【導(dǎo)讀】超聲波脈沖并計(jì)時(shí)，計(jì)算超聲波自發(fā)射至接收的往返時(shí)間，從而得到實(shí)測(cè)距離。在數(shù)據(jù)處理中采用了溫度補(bǔ)償?shù)恼{(diào)整，用四位LED數(shù)碼管切換顯示距離和溫度。各探頭的信號(hào)經(jīng)單片機(jī)綜合分析處理，實(shí)現(xiàn)超聲波測(cè)距儀的各種功能。礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的總體方案，最后通過硬件和軟件實(shí)現(xiàn)了各個(gè)功能模塊。有硬件電路圖、程序流程圖，給出了系統(tǒng)構(gòu)成、電路原理及程序設(shè)計(jì)?？刂啤⒐ぷ骺煽?、測(cè)距準(zhǔn)確度高、可讀性強(qiáng)和流程清晰等優(yōu)點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)后的作品可用于。需要測(cè)量距離參數(shù)的各種應(yīng)用場(chǎng)合。

　　

【正文】 Model 用于設(shè)置 ROM 空間的使用，同樣也有三個(gè)選擇項(xiàng)，即Small 模式，只用低于 2K 的程序空間； Compact 模式，單個(gè)函數(shù)的代碼量不能超過2K，整個(gè)程序可以使用 64K 程序空間； Large 模式，可用全部 64K 空間。 Use onchip ROM 選擇項(xiàng)，確認(rèn)是否僅使用片內(nèi) ROM（注意：選中該項(xiàng)并不會(huì)影響最終生成的目 對(duì)目標(biāo)進(jìn)行設(shè)置 長(zhǎng)沙航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ） 22 標(biāo)代碼量）； Operating 項(xiàng)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(guān)于操作系統(tǒng)是另外一個(gè)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(xiàng)的默認(rèn)值： None（不使用任何操作系統(tǒng)）； Off Chip Code memory 用以確定系統(tǒng)擴(kuò)展 ROM的地址范圍， Off Chip xDatamemory組用于確定系統(tǒng)擴(kuò)展 RAM的地址范圍，這些選擇項(xiàng)必須根據(jù)所用硬件來決定，由于該例是單片應(yīng)用，未進(jìn)行任何擴(kuò)展，所以均不重新選擇，按默認(rèn)值設(shè)置。 設(shè)置對(duì)話框中的 OutPut頁(yè)面，如圖 ，這里面也有多個(gè)選擇項(xiàng)，其中 Creat Hex file 用于生成可執(zhí)行代碼文件（可以用編程器寫入單片機(jī)芯片的 HEX 格式文件，文件的擴(kuò)展名為 .HEX），默認(rèn)情況下該項(xiàng)未被選中，如果要寫片做硬件實(shí)驗(yàn)，就必須選中該項(xiàng)，在此特別提醒注意。選中 Debug information 將會(huì)產(chǎn)生調(diào)試信息，這些信息用于調(diào)試，如果需要對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試，應(yīng)當(dāng)選中該項(xiàng)。 Browse information 是產(chǎn)生瀏覽信息，該信息可以用菜單 viewBrowse 來查看，這里取默認(rèn)值。按鈕“ Select Folder for objects”是用來選擇最終的目標(biāo)文件所在的文件夾，默認(rèn)是與工程文件在同一個(gè)文件夾中。 Name of Executable 用于指定最終生成的目標(biāo)文件的名字，默認(rèn)與工程的名字相同，這兩項(xiàng)一般不需要更改。 工程設(shè)置對(duì)話框中的其它各頁(yè)面與 C51 編譯選項(xiàng)、 A51 的匯編選項(xiàng)、 BL51 連接器的連接選項(xiàng)等用法有關(guān)，這里均取默認(rèn)值，不作任何修改。以下僅對(duì)一些有關(guān)頁(yè)面中常用的選項(xiàng)作一個(gè)簡(jiǎn)單介紹。 Listing 標(biāo)簽頁(yè)用于調(diào)整生成的列表文件選項(xiàng)。在匯編或編譯完成后將產(chǎn)生（ *.lst）的列表文件，在連接完成后也將產(chǎn)生（ *.m51）的列表文件，該頁(yè)用于對(duì)列表文件的內(nèi)容和形式進(jìn)行細(xì)致的調(diào)節(jié)，其中比較常用的選圖 對(duì)輸出進(jìn)行控 制 圖 代碼生成控制 長(zhǎng)沙航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ） 23 項(xiàng)是“ C Compile Listing”下的“ Assamble Code”項(xiàng)，選中該項(xiàng)可以在列表文件中生成 C 語(yǔ)言源程序所對(duì)應(yīng)的匯編代碼。 