【導(dǎo)讀】目前,超聲波測距技術(shù)已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于各領(lǐng)域,由于其具有非接觸式測量的特點,中都發(fā)揮了重要的作用。但以我們當前的技術(shù)水平來說，對超聲波測距技術(shù)的應(yīng)用是有。和普通超聲波測距系統(tǒng)不同,高精度超聲波測距系統(tǒng)要求的盲區(qū)更小、精度更高。路等信號調(diào)理電路。最后，還需加入一些必須的外圍電路如顯示電路，用于顯示測量結(jié)。果，還必須含有通訊接口，方便與上位機進行通訊且可將測量結(jié)果進行上傳。系統(tǒng)進行軟件化峰值檢測，使電路更加簡化，充分利用了軟件資源。機作為主控芯片。在空氣中的傳遞速度會隨著溫度而發(fā)生有規(guī)律的變化。用平均速度計算出的距離和實際。距離可能會有一定的誤差。

　　

【正文】 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 21 頁 共 48 頁 圖 314 溫度補償電路原理圖 ３ .７ 顯示電路的設(shè)計 顯示 數(shù)字普遍用到 的 電子元件為 七段數(shù)碼管， 七段數(shù)碼管的七 個亮段 表示一個數(shù)字“ 8”， 點亮不同亮段的組合就形成了數(shù)字 0~9。在 許多的電子產(chǎn)品中都采用了常見的七段數(shù)碼管來顯示 所需 信息。 七 個亮段實際上就是 7 個條形的發(fā)光二極管。按順時針方向，這 七 個亮段分別稱為 a、 b、 c、 d、 e、 f、 g。 VDD3DQ2GND1U1DS18B20+5VINCX1X2VCCRXDTXDINT0INT1GNDRESETU2AT89C52基于單片機的高精度超聲波測距系統(tǒng)的設(shè)計 第 22 頁 共 48 頁 七段數(shù)碼管如圖 315 所示 : 圖 315 七段數(shù)碼管示意圖 七段數(shù)碼管 的 亮段 和 普通的發(fā)光二極管 一致 ， 我們 可以把這 7 個亮段 之間當做 7個發(fā)光二極管 來看待 。 按照其中 7 個發(fā)光二極管的 接法的 不同， 可以將 七段數(shù)碼管 分為共陽（共陽極）和共陰（共陰極）兩種。 顧名思義，所謂共陽極七段數(shù)碼管意思就是將所有發(fā)光二極管的額陽極連在一體，而共陰極七段數(shù)碼管的意思就是將所有發(fā)光二極管的負極連在一起，由于單片機的輸出口不能夠提供足夠的電壓使二極管發(fā)光，所以在本設(shè)計中采用了共陽極的數(shù)碼管，將所用到的 4 個七段數(shù)碼管的陽極并接到一起。 共陽極和共陽極的七段數(shù)碼管示意圖如下圖 316 所示： 圖 316 共陽極和共陽極七段數(shù)碼管示意圖 亮段 小數(shù)點 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 23 頁 共 48 頁 LED 顯示不同數(shù)字的方式如圖 317 所示： 圖 317 數(shù)碼管數(shù)字顯示圖 從上圖中我們很容易發(fā)現(xiàn) ,若要求顯示 數(shù)字“ 1”，需要讓 b、 c 兩個發(fā)光二極管點亮；若要求 顯示數(shù)字“ 5”， 需要 讓 a、 f、 g、 c、 d 五個發(fā)光二極管點亮 。 數(shù)碼管有不同的工作顯示方式 ,分為靜態(tài)和動態(tài)，這兩種不同的顯示方式有著各自不同的優(yōu)缺點，需要根據(jù)系統(tǒng)的實際需要來決定用哪種方式。 靜態(tài)顯示 要求 數(shù)碼管的 所有 段選 端都要接上 8位 的 數(shù)據(jù)線 ，以此來 顯示的字形碼。字形碼被送入數(shù)碼管后， 可一直保持 不變 ，直到 下個字形碼替代原先的字形碼 。 這樣做的好處 是 不會長時間占用 CPU 資源 ， 而且更加容易控制，但對硬件的要求會更高。 動態(tài)顯示 要求 數(shù)碼管的 所有 段選 端 并聯(lián)在一起， 具體用到的那位數(shù)碼管的選擇是 由位選線控制 的， 采用動態(tài)掃描顯示。 動態(tài)掃描 的意思是：電路依次往各個 數(shù)碼管 傳送 字形碼 、 位選 信號 ， 由于 發(fā)光管 有余輝 且肉眼有一個 視覺暫留 的效果 ， 我們就會覺得所有的 數(shù)碼管 是同時顯示的。自然，動態(tài)顯示的亮度 不如靜態(tài)顯示那么亮，其限流電阻的阻值比靜態(tài)顯示電 路的值要小一點 。 結(jié)合實際考慮，本設(shè)計中選用了動態(tài)顯示的方式。 基于以上理論基礎(chǔ)，本設(shè)計的 顯示電路 設(shè)計的具體方案為：由 P0 口輸出的信號經(jīng)過 74LS245 芯片送入 4個數(shù)碼管，數(shù)碼管的位選分別接 到 的 I/0 口。 