【文章內(nèi)容簡介】 模式。電平觸發(fā)與串口觸發(fā)的不同之處為：電平觸發(fā)方式工作時需在Trig管腳輸入一個10us以上的高電平信號觸發(fā)系統(tǒng)發(fā)出8個40KHZ的超聲波脈沖，然后等待回波信號，再根據(jù)溫度值對測距結(jié)果進(jìn)行校正，結(jié)果通過Echo管腳輸出；而在串口模式下，需在TX管腳輸入0X55（波特率9600）觸發(fā)系統(tǒng)工作，工作過程與電平模式下相同，只是最后的結(jié)果由RX管腳輸出。串口觸發(fā)測序的時序圖如圖38所示。圖38 串口觸發(fā)測序時序圖串口通信協(xié)議：波特率9600（0X55），一位起始位，一位停止位，8位數(shù)據(jù)位，無奇偶校驗(yàn)。在串口觸發(fā)模式下，只需在TX管腳輸入0X55，系統(tǒng)便可發(fā)出8個40KHZ的超聲波脈沖，然后等待回波信號。當(dāng)接收到回波信號后，模塊還要進(jìn)行溫度值的測量，根據(jù)模塊測得的溫度對測距結(jié)果進(jìn)行校正，校正結(jié)果通過RX管腳輸出。21輸出的距離值共2個字節(jié)，第一個字節(jié)為距離的高8位（H），第二字節(jié)為距離的低8位（L）,單位為mm，即距離值為（H*256+L）mm。 US100串口測溫原理串口測溫時序圖如圖39所示。圖39 串口測溫時序圖只要在TX管腳輸入0X55，系統(tǒng)會自動啟動溫度傳感器（熱敏電阻）對當(dāng)前的溫度值進(jìn)行測量，然后將溫度值通過RX管腳輸出。測溫完成后會返回一個字節(jié)的溫度（TData），而實(shí)際溫度值為TData45度。 本章小結(jié)本章介紹的是測距系統(tǒng)的硬件部分。一部分是STC89C52單片機(jī)的引腳信息以及其功能參數(shù)等，并對設(shè)計中使用到的外圍電路進(jìn)行的介紹，主要是復(fù)位電路、時鐘電路以及蜂鳴器報警電路。另一部分是US100超聲波測距模塊的參數(shù)以及功能介紹，以及它的串口測距和串口測溫原理。19第4章 測距系統(tǒng)軟件設(shè)計及仿真 第4章 測距系統(tǒng)軟件設(shè)計及仿真本系統(tǒng)的軟件設(shè)計是通過Keil uVision4軟件來完成的，程序的編寫采用的是C語言，程序中的超聲波測距則是基于US100的串口測距原理。在此背景下，本系統(tǒng)的軟件設(shè)計主要由主程序、串口初始化函數(shù)、超聲波脈沖發(fā)射函數(shù)、字符發(fā)送函數(shù)、中斷函數(shù)、數(shù)碼管掃描函數(shù)、數(shù)碼管顯示函數(shù)，蜂鳴器報警程序組成。 軟件程序的整體設(shè)計 使用US100的串口測距原理編寫程序時，首先要對串口進(jìn)行初始化，然后向TX管腳發(fā)送0X55使超聲波脈沖發(fā)射，等待檢測RX管腳狀態(tài)，當(dāng)接收到回波后，進(jìn)行距離的計算，將計算值通過串口傳送給單片機(jī)進(jìn)行處理并由數(shù)碼管顯示。，單片機(jī)觸發(fā)蜂鳴器報警。開始系統(tǒng)初始化發(fā)送超聲波脈沖等待接收超聲波脈沖RI=1?計算距離4500mm?LED顯示‘’500mm?蜂鳴器報警LED顯示數(shù)值是否是否否是 圖41 測距系統(tǒng)整體程序流程圖所以，C語言程序體現(xiàn)該整體程序流程圖的主程序?yàn)椋簐oid main(void){ unsigned long distance = 0。 UART_init()。 //串口和波特率初始化 while(1) { distance = rebuf[0] * 256 + rebuf[1]。 //計算距離 DisplayLED(distance)。 //數(shù)碼管顯示距離 if(distance 500) { int a。 for(a=0。a500。a++) // { buzzer=~buzzer。 } } }}程序中rebuf[0]、rebuf[1]的定義為接收緩沖區(qū)，定義在idata 區(qū)（地址80HFFH，單片機(jī)間接防問的RAM區(qū))。rebuf[0]接收的是距離值的高8位，rebuf[1]接收的是距離值的低8位。蜂鳴器報警程序已經(jīng)置于主程序中。 主要模塊程序的設(shè)計 該程序采用模塊化設(shè)計，本小節(jié)主要介紹程序中的幾個主要程序模塊，包括串行口初始化函數(shù)、超聲波發(fā)射函數(shù)、寫字符函數(shù)、數(shù)碼管掃描函數(shù)、數(shù)碼管顯示函數(shù)。 