C51 標(biāo)簽頁(yè)用于對(duì) Keil 的 C51 編譯器的編譯過程進(jìn)行控制，其中比較常用的是“ CodeOptimization”組，如圖 所示，該組中 Level 是優(yōu)化等級(jí)， C51 在對(duì)源程序進(jìn)行編譯時(shí)，可以對(duì)代碼多至 9 級(jí)優(yōu)化，默認(rèn)使用第 8 級(jí)，一般不必修改，如果在編譯中出現(xiàn)一些問題，可以降低優(yōu)化級(jí)別試一試。 Emphasis 是選擇編譯優(yōu)先方式，第一項(xiàng)是代碼量?jī)?yōu)化（最終生成的代碼量小）；第二項(xiàng)是速度優(yōu)先（最終生成的代碼速度快）；第三項(xiàng)是缺省。默認(rèn)的是速度優(yōu)先，可根據(jù)需要更改。設(shè)置完成后按確認(rèn)返回主界面，工程文件建立、設(shè)置完畢。 編譯、連接 在設(shè)置好工程后，即可進(jìn)行編譯、連接。選擇菜單 ProjectBuild target，對(duì)當(dāng)前工程進(jìn)行連接，如果當(dāng)前文件已修改，軟件會(huì)先對(duì)該文件進(jìn)行編譯，然后再連接以產(chǎn) 生 目 標(biāo) 代 碼 ； 如 果 選 擇Rebuild All target files 將會(huì)對(duì)當(dāng)前工程中的所有文件重新進(jìn)行編譯然后再連接，確保最終生產(chǎn)的目標(biāo)代碼是最新的，而Translate? .項(xiàng)則僅對(duì)該文件進(jìn)行編譯，不進(jìn)行連接。以上操作也可以通過工具欄按鈕直接進(jìn)行。圖 是有關(guān)編譯、設(shè)置的工具欄按鈕，從左到右分別是：編譯、編譯連接、全部重建、停止編譯和 對(duì)工程進(jìn)行設(shè)置。編譯過程中的信息將出現(xiàn)在輸出窗口中的 Build 頁(yè)中，如果源程序中有語(yǔ)法錯(cuò)誤，會(huì)有錯(cuò)誤報(bào)告出現(xiàn)，雙擊該行，可以定位到出錯(cuò)的位置，對(duì)源程序反復(fù)修改之后，最終會(huì)得到如圖 所示的結(jié)果，提示獲得了名為 的文件，該文件即可被編程器讀入并寫到芯片中，同時(shí)還產(chǎn)生了一些其它相關(guān)的文件，可被用于 Keil 的仿真與調(diào)試，這時(shí)可以進(jìn)入下一步調(diào)試的工作。 系統(tǒng)仿真環(huán)境 —— Proteus Proteus ISIS 是英國(guó) Labcenter 公司開發(fā)的電路分析與實(shí)物仿真軟件。它運(yùn)行于圖 有關(guān)編譯、連接、項(xiàng)目設(shè)置的工具條 圖 正確編譯、連接之后的結(jié)果 長(zhǎng)沙航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ） 24 Windows 操作系統(tǒng)上，可以仿真、分析 (SPICE)各種模擬器件和集成電路，該軟件具有如下特點(diǎn)：①實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)仿真和 SPICE 電路仿真相結(jié)合。具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機(jī)及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、 RS232 動(dòng)態(tài)仿真、 I2C 調(diào)試器、 SPI調(diào)試器、鍵盤和 LCD系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號(hào)發(fā)生器等。②支持主流單片機(jī)系統(tǒng)的仿真。目前支持的單片機(jī)類型有：68000 系列、 8051 系列、 AVR 系列、 PIC12 系列、 PIC16 系列、 PIC18 系列、 Z80 系列、 HC11 系列以及各種外圍芯片。③ 提供軟件調(diào)試功能。在硬件仿真系統(tǒng)中具有全速、單步、設(shè)置斷點(diǎn)等調(diào)試功能，同時(shí)可以觀察各個(gè)變量、寄存器等的當(dāng)前狀態(tài)，因此在該軟件仿真系統(tǒng)中，也必須具有這些功能；同時(shí)支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境，如 Keil C51 uVision2 等軟件。④具有強(qiáng)大的原理圖繪制功能。總之，該軟件是一款集單片機(jī)和 SPICE 分析于一身的仿真軟件，功能極其強(qiáng)大。本章介紹 Proteus ISIS軟件的工作環(huán)境和一些基本操作。 系統(tǒng)仿真 Proteus 工作界面 Proteus ISIS 的工作界面是一種標(biāo)準(zhǔn)的 Windows 界面，如圖 所示。