74LS245 是一個常用的芯片，它的作用是驅(qū)動 LED 或別的設(shè)備。該芯片為 8 路同相三態(tài)雙向總線收發(fā)器，數(shù)據(jù)可以從 A 端傳到 B端，也可以從 B端傳到 A 端。另外，它還具有雙向三態(tài)功能，可以同時輸出和輸入數(shù)據(jù)。當 AT89C52 單片機的 P0口總線負載大于等于 P0 口最大負載能力時，一般需要接入 74LS245 等總線驅(qū)動器。片選端 /CE 為低電平有效。 DIR=“ 0”，信號由 B 向 A 傳輸，即芯片為接收的作用。 DIR=“ 1”，信號由 A 向 B 傳輸，即芯片為發(fā)送作用。 P0 口與 74LS245 輸入端相連 ,/CE 端接地，保證數(shù)據(jù)線暢通。位選信號由 到 送出。 基于單片機的高精度超聲波測距系統(tǒng)的設(shè)計 第 24 頁 共 48 頁 具體電路如圖 318 所示： 圖 318 顯示電路原理圖 ３ .８ 通訊電路的設(shè)計 計算機的功能比單片機更完善，單片機的計算能力受到硬件限制，很難完成復(fù)雜計算和數(shù)據(jù)的處理。利用計算機來控制和管理單片機，由計算機和單片機組成的系統(tǒng)能實現(xiàn)更多拓展功能，所以我們很有必要設(shè)計單片機和計算機的通訊電路。 通信 方式有兩種，第一是 并行通信 ，第二是串 行通信 ，同樣地，這兩種通信方式各有其有點和缺點。 并行通信 就 是將 需要傳輸?shù)?數(shù)據(jù) 的每一位 用 不同的 數(shù)據(jù)線同時 傳輸過去。優(yōu)點是容易控制且比串行的傳送速度快很多。缺點是因為 傳輸線 非常多，如果需要長距離傳送的話會用到許多路線，造成高額的成本，且給收發(fā)兩方的設(shè)備都帶來不小的挑戰(zhàn)，并行通信如圖 319 所示： 圖 319 并行通信示意圖 A1f2g3e4d5A6c8DP7b9a10DS1AMBERCAA1f2g3e4d5A6c8DP7b9a10DS2AMBERCAA1f2g3e4d5A6c8DP7b9a10DS3AMBERCAA1f2g3e4d5A6c8DP7b9a10DS4AMBERCAQ19012Q29012Q39012Q49012+5V2KR32KR42KR52KR6CE19DIR1A12B118A23B217A34B316A45B415A56B514A67B613A78B712A89B811VCC20GND10U374LS245+5V+5VabcdefgDPabcdefgDPabcdefgDPbcdefgabcdefgDPaDP接收設(shè)備發(fā)送設(shè)備詢 問應(yīng) 答101011008 位 同 時 傳 送華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 25 頁 共 48 頁 串行通信 和并行通信不同的是，傳輸線只有一條，所有需要傳輸?shù)?數(shù)據(jù) 逐位 的 向目標設(shè)備輸送。 串行通信的優(yōu)點 ： 用到的 傳輸線少，長距離傳送 也只用一條線 ， 與并行通信比起來便宜很多。而 且可以 直接通過 電話 線 等現(xiàn) 有的線路經(jīng)行傳送。缺點是數(shù)據(jù) 傳送控制 起來較難，串行通信如圖 320 所示： 圖 320 串行通信示意圖 串行通信 RS232C 接口 是常用的串行接口標準， RS232 于 1969 年 被 美國電子工業(yè)協(xié)會 所修訂，它明確 了數(shù)據(jù)終端設(shè)備與數(shù)據(jù)通信設(shè)備的物理接口標準。 該標準的 機械特性 為： RS232C 接口 共有 25 個 針 連接器，另外還有具體尺寸規(guī)定，這 25 個插針的位置如下圖 321 所示，功能如下表 35 所示： 圖 321 RS232 接口示意圖 相關(guān)插針的功能如下表 35所示： 表 35 RS232 插針功能圖 插針序號 信號名稱 功能 信號方向 1 PGND 保護接地 2（ 3） TXD 發(fā)送數(shù)據(jù)（串行輸出） DTE 到 DCE 3（ 2） RXD 接收數(shù)據(jù)（串行輸入） DTE 到 DCE 接收設(shè)備發(fā)送設(shè)備8 位 順 次 傳 送D 0D 796512 51 41 31基于單片機的高精度超聲波測距系統(tǒng)的設(shè)計 第 26 頁 共 48 頁 續(xù)表 35 插針序號 信號名稱 功能 信號方向 4（ 7） RTS 請求發(fā)送 DTE 到 DCE 5（ 8） CTS 允許發(fā)送 DTE 到 DCE 6（ 6） DSR DCE 就緒（數(shù)據(jù)建立就緒） DTE 到 DCE 7（ 5） SGND 信號接地 8（ 1） DCD 載波檢測 DTE 到 DCE 20（ 4） DTR DTE 就緒（數(shù)據(jù)終端準備就緒） DTE 到 DCE 22（ 9） RI 振鈴指示 DTE 到 DCE 注：表中括號內(nèi)的標號對應(yīng)的是九針非標準型接口 從 硬件 條件 來 看，該設(shè)計的主控芯片為 AT89C52，該芯片的 通訊電路可以用到 RS232標準接口進行串口通信。 