【正文】 10 第 4 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 超聲波測距儀的軟件設(shè)計主要有主程序、超聲波發(fā)生程序、超聲波接收中斷程 序及顯示子程序組成。我們知道語言程序有利于實現(xiàn)較復(fù)雜的算法，匯編語言程序則具有較高的效率且容易精細(xì)計算程序運行的時間，而超聲波測距儀的程序需要有較復(fù)雜的計算（計算距離時），所以控制程序可采用 C 語言編程。 超聲波測距儀的算法設(shè)計 超聲波測距的原理為超聲波發(fā)生器 T 在某一時刻發(fā)出一個超聲波信號，當(dāng)這個超聲波遇到被測物體后反射回來，就被超聲波接收器 R 所接收到。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。距離的計算公式為： d=s/2=(c? t)/2 （ 41） 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。在啟動發(fā)射電路的同時啟動單片機內(nèi)部的定時器 T0，利用定時器的計數(shù)功能記錄超聲波發(fā)射的時間和收到反射波的時間。當(dāng)收到超聲波反射波時，接收電路輸出端產(chǎn)生一個負(fù)跳變，在 INT0 或 INT1 端產(chǎn)生一個中斷請求信號，單片機響應(yīng)外部中斷請求，執(zhí)行外部中斷服務(wù)子程序，讀取時間差，計算距離。 主程序流程圖 軟件分為兩部分，主程序和 中斷服務(wù)程序，如圖 圖 圖 10 所示。主程序完成初始化工作、各路超聲波發(fā)射和接收順序的控制。 定時中斷服務(wù)子程序完成單方向超聲波的發(fā)射，外部中斷服務(wù)子程序主要完成時間值的讀取、距離計算、結(jié)果的輸出等工作。 主程序首先是對系統(tǒng)環(huán)境初始化，設(shè)置定時器 T0 工作模式為 16 位定時計數(shù)器模式。置位總中斷允許位 EA 并給顯示端口 P0 和 P1 清 0。然后調(diào)用超聲波發(fā)生子程序送出一個超聲波脈沖，為了避免超聲波從發(fā)射器直接傳送到接收器引起的直射波觸發(fā)，需要延時約 （這也就是超聲波測距儀會有一個最小可測距離的原因）后，才打開 外中斷 1 接收返回的超聲波信號。 11 單 片 機 初 始 化定 時 器 初 始 化顯 示 測 量 值開 始開 外 部 中 斷等 待 中 斷 圖 8 主 程序流程圖 由于采用的是 12MHz 的晶振，計數(shù)器每計一個數(shù)就是 1μs，當(dāng)主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（ 42）計算，即可得被測物體與測距儀之間的距離，設(shè)計時取 20℃ 時的聲速為344m/s 則有： d=(c? t)/2=172T0/10000cm （ 42） 其中， T0 為計數(shù) 器 T0 的計算值。 測出距離后結(jié)果將傳給 LED 數(shù)碼顯示約 5s，同時測量距離送語音模塊播報。然后再發(fā)超聲波脈沖重復(fù)測量過程。為了有利于程序結(jié)構(gòu)化和容易計算出距離，主程序采用 C 語言編寫。 超聲波發(fā)射子程序和超聲波接收中斷程序 超聲波發(fā)生子程序的作用是通過 端口發(fā)送 2 個左右超聲波脈沖信號（頻率約 40kHz 的方波），脈沖寬度為 12μs 左右，同時把計數(shù)器 T0 打開進行計時。超聲波發(fā)生子程序較簡單，但要求程序運行準(zhǔn)確。 12 定時中斷入口定時器初始化發(fā)射超聲波發(fā)射完否？停止發(fā)射返回YN 圖 9 定時中斷服務(wù)子程 序 13 外 部 中 斷 入 口關(guān) 外 部 中 斷讀 取 時 間 值計 算 距 離結(jié) 果 輸 出開 外 部 中 斷返 回 圖 10 外部中斷服務(wù)子程序 超聲波測距儀主程序利用外中斷 1 檢測返回超聲波信號，一旦接收到返回超聲波信號（即 INT1 引腳出現(xiàn)低電平），立即進入中斷程序。進入中斷后就立即關(guān)閉計時器 T0 停止計時，并將測距成功標(biāo)志字賦值 1。如果當(dāng)計時器溢出時還未檢測到超聲波返回信號，則定時器 T0 溢出中斷將外中斷 1 關(guān)閉，并將測距成功標(biāo)志字賦值 2 以表示此次測距不成功。 14 總結(jié) 由于時間和其它客觀上的原因，此次設(shè)計沒有成功做出實物。但是對設(shè)計有一個很好的理論基礎(chǔ) 。設(shè)計的最終結(jié)果是使超聲波測距儀能夠產(chǎn)生超聲波，實現(xiàn)超聲波的發(fā)送與接收，從而實現(xiàn)利用超聲波方法測量物體間的距離。以數(shù)字的形式顯示測量距離。 通過此次課程設(shè)計我對傳感器這門課有了更深刻的理解，并且鍛煉了我的實際動手能力。在此我也要感謝王超和高曉紅老師在課程設(shè)計中對我給予的悉心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求，同時也感謝本校的一些老師在課程設(shè)計這期間所給予我的幫助。在課程設(shè)計論文寫作期間，各位老師給我提供了種種專業(yè)知識上的指導(dǎo)和日常生活上的關(guān)懷，沒有您們這樣的幫助和關(guān)懷，我不會這么順利的完成課程設(shè)計，借此機會，向您們表示由衷的感 激。 通過本次課程設(shè)計也大大的增強了自己的自信心，只要肯努力不斷的敦促自己鍛煉自己就會有很大的進步，此后我會一直像這次課程設(shè)計一樣嚴(yán)格要求自己，盡量做到更好。 15 參考文獻 [1] 胡佳文 .單片機課程設(shè)計實例指導(dǎo) [M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 20xx。 [2] 劉文濤 .單片機語言 C51 典型應(yīng)用設(shè)計 [M].北京：人民郵電出版社， 20xx。 [3] 郁有文 .傳感器原理及工程應(yīng)用 [M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社， 20xx。 [4] 陳新建 .PIC 系列單片機程序設(shè)計與開 發(fā)應(yīng)用 [M].北京：北京航空航天大學(xué)出 版社， 20xx。 [5] 張明峰 .PIC 單片機入門與實戰(zhàn) [M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 20xx。 [6] 黃智偉 .全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽訓(xùn)練教程 [M].西安：電子工業(yè)出版社， 20xx。 16 附錄二 程序清單 //*函數(shù)名： void displayall() //功能：主顯示函數(shù) *// void displayall() { uchar i。 delay(2)。 led_init()。 //初始化 LED led_pos(2,0)。 //設(shè)置顯示位置為第二行 for(i=0。i16。i++) { write(1,DIS9[i])。 //led_wdat(DIS9[i])。 delay(30)。 } led_pos(3,0)。 //設(shè)置顯示位置為第三行 for(i=0。i16。i++) { write(1,DIS10[i])。 //led_wdat(DIS10[i])。 delay(30)。 } delay(1000)。