自己动手亲自做超声波测距仪.doc

超声波测距仪一、电子模块准备51单片机最小系统板程序下载器1602液晶显示屏电位器（050欧姆）18B20温度传感器HC-SR04超声波传感器排针、杜邦线5V电源图1-1（全家福）1、1602液晶显示屏图1-2（1602液晶显示屏）在日常生活中，液晶显示屏已成为很多电子产品的必备器件，如在计算器、万用表、电子表等很多家用电子产品中都可以看到。它的功能主要是显示数字、专用符号和图形。从图1-2中我们可以看到，1602液晶显示屏一共有16个引脚，其各个引脚的功能分别如下：第1脚：VSS接地第2脚：VDD接5V正电源第3脚：V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过电位器调整对比度第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器第5脚：RW为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和RW共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平RW为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平RW为低电平时可以写入数据第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令第714脚：D0D7为8位双向数据线第15脚：背光电源正极第16脚：背光电源负极2、超声波传感器HC-SR04图1-3（超声波传感器HC-SR04）VCC：接5V正电源GND：接地Trig：超声波信号发射端口Echo：超声波信号接收端口3、温度传感器18B20图1-4（温度传感器18B20）右边：电源端，接5V正电源左边：接地端中间：数据端，为温度信息I/O口4、51单片机最小系统板图1-5（51单片机最小系统板）5、电位器（050欧姆）图1-6（电位器）相当于一个滑动变阻器，在本实验中用来控制液晶屏的对比度6、程序下载器图1-7（程序下载器）5V：接电源GND：接地TXD：接单片机3.0口RXD：接单片机3.1口7、杜邦线图1-8（杜邦线）8、电源图1-9（电源）9、排针图1-10（排针） 上述器件建议上淘宝店购买，店名为西安盛华的比较齐全，研发实力比较强。二、设计步骤1、准备工作 在18B20温度传感器、电位器的引脚上焊接排针：图2-1（焊接排针后的温度传感器）图2-2（焊接排针后的电位器）因为有多个器件（如液晶显示屏、温度传感器、超声波传感器、电位器）都需要接电源或接地，而51单片机最小系统板上的接口有限，所以我们还需要自制一个多引脚的杜邦线：图2-3（自制多引脚杜邦线） 图2-4（细节展示）步骤：先取一个3根的杜邦线排，然后将其中两根杜邦线分别扩展成三分口和两分口（图2-4），还剩的一根杜邦线不做变化，完成后效果如图2-32、程序下载需要事先安装软件STC_ISP_V479d l 首先打开软件图2-5（双击图标打开下载软件）l 点击打开文件图2-6（点击打开文件）l 选中我们所要下载的程序，点击打开。注意，所选择程序的扩展名必须为.hex图2-7（选择文件）l 将程序下载器与单片机最小系统板的对应端口连接图2-8（连接下载器）图2-9（连接Vcc和GND）图2-10（连接TXD和RXD）l 连接电脑图2-11（连接电脑）l 下载程序图2-12（点击下载）l 单片机在烧写程序时，需要一个上电操作，所以我们在下载程序的过程中，先把一根电源线断开，然后再插回去，如图2-13、图2-14图2-13（拔下电源线）图2-14（再插回电源线）l 程序下载完成图2-15（程序下载完成）3、硬件连接l 用8根杜邦线依次连接液晶屏的D0D7管脚，然后再将这8根杜邦线的另一端对应连接到单片机的P1口上（D0接P1.0、D1接P1.1，D2接P1.2，D3接P1.3，D4接P1.4，D5接P1.5，D6接P1.6，D7接P1.7）图2-16（杜邦线连液晶）图2-17（杜邦线连P1口）图2-18（D0D7与P1口连接完成）l 把液晶屏的RS、RW、E管脚与单片机相连，（RS接P2.0、RW接P2.1、E接P2.2）图2-19（杜邦线连液晶）图2-20（杜邦线连P2相应口）图2-21（RS、RW、E与P2相应口连接完成）l 液晶屏的VSS、VDD管脚对应连接到单片机最小系统板上图2-21（杜邦线连液晶）图2-22（杜邦线连单片机）l 连接超声波传感器图2-23（杜邦线连接超声波传感器的VCC、GND）图2-24（再用2根杜邦线连接超声波传感器的Trig、Echo）图2-25（电源端相连VCC接VCC、GND接GND）图2-26（Trig接P3.2、Echo接P3.3）图2-27（超声波传感器连接完成）l 连接电位器图2-28（杜邦线连接电位器中间管脚）图2-29（杜邦线连接液晶屏V0口）图2-30l 连接温度传感器图2-31（用自制的杜邦线连接温度传感器）图2-32（右侧电源端接两分口的杜邦线、中间数据端接单独的杜邦线、左侧地端接三分口的杜邦线）图2-33（两分口的杜邦线，其中一个口接单片机的VCC）图2-34（两分口的杜邦线，另外一个口接液晶屏的A端）图2-35（把中间数据端接在单片机的P2.3口）图2-36（三分口的杜邦线，其中一个口接单片机的GND）图2-37（三分口的杜邦线，其中一个口接液晶屏的K端）图2-38（三分口的杜邦线，剩余一个口接电位器）l 硬件电路连接完成图2-39（完成）4、效果展示l 单片机5V供电图2-40（插上电源，打开开关）l 实时测距图2-41（距离43.1厘米，温度21.9）图2-42（距离12.4厘米，温度21.9）图2-43（距离3.9厘米，温度21.7）三、程序分析#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define ulong unsigned intuchar table0 = DIS:000.0 cm ; /距离uchar table1 = Tem:000.0 C ; /温度uchar num;uchar flag=0;sbit Trig = P32;/超声波传感器Trig管脚定义为P32口，为超声波信号发送端sbit