毕业设计精品]一种以AT89C52 单片机为核心的超声波传感器测距仪的设计.doc

电气信息学院智能化测控应用系统设计报告目录1前言.12总体方案设计.22.1方案一：采用单片机来控制超声波测距.22.2方案二：采用锁相环频率合成技术.33单元模块设计.43.151系列单片机的功能特点.43.2单片机控制LED显示.53.3键盘输入.63.4超声波发射电路.73.5超声波接收电路.84软件设计.104.1主程序流程图.104.2外中断程序.114.3超声波发射程序.114.4键扫描子程序.125系统调试.136结论.147总结与体会.158参考文献.16附录.17设计电路图.17相关设计程序：.18第1页1前言目前,非接触式测距仪常采用超声波、激光和雷达。但激光和雷达测距仪造价偏高,不利于广泛的普及应用,在某些应用领域有其局限性,一般仅用于军事工业。相比之下,超声波测距系统电路易实现、结构简单和造价低,且超声波在传播过程中不受烟雾、空气能见度等因素的影响对外界光线、色彩和电磁场不敏感,更适于黑暗、电磁干扰强、有毒、灰尘或烟雾的恶劣环境,在识别透明及漫反射性差的物体上也更有优势。所以超声波测距在各种场合均得到广泛应用,如倒车防撞雷达、海洋测量、物体识别、工业自动控制,建筑工程测量和机器人视觉识别。本课题设计了一种以AT89C52单片机为核心的低成本、高精度、小型化的超声波传感器测距仪，其硬件电路和软件程序设计思路清晰，方案简单可行，而且利用51系列单片机设计的测距仪便于操作、读数直观，该类测距仪工作稳定，能满足一般近距离测距的要求，且成本较低、有良好的性价比。第2页2总体方案设计2.1方案一：采用单片机来控制超声波测距采用单片机来控制的超声波测距仪是先由单片机产生一个信号，经过信号线，把信号引入到与超声波发射器相连的信号引脚上，再由超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。超声波在空气中的传播速度为340m/s，根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物的距离(s)，即：2/CTD原理框图如2.1所示：图2.1超声波测距原理图根据设计任务要求，采用AT89C52单片机，配置时钟电路，复位电路构成单片机最小系统，由模拟电路和数字电路构成超声波发射、接收模块。由键盘，LED显示构成人机对话通道，构成由单片机最小系统来控制的超声波测距仪，其结构框图如下：开始测量超声波信号开定时器关定时器数据运算显示器接收检测超声波探头超声波探头驱动电路第3页图2.2系统机构框图2.2方案二：采用锁相环频率合成技术采用锁相环频率合成技术，也可以实现我们所需要的超声波测距仪。具体方案如下：首先通过频率合成技术产生超声波所需要的频率，在通过信号线将采用锁频率相合成技术得到的频率引到超声波的发射头上，这样就可以实现超声波测距。它的优点就是工作频率可调，也可以达到很高的频率分辨率；缺点是要求使用的滤波器通带可变，实现很困难。它的原理如图2.3所示：晶振整形电路R分频鉴相器FD环路滤波器LF可变分频器N压控振荡器VCOfvfRfin图2.3锁相环频率合成电路框图综上所述，基于对超声波频率的控制和整个仪器的设计难度，我们选择第一种设计方案。单片机最小系统发射、接收（模拟电路）信号保持（数字电路）按键、LED显示第4页3单元模块设计3.151系列单片机的功能特点5l系列单片机中典型芯片(AT89C52)采用40引脚双列直插封装(DIP)形式，内部由CPU，4kB的ROM，256B的RAM，2个16b的定时计数器TO和T1，4个8b的工O端I：IP0，P1，P2，P3，一个全双功串行通信口等组成。特别是该系列单片机片内的Flash可编程、可擦除只读存储器(EPROM)，使其在实际中有着十分广泛的用途，在便携式、省电及特殊信息保存的仪器和系统中更为有用。该系列单片机引脚与封装如图3.1所示。