【正文】 低，易引入工業(yè)噪聲。第四節(jié) 超聲波測距儀系統(tǒng)設(shè)計(jì)一、論文設(shè)計(jì)內(nèi)容超聲波測距儀開發(fā)設(shè)計(jì)論文將包括超聲波測距系統(tǒng)工作原理，系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)，系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)以及超聲波測距儀誤差統(tǒng)計(jì)與分析。介紹了超聲波測距儀所應(yīng)用領(lǐng)域之廣，以及本次設(shè)計(jì)所應(yīng)用的工廠模具校正測量。并大致介紹論文研究內(nèi)容及其結(jié)構(gòu)。首先介紹了超聲波的基本概念，然后介紹了超聲波傳感器，重點(diǎn)是壓電式傳感器。第二章，系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)。然后分別著重介紹了單片機(jī)、顯示電路、測距模塊、按鍵電路、下載電路這幾個主要硬件的功能與應(yīng)用。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。然后分別從主程序、測距子程序、按鍵程序、顯示程序?qū)τ布δ艿膶?shí)現(xiàn)進(jìn)行介紹。超聲波測距的誤差分析。二、硬件設(shè)計(jì)內(nèi)容硬件設(shè)計(jì)上考慮到制作成本以及鍛煉自己的動手能力，選用萬用板自己焊接電路，但是由于自己考慮不夠周全，硬件電路期間布局設(shè)計(jì)上造成跳線過多，設(shè)計(jì)外觀不夠美觀。電路板上還設(shè)計(jì)了復(fù)位電路，但是在調(diào)試過程中，由于功能都能滿足而且效果較好，使得復(fù)位電路變得多余了。第五節(jié) 本章小結(jié)超聲波測距的原理是利用超聲波的發(fā)射和接收，根據(jù)超聲波傳播的時(shí)間來計(jì)算出傳播距離。此次設(shè)計(jì)采用反射波方式。為了減少盲區(qū)，超聲波發(fā)生器與超聲波接收器盡量縮小間距。利用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)對超聲波傳感器模塊的控制，并且由定時(shí)器計(jì)算超聲波傳感器模塊所返回的高電平持續(xù)時(shí)間，通過轉(zhuǎn)換得出傳感器與障礙物之間的距離。按鍵電路提供了必要的附加功能[8]。STC89C52使用經(jīng)典的MCS51內(nèi)核，但做了很多的改進(jìn)使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機(jī)不具備的功能。具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM，32 位I/O口線，看門狗定時(shí)器，內(nèi)置4KB EEPROM，MAX810復(fù)位電路，3個16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，4個外部中斷，一個7向量4級中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng)51的5向量2級中斷結(jié)構(gòu)），全雙工串行口?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。最高運(yùn)作頻率35MHz，6T/12T可選[4]。即定時(shí)器T0、TT2；⑩ 外部中斷4路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)電路，Power Down模式可 由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒[7]。① P0：顯示電路數(shù)據(jù)接口；② ：LCD1602寄存器選擇信號線、讀寫信號線、使能信號線；③ ：按鍵電路；④ ：超聲波傳感器HCSR04信號返回線；⑤ ：超聲波傳感器HCSR04啟動信號線；⑥ ：MAX232串口信號線；⑦ ：存入當(dāng)前距離值；⑧ ：查詢已存歷史距離值；⑨ XTALXTAL2：外部時(shí)鐘信號線[5]。 HCSR04超聲波模塊實(shí)物圖HCSR04主要參數(shù) HCSR04參數(shù)HCSR04內(nèi)部結(jié)構(gòu)與工作原理，該傳感器主要包括兩大部分：發(fā)射電路和接收電路。v是超聲波在空氣中傳播的速度。（2）、接收電路的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中采用了前置放大電路+帶通濾波電路+后級放大電路。當(dāng)距離較遠(yuǎn)時(shí)，回波信號會非常微弱，轉(zhuǎn)換后的信號電平幅值很小，故要經(jīng)過若干級放大，使輸出功率達(dá)到一定要求，并且為了防止信號出現(xiàn)較大的失真，接收電路可以保證有4MHz的帶寬。在中斷服務(wù)程序中，讀取計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值，結(jié)合溫度補(bǔ)償后的聲速計(jì)算出測距儀距離障礙物的距離。液晶顯示模塊已作為很多電子產(chǎn)品的通過器件，如在計(jì)算器、萬用表、電子表及很多家用電子產(chǎn)品中都可以看到，顯示的主要是數(shù)字、專用符號和圖形。液晶顯示器顯示質(zhì)量高，由于液晶顯示器每一個點(diǎn)在收到信號后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發(fā)光，而不像陰極射線管顯示器（CRT）那樣需要不斷刷新新亮點(diǎn)。