Echo = P33;/超声波传感器Echo管脚定义为P33口，为超声波信号接收端sfr WDT=0xe1;/看门狗sbit DS=P23;/温度传感器18B20中间的管脚，为信号I/O口sbit rs=P20;/寄存器选择位,将液晶1602的RS管脚定义为P2.0口sbit rw=P21;/读写选择位，将液晶1602的RW管脚定义为P2.1口sbit en=P22;/使能信号位，将液晶1602的E管脚定义为P2.2口sbit BF=P07;/忙碌标志位 ，将BF定义为P0.7引脚void lcd_init(void); /lcd初始化函数void write_com(uchar com); / lcd写命令函数void write_data(uchar date); / lcd写数据函数void display(void); /显示函数void screen(void); /显示table0和table1void frame(void); /显示string1和string2void delay(uint count); /延时子函数void delay_10us(void); /延时子函数void dsreset(void); /温度传感器18b20初始化bit tmpreadbit(void) ; /读一位数据uchar tmpread(void); /读一字节数据 void tmpwritebyte(uchar dat);/写数据void tmpchange(void);/开始数据转换 uint tmp(void);/开始读取寄存器中的温度 void initModule(void); void delay_20us(void);void StartModule(void);ulong averageDistance(void);uint write_distance(void);void StartModule() /超声波传感器发送一次声波信号 Trig = 1; delay_20us(); Trig = 0;void delay_20us() /延时uchar a, b, c;for (a=0; a1; a+);for (b=0; b1; b+);for (c=0; c8; c+);void initModule() /将计数器T1清零TH1 = 0x00;TL1 = 0x00; void lcd_init() TMOD=0x91; /10010001，T1方式字段GATE位为1，即T1的工作受TR1和P33控制，T0只由TR0控制。TH0/1与TL0/1构成十六位计数容器 TH0=(65536-800)/256; /给计数器T0赋初值 TL0=(65536-800)/256; EA=1; /开总中断 ET0=1; /开T0的中断 TR0=1; /T0开始工作 write_com(0x38); /调用void write_com（）子函数,并带入对应参数 write_com(0x0c); write_com(0x06); write_com(0x80);void screen(void) /读取要显示的数据 for(num = 0;num 4;num+) write_data(table0num); void display(void)/显示子函数screen(); /读取要显示的数据 write_com(0x80 + 0x04); /写指令，操作液晶显示 for(num = 4;num 0) i-; count-; void delay_10us() /10us延时函数 uchar i; i-; i-; i-; i-; i-; i-;void intT0(void) interrupt 1 /给T0赋初值 TH0=(65536-800)/256; TL0=(65536-800)%256;void dsreset(void) /18B20温度传感器复位，初始化函数 uint i; DS=0; i=103; while(i0)i-; DS=1; i=4; while(i0)i-;bit tmpreadbit(void) /读1位数据函数 uint i; bit dat; DS=0;i+; /i+ for delay DS=1;i+;i+; dat=DS; i=8;while(i0)i-; return (dat);uchar tmpread(void) /读1字节函数 uchar i,j,dat; dat=0; for(i=1;i=8;i+) j=tmpreadbit(); /读1位数据函数赋给j dat=(j1); /读出的数据最低位在最前面，这样刚好一个字节在DAT里 return(dat);void tmpwritebyte(uchar dat) /向液晶18b20写一个字节数据函数 uint i; uchar j; bit testb; for(j=1;j1; if(testb) /write 1 DS=0; i+;i+; DS=1; i=8;while(i0)i-; else DS=0; /write 0 i=8;while(i0)i-; DS=1; i+;i+; void tmpchange(void) /液晶18B20开始获取数据并转换 dsreset(); /温度传感器初始化 delay(1); tmpwritebyte(0xcc); /写跳过读ROM指令 tmpwritebyte(0x44); /写温度转换指令 uint tmp() /读取寄存器中存储的温度数据 float tt; uint temp; uchar a,b,c; dsreset(); /温度传感器初始化 delay(1); tmpwritebyte(0xcc); /向1820写一个字节数据函数 tmpwritebyte(0xbe); a=tmpread(); /读低8位 b=tmpread(); /读高8位 temp=b; temp11; if(c=31) flag=1; /最后在显示子函数中要判断flag的值 temp=temp&2047; tt=temp*0.0625; /温度在寄存器中是12位，分辨率是0.0625 temp=tt*10+0.5; /乘10表示小数点后只取1位，加0.5是四折五入 