在通訊系統(tǒng)中，上位機（計算機）為主機，下位機（單片機）為從機。單片機主要是對數(shù)據(jù)進行收集和控制電路，計算機主要是對單片機收集到的數(shù)據(jù)進行一系列計算和處理以及對單片機進行控制。串口通信是逐位傳遞數(shù)據(jù)的， RS232 標準接口簡單，用到的線只有三根： TX、 RX 和 GND。通信距離在二十米以內(nèi)。 MAX202 芯片的作用：把單片機輸出的 TTL 電平變成計算機能識別的 232 電平，也能將計算機發(fā)出的 232 電平變成單片機可以識別的 TTL 電平。所謂 232 信號電平就是負10 到正 10 伏的信號，單片機 TTL 電平就是 0到正 5 伏的信號。該電路支持遠距離通信和多個計算機直接的通訊，屬于半雙工型，并且不需要外界電源就可工作。 主要電路圖如圖 322 所示： VCC16V+2C1+1C13T1I11T2I10R1O12R2O9C2+4C25V6T1O14T2O7R1I13R2I8GND15U10MAX202CSERXDR223K3R211KR233K3R241KDDDDC22100nC23100nC24100nC26100nN8SFH690ATN7SFH690ATC20100nC21100NTXD232RX232TX+5V +5V +5V +5V+5V123456789J2DB9 串口通信電纜線 PC 端子232RX232TX 圖 322 通訊電路原理圖 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 27 頁 共 48 頁 AT89C52 單片機的 和 兩個異步接收發(fā)送端口 ,即 RXD 和 TXD,分別為串行數(shù)據(jù)接收端和串行數(shù)據(jù)發(fā)送端。單片機到計算機的數(shù)據(jù)傳送過程為：單片機 TXD 數(shù)據(jù)發(fā)送端發(fā)出一個信號，經(jīng)光電耦合器發(fā)送至 MAX202 芯片的 T1I 口， MAX 芯片將信號轉(zhuǎn)換為計算機可接收的信號再通過 T1O 口輸出給計算機的 RS232 串口進入計算機。計算機到單片機的數(shù)據(jù)傳輸過程為：計算機的數(shù)據(jù)通過 RS232 串口傳到 MAX202 芯片的 R1I 口，接著 MAX202 將信號轉(zhuǎn)換為單片機可接收的信號，通過 R1O 口輸出，再經(jīng)過一個光電耦合器，然后進入單片機的 RXD 口。通過以上兩種方式即可實現(xiàn)單片機和計算機的通訊，實現(xiàn)計算機與單片機的成功連接，這樣計算機就能方便的獲取單片機的數(shù)據(jù)，進行復(fù)雜的計算或者為調(diào)控單片機做好準備。 基于單片機的高精度超聲波測距系統(tǒng)的設(shè)計 第 28 頁 共 48 頁 ４ 軟件設(shè)計 ４ .１ 主程序 在本設(shè)計中， AT89C52 單片機 是整個系統(tǒng)的核心，需要通過它來控制各個子系統(tǒng)的運行，主程序流程圖如圖 41所示： 圖 41 主程序流程圖 主程序的基本流程是：首先對單片機的時鐘和外圍電路進行初始化，接著，使用溫度補償電路來測量實際溫度，并且代入溫度計算公式中計算出該溫度條件下的超聲波傳播的速度值。接著產(chǎn)生 40kHz 的超聲波信號，通過 AT89C52 單片機的 口輸出并等開始 初始化 溫度測量 啟動定時器開始發(fā)射方波 是否收到回波 繼續(xù)接收 400us后停止接收 軟件濾波查找峰值點計算距離 結(jié)束 是否超過 30ms 否 否 顯示并上傳測量結(jié)果 是 是 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 29 頁 共 48 頁 待接收回波。等經(jīng)過接收電路處理過的回波被單片機接收后， AT89C52 收到回波的觸發(fā)信號，此時記錄下降沿產(chǎn)生的時間，經(jīng)過軟件計算找到峰值點作為接收到回波的時間，最后通過公式計算出測量結(jié)果。另外，還可通過串口將結(jié)果傳遞給計算機。 ４ .１ .１ 初始化子程序 系統(tǒng)工作時，軟件部分首先 要進行初始化。 初始化包括時鐘的設(shè)置，看門狗電路，各個輸入 /輸出口的功能分配，定時、中斷的設(shè)置以及其他外圍電路的初始化。外圍電路的初始化包括：顯示電路初始化、