【正文】 cs。特別是電 氣 工程及其自動化專業(yè)良好的學(xué)習(xí)氛圍，形成了你追我趕的學(xué)習(xí)勁頭，與其他同學(xué)就專業(yè)上的知識進(jìn)行廣泛的交流，使我的理論知識 有了很大的提高， 同時還有和我一起在實驗室做 課題 設(shè)計的同學(xué)， 大家互相幫助，給予了我很大的幫助和鼓勵 ，在此一并向他們表示感謝！ 這次設(shè)計對我來說是對大 學(xué)中所學(xué)知識的回顧和總結(jié)，特別是對專業(yè)知識的檢驗、提高和升華，因此在這里我要對大學(xué)中我所有的授業(yè)恩師表示衷心的謝意。 唐 老師誨人不倦的工作作風(fēng)，一絲不茍的工作態(tài)度，嚴(yán)肅認(rèn)真的治學(xué)風(fēng)格給我留下深刻的 印象 ，值得我永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)。 由于本次設(shè)計涉及面廣、工作量大，錯誤和不妥之處在所難免，敬請各位老師批評指正。同時也提高了本人的設(shè)計水平，增長了見識，豐富了經(jīng)驗，使自己在實際工作的專業(yè)知識更能有效地應(yīng)用，且使我對電氣工程認(rèn)識 的上升 了一個臺階。通過 keil C 軟件編寫調(diào)試，生成 HEX 文件通過軟件燒至進(jìn)單片機(jī)。顯示電路采用簡單實用的 3位共陽 LED 數(shù)碼管， 段碼輸出端口為單片機(jī)的 P2 口 ，位碼輸出端口分別為單片機(jī)的 、 、 口 ,數(shù)碼管 位 驅(qū)運(yùn) 用 PNP 三極管S9012 三極管 驅(qū)動。 單片機(jī)采用 STC89C52，系統(tǒng)晶振 采用 12MHz 高精度的晶振，以獲得較穩(wěn)定時鐘頻率，減小測量誤差。 圖 62 測距儀實況圖 一 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 29 圖 63 測距儀實況圖 二 圖 64 測距儀實況圖 三 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 30 總結(jié) 本文通過單片機(jī) STC89C52 為處理器設(shè)計了 超聲波測距儀 ， 整個過程包括硬件電路設(shè)計和程序的設(shè)計以及電路的搭建與調(diào)試。 系統(tǒng)調(diào)試完后應(yīng)對測量誤差和重復(fù)一致性 進(jìn)行多次實驗分析，不斷優(yōu)化系統(tǒng)使其達(dá)到實際使用的測量要求。 實物測試 硬件電路制作完成并調(diào)試好后，便可將程序編譯好下載到單片機(jī)試運(yùn)行 。如果一直顯示“ ”，則需將下限值增大。系統(tǒng)調(diào)試完后應(yīng)對測量誤差和重復(fù)一致性進(jìn)行多 次實驗分析，不斷優(yōu)化系統(tǒng)使其達(dá)到實際使用的測量要求。 硬件電路制作完成并調(diào)試好后，便可將程序編譯好下載到單片機(jī)試運(yùn)行。則需要細(xì)致的進(jìn)一步檢測電路， 1是是否有虛焊； 2是是否漏焊； 3是焊接錯誤的連接。 焊接完成以后應(yīng)該認(rèn)真的檢查焊接的電路，對照焊接用的 PCB 圖河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 28 和裝配圖、原理圖，檢查。 繪制好 PCB 圖和焊接安裝圖如下圖 61 所示。首先是確定電路板的形狀，大小。建立之后必須和原理圖元件關(guān)聯(lián)起來。 在繪制完成原理圖后接下來就是確定元件的封裝。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 25 圖 53 口 輸出波形 圖 54 口輸出波形 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 26 6 電路 焊接與 調(diào)試 元件 采購 軟件和硬件設(shè)計完成后就可以開始制作樣機(jī)，首先是元件的選擇，通過找資料和比較，本設(shè)計采用較常用的性價較好的 STC89C52單片機(jī)，其詳細(xì)清單如表 61所示。再者，對于報警信號，由于其周期較大，在同一視圖下無法得到顯示，故單獨對其設(shè)定和測量，如下圖 53， 54所示。仿真結(jié)果如下圖 52 所示 。 本次設(shè)計利用 Proteus 仿真軟件建立系統(tǒng)仿真模型如圖 51所示： 圖 51 系統(tǒng)仿真模型搭建 用 示波器分別測量超聲波系統(tǒng)發(fā)送的方波信號，經(jīng)信號放大超 聲波探頭接 到的信號，以及 兩路 報警輸出信號。首先在軟 件中找到我們設(shè)計用的元件，然后連接好電路圖，設(shè)置好各個元件的參數(shù)值，特別注意液晶顯示屏 9012三極管的基極 連接需要接上拉電阻。 } 將源程序置于附錄處。 LED3=1。 LED3=0。 delay(50)。 delay(1)。 P2=buffer[1]。 LED1=1。 LED1=0。 if (buffer[2]==0x81) { buffer[2]=0xFF。 buffer[1]=convert[xm1]。 xm2=jszxm0*100xm1*10。 } else { xm0=jsz/100。 buffer[1]=0xFE。 buffer[2]=0x93。發(fā)送四個周期連續(xù)的超聲波方波信號 here: cpl nop nop nop nop nop nop nop nop nop djnz R6,here RET END 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 21 顯示轉(zhuǎn)換子程序 void timeToBuffer() //轉(zhuǎn) 換段碼功能模塊 { if (jszzzz) { buffer[0]=0x93。 } 產(chǎn)生超聲波 信號 的子程序： 此段程序較為簡單，用匯編語言編寫較為準(zhǔn)確，便捷， 發(fā)送超聲波頻率為 40KHZ，周期則是 25us，發(fā)送一個完整的方波需 24 個機(jī)器周期，其值接近于設(shè)定值，且不影響測量結(jié)果。 jsz=s*csbc。 TR0=1。 s=TH1。 if(i=3300) csbint=0。 while(i) { } i=0。 TR1=1。 csbfs()。 sx=0。 TL1=0x00。 //調(diào)用按鍵處理程序 } } 超聲波測量子程序 void wdzh() { TR0=0。 } else {sx=0。 //調(diào)用顯示函數(shù) if(jszdz) //判斷是否達(dá)到報警值 { if(e==1) { sx=1。 //調(diào)用報警處理程序 timeToBuffer()。 wdzh()。 clcs()。 k2=1。 mqjs()。 dz=100。 zzz=600。 csbout=1。 啟動定時器測量標(biāo)志超聲波測距顯示結(jié)果距離 報警值報警輸出測量段碼轉(zhuǎn)換N= 1= 0Y開始初始化超聲波測距啟動計時器 T 0延時避開盲區(qū)計算測量值發(fā)送超聲波停止計時結(jié)束收到回波 ？標(biāo)志位 = 1 ？預(yù)設(shè)時間 ？NYYNNY河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 19 TL0=0xF0。 //設(shè)定時器 0為計數(shù)，設(shè)定時器 1定時 ET0=1。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 18 圖 41 超聲波測距程序流程圖 圖 42 超聲波測距子程序流程圖 超聲波測距 主程序 void main() { EA=1。測出距離后結(jié)果將以十進(jìn)制 BCD 碼方式送往 LED 顯示約 ，然后再發(fā)超聲波脈沖重復(fù)測量過程。 由 于采用 單片機(jī)采用的是 12 MHz 的晶振，計 時 器每計一個數(shù)就是 1μs ，當(dāng) 超聲波測距子程序 檢測到接收成功的標(biāo)志位后，將計數(shù)器 T0 中的數(shù)（即超聲波來回所用的時間）按式（ 2） 計算，即可得被測物體與測距儀之間的距離 。超聲波頭發(fā)送完送超聲波后，立即啟動內(nèi)部計時器 T0進(jìn)行計時， 為了避免超聲波從發(fā)射 頭 直接傳送到接收頭 引起的直射波觸發(fā) ，這時，單片機(jī) 需要延時約 2ms 時間 （這也就是超聲波測距儀會有一個最小可測距離的原因 ，稱之為盲區(qū)值 ）后，才 啟動對單片機(jī) 腳的電平判斷程序。測距間隔中，整個程序主要進(jìn)行循環(huán)顯示測量結(jié)果。置位總中斷允許位 EA。 其中， d 為被測物與測距儀的距離， s 為聲波的來回的路程， c 為聲速， t 為聲波來回所用的時間。這樣只要計算出從發(fā)出超聲波信號到接收到返回信號所用的時間，就可算出超聲波發(fā)生器與反射物體的距離。超聲波測距的程序既有較復(fù)雜的計算（計算距離時），又要求精細(xì)計算程序運(yùn)行時間（超聲波測距時），所以控制程序可采用 C 語言編程。 從而為系統(tǒng)提供安全 穩(wěn)定可靠的供電，使系統(tǒng)的測距效果得到了有效的保證。 輸入電壓（ 21V）經(jīng)過 7805的穩(wěn)壓輸出 +5V 的三端 穩(wěn) 壓集成電路進(jìn)行穩(wěn)壓后輸出 5伏的 直 流電供整個系統(tǒng)用電，為進(jìn)一步提高電源質(zhì)量， 5伏的直流電再次經(jīng)過 C C4 濾波。為了測量方便，也可以外接電池 進(jìn)行隨地測量。報警輸出電路如圖 39。 