【導(dǎo)讀】超聲波測(cè)距現(xiàn)廣泛應(yīng)用在社會(huì)的各個(gè)方面。等短距離的實(shí)時(shí)測(cè)量場(chǎng)合。收電路進(jìn)行接收，根據(jù)接收信號(hào)和發(fā)射信號(hào)的時(shí)間差來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)距。在顯示上采用日立公司出產(chǎn)的HD44780點(diǎn)陣式液晶。在軟件設(shè)計(jì)上兼?zhèn)淞孙@示數(shù)據(jù)、信號(hào)輸出和鍵盤(pán)控制功能。顯示上使用HD44780為主控。的LCD顯示電路并設(shè)計(jì)了亮度調(diào)節(jié)功能。及重新測(cè)量中斷程序的設(shè)計(jì)和EXT1外部中斷程序的設(shè)計(jì)。同時(shí)完成了超聲波測(cè)距模塊的軟件設(shè)。計(jì)，通過(guò)系統(tǒng)調(diào)試可以滿足系統(tǒng)要求。實(shí)驗(yàn)表明，各主要波形及技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。如何對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行完善。

　　

【正文】 容上的電壓無(wú)法突變， C1 下極板的電位被下推為 Vdd，并對(duì)輸出電容 C2 放電。如此反復(fù)，最終使輸出電壓 Vout＝ Vdd。 顯示驅(qū)動(dòng)及鍵盤(pán)掃描 本系統(tǒng)采用目前廣為使用的日立（ HITACHI）公司出產(chǎn)的 HD44780 為主控制驅(qū)動(dòng)電路的點(diǎn)陣式液晶顯示模塊。 點(diǎn)陣式液晶顯示模塊與主控芯片 SPCE081A 的原理結(jié)構(gòu)圖如 312 所 示。 佳木斯大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 21 佳木斯大學(xué)信息電子技術(shù)學(xué)院 HD44780 是用低功耗 CMOS 技術(shù)制造的大規(guī)模點(diǎn)陣 LCD 控制器（兼帶驅(qū)動(dòng)器），和 4Bit/8Bit 微處理器相連，它能使點(diǎn)陣 LCD 顯示大小英文字母、數(shù)字和符號(hào)。顯示的字母、數(shù)字和符號(hào)是以若干個(gè) 57? 或 510? 點(diǎn)陣塊組成的字符塊集。該字符塊集中的每一個(gè)字符塊為一個(gè)字符位，字符間的點(diǎn)距和行距均為一個(gè)點(diǎn)的寬度。 SPCE061A 液晶顯示?？? HD44780 數(shù)據(jù)線 /地址線 控制線 圖 312 液晶顯示模塊與單片機(jī)連接圖 佳木斯大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 22 佳木斯大學(xué)信息電子技術(shù)學(xué)院 圖 313 HD44780 內(nèi)部電路原理圖 它的內(nèi)部具有字符發(fā)生器 ROM以及可顯示 192種字符和 64個(gè)字節(jié)的自定義字符 RAM，因而可自定義 8 個(gè) 57? 點(diǎn)陣字符和 4 個(gè) 510? 點(diǎn)陣字符。而且模塊的接口信號(hào)和操作指令具有廣泛的兼容性，可直接與單片機(jī)相連。 HD44780 控制部分的時(shí)序發(fā)生電路主要用來(lái)產(chǎn)生計(jì)算機(jī)的響應(yīng)時(shí)序、 DDRAM 和 CGRAM 的存取時(shí)序以及光標(biāo)和閃爍的產(chǎn)生時(shí)序等，其時(shí)鐘頻率范圍為 125k ～ 350 k Hz ，典型值為250k Hz ；地址指針計(jì)數(shù)器 AC 是 DDRAM 和 CGRAM 共用的地址指針計(jì)數(shù)器，可用于指示當(dāng)前 DDRAM 和 CGRAM 的地址；字符發(fā)生器包括 CGROM 已固化好的字模庫(kù)（含有 208 種 57? 