超声波测距仪实验报告.doc

课题名称：超声波测距仪 班级：应用电子0901 姓名：吴星超 学号：0503090128 指导老师：杨文博前言随着人类社会从工业化社会到信息化社会的发展，视觉传达设计经历了商业美术、工艺美术、印刷美术设计、装潢设计、平面设计等几大阶段的演变，最终成为以视觉媒介为载体，利用视觉符号表现并传达信息的设计。对于每一位“为传达而设计”的设计者来说，如何正确、充分地传达信息是我们始终要面临的中心问题。但是，在当今社会，由于科技的进步，社会环境和社会秩序的更新，各种视觉媒介的充斥，影响着人们的思维、观念和感情，仅仅把传达信息的关键词定位于正确和充分显然是不够的。鉴于时代的要求与设计本质的要求，必须要把视觉传达设计的创新重视起来，以创新为前提充分准确地传达信息。设计界存在着大量的抄袭、模仿之作，使得设计活动成为一种程式。比如一说到大学标志，就等于是篆书外加一个圆托印章；一谈到VIS设计，便是大量相同的模版拷贝；一说到数码的视觉符号，就是一大堆蚂蚁般的“1”+“0”；一谈到商品的广告，就是戴眼镜的博士或美女的推荐代言等等。人们无时无刻都被这些“东施效颦”的设计所侵犯和骚扰，这些设计给我们带来了视觉污染，人们不禁要问：设计究竟怎么了？面对这些，我们每一个设计师都责无旁贷。现在该是大力宣扬“设计创新”的时候了，因为这个时代比以往任何时期都更需要清晰而独创的视觉传达设计。那么，视觉传达设计的创新究竟体现在哪些方面？目录一、超声波测距仪的制作31.1 超声波测距的原理31.2 超声测距仪的硬件电路51.2.1回流信号放大电路51.2.2 信号检波电路61.3超声波测距程序设计7二、总结：20三、参考文献20一、超声波测距仪的制作1.1 超声波测距的原理 根据相关的物理学知识，声音在介质中如空气和石头中传播时，其衰减特性与其频率相关，频率越高越不容易衰减，相应地其传播距离越远。当声音的频率在20KHz以上的范围时，超出了人耳的听觉范围，变成了超声波，可以传播较远的距离而不衰减，且其本身的信号频率特性不容易受环境噪音的干扰。我们可以利用超声波的这一特性进行测距。我们可利用并列安装的一对超声波探头来发射和接收超声波。发射头标识为T(Transmit)，接收头标识为R(Reiceive),它们里面采用谐振频率为40KHz的压电晶体来发射和接收超声波。当发射头外接40KHz的振荡源，如单片机端口时，它能发出最大功率的超声波。接收头只有在接收到中心频率为40KHz的超声波时才能产生谐振，由于压电效应将物理振荡转化为电信号输出，输出电压信号的幅值在uV量级。在测距时，用这对探头对准要测距的物体如车辆、墙壁等，由单片机端口输出40KHz的PWM（脉宽调制信号）驱动超声波发射头（T头）发射出40KHz的一个短促脉冲（0.20.5ms）,然后单片机开始计时，直到通过接收头和接收放大电路检测到回波信号，然后停止计时，得到超声波传播总时间Ts,再乘以当地温度下声速Vs得到超声波走的总路程，再除以2就得到了超声波探头与物体的实际距离。 注意：超声波脉冲以5-10个频率周期为宜，太长则测距误差太大，太短则能量不足导致接收不到。声音的速度与温度和当地的空气密度有关，最好以实测值为宜，否则可能导致较大的误差。 T/R40 超声波探头（40KHz本征频率）超声波发射和接收的硬件电路1.2 超声测距仪的硬件电路1.2.1回流信号放大电路采用电路来实现测距仪功能的主要困难在于，回波小信号的检测。由于在接收探头的压电晶体两端产生的回波电信号极其微弱，在uV量级，因此要进行高增益的放大，然后才能进行有效的检测。在这里，我们采用了三个NPN型8050三极管的共射极交流耦合组态进行三级放大。在两级的级连处采用了0.1uF的电容进行交流耦合，集电极接至5V电源以提供集电结的反偏电压，基极接在两个串联50K电阻上，以获得直流工作点(2.5V)。放大之后的信号由上图中的SIGNAL端输出。单极直流电流增益：单级直流电压增益：交流电压增益要低于直流增益，经过实测，此电路的三级交流电压增益在30000左右，可将uV级的电压信号放大至十至百mV的量级。1.2.2 信号检波电路 经过回波信号放大电路，已经进入了数字芯片可以检测的范围，但此时的信号仍为频率信号，并不能直接为单片机所识别。因此还需要一个检波译码芯片，能够识别出40KHz的频率波并将其转化为数字电平信号。 LM567为一种典型的音频信号译码芯片，音频信号由其3脚引入。当此音频信号的频率与LM567的设置频率相同时，则其第8脚的输出电平由高变低。LM567的设置频率由5、6脚之间接上的可调电阻器的阻值进行调节。 可变电阻调节方法：将一个40KHz的频率源连接到LM567的3脚，将LM567的OUT端连接至电压表，然后调节5、6脚之间的电位器直到OUT端的电平变低。 至此，微弱的回波电信号在此已转化为LM567的OUT端输出的可被单片机识别的数字电平信号。