【導讀】超聲波脈沖并計時，計算超聲波自發(fā)射至接收的往返時間，從而得到實測距離。在數(shù)據(jù)處理中采用了溫度補償?shù)恼{(diào)整，用四位LED數(shù)碼管切換顯示距離和溫度。各探頭的信號經(jīng)單片機綜合分析處理，實現(xiàn)超聲波測距儀的各種功能。礎上設計了系統(tǒng)的總體方案，最后通過硬件和軟件實現(xiàn)了各個功能模塊。有硬件電路圖、程序流程圖，給出了系統(tǒng)構(gòu)成、電路原理及程序設計。控制、工作可靠、測距準確度高、可讀性強和流程清晰等優(yōu)點。實現(xiàn)后的作品可用于。需要測量距離參數(shù)的各種應用場合。

　　

【正文】 Model 用于設置 ROM 空間的使用，同樣也有三個選擇項，即Small 模式，只用低于 2K 的程序空間； Compact 模式，單個函數(shù)的代碼量不能超過2K，整個程序可以使用 64K 程序空間； Large 模式，可用全部 64K 空間。 Use onchip ROM 選擇項，確認是否僅使用片內(nèi) ROM（注意：選中該項并不會影響最終生成的目 對目標進行設置 長沙航空職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文 ） 22 標代碼量）； Operating 項是操作系統(tǒng)選擇， Keil 提供了兩種操作系統(tǒng)： Rtx tiny 和 Rtx full，關于操作系統(tǒng)是另外一個很大的話題了，通常我們不使用任何操作系統(tǒng)，即使用該項的默認值： None（不使用任何操作系統(tǒng)）； Off Chip Code memory 用以確定系統(tǒng)擴展 ROM的地址范圍， Off Chip xDatamemory組用于確定系統(tǒng)擴展 RAM的地址范圍，這些選擇項必須根據(jù)所用硬件來決定，由于該例是單片應用，未進行任何擴展，所以均不重新選擇，按默認值設置。 設置對話框中的 OutPut頁面，如圖 ，這里面也有多個選擇項，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芯片的 HEX 格式文件，文件的擴展名為 .HEX），默認情況下該項未被選中，如果要寫片做硬件實驗，就必須選中該項，在此特別提醒注意。選中 Debug information 將會產(chǎn)生調(diào)試信息，這些信息用于調(diào)試，如果需要對程序進行調(diào)試，應當選中該項。 Browse information 是產(chǎn)生瀏覽信息，該信息可以用菜單 viewBrowse 來查看，這里取默認值。按鈕“ Select Folder for objects”是用來選擇最終的目標文件所在的文件夾，默認是與工程文件在同一個文件夾中。 Name of Executable 用于指定最終生成的目標文件的名字，默認與工程的名字相同，這兩項一般不需要更改。 工程設置對話框中的其它各頁面與 C51 編譯選項、 A51 的匯編選項、 BL51 連接器的連接選項等用法有關，這里均取默認值，不作任何修改。以下僅對一些有關頁面中常用的選項作一個簡單介紹。 Listing 標簽頁用于調(diào)整生成的列表文件選項。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，該頁用于對列表文件的內(nèi)容和形式進行細致的調(diào)節(jié)，其中比較常用的選圖 對輸出進行控 制 圖 代碼生成控制 長沙航空職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文 ） 23 項是“ C Compile Listing”下的“ Assamble Code”項，選中該項可以在列表文件中生成 C 語言源程序所對應的匯編代碼。 C51 標簽頁用于對 Keil 的 C51 編譯器的編譯過程進行控制，其中比較常用的是“ CodeOptimization”組，如圖 所示，該組中 Level 是優(yōu)化等級， C51 在對源程序進行編譯時，可以對代碼多至 9 級優(yōu)化，默認使用第 8 級，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)化級別試一試。 Emphasis 是選擇編譯優(yōu)先方式，第一項是代碼量優(yōu)化（最終生成的代碼量小）；第二項是速度優(yōu)先（最終生成的代碼速度快）；第三項是缺省。默認的是速度優(yōu)先，可根據(jù)需要更改。設置完成后按確認返回主界面，工程文件建立、設置完畢。 編譯、連接 在設置好工程后，即可進行編譯、連接。選擇菜單 ProjectBuild target，對當前工程進行連接，如果當前文件已修改，軟件會先對該文件進行編譯，然后再連接以產(chǎn) 生 目 標 代 碼 ； 如 果 選 擇Rebuild All target files 將會對當前工程中的所有文件重新進行編譯然后再連接，確保最終生產(chǎn)的目標代碼是最新的，而Translate? .項則僅對該文件進行編譯，不進行連接。以上操作也可以通過工具欄按鈕直接進行。圖 是有關編譯、設置的工具欄按鈕，從左到右分別是：編譯、編譯連接、全部重建、停止編譯和 對工程進行設置。編譯過程中的信息將出現(xiàn)在輸出窗口中的 Build 頁中，如果源程序中有語法錯誤，會有錯誤報告出現(xiàn)，雙擊該行，可以定位到出錯的位置，對源程序反復修改之后，最終會得到如圖 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，同時還產(chǎn)生了一些其它相關的文件，可被用于 Keil 的仿真與調(diào)試，這時可以進入下一步調(diào)試的工作。 