电子科大通信大类认知探索51课实验报告.doc

2016通信电子实验设计报告超声波模块学习与应用 2016/5/31目录（1） 背景.3（2） 基本目标及拓展目标.3（3） 方案.3（4） 基本理论及原理.4（5） 程序流程图.8（6） 实验器材及硬件原理图.8（7） 完整代码及分析.10（8） 测试图片.21（9） 出现问题及分析.24（10）后记.24一.背景倒车雷达是汽车驻车或者倒车时的安全辅助装置，能以声音或者更为直观的显示告知驾驶员周围障碍物的情况，解除了驾驶员驻车、倒车和起动车辆时前后左右探视所引起的困扰，并帮助驾驶员扫除了视野死角和视线模糊的缺陷二.基本目标及拓展目标运用超声波模块，测出单方向距离，根据距离实现两个不同的功能。（1） 基础功能：倒车雷达。距离近于100mm时，判定为距离过近，使蜂鸣器鸣响，并且1602屏幕上显示”stop”字样, 8*8点阵模块全屏连续闪烁作为警示。（2） 拓展功能：根据测试距离用点阵显示距离根据超声波所测的距离，用点阵led亮灯个数表示出距离的远近程度，具体将在之后程序分析中写出。三.方案测距模块采用集成的超声波模块，目前市面上的传感器模块做工已十分优良，测距精度可达3mm，测量响应速度理论上可以做到实时反馈。蜂鸣器部分采用常见型号的蜂鸣器，性能稳定，质量好。考虑到单片机无法直接带动蜂鸣器工作，辅以三极管开关电路。点阵部分采用开发板上集成的8*8点阵，为了控制精度，响应时间等，辅以存储器，减少单片机占用时间。距离显示部分采用1602液晶屏显示，可显示内容丰富，甚至可以显示英文字符等。最后，最重要的是选择一款好的MCU处理任务。51单片机系统作为比较成熟的片上系统，被广泛应用。其具有低功耗，可编程性强，处理速度较快等诸多优点，因此采用集成的51单片机开发板完成此项实验。四.基本理论及原理 基本理论分为三个板块，超声波模块，51单片机，蜂鸣器，8*8点阵及1602模块。本节将分块解释各模块基本原理。（1） 超声波模块常用的是压电式超声波发生器，是利用压电晶体的谐振来工作的。超声波传感器探头内部有两个压电晶片和一个共振板。当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，便产生超声波。反之，如果两电极间未外加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，这时它就成为超声波接收器了。 超声波传感器就是利用压电效应的原理将电能和超声波相互转化，即在发射超声波的时候，将电能转换成超声波发射出去；而在接收时，则将超声振动转换成电信号。超声波时序图：以上时序图表示要发出一个10uS以上的脉冲信号，该模块内部将发出40KHz周期点评并检测回波。一旦检测到回波信号则输出回响信号。回响信号的脉冲宽度与测距的距离成正比，由此测的距离。（2）51单片机51单片机为整个系统的中枢，承担着接收信号，发送信号，响应等重要功能。对于超声波模块，主要功能为发出信号使超声波模块工作并完成测距任务，接着接收信号，转换为数字信号并加以处理，好控制1602液晶，点阵，蜂鸣器等其他外设。其负担着接收数据，处理数据，发送数据等重要功能，因此对51单片机的操作为本实验的核心。本实验选择TX-1C开发板，其集成度高，性能稳定，便于操作。（3）蜂鸣器如图，P23口连接三极管基极，负责传送信号。三极管其他部分与蜂鸣器共同组成开关电路，驱动蜂鸣器工作。当输出高电平是打开开关电路，蜂鸣器鸣响。（4）8*8点阵8*8点阵其实是由64组发光二极管组成，点阵发光原理与发光二极管完全相同。但此处为了提升效率，采用两片存储器来操作点阵。点阵根据输入信号的不同，点亮不同位置的发光二极管。（5）1602液晶屏1602字符型液晶显示模块是专门用于显示字母、数字、符号等的点阵型液晶显示模块,可显示2行，每行16个字符。支持4位和8位数据传输方式。提供57点阵光标的显示模式。提供显示数据缓冲区DDRAM、字符发生器CGROM和字符发生器CGRAM，可以使用CGRAM来存储自己定义的最多8个58点阵的图形字符的字模数据。提供了丰富的指令设置：清显示；光标回原点；显示开/关；光标开/关；显示字符闪烁；光标移位；显示移位等。本实验中用1602显示距离与提示信息。五.程序流程图开始初始化超声波模块，1602液晶屏运行程序，触发超声波计算距离信息NY1602显示距离，点阵根据距离显示不同数目的led灯触发蜂鸣器，使点阵全屏闪烁，1602显示stop字样距离小于100？关闭电源，实验结束,六.实验器材及硬件原理图TX-1C开发板及1602液晶8*8点阵蜂鸣器七.完整代码及分析/*写入接口定义的管脚，为之后程序做准备*/#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit rs=P35; sbit lcden=P34; /定义lcd接口sbit dula=P26;/定义寄存器sbit wela=P27;uchar beepnum; sbit beep=P23;/哔！哔！蜂鸣器sbit triger = P37;/超声波串口sbit echo = P32; /超声波串口sbit SH_CP=P12; /点阵口定义sbit DS=P10;sbit ST_CP=P11;unsigned long int distance=150,counter=0,flag=0;/*延时函数1，在lcd写入数据需要时间，无法立即完成。需要使用延时函数使程序等待lcd写入完成。 