點(diǎn)陣和 32 種 510? 點(diǎn)陣字符字模數(shù)據(jù)）和可隨時(shí)定義的字模庫(kù)； 80個(gè)字節(jié)的顯示存儲(chǔ)器 DDRAM，可用于存儲(chǔ)當(dāng)前所要顯示的字符代碼；其地址由 AC提供，并可以通過(guò)單片機(jī)直接對(duì) DDRAM 進(jìn)行讀 /寫(xiě)操作。內(nèi)部電路如圖 313 所示。 顯示單元是系統(tǒng)中負(fù)責(zé)將用戶所需的內(nèi)容顯示出來(lái)的部分，所以它是系統(tǒng)與用戶交涉最直接的部分，因此顯示單 元性能的優(yōu)劣在很大程度上決定著整個(gè)系統(tǒng)的好壞。 佳木斯大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 23 佳木斯大學(xué)信息電子技術(shù)學(xué)院 圖 311 顯示驅(qū)動(dòng) 電路 原理圖 本章小結(jié) 本章主要闡述了超聲波測(cè)距的發(fā)送器和接收器的設(shè)計(jì)原理以及凌陽(yáng)單片機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、鍵盤(pán)掃描和 LCD 顯示電路 。給出了系統(tǒng)原理框圖和硬件各部分的實(shí)現(xiàn)。在下一章我們將研究一下超聲波測(cè)距系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn)。 佳木斯大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 24 佳木斯大學(xué)信息電子技術(shù)學(xué)院 4 章 超聲波測(cè)距系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn) 在設(shè)計(jì)中，驅(qū)動(dòng)超聲波換能器的 40KHz 是以 14 個(gè)脈沖的序列發(fā)射出去的，也就是說(shuō)是以脈沖的形式進(jìn)行發(fā)射的。超聲波測(cè)距模塊中有 40KHz 方波的產(chǎn)生電路，所以在 SPCE061A 對(duì)發(fā)射的控制也就是對(duì) 40KHz 方波產(chǎn)生電路的使能控制 。 用戶每查詢一次距離，在系統(tǒng)中設(shè)計(jì)為要進(jìn)行四次的測(cè)量；這四次測(cè)量的間隔時(shí)間用 16Hz 的時(shí)基中斷來(lái)控制的。每一次測(cè)量，先發(fā)射 14 個(gè) 40KHz 脈沖，然后時(shí)間基準(zhǔn)計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)時(shí)，當(dāng)發(fā)射時(shí)間過(guò) 4ms 時(shí)，才打開(kāi) EXT1 外部中斷，等待回波反射到接收頭。 系統(tǒng)主程序的設(shè)計(jì) 根據(jù)本課題的設(shè)計(jì)要求，系統(tǒng)軟件必須具備顯示數(shù)據(jù)、輸出信號(hào)、鍵盤(pán)控制的功能，因此系統(tǒng)軟件的數(shù)據(jù)流圖如圖 41 所示。 圖 41 主控軟件數(shù)據(jù)流圖 主 要 根據(jù)模塊設(shè)計(jì)的功能要求，測(cè)距系統(tǒng)具有顯示數(shù)據(jù)、語(yǔ)音報(bào)結(jié)果等功能，而系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也正是據(jù)此而設(shè)計(jì)的；主程序作為整個(gè)程序的入口，可以 用戶鍵 盤(pán)輸入 主控元件SPCE061A LCD 顯示 超聲波測(cè)距 佳木斯大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 25 佳木斯大學(xué)信息電子技術(shù)學(xué)院 、 圖 42 主程序流程圖 從串行口、鍵盤(pán)輸入進(jìn)入各個(gè)功能子程序。 