包括：標(biāo)題欄、主菜單、標(biāo)準(zhǔn)工具欄、繪圖工具欄、狀態(tài)欄、對(duì)象選擇按鈕、預(yù)覽對(duì)象方位控制按鈕、仿真進(jìn)程控制按鈕、預(yù)覽窗口、對(duì)象選擇器窗口、圖形編輯窗口。 圖 Proteus ISIS 的工作界面 長(zhǎng)沙航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ） 25 Proteus 原理圖的繪制 Proteus 中原理圖繪制比較簡(jiǎn)單，具體可參見其幫助，暫不贅述。 仿真 由于 Proteus 里沒有超聲波傳感器，也沒有能夠完全代替它功能元件，所以本設(shè)計(jì)只敘述其能仿真出來一部分。 1) 源程序的錄入 先右擊 AT89C51，再左擊 AT89C51，會(huì)出現(xiàn)如圖 所示的對(duì)話框，點(diǎn)擊 ，選擇所需要的 HEX 文件。然后單擊 OK。 2) 仿真的實(shí)現(xiàn) 一切準(zhǔn)備就緒后，點(diǎn)擊 ，就開始仿真了。 圖 為本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)仿真原理圖。 圖 錄入源程序?qū)υ捒? 長(zhǎng)沙航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ） 26 圖 系統(tǒng)仿真原理圖 長(zhǎng)沙航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ） 27 誤差及特性分析 雖說在仿真時(shí)溫度傳感器 DS18B20 是可視調(diào)節(jié)，且全為整數(shù)，但 LED 顯示時(shí)當(dāng)溫度達(dá)到一定范圍便會(huì)出現(xiàn)小數(shù)誤差。例如當(dāng) DS18B20 顯示是 28℃時(shí)，而 LED 顯示是 ℃；而當(dāng) DS18B20 顯示是 25℃時(shí)，而 LED 顯示仍是 25℃；而仿真表明隨著 溫度的升高其誤差大小也并不一致，且全都控制在 1℃以內(nèi)。說明這并不是固有誤差，很難避免，可以忽略，其對(duì)距離測(cè)量的影響也微乎其微，并不會(huì)使距離測(cè)量精度明顯降低。 根據(jù)超聲波的特性，距離測(cè)量時(shí)必須滿足條件：①被測(cè)目標(biāo)必須垂直于超聲波測(cè)距儀。②被測(cè)目標(biāo)表面必須平坦。③測(cè)量時(shí)在超聲波測(cè)距儀周圍沒有其他可反射超聲波的物體。因此在測(cè)量過程中稍不小心就會(huì)接收不到超聲波，而導(dǎo)致沒有測(cè)量結(jié)果。 由于超聲波的往返時(shí)間由單片機(jī) AT89C51 的定時(shí)器 T1 來記，定時(shí)器 T1 工作在方式 1，其最大定時(shí)時(shí)間為 ，可得出在常溫下最 大的測(cè)量距離在 10m以內(nèi)。且因?yàn)榘l(fā)射功率有限，測(cè)距儀也無法測(cè)量 10m外的物體。 長(zhǎng)沙航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ） 28 結(jié) 論 利用 51 系列單片機(jī)設(shè)計(jì)的測(cè)距儀便于操作、讀數(shù)直觀。經(jīng)實(shí)際測(cè)試證明，該類測(cè)距儀工作穩(wěn)定 ,能滿足一般近距離測(cè)距的要求，且成本較低、有良好的性價(jià)比。由于該系統(tǒng)中鎖相環(huán)鎖定需要一定時(shí)間，測(cè)得的距離有誤差，在汽車?yán)走_(dá)應(yīng)用中可忽略不計(jì)；但在精度要求較高的工業(yè)領(lǐng)域如機(jī)器人自動(dòng)測(cè)距等方面，此誤差不能忽略，可以通過改變一些硬件的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)對(duì)超聲波的快速鎖定或根據(jù)自己的需要在程序中加入測(cè)距軟件補(bǔ)償?shù)拇a，使誤差進(jìn)一步減小，可以滿足更高要 求。 本設(shè)計(jì)完整地做出之后可測(cè)量十米以內(nèi)的距離。因?yàn)槌暡ǖ奶匦?，測(cè)距時(shí)保證傳感器與被測(cè)物間，以及測(cè)量軸線上沒有障礙物；且要盡量保證傳感器軸線與被測(cè)物表面垂直；實(shí)際測(cè)距范圍與被測(cè)物表面材料等因素有關(guān)，一般不要測(cè)量表面為毛料的物體表面。 長(zhǎng)沙航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ） 29 參考文獻(xiàn) [1] 林偉 , 梁家寧 , 李才安 . 便攜式多功能超聲波測(cè)距儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) [J]. 電子測(cè)量技術(shù) ， 2020, (01): 2931. [2] 陳美鑾 , 尹浩 , 黎飄 , 董博然 . 智能盲人導(dǎo)行儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) [J]. 