EA/VP31X119X218RESET9P3.7/RD17P3.6/WR16P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.5/T115P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.5/MOSI6P1.6/MISO7P1.7/SCK8P0.039P0.138P0.237P0.336P0.435P0.534P0.633P0.732P2.021P2.122P2.223P2.324P2.425P2.526P2.627P2.728PSEN29ALE/P30P3.1/TXD11P3.0/RXD10IC2STC89C52C1622pFC1922pFY111.0592MR2610kVCCR242.2kC112.2uFVCCPORT1_5PORT1_6PORT1_7PORT2_0PORT2_1PORT2_2PORT2_3PORT2_4PORT2_5PORT2_6PORT2_7PORT0_0PORT0_1PORT0_2PORT0_3PORT0_4PORT0_5PORT0_6PORT0_7PORT1_0PORT1_1PORT1_2PORT1_3PORT1_4RD(P3.7)WR(P3.6)RXD(P3.0)TXD(P3.1)INT0(P3.2)INT1(P3.3)T0(P3.4)T1(P3.5)K17RESETVCCC21104VCCR2210KR2310KR2510KR2710K图3.151系列单片机最小系统5l系列单片机提供以下功能：4kB存储器；256BRAM；32条工O线；2个16b定时计数器；5个2级中断源；1个全双向的串行口以及时钟电路。空闲方式：CPU停止工作，而让RAM、定时计数器、串行口和中断系统继续工作。第5页掉电方式：保存RAM的内容，振荡器停振，禁止芯片所有的其他功能直到下一次硬件复位。5l系列单片机为许多控制提供了高度灵活和低成本的解决办法。充分利用他的片内资源，即可在较少外围电路的情况下构成功能完善的超声波测距系统。3.2单片机控制LED显示LED数码管显示：C012C1.d9C2.d8C36A11B7C4D2E1F10G5DP3SR40563J5LEDPORT2_0PORT2_1PORT2_2PORT2_3PORT2_4PORT2_5PORT2_6PORT2_7Q29015Q39015Q49015Q19015R181.5KR191.5KR201.5KR211.5KSEG_0SEG_1SEG_2SEG_3SEG_0SEG_1SEG_2SEG_3PORT0_0PORT0_1PORT0_2PORT0_3R1410KR1510KR1610KR110KLED数码管显示VCCR10510R11510R12510R13510R34510R35510R36510R37510图3.2LED数码管显示在此模块中,我们小组是利用STC89C52单片机的P2口对LED数码管进行控制，单片机所计算的距离再有LED数码管显示。下面对LED数码管作简单的介绍：LED数码管是利用7个LED（发光二极管）外加一个小数点的LED组合而成的显示第6页设备，可以显示09等10个数字和小数点，使用非常广泛，它的外观如下：图3.3七段数码管这类数码管可以分为共阳极与共阴极两种，共阳极就是把所有LED的阳极连接到共同接点com，而每个LED的阴极分别为a、b、c、d、e、f、g及dp（小数点）；共阴极则是把所有LED的阴极连接到共同接点com，而每个LED的阳极分别为a、b、c、d、e、f、g及dp（小数点），本设计方案中采用的是共阳极数码管。图中的8个LED分别与上面那个图中的ADP各段相对应，通过控制各个LED的亮灭来显示数字。3.3键盘输入本系统通过独立键盘来控制超声波发射，当按键按下时，单片机相应端口产生一个高电平，送入声波发送电路，产生超声波，单片机开始计时。键盘如下图所示.K1KEY4K2KEY4K3KEY4K4KEY4PORT2_0PORT2_1PORT2_2PORT2_3图3.4独立键第7页3.4超声波发射电路0.01uC31nC3GND1TK2OUT3R4CL5TR6TC7VCC8IC4NE555T19013VCCPORT1_0R512K4.7kW112J2CON2R6100图3.5超声波发射电路在该超声波测距系统中，我们使用的是压电式超声波发生器TCF4012TR1，为使超声波探头T发出我们需要的超声波，我们就得给超声波探头T一个频率，使其等了超声波探头T的固有频率，让超声波探头T中的压电晶片产生共振并带动共振板振动，产生超声波。在这个系统中，我们采用的超声波探头的固有频率是40kHz，因此我们需要给超声波探头T送一个40kHz的方波信号，由555定时器组成的多谐振荡电路来产生。采用555定时器组成的多谐振荡器来产生所需要的40kHz的方波信号。Tpl=0.7R2C(3-1)第8页Tph=0.7（R