程序開(kāi)始時(shí)首先初始化單片機(jī) I/O 口、按鍵、顯示芯片，然后判斷是否有按鍵按下，否則進(jìn)入清看門(mén)狗，返回繼續(xù)判斷是否有按鍵按下；是則進(jìn)行測(cè)距子程序， 顯示并同步播報(bào)測(cè)距結(jié) 果 ，清看門(mén)狗，結(jié)束。 顯示及鍵盤(pán)模塊的軟件設(shè)計(jì) LCD 的初始化 在設(shè)計(jì)時(shí)，用戶需編寫(xiě)顯示程序，開(kāi)始必須進(jìn)行初始化，否則模塊無(wú)法正常顯示。在本課題設(shè)計(jì)中，采用軟件復(fù)位的方法，初始化流程圖如圖 43 所示。 Y N 單片機(jī) I/O 初始化 檢測(cè)按鍵 進(jìn)行測(cè)距子程序 測(cè)距結(jié)果顯示并同步播報(bào) 清看門(mén)狗 開(kāi)始 結(jié)束 佳木斯大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 26 佳木斯大學(xué)信息電子技術(shù)學(xué)院 LCD 的顯示 為了保證輸出方波頻率的準(zhǔn)確性， 在程序的計(jì)算部分，采用 16 位的 int 整形變量進(jìn)行計(jì)算，而液晶顯示模塊的輸入數(shù)據(jù)是 8 位，為保證數(shù)據(jù)在液晶顯示器上的正常顯示，需要把 16 位的 int 整形轉(zhuǎn)換為 8 位的 char 字符型變量，該功能由 模塊完成。 LCD 液晶顯示器為 慢響應(yīng)器件，在工作時(shí)，需要對(duì)忙標(biāo)志其進(jìn)行查詢，只有當(dāng)忙標(biāo)志位是 0 時(shí)，才可以輸入下一條控制語(yǔ)句，否則，送入的控制指令丟失 ，該功能由 模塊完成。 LCD 的亮度調(diào)節(jié) 在調(diào)試點(diǎn)陣式顯示屏?xí)r，可能出現(xiàn)顯示屏沒(méi)有顯示的情況。然后，檢查軟件的顯示程序是否正確。如以上情況無(wú)誤，可以通過(guò)調(diào)整連接在 HD44780 顯示模塊3 腳的滑動(dòng)變阻器，通過(guò)調(diào)整滑動(dòng)變阻器的阻值，改變 LCD 的 亮度。 圖 43 LCD 初始化流程圖 Vdd 上升到 后等待大于 15ms RS R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 0 0 0 0 1 1 * * * * 等待超過(guò) RS R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 0 0 0 0 1 1 * * * * RS R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 0 0 0 0 1 1 * * * * 0 0 0 0 1 1 N F * * 功能設(shè)置 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 關(guān)顯示 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 清屏 0 0 0 0 0 0 1 I/D S 設(shè)定輸出方式 初始化結(jié)束 開(kāi)電源 佳木斯大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 27 佳木斯大學(xué)信息電子技術(shù)學(xué)院 超聲波測(cè)距子程序 設(shè)計(jì) 超聲波測(cè)距，最重要的就是發(fā)射的控制及接收測(cè)量的時(shí)機(jī)的控制。而在本系統(tǒng)中，測(cè)距功能函數(shù)要和 16Hz 的中斷、 EXT1 外部中斷進(jìn)行配合測(cè)距的；下面分別給出三個(gè)流程圖 。 