系統(tǒng)仿真環(huán)境 —— Proteus Proteus ISIS 是英國 Labcenter 公司開發(fā)的電路分析與實物仿真軟件。它運行于圖 有關編譯、連接、項目設置的工具條 圖 正確編譯、連接之后的結(jié)果 長沙航空職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（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：①實現(xiàn)了單片機仿真和 SPICE 電路仿真相結(jié)合。具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、 RS232 動態(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、信號發(fā)生器等。②支持主流單片機系統(tǒng)的仿真。目前支持的單片機類型有：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、設置斷點等調(diào)試功能，同時可以觀察各個變量、寄存器等的當前狀態(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具有強大的原理圖繪制功能?？傊?，該軟件是一款集單片機和 SPICE 分析于一身的仿真軟件，功能極其強大。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準的 Windows 界面，如圖 所示。包括：標題欄、主菜單、標準工具欄、繪圖工具欄、狀態(tài)欄、對象選擇按鈕、預覽對象方位控制按鈕、仿真進程控制按鈕、預覽窗口、對象選擇器窗口、圖形編輯窗口。 圖 Proteus ISIS 的工作界面 長沙航空職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文 ） 25 Proteus 原理圖的繪制 Proteus 中原理圖繪制比較簡單，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，所以本設計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，會出現(xiàn)如圖 所示的對話框，點擊 ，選擇所需要的 HEX 文件。然后單擊 OK。 2) 仿真的實現(xiàn) 一切準備就緒后，點擊 ，就開始仿真了。 圖 為本設計的系統(tǒng)仿真原理圖。 圖 錄入源程序?qū)υ捒? 長沙航空職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文 ） 26 圖 系統(tǒng)仿真原理圖 長沙航空職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文 ） 27 誤差及特性分析 雖說在仿真時溫度傳感器 DS18B20 是可視調(diào)節(jié)，且全為整數(shù)，但 LED 顯示時當溫度達到一定范圍便會出現(xiàn)小數(shù)誤差。例如當 DS18B20 顯示是 28℃時，而 LED 顯示是 ℃；而當 DS18B20 顯示是 25℃時，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，其對距離測量的影響也微乎其微，并不會使距離測量精度明顯降低。 根據(jù)超聲波的特性，距離測量時必須滿足條件：①被測目標必須垂直于超聲波測距儀。②被測目標表面必須平坦。③測量時在超聲波測距儀周圍沒有其他可反射超聲波的物體。因此在測量過程中稍不小心就會接收不到超聲波，而導致沒有測量結(jié)果。 由于超聲波的往返時間由單片機 AT89C51 的定時器 T1 來記，定時器 T1 工作在方式 1，其最大定時時間為 ，可得出在常溫下最 大的測量距離在 10m以內(nèi)。且因為發(fā)射功率有限，測距儀也無法測量 10m外的物體。 長沙航空職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文 ） 28 結(jié) 論 利用 51 系列單片機設計的測距儀便于操作、讀數(shù)直觀。經(jīng)實際測試證明，該類測距儀工作穩(wěn)定 ,能滿足一般近距離測距的要求，且成本較低、有良好的性價比。由于該系統(tǒng)中鎖相環(huán)鎖定需要一定時間，測得的距離有誤差，在汽車雷達應用中可忽略不計；但在精度要求較高的工業(yè)領域如機器人自動測距等方面，此誤差不能忽略，可以通過改變一些硬件的應用實現(xiàn)對超聲波的快速鎖定或根據(jù)自己的需要在程序中加入測距軟件補償?shù)拇a，使誤差進一步減小，可以滿足更高要 求。 本設計完整地做出之后可測量十米以內(nèi)的距離。因為超聲波的特性，測距時保證傳感器與被測物間，以及測量軸線上沒有障礙物；且要盡量保證傳感器軸線與被測物表面垂直；實際測距范圍與被測物表面材料等因素有關，一般不要測量表面為毛料的物體表面。 長沙航空職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文 ） 29 參考文獻 [1] 林偉 , 梁家寧 , 李才安 . 便攜式多功能超聲波測距儀的設計與實現(xiàn) [J]. 電子測量技術 ， 2020, (01): 2931. 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