其次，液晶顯示器都是數(shù)字式的，和單片機(jī)系統(tǒng)的接口更加簡單可靠，操作更加方便。同時(shí)，相對而言，液晶顯示器的功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動IC上，因而耗電量比其它顯示器要少得多。液晶顯示器具有厚度薄、適用于大規(guī)模集成電路直接驅(qū)動、易于實(shí)現(xiàn)全彩色顯示的特點(diǎn)，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在便攜式電腦、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、PDA移動通信工具等眾多領(lǐng)域。例如屏的第一行的亮暗由RAM區(qū)的000H——00FH的16字節(jié)的內(nèi)容決定，當(dāng)（000H）=FFH時(shí)，則屏幕的左上角顯示一條短亮線，長度為8個點(diǎn)；當(dāng)（3FFH）=FFH時(shí)，則屏幕的右下角顯示一條短亮線；當(dāng)（000H）=FFH，（001H）=00H，（002H）=00H，……（00EH）=00H，（00FH）=00H時(shí)，則在屏幕的頂部顯示一條由8段亮線和8條暗線組成的虛線。（2）、字符的顯示用LCD顯示一個字符時(shí)比較復(fù)雜，因?yàn)橐粋€字符由68或88點(diǎn)陣組成，既要找到和顯示屏幕上某幾個位置對應(yīng)的顯示RAM區(qū)的8字節(jié)，還要使每字節(jié)的不同位為“1”，其它的為“0”，為“1”的點(diǎn)亮，為“0”的不亮。但由于內(nèi)帶字符發(fā)生器的控制器來說，顯示字符就比較簡單了，可以讓控制器工作在文本方式，根據(jù)在LCD上開始顯示的行列號及每行的列數(shù)找出顯示RAM對應(yīng)的地址，設(shè)立光標(biāo)，在此送上該字符對應(yīng)的代碼即可。1602字符型LCD簡介字符型液晶顯示模塊是一種專門用于顯示字母、數(shù)字、符號等點(diǎn)陣式LCD，目前常用16*1，16*2，20*2和40*2行等的模塊。引腳功能說明：LCD1602采用標(biāo)準(zhǔn)的14腳（無背光）或16腳（帶背光）接口，： LCD1602顯示電路 LCD1602引腳接口說明編號符號引腳說明編號符號引腳說明1VSS電源地9D2數(shù)據(jù)2VDD電源正極10D3數(shù)據(jù)3VL液晶顯示偏壓11D4數(shù)據(jù)4RS數(shù)據(jù)/命令選擇12D5數(shù)據(jù)5R/W讀/寫選擇13D6數(shù)據(jù)6E使能信號14D7數(shù)據(jù)7D0數(shù)據(jù)15BLA背光源正極8D1數(shù)據(jù)16BLK背光源負(fù)極第1腳：VSS為地電源。第3腳：VL為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對比度最弱，接地時(shí)對比度最高，對比度過高時(shí)會產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過一個10K的電位器調(diào)整對比度。第5腳：R/W為讀寫信號線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。第6腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。第15腳：背光源正極。LCD1602的指令說明及時(shí)序1602液晶模塊內(nèi)部的控制器共有11條控制指令，： 控制指令表序號指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清顯示00000000012光標(biāo)返回000000001*3置輸入模式00000001I/DS4顯示開/關(guān)控制0000001DCB5光標(biāo)或字符移位000001S/CR/L**6置功能00001DLNF**7置字符發(fā)生存貯器地址0001字符發(fā)生存貯器地址8置數(shù)據(jù)存貯器地址001顯示數(shù)據(jù)存貯器地址9讀忙標(biāo)志或地址01BF計(jì)數(shù)器地址10寫數(shù)到CGRAM或DDRAM）10要寫的數(shù)據(jù)內(nèi)容11從CGRAM或DDRAM讀數(shù)11讀出的數(shù)據(jù)內(nèi)容1602液晶模塊的讀寫操作、屏幕和光標(biāo)的操作都是通過指令編程來實(shí)現(xiàn)的。指令2：光標(biāo)復(fù)位，光標(biāo)返回到地址00H。高電平表示有效，低電平則無效。 D：控制整體顯示的開與關(guān)，高電平表示開顯示，低電平表示關(guān)顯示C：控制光標(biāo)的開與關(guān)，高電平表示有光標(biāo)，低電平表示無光標(biāo) B：控制光標(biāo)是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍。指令6：功能設(shè)置命令 DL：高電平時(shí)為4位總線，低電平時(shí)為8位總線 N：低電平時(shí)為單行顯示，高電平時(shí)雙行顯示 F: 低電平時(shí)顯示5x7的點(diǎn)陣字符，高電平時(shí)顯示5x10的點(diǎn)陣字符。指令8：DDRAM地址設(shè)置。指令10：寫數(shù)據(jù)。： 讀操作時(shí)序 寫操作時(shí)序LCD1602的RAM地址映射液晶顯示模塊是一個慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條指令之前一定要確認(rèn)模塊的忙標(biāo)志為低電平，表示不忙，否則此指令失效。 