重新測(cè)量中斷程序設(shè)計(jì) 程序開(kāi)始，判斷上一次測(cè)量是否超時(shí)，否則啟動(dòng)一次新的測(cè)量，然后返回；是則判斷超時(shí)出錯(cuò)處理，啟動(dòng)一次新的測(cè)量，然后返回。 圖 44 16Hz 時(shí)基中斷流程圖 N Y 判斷上一次測(cè)量是否超時(shí)？ 超時(shí)出錯(cuò)處理 啟動(dòng)一次新的測(cè)量 開(kāi) 始 返 回 佳木斯大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 28 佳木斯大學(xué)信息電子技術(shù)學(xué)院 EXT1 外部中斷程序設(shè)計(jì) 圖 45 EXT1 外部中斷流程圖 程序開(kāi)始， 關(guān)外部中斷 EXT1，部分標(biāo)示清零 ， 讀取本次測(cè)量值存入緩存 ,并進(jìn)行初步數(shù)據(jù)處理 ，然后返回。 程序開(kāi)始， 使能 16Hz 時(shí)基中斷以控制發(fā)射信號(hào) ，判斷 當(dāng)次信號(hào)發(fā)射是否超過(guò) 4ms，否則進(jìn)行判斷 本次測(cè)距的的四次測(cè)量是否結(jié)束 ，否則返回繼續(xù)檢測(cè)；是則進(jìn)入數(shù)據(jù)處理，然后返回；若 次信號(hào)發(fā)射超過(guò) 4ms，則 使能 EXT1 外部中斷等待檢測(cè)到回波信號(hào) ，然后判斷 本次測(cè)距的的四次測(cè)量是否結(jié)束 ，是則進(jìn)入數(shù)據(jù)處理；否則返回繼續(xù)檢測(cè)。 關(guān)外部中斷 EXT1， 部分標(biāo)示清零 讀取本次測(cè)量值存入緩存 , 并進(jìn)行初步數(shù)據(jù)處理 返回 開(kāi)始 佳木斯大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 29 佳木斯大學(xué)信息電子技術(shù)學(xué)院 圖 46 超聲波發(fā)射控制流程圖 本章小結(jié) 本章主要介紹了超聲波測(cè)距系統(tǒng)主流程圖和超聲波測(cè)距子程序設(shè)計(jì)以及顯示和鍵盤(pán)子程序設(shè)計(jì)，通過(guò)各程序流程圖可清晰了解系統(tǒng)的運(yùn)行步驟，編寫(xiě)主程序和各子程序，具體程序請(qǐng)參閱附錄 。在下一章我們將介紹軟件的調(diào)試和測(cè)距誤差的分析。 N Y N Y 使能 16Hz 時(shí)基中斷以控制發(fā)射信號(hào) 當(dāng)次信號(hào)發(fā)射是否超過(guò) 4ms? 使能 EXT1 外部中斷等 檢測(cè)到回波信號(hào) 本次測(cè)距的的四次 測(cè) 量 是 否 結(jié)束？ 數(shù)據(jù)處理 開(kāi)始 返回 佳木斯大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 30 佳木斯大學(xué)信息電子技術(shù)學(xué)院 第 5 章 軟件的調(diào)試及測(cè)距誤差分析 調(diào)試軟件簡(jiǎn)介 為了提高 μ’nSPTMIDE 工具的兼容性，讓 μ’nSPTMIDE 工具能支持更多的芯片，并且由于實(shí)驗(yàn)箱實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)的全面改版， IDE 下的例程全面修改、更新，凌陽(yáng)科 技推出了 μ’nSPTMIDE 工具的最新版本 —— μ’ （以下簡(jiǎn)稱： ）。 作為 μ’nSPTMIDE 工具，它不但繼承以前版本 IDE 的特點(diǎn)，同時(shí)增加了一些新的功能，集納了眾多用戶在使用 μ’nSPTMIDE 過(guò)程中提出的一些意見(jiàn)，并包含了一些新的例程。 除增加了一些新的功能外， 在編譯優(yōu)化、代碼查錯(cuò)定位等方面都有了一定的進(jìn)步，用戶在使用本版 IDE 時(shí)，應(yīng)該可以體會(huì)到，其對(duì)代碼的嚴(yán)謹(jǐn)性有了更高的要求。