1.3超声波测距程序设计 程序流程 源代码:/*/* 文件名； clock_c */* 程序描述：显示时钟 */*/系统包含的头文件#include #include /中断函数和子函数声明部分void _ADC_Interrupt(void); /ADC中断子程序void _KBD_Interrupt(void); /键盘中断子程序void _TOF_Interrupt(void); /定时器溢出中断子程序void _TCH1_Interrupt(void);/定时器通道1中断子程序void _TCH0_Interrupt(void);/定时器通道0中断子程序void _IRQ_Interrupt(void); /外部中断中断子程序void _Startup(void); /复位中断子程序/用户子程序定义void SYS_Init(void); /系统初始化子程序void pled(unsigned char k);/串行数据输出子程序void display(unsigned char dispchar,unsigned char n);/数码管显示子程序/宏定义#define CONFIG1_VAL 0x3D /用户配置config1寄存器的值#define CONFIG1_ADR 0xFDEA /CONFIG1_VAL存放的地址#define JMP_TAB_ADR 0xFDEB /用户中断向量起始地址#define JMP_Code 0xCC /跳转指令直接寻址方式的指令码typedef void (*tIntFunc)(void); /声明一个指向函数的数据类型typedef struct jumpEntry /声明一个结构体jumpEntry类型 unsigned char jmpIstr; tIntFunc intFunc; /定义一个tIntFunc类型的变量 JumpEntry; /CONFIG1_VAL存放到CONFIG1_ADR定义的地址中const unsigned char CONFIGX CONFIG1_ADR = CONFIG1_VAL;/定义各中断向量的中断入口const JumpEntry IntJmpTable JMP_TAB_ADR = /定义数组IntJmpTable，元素为JumpEntry类型 JMP_Code, _ADC_Interrupt, /AD转换中断矢量地址:$FDEB JMP_Code, _KBD_Interrupt, /键盘唤醒中断矢量地址:$FDEE JMP_Code, _TOF_Interrupt, /定时计数器溢出中断矢量地址:$FDF1 JMP_Code, _TCH1_Interrupt, /定时器通道1溢出中断矢量地址:$FDF4 JMP_Code, _TCH0_Interrupt, /定时器通道0溢出中断矢量地址: $FDF7 JMP_Code, _IRQ_Interrupt, /IRQ矢量地址: $FDFA JMP_Code, _Startup /复位矢量地址:$FDFD;/数码管显示编码 内容为:0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,b,C,d,E,F,-,三const unsigned char sgcode20=0x3f,6,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,7,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71,0,0x40,0x49,0x66 ; unsigned char dspbf4=0x0d,0x0c,0x0d,0x0c; /存放待显示的数据/unsigned char mscnt; /定时器溢出计数位 int backtime; /定义一个全局变量，存储超声波传播时间Bool intflag=0; /定义一个全局变量，存储超声接收中断标志Bool intflag2=0; /定义一个全局变量，存储超声发射标志int temp;int temp1;/主程序开始void main(void) unsigned char i; unsigned char j; SYS_Init(); TSC_TSTOP=0;/允许开始计数 for(;) DisableInterrupts; /禁止所有的中断 if(intflag=0)/intflag标志是为了判断是否有超声波接收中断产生 /如果有接收中断产生，则将其置位，如果没有，则为0，此时数码管上显示dcdc dspbf0=0x0d; dspbf1=0x0c; dspbf2=0x0d; dspbf3=0x0c; for(i=0;i4;i+) display(dspbfi,i); /分别送去显示 for(i=0;i4;i+) display(dspbfi,i); /分别送去显示 intflag2=0; intflag=0; TSC_TOIE=0; /禁止计数中断 