延时函数2为蜂鸣器使用，通过不停的对蜂鸣器拉高拉低完成蜂鸣器的持续发声，延时作为高低电平输入间隔时间*/void delay(uint x) /延时函数1uint a,b;for(a=x;a0;a-)for(b=10;b0;b-); void delay1(uint z) /延时函数2（可与1合并）uint x,y;for(x=z;x0;x-)for(y=110;y0;y-);/*点阵由两个寄存器与单片机相连，因此需要操作寄存器，此函数操作寄存器*/void WriteByte(uchar dat) （点阵写入函数） uchar k;for(k=0;k1;DS=CY;SH_CP=0;SH_CP=1;/*lcd使用前要完成一系列设置*/void init() /lcd初始化程序dula=0;wela=0;write_com(0x38);delay(20);write_com(0x0e);delay(20);write_com(0x06);delay(20);write_com(0x01);delay(20);/*lcd命令函数与数据写入函数，要想完成数据的写入，要先向其发送命令使其进入工作状态，再由lcd数据写入函数接收数据，显示字符*/void write_com(uchar com) /LCD指令函数P0=com;rs=0;lcden=0;delay(10);lcden=1;delay(10);lcden=0;void write_date(uchar date) /LCD写入数据函数P0=date;rs=1;lcden=0;delay(10);lcden=1;delay(10);lcden=0;/*此函数为程序的关键，将蜂鸣器，1602，点阵的处理都写入此函数内。第一行一直到switch结束为拓展要求即根据距离控制点阵亮灯个数并在1602显示的控制程序。点阵具体16进制值显示由二进制转换来。例如00000001是亮起一行，16进制位0x01，以此类推，1602直接带入函数操作。第二部分为基础要求即倒车雷达部分，代码比较简单，详见注释*/void display() /三大外设控制函数uint i=0,j=0;uchar qian,bai,shi,ge; /定义距离 write_com(0x80); /写入lcd第一行if(distance!=0)qian = distance%10000/1000+0; /转化数据bai = distance%1000/100+0;shi = distance%100/10+0;ge = distance%10+0;write_date(qian); /写入数据write_date(bai);write_date(shi);write_date(ge);if(distance%1000/100=7) /距离量级判断j=6;if(distance%1000/100=6)j=5;if(distance%1000/100=5)j=4;if(distance%1000/100=4)j=3;if(distance%1000/100=3)j=2;if(distance%1000/100=2)j=1;if(distance%1000/100=1)j=0;if(distance%1000/100=8|distance%10000/1000!=0)j=7;switch(j) /点阵控制case 0:WriteByte(0x00);/清屏WriteByte(0x01);/点阵第1行亮起ST_CP=0;ST_CP=1;break;case 1:WriteByte(0x00);WriteByte(0x03);ST_CP=0;ST_CP=1;break;case 2:WriteByte(0x00);WriteByte(0x07); /点阵前2行亮起ST_CP=0;ST_CP=1;break;case 3:WriteByte(0x00);WriteByte(0xf);ST_CP=0;ST_CP=1;break;case 4:WriteByte(0x00);WriteByte(0x1f);ST_CP=0;ST_CP=1;break;case 5:WriteByte(0x00);WriteByte(0x3f);ST_CP=0;ST_CP=1;break;case 6:WriteByte(0x00);WriteByte(0x7f);ST_CP=0;ST_CP=1;break;case 7:WriteByte(0x00);WriteByte(0xff);ST_CP=0;ST_CP=1;break;/倒车雷达部分 if(distance100) /定义报警距离100 WriteByte(0x00);WriteByte(0xff);ST_CP=0;ST_CP=1; write_com(0x01);/LCD清零 write_date(s);/温馨提醒，stop字符 write_date(t); write_date(o); write_date(p);for(beepnum=0;beepnum= 1500)/0.015scounter=0;triger=1; /触发超声波void Time1_Int() interrupt 3distance=0;TH1 = 0;TL1 = 0;八.测试图片（1）倒车雷达装置距离小于100时，屏幕显示stop字样，点阵全部频闪，蜂鸣器连续发出“哔哔声”。（2） 显示距离并根据远近控制点阵100距离200 亮起前一行点阵，1602显示距离。200距离300 亮起前两行点阵，1602显示距离。300距离400 亮起前三行点阵，1602显示距离。以此类推，距离过大时，点阵全部亮起，1602显示距离。九.出现问题及分析 实验时出过不少问题，如点阵函数写错无法控制。超声波模块无法工作。1602写入时没有清除原来数据出现乱码等。当然，出现问题是要及时纠正的。客观来讲，51单片机应用技术已十分成熟，网上也有大量的详细教程，当遇到困难时不要只是一个人埋头苦想，可以在网上寻求帮助，快速解决问题。有时候程序出现bug时自己难以察觉，也可以请其他同学帮忙查错，毕竟，只有多经历失败，多总结，