而在新版 IDE 的各個(gè)方面，都有所加強(qiáng)，用戶在使用過(guò) 程中當(dāng)會(huì)有所體會(huì)。 新添加功能、加強(qiáng)原有功能等，都沒(méi)有改變 μ’nSPTMIDE 一慣的使用方法，所以用戶可以參考 μ’ 的用戶手冊(cè)，以學(xué)習(xí) μ’nSPTMIDE 的基本操作及相關(guān)知識(shí)，這在 的使用當(dāng)中是保持不變的。 用戶用的最多的一版 μ’nSPTMIDE 工具，實(shí)際上在推出 之后， μ’nSPTMIDE 斷的升級(jí)，其間也出現(xiàn)了非常多的版本，比如已發(fā)布的就有 和 。但相比之下， 的版本有更多細(xì)節(jié)的完善，更多新功 能的添加，為用戶的代碼編輯、工程調(diào)試等提供了更人性化的輔助功能和更便利的工具。 從較大的區(qū)別來(lái)看， 工具由 支持兩顆芯片變?yōu)橹С炙念w芯片，增加了許多新的功能，并對(duì)一些舊的功能進(jìn)行了改善，同時(shí)對(duì) 下包含的例程進(jìn)行了修改、更新和規(guī)范化，走過(guò)了很長(zhǎng)的路程，是對(duì)前面μ’nSPTMIDE 工具版本的升級(jí)。而 IDE 在安裝后的文件結(jié)構(gòu)發(fā)生了一些變化，為后期加入更多的新芯片提供了統(tǒng)一的平臺(tái)，也更符合 IDE 版本維護(hù)的要求。 從細(xì)節(jié)上看， 在代碼編譯、優(yōu)化以及錯(cuò)誤、警告 定位方面都作了改進(jìn)，在調(diào)試時(shí)的增加變量提示、在 Memery 觀察窗中數(shù)據(jù)變化以紅色提示等等；為用戶的軟件編輯、調(diào)試提供了更加友好的界面。 佳木斯大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 31 佳木斯大學(xué)信息電子技術(shù)學(xué)院 軟件系統(tǒng)調(diào)試 61 板是 SPCE061A 精簡(jiǎn)開(kāi)發(fā)板的簡(jiǎn)稱，以凌陽(yáng) 16 位單片機(jī) SPCE061A 為核心的精簡(jiǎn)開(kāi)發(fā)－仿真－實(shí)驗(yàn)板。硬件電路包括電源電路、音頻電路（含 MIC 輸入部分和 DAC 音頻輸出部分）、復(fù)位電路等。而且它的體積小，采用電池供電，方便隨身攜帶。 具體能完成以下實(shí)驗(yàn)內(nèi)容： 內(nèi)含單片機(jī)常用的功能包括 I/O 口、中斷、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、 A/D 轉(zhuǎn)換和 D/A轉(zhuǎn)換等。 實(shí)驗(yàn) 需要搭配必要的電路完成，包括鍵盤(pán)、數(shù)碼管、液晶 （ LCD） 、 USB 及外擴(kuò) FLASH 等模組。 提供三種應(yīng)用于不同場(chǎng)合、不同壓縮比的放音、錄音 （ DVR） 及語(yǔ)音辨識(shí)實(shí)驗(yàn)。 單片機(jī)有幾個(gè)單元結(jié)構(gòu)，如： I/O 口，定時(shí) /計(jì)數(shù)器、中斷、 A/D 和 D/A 等，而且該 16 位單片機(jī)既是對(duì)原來(lái) 8 位 51 單片機(jī)的補(bǔ)充，又具有其獨(dú)特的語(yǔ)音處理功能，同時(shí)又是片上系統(tǒng) （ SOC） 設(shè)計(jì)，即內(nèi)置 A/D 和 D/A 等很多功能。包括一般單片機(jī)在 I/O 口、 A/D、 D/A 及 I/O 擴(kuò)展等方面的應(yīng)用。不外接電路就可以實(shí)現(xiàn)MIC 錄音和語(yǔ)音播放的功能，也可以動(dòng)手外搭面包 板或自己用萬(wàn)能板焊接一些簡(jiǎn)單的外圍電路，如發(fā)光二極管、 LCD