電子技術(shù)應(yīng)用 , 2020,(10): 25. [3] 羅慶生 , 韓寶玲 . 一種基于超聲波與紅外線探測(cè)技術(shù)的測(cè)距定位系統(tǒng) [J]. 計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制 , 2020,(04): 13. [4] 高飛燕 . 基于單片機(jī)的超聲波測(cè)距系統(tǒng)的設(shè)計(jì) [J]. 信息技術(shù) , 2020,(07): 4345. [5] 趙海鳴 ,卜英勇 , 王紀(jì)嬋 , 周知進(jìn) . 一種高精度超聲波測(cè)距方法的研究 [J]. 湖南科技大學(xué)學(xué)報(bào) (自然科學(xué)版 ), 2020,(03): 810. [6] 路錦正 , 王建勤 , 楊紹國(guó) , 趙珂 , 趙太飛 . 超聲波測(cè)距儀的設(shè)計(jì) [J] .傳感器技術(shù) , 2020,(08): 911. [7] 牛余朋 , 成曙 . 基于單片機(jī)的超聲波測(cè)距系統(tǒng) [J]. 兵工自動(dòng)化 , 2020, (04): 4446. [8] 張 健 , 李鋼 . 超聲波測(cè)距系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì) [J]. 合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) (自然科學(xué)版 ), 2020,(06): 1315. [9] 李 建樹 , 劉偉華 , 涂亞慶 . 提高超聲液位測(cè)量精度的新方法 [J]. 自動(dòng)化與儀表 , 1997,(01): 35. [10]阮 成功 , 藍(lán)兆輝 , 陳碩 . 基于單片機(jī)的超聲波測(cè)距系統(tǒng) [J]. 應(yīng)用科技 , 2020, (07): 810. [11]童 峰 , 許水源 , 許天增 . 一種高精度超聲波測(cè)距處理方法 [J]. 廈門大學(xué)學(xué)報(bào) (自然科學(xué)版 ), 1998,(04)： 8－ 10. [12]孫育才，孫華芳，王榮興 . 單片機(jī)原理及其應(yīng)用 [Ｍ ]. 北京：電子工業(yè)出版社，2020： 1－ 287. [13]王豐，欒學(xué)德 . 單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù) [Ｍ ]. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2020： 254－ 261. [14]胡大可，李培弘，方路平 . 基于單片機(jī) 8051 的嵌入式開發(fā)指南 [Ｍ ]. 北京：電子工業(yè)出版社， 2020： 1－ 150. [15]求是科技 . 單片機(jī)通信技術(shù)與工程實(shí)踐 [Ｍ ]. 北京：人民郵電出版社， 2020： 1－ 191. 長(zhǎng)沙航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ） 30 [16]潭浩強(qiáng) . C 程序設(shè)計(jì) [Ｍ ]. 北京：清華大學(xué)出版社， 2020： 1－ 378. [17]林志琦，郎建軍，李會(huì)杰，佟大鵬 . 基于 Proteus 的單片機(jī)可視化軟硬件仿真 [Ｍ ]. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 2020： 1－ 93. [18]華中理工大學(xué)電子學(xué)教研室編 . 電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分 (第四版 ) [Ｍ ]. 北京 :高等教育出版社 ,2020: 371377. [19] 陳興梧 ， 劉鳴 ， 趙煜 ， 趙慧影 . 數(shù)字式溫度計(jì) DS18B20 的特性及應(yīng)用［ EB/OL］ . 長(zhǎng)沙航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 致 謝 從開始做論文到論文基本完成，經(jīng)歷了很長(zhǎng)一段時(shí)間，從開始的一知半解到現(xiàn)在的全面了解算是經(jīng)歷了一個(gè)漫長(zhǎng)的過程。在這個(gè)過程中有無數(shù)人給了我莫大的幫助。 在論文完成之際，我要特別感謝我的導(dǎo)師 羅德凌老師 ， 在這個(gè)學(xué)期以來的課題研究過程中，從課題的選擇、理論知識(shí)的學(xué)習(xí)、硬件電路設(shè)計(jì)、調(diào)試工作以及論文的完成都是在 羅德凌老師 的悉心指導(dǎo)下完成的。 羅德凌老師 治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，工作認(rèn)真負(fù)責(zé)，在平時(shí)的學(xué)習(xí)過程中不僅對(duì)我嚴(yán)格要求，也給予了精心的指 導(dǎo)，同時(shí)積極地為我提供良