LCD1602內(nèi)部顯示地址例如第二行第一個字符的地址是40H，那么是否直接寫入40H就可以將光標(biāo)定位在第二行第一個字符的位置呢？這樣不行，因?yàn)閷懭腼@示地址時(shí)要求最高位D7恒定為高電平1所以實(shí)際寫入的數(shù)據(jù)應(yīng)該是01000000B（40H）+10000000B(80H)=11000000B(C0H)。每次輸入指令前都要判斷液晶模塊是否處于忙的狀態(tài)。四、按鍵電路考慮到實(shí)現(xiàn)超聲波測距儀的附加功能，本次設(shè)計(jì)一共設(shè)有5個4腳按鍵，分別對應(yīng)的功能是鎖定當(dāng)前值便于記錄、解鎖并繼續(xù)測距、在測距狀態(tài)下存儲當(dāng)前距離值、查詢已存的歷史值、返回測距。 按鍵電路五、下載電路MAX232MAX232芯片是美信公司專門為電腦的RS232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計(jì)的接口電路,使用+5v單電源供電。每個接收器將EIA/TIA232E電平輸入轉(zhuǎn)換為5V TTL/CMOS電平。30V的輸入。所有的驅(qū)動器、接收器及電壓發(fā)生器都可以在德州儀器公司的LinASICTM元件庫中得到標(biāo)準(zhǔn)單元。內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本可分三個部分：第一部分是電荷泵電路。功能是產(chǎn)生+12v和12v兩個電源，提供給RS232串口電平的需要。由11114腳構(gòu)成兩個數(shù)據(jù)通道。8腳（R2IN）、9腳（R2OUT）、10腳（T2IN）、7腳（T2OUT）為第二數(shù)據(jù)通道。第三部分是供電。主要特點(diǎn)： ① 單5V電源工作；② LinBiCMOSTM工藝技術(shù)；③ 兩個驅(qū)動器及兩個接收器；④ 177。另外，在硬件設(shè)計(jì)上也有很多不足，比如電路整體布局上欠考慮，一開始沒有很好的規(guī)劃，造成了跳線過多，硬件不夠美觀。再者，總體設(shè)計(jì)時(shí)設(shè)計(jì)了復(fù)位電路，但在后續(xù)軟件調(diào)試中復(fù)位功能被其他功能所代替。第三章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)第一節(jié) 軟件設(shè)計(jì)總體方案一、主程序設(shè)計(jì)總體思路系統(tǒng)的主要功能是距離測量，整個系統(tǒng)軟件程序包括主程序、測距子程序、顯示子程序、按鍵子程序、以及各種中斷子程序。；③ 單片機(jī)對超聲波傳感器Trig接口發(fā)出10us脈沖觸發(fā)信號作為啟動信號；④ Echo引腳檢測到回波信號，關(guān)定時(shí)器，計(jì)算高電平持續(xù)時(shí)間，得出距離；⑤ 顯示測量結(jié)果；⑥ 若有按鍵按下，執(zhí)行相應(yīng)的按鍵程序。回響信號的脈沖寬度與所測的距離成正比。公式：s=v*t/2，s為所測距離，v為聲速，t為回響信號高電平持續(xù)時(shí)間。具體測距程序如下所示：void StartModule() //啟動模塊{ Trig=1。 Trig=0。 TH0=0。 S=(time*)/100。 }三、顯示程序設(shè)計(jì)LCD1602的初始化程序void LCD_Init(){ Write_Cmd(0x38)。 Write_Cmd(0x38)。 Write_Cmd(0x38)。 Write_Cmd(0x38)。 /*顯示關(guān)閉*/ Write_Cmd(0x01)。 /*顯示光標(biāo)移動設(shè)置*/ delay_ms(5)。 /*顯示開及光標(biāo)設(shè)置*/}距離顯示程序?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)顯示定時(shí)器T0測得的距離值s，并設(shè)定測量范圍為2cm3m，測量精度為cm，若超出或小于測量范圍則顯示警告“Warning”。 if((S=300)|(S3)|flag==1) //超出測量范圍顯示W(wǎng)arning { flag=0。 i=0。\039。 i++。 i=0。\039。 i++。 i=0。\039。 i++。 disbuff[1]=S%1000%100/10。 Write_Cmd(0x80+0x40)。 Write_Data(ASCII[10])。 Write_Data(ASCII[disbuff[2]])。 //顯示m } }四、按鍵程序設(shè)計(jì)按鍵key1實(shí)現(xiàn)鎖定當(dāng)前值功能，即關(guān)閉總中斷EA即可。按鍵key3實(shí)現(xiàn)將當(dāng)前值存入片內(nèi)寄存器功能，以供查詢調(diào)用。按鍵key5實(shí)現(xiàn)返回測距狀態(tài)功能[9]。//存儲鎖定當(dāng)前距離值 if(key2==0) break。 //片內(nèi)RAM地址為0x30 *p=S。 mid=*p。 Write_Cmd(0x00|0x80)。 while(line_data[i]!=39。) { Write_Data(line_data[i])。 } Write_Cmd(0x40|0x80)。 while(warning[i]!=39。) { Write_Data(warning[i])。 } } else { Write_Cmd(0x00|0x80)。 while(line_data[i]!=39。) { Write_Data(line_data[i])。 } disbuff[0]=mid%1000/100。 disbuff[2]=mid%1000%10%10。 Wr