方式一：報警信號由單片機(jī) 端口輸出，繼電器輸出，可驅(qū)動較大的負(fù)載，電路由電阻 R三極管 BG繼電器 JDQ 組成，當(dāng)測量值低于事先設(shè)定的報警值時，繼電器吸合，測量值高于設(shè)定的報警值 時，繼電器斷開。數(shù) 碼管采用動態(tài)掃描 顯示，段碼輸出端口為單片機(jī)的 P2口 ， 位碼輸出端口分別為單片機(jī)的 、 、 ,數(shù)碼管 位 驅(qū)運(yùn) 用 PNP三極管 S9012 三極管 驅(qū)動。數(shù)碼管按各發(fā)光二極管電極的連接方式分為共陽數(shù)碼管和共陰數(shù)碼管兩種。為了減少硬件開銷，提高系統(tǒng)可靠性并降低成本，此超聲波測距的單片機(jī)控制系統(tǒng)采用動態(tài)掃描顯示，以實時顯示距離變化。 因此本設(shè)計顯示電路采用簡單實用的 3位共陽 LED 數(shù)碼管。 超聲波測距系統(tǒng)的顯示要求比較簡單，測量結(jié)果采用十進(jìn)制數(shù)字顯示。 (2)靜態(tài)顯示驅(qū)動：靜態(tài)驅(qū)動是指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個單片機(jī)的I/O 端口進(jìn)行驅(qū)動，或者使用如 BCD 碼十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動。通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的的 COM 端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅(qū)動。 圖 37 超聲波接收單元 顯示電路 數(shù)碼管要用驅(qū)動電路來驅(qū)動數(shù)碼管的各個段碼，可以分為靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩類。測距中，當(dāng)有障礙物時，超聲波回波返回，經(jīng)過接收放大后，會產(chǎn)生一個低電平信號， 輸入至單片機(jī) ， 利用這個信號觸發(fā) STC89C52單片機(jī)的外部中斷，從而停止計時，計算從發(fā)射到接收的 時間，就是超聲波的傳輸時間。 D5的作用是穩(wěn)壓的作用，防止電壓過高，損壞后面的器件。 B G 1 9 0 1 2R14 .7 KT 4 0 V C C P 2 . 7B 圖 36 超聲波 發(fā)射 單元 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 13 超聲波接收電路 超聲波接收電路圖利用三級放大 (三 極管放大 )，將脆弱的收回的信號放大，因為聲波在傳播過程中會損失。 40kHz 的方波由 AT89S51 單片機(jī)的 輸出，經(jīng) BG1 推動超聲波脈沖變壓器，在脈沖變壓器次級形成 60VPP 的電壓，加載到超聲波發(fā)送頭上， 驅(qū)動超聲波發(fā)射頭發(fā)射超聲波 。 其下限值為 40cm，要根據(jù)被測物距離和超聲波兩探頭之間的距離組成的張角來確定，本設(shè)計經(jīng)實物焊接調(diào)試后張角大約為 60 度，這里一般設(shè)定報警值為 50cm，即可進(jìn)行短距離的在誤差范圍之內(nèi)的精準(zhǔn)測量。所以電平復(fù)位要將復(fù)位端通過電阻與 VCC 相連 .如復(fù)位電路中 R、 C 的值選擇不當(dāng)，使復(fù)位時間過長，單片機(jī)將處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài) ,故采用按鍵復(fù)位。電平復(fù)位將復(fù)位端通過電阻與 CCV 相連，按鍵脈沖復(fù)位是利用 RC 分電路產(chǎn)生正脈沖來達(dá)到復(fù)位的。 RST 引腳是復(fù)位信號的輸入端，復(fù)位信號是高電平有效。需要注意的是：電路板時，振蕩器和電容應(yīng)盡量安裝得與單片機(jī)靠近，以減小寄生電容的存在更好的保障振蕩器穩(wěn)定、可靠的工作 。晶體震蕩頻率高，則系統(tǒng)的時鐘頻 率也高，單片機(jī)運(yùn)行速度也就快，但反過來運(yùn)行速度快對存儲器的速度要求就高，對印制電路板的工藝要求也高，所以，這里使用震蕩頻率為 12MHz 的石英晶體。 C522 PC622 PY1 12 M K 2 K 1P 1. 01P 1. 12P 1. 23P 1. 34P 1. 45P 1. 5 M O S I6P 1. 6 M I S O7P 1. 7 S C K8R S T9P 3. 010P 3. 111P 3. 212P 3. 313P 3. 414P 3. 515P 3. 616P 3. 717X T A L 218X T A L 119G N D20P 2. 021P 2. 122P 2. 223P 2. 324P 2. 425P 2. 526P 2. 627P 2. 728P S