘信號，而時序所研究的是指令執(zhí)行中各信號之間的相互關(guān)系。單片機本身就如一個復雜的同步時序電路，為了保證同步工作方式的實現(xiàn)，電路應在唯一的時鐘信號控制下嚴格地作。（1）時鐘信號的產(chǎn)生單片機內(nèi)部有一個高增益反相放大器，其輸入端為芯片引腳XTAL1，其輸出端為引腳XTAL2。而在芯片的外部，XTAL1和XTAL2之間跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容，從而構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。電容器C1和C2的作用是穩(wěn)定頻率和快速起振，電容值的范圍在5pF∽30pF,典型值為30pF。晶振的頻率通常選擇兩種6MHz和12MHz。只要在單片機的XTAL1和XTAL2引腳外接晶體振蕩器就構(gòu)成了自激振蕩器并在單片機內(nèi)部產(chǎn)生時鐘脈沖信號。（2）時鐘振蕩電路如圖32所示。圖32 時鐘電路12MHz 單片機復位電路復位電路是使單片機的CPU或系統(tǒng)中的其他部件處于某一確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。（1）單片機常見的復位電路通常單片機復位電路有兩種：上電復位電路和按鍵復位電路。上電復位電路：上電復位是單片機上電時復位操作，保證單片機上電后立即進入規(guī)定的復位狀態(tài)。它利用的是電容充電的原理來實現(xiàn)的。按鍵復位電路：它不僅具有上電復位電路的功能，同時它的操作比上電復位電路的操作要簡單的多。如果要實現(xiàn)復位的話，只要按下RESET鍵即可。它主要是利用電阻的分壓來實現(xiàn)的在此設(shè)計中，采用的按鍵復位電路。按鍵復位電路如圖33所示：圖33 復位電路圖（2）復位電路工作原理上電復位要求接通電源后，單片機自動實現(xiàn)復位操作。上電瞬間RESET引腳獲得高電平，隨著電容的充電，RERST引腳的高電平將逐漸下降。RERST引腳的高電平只要能保持足夠的時間（2個機器周期），單片機就可以進行復位操作。上電與按鍵均有效的復位電路不僅在上電時可以自動復位，而且在單片機運行期間，利用按鍵也可以完成復位操作。故本設(shè)計選用第二種上電復位與按鍵均有效的電路。 超聲波發(fā)射電路 圖34 超聲波發(fā)射原理圖 圖35 NE555發(fā)射波形圖發(fā)射電路由555定時器構(gòu)成的高頻振蕩器產(chǎn)生40kHz方波，經(jīng)過驅(qū)動電路驅(qū)動超聲波發(fā)生器發(fā)出一簇信號，同時開始計時。本電路中采用555定時器構(gòu)成振蕩電路，2腳（6腳）及地之間的電容不斷的進行充、放電，導致555時基電路處于置位與復位反復交替的狀態(tài)，即輸出端3腳交替輸出高電平與低電平，輸出波形為近似矩形波，此電路也稱為自激多諧振蕩器。電路初次通電時，由于電容C1兩端電壓不能突變，555的2腳為低電平，555時基電路置位，即3腳輸出高電平，內(nèi)部放電晶體管截止，7腳被懸空，此時正電源VDD通過電阻RR2向電容C1充電，使C1兩端電壓不斷升高，約經(jīng)時間TH ，C1兩端電壓即閾值端（6腳）電平升至2VDD/3時，555時基電路翻轉(zhuǎn)復位，3腳輸出低電平，同時內(nèi)部放電晶體管導通，7腳也為低電平，此時電容C1儲存電荷將通過R2向7腳放電，使C1兩端電壓即555的觸發(fā)端2腳電平不斷下降，約經(jīng)TL時間，電壓降至VDD/3時，555時基電路又翻轉(zhuǎn)置位，3腳又輸出高電平，7腳再次被懸空，正電源又通過R1, R2向C1充電，如此周而復始，電容C1不斷處于充電與放電
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