backtime=0; TSC_TOIE=1; for(i=0;i5;i+) /发射一个短脉冲40KHz PTA=0x12; /PTA1 和PTA4共同驱动超声波发射探头 为按位异或 _asm(nop); for(i=0;i10;i+) /发射完超声后，延时一小段时间禁止所有的接收中断，防止造成误接收 _asm(nop); /C语言中嵌入的空操作指令 EnableInterrupts; /开启所有的中断 intflag2=1;/超声波的发射标志，在超声波发射后置位，在接收后清0 for(j=0;j20;j+) /显示并等待较长的时间 等待接收回流中断并处理距离值 for(i=0;i4;i+) display(dspbfi,i); /分别送去显示 for(i=0;i4;i+) display(dspbfi,i); /分别送去显示 for(i=0;i4;i+) display(dspbfi,i); /分别送去显示 /*/* 文件名： 系统初始化子程序 */* 程序描述：包括config寄存器的设置、端口寄存器的设置、定时器寄存器的设置*/* 输入参数：无 */* 返回： 无 */*/void SYS_Init(void) CONFIG2=0x00; /使用内部晶振，关闭复位引脚 CONFIG1=0x3d; /禁止看门狗，禁止LVI模块 禁止LVI复位 /INTSCR=0x00; /A B口的初始化 DDRB=0xff; /PTB7,PTB6为输入，其余为输出 PTBPUE=0xc0; /PTB7,PTB6 设置上拉电阻 PTB=0xff; /置B口全为1 DDRA=0x12; /A口为输入方式 PTA1 PTA4为输出方式 PTA=0x02; /A口全为0/定时计数器的初始化 TSC=0x63; /设置允许定时器溢出中断，设置分频因子为32 n=t*f/p p为分频因子 TMOD=1;/设置预置寄存器值 定时器的内部晶振频率为3.2Mhz /TMOD=0.00001*3.2M/32=1 /键盘控制状态寄存器的初始化 KBSCR=0x00; /键盘状态和控制寄存器 允许键盘中断 下降沿触发 KBIER=0x04; /键盘中断控制寄存器 禁止键盘中断自动唤醒 设定PTA2为中断输入口 EnableInterrupts; / 开总中断 /*/*文件名:display函数 */*程序描述:在位置n上,显示数值dspchar */*调用子程序:传送数值的pled函数 */*输入参数:dspchar,n */* dspchar:段选信号，输入用户要显示的数据 */* n:位选信号, */*返回参数:无 */*/void display(unsigned char dspchar,unsigned char n) unsigned char i,j,k=1; for(j=0;j(n+2);j+) k*=2; pled(sgcodedspchar) ; /发送编码到LED PTB=0x00; PTB+=k; /位选 for(i=0;i25;i+) /延时 _asm(nop); PTB=0x00; /*/*文件名：pled函数 */*程序描述:8位并行输出串行移位编程，PTB1为时钟信号，将PTB0的输出并行输出 */*输入参数：需显示数值的编码k */*返回： 无 */*/void pled(unsigned char k) unsigned char i; PTB=0x00; /PTB口全部变成低电平 for(i=0;i8;i+) PTB_PTB1=0; /将PTB1变低，即时钟信号变低 if(k0x80) PTB_PTB0=1; /从高位开始发送，检查最高位是否为1，为0则PTB0=1，高位为1则默认为0 PTB_PTB1=1; /给出一个下降沿信号，移位信号 PTB=0x00;/准备处理下一位 k=1;/左移 /*/ /*/ /以下为中断函数，需要用到时，在相应的函数内编写即可interrupt void _ADC_Interrupt(void) interrupt void _KBD_Interrupt(void) if(intflag2=1) /如果超声波已发射 if(intflag=0)/如果在超声波发射后第一次接收到回波，为了防止杂散回波的干扰 intflag2=0; DisableInterrupts; / 接收到回波后 禁止所有中断 TSC_TOIE=0;/禁止定时溢出中断 temp=(float)(backtime)*1.89; backtime=0; /对backtime重新写值时必须禁止定时溢出中断的产生 TSC_TOIE=1; intflag2=0; intflag=1; /处理距离值并显示 temp1=temp/10; /距离值除以10之后赋给一个中间变量 dspbf0=temp/1000; /把千位存入第0个数码管显存中 dspbf2=temp1%10; /把十位存入第2个数码管显存中 temp1=temp/100; dspbf1=temp1%10; /把百