串行口初始化函數(shù)該函數(shù)主要用于實(shí)現(xiàn)定時器工作模式和串口通信模式和的設(shè)置。程序流程圖如圖42所示。UART_init()入口設(shè)定定時器T0、T1的工作方式啟動定時器初始化串行口通信模式REN置1，串口接收允許開中斷返回圖42 初始化程序流程圖串行口初始化的函數(shù)如下：void UART_init(){ ……………. TMOD = 0x21。 //設(shè)計定時器工作方式…………….SM0 = 0。 //設(shè)置串口通信模式 SM1 = 1?！瓆TMOD為定時器/計數(shù)器T1和T0的方式控制寄存器，它的字節(jié)地址為89H?？刂谱止?位分為2組控制，高四位控制T1，低四位控制T0。其格式如下： D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0GATEC/TM1M0GATEC/TM1M0 C/T：定時器/外部計數(shù)器功能選擇位。C/T=0時為定時器功能；C/T=1時設(shè)置為計數(shù)器功能。GATE：門控位。GATE=1時，T0、T1的計數(shù)會受外部引腳輸入電平的控制；GATE=0時，則不受外部引腳輸入電平的控制。MM0：工作方式選擇位。定時器/計數(shù)器有4種工作方式，由MM0兩位的狀態(tài)決定。在該程序中，TMOD=0X21,即設(shè)置定時器1工作在模式2（能夠自動重新裝入常熟的8位定時器/計數(shù)器），定時器0工作在模式1（16位定時器/計數(shù)器）。串行口控制寄存器SCON用于串行口的工作方的設(shè)置式及其相應(yīng)的設(shè)定。串行口有4種工作方式，由SCON的第8位SM0、第7位SM1兩位的狀態(tài)決定。表41所示[14]為串行口的工作方式。表41 串行口的工作方式SM0SM1方式功能說明000移位寄存器方式，波特率為fosc/12，用于擴(kuò)展I/O口011波特率可變的8位串口102波特率為fosc/64或fosc/32的9位串口113波特率可變的9位串口該程序中，SM0=0；SM1=1，即串行口通信模式設(shè)置為模式1，因?yàn)樾枰锌趥鬏數(shù)臄?shù)據(jù)為距離值，是用2個8位二進(jìn)制數(shù)表示的。 超聲波發(fā)送函數(shù)、寫字符函數(shù)根據(jù)US100超聲脈沖測距模塊的測距原理，只需向TX管腳輸入0X55，系統(tǒng)便可自動發(fā)出8個40KHZ的超聲波脈沖。所以，超聲波發(fā)送函數(shù)可寫為：void MeterTempByUART() //發(fā)送超聲波脈沖 { UARTSnd(0X55)。 }程序中的UARTSnd()即為寫字符函數(shù)，其功能是向串口發(fā)送一個字節(jié)，這里是用于向TX管腳發(fā)送0X55。void UARTSnd(unsigned char dat) { TI = 0。 // 清零發(fā)送標(biāo)志，如果TI為0等待 SBUF = dat。 //寫字節(jié)到特殊控制寄存器SBUF while (!TI)。 TX = ~TX。 //啟動超聲波發(fā)射器 } 數(shù)碼管掃描函數(shù)void UART_ISR(void) interrupt 4 { uchar temp ,k。 ES = 0。 // 關(guān)中斷 if(RI) { RI = 0。 // 清接收標(biāo)志 temp = SBUF。 rebuf[k] = temp。 k++。 if(k == 2) // k = 數(shù)據(jù)長度 k = 0。 RX = ~RX。 } ES = 1。 //開中}這里SBUF為從串行接收寄存器中接收到的主機(jī)發(fā)來的數(shù)據(jù)。然后將數(shù)據(jù)寫入到接收緩沖區(qū)rebuf[2],以供數(shù)碼管顯示。 數(shù)碼管顯示函數(shù)void DisplayLED(unsigned long number){ if(number 4500) { dispbuf[0] = 10。 dispbuf[1] = 10。 //顯示 dispbuf[2] = 10。 dispbuf[3] = 10。 } else if(number 4500) { dispbuf[0] = number / 1000。 dispbuf[1] = number % 1000 / 100。 dispbuf[2] = number % 100 / 10。 dispbuf[3] = number % 10。 } 因?yàn)閁S100超聲波脈沖測距模塊通過串口傳輸?shù)浇邮站彺鎱^(qū)的距離值是用毫米來計算的，所以數(shù)碼管顯示時要用到4位數(shù)碼管。dispuf[]為顯示緩沖區(qū)，顯示緩沖存儲區(qū)取待顯示值作為參數(shù)，到Tab[]段碼存儲區(qū)取顯示段碼賦給P0口，由P0口將數(shù)據(jù)通過鎖存器傳輸給數(shù)碼管進(jìn)行顯示。P0 = Tab[dispbuf[dispcount]]?！璬ispcount++。if(dispcount == 4) //4位數(shù)碼管顯示位 { dispcount = 0。 } count++。 if(count == 100) //25ms掃描一次 { count = 0。 MeterTempByUART()。 } 系統(tǒng)的調(diào)試與仿真 首先是系統(tǒng)軟件程序的調(diào)試，即利用Keil_uvision4的編譯功能對在其內(nèi)編寫的源程序進(jìn)行編譯。使用Keil_uvision4作為開發(fā)工具，一般可以分為以下幾步：⑴新建一個工程，從設(shè)備庫中選擇目標(biāo)芯片，配置工程編譯器環(huán)境以及單片機(jī)的一些工作參數(shù)；⑵用C或匯編語言編寫源程序；⑶編譯目標(biāo)應(yīng)用程序；⑷修改源程序中的錯誤；⑸測試鏈接應(yīng)用程序。其中編譯的功能是發(fā)現(xiàn)源程序中的語法和邏輯錯誤，把匯編語言或C語言程序編譯為機(jī)器碼。uvision4底部的Build窗口中會顯示構(gòu)建過程中的輸出信息，包括源程序的errors和warnings。在沒有errors的情況下。圖51所示為本設(shè)計中源程序的編譯結(jié)果：圖43 源程序的編譯結(jié)果 成功編譯出hex可執(zhí)行文件后，便可將源程序下載到單片機(jī)內(nèi)，進(jìn)行仿真。由于使用的是STC89C52型單片機(jī)，此款單片機(jī)在下載時不需要仿真器，只需要STC_ISP下載軟件，然后將單片機(jī)與電腦用USB傳輸線連接即可。軟件編譯調(diào)試完成后，在進(jìn)行仿真運(yùn)行前，還需要將硬件連接。本設(shè)計中，硬件的連接主要是超聲波測距模塊的引腳與單片機(jī)相應(yīng)引腳的連接。引腳連接表如表42所示：表42 引腳連接表US100引腳單片機(jī)引腳US100引腳單片機(jī)引腳VCC+5VGNDGNDRXGNDGNDTX單片機(jī)與US100超聲波測距模塊的引腳連接圖如圖44所示： 31圖44 硬件連接圖 測試結(jié)果及誤差分析按照設(shè)計的硬件與軟件，對整個系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試與仿真。系統(tǒng)的測試部分?jǐn)?shù)據(jù)如表43所示。表43 測試結(jié)果部分?jǐn)?shù)據(jù)實(shí)際距離（mm）2050100130210350440500690測量距離（mm）1953100125212345444508688誤差（mm）130525482由試驗(yàn)測得的測量值與用尺子測得的實(shí)際值之間存在著010mm左右的誤差，在US100超聲波脈沖測距模塊所允許的誤差范圍內(nèi)，該調(diào)試結(jié)果認(rèn)定正常，且系統(tǒng)的重復(fù)性能很好。由此可以認(rèn)定該課題設(shè)計的超聲波脈沖測距系統(tǒng)的硬件的選擇和軟件的設(shè)計符合設(shè)計要求，很好地實(shí)現(xiàn)了測距系統(tǒng)的功能且動態(tài)測量效果很好。測試系統(tǒng)的幾個實(shí)驗(yàn)效果圖如圖45所示，測試基本正確。 圖45 實(shí)驗(yàn)效果圖誤差的存在是正常的現(xiàn)象，因?yàn)樵趯?shí)際的測量的過程中，由于測試環(huán)境的不嚴(yán)格以及其他各種因素的影響，不可避免的會存在測量誤差。測量誤差產(chǎn)生的原因可能有如下幾種：⑴超聲波傳播速度的誤差。保證距離計算精度的重要條件是精確穩(wěn)定的傳播速度。超聲波的傳播速度會受溫度、濕度的影響[22]，雖然系統(tǒng)采取了溫度補(bǔ)償，測量環(huán)境的濕度影響也較小，但是理論計算值還是不能做到與實(shí)際傳播速度完全一致，從而帶來測量誤差。⑵時間t的計算誤差，這屬于軟件系統(tǒng)帶來的誤差。距離計算的另一個重要條件是發(fā)射波與接收波之間的時間間隔t的精確計算。t由單片