return temp; void main(void) /主函数(程序从这里开始)uchar A0,A1,A2,A3,A2t,a; /定义变量为无符号字符型，分配内存空间 uint temp1,Dis; /定义变量为无符号整型，分配内存空间a=0; WDT=0x25; /看门狗,防止死循环lcd_init(); /开中断，赋初值，写指令(设置定时器0)write_com(0x01); /给液晶显示模块写指令Trig = 0; /首先拉低超声波传感器Trig管脚EX1 = 1; /启用P33口接收中断信号，即为接收Echo信号while(1)initModule(); /将计数器T1清零StartModule(); /超声波传感器发送一次声波信号delay_20us(); /延时，避免声波由发射端发出后，直接被接收端捕获，得到错误的距离信息TR1 = 1; /T1开始计时while(!Echo); /检测是否收到回波信号while(Echo); /收到回波信号TR1 = 0; /T1停止计时Dis=(TH1 * 256 + TL1)/6; /由T1记下的时间差，计算理想距离tmpchange(); /开始获取温度数据并转换temp1=tmp(); /寄存器中转换后的温度值赋给temp1A0=temp1/1000%10; /温度千位A1=temp1/100%10; /温度百位 A2t=temp1%100; /温度十位和个位 A2=A2t/10%10; /温度十位 A3=A2t%10; /温度个位temp1/=10; /temp1除以10再赋回给temp1Dis=Dis+temp1*Dis/400000; /通过温度校正距离table14=A0+0x30; /table1表示温度table15=A1+0x30;table16=A2+0x30;table18=A3+0x30;A0=Dis/1000%10; /距离千位A1=Dis/100%10; /距离百位 A2t=Dis%100; /距离十位和个位 A2=A2t/10%10; /距离十位 A3=A2t%10; /距离个位table04=A0+0x30;/table0表示距离table05=A1+0x30;table06=A2+0x30;table08=A3+0x30; display(); WDT=0x35; /调用显示子函数，写入距离、温度的值 /WDT看门狗，防止死循环四、思考题1、加入报警功能，使得当超声波传感器超出量程时，蜂鸣器报警。2、液晶1602显示距离信息的同时，也显示温度数据。3、改变液晶屏上距离、温度信息显示的位置，使得它们空2格后再显示。参考答案：第1题：#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define ulong unsigned intuchar table0 = DIS:000.0 cm ; /距离uchar table1 = Tem:000.0 C ; /温度uchar num;uchar flag=0;sbit Trig = P32;/超声波传感器Trig管脚定义为P32口，为超声波信号发送端sbit Echo = P33;/超声波传感器Echo管脚定义为P33口，为超声波信号接收端sfr WDT=0xe1;/看门狗sbit DS=P23;/温度传感器18B20中间的管脚，为信号I/O口sbit rs=P20;/寄存器选择位,将液晶1602的RS管脚定义为P2.0口sbit rw=P21;/读写选择位，将液晶1602的RW管脚定义为P2.1口sbit en=P22;/使能信号位，将液晶1602的E管脚定义为P2.2口sbit BF=P07;/忙碌标志位 ，将BF定义为P0.7引脚sbit alarm=P37; /报警引脚void lcd_init(void); /lcd初始化函数void write_com(uchar com); / lcd写命令函数void write_data(uchar date); / lcd写数据函数void display(void); /显示函数void screen(void); /显示table0和table1void frame(void); /显示string1和string2void delay(uint count); /延时子函数void delay_10us(void); /延时子函数void dsreset(void); /温度传感器18b20初始化bit tmpreadbit(void) ; /读一位数据uchar tmpread(void); /读一字节数据 void tmpwritebyte(uchar dat);/写数据void tmpchange(void);/开始数据转换 uint tmp(void);/开始读取寄存器中的温度 void initModule(void); void delay_20us(void);void StartModule(void);ulong averageDistance(void);uint write_distance(void);void StartModule() /超声波传感器发送一次声波信号 Trig = 1; delay_20us(); Trig = 0;void delay_20us() /延时uchar a, b, c;for (a=0; a1; a+);for (b=0; b1; b+);for (c=0; c8; c+);void initModule() /将计数器T1清零TH1 = 0x00;TL1 = 0x00; void lcd_init() TMOD=0x91; /10010001，T1方式字段GATE位为1，即T1的工作受TR1和P33控制，T0只由TR0控制。TH0/1与TL0/1构成十六位计数容器 TH0=(65536-800)/256; /给计数器T0赋初值 TL0=(65536-800)/256; EA=1; /开总中断 ET0=1; /开T0的中断 TR0=1; /T0开始工作 write_com(0x38); /调用void write_com（）子函数,并带入对应参数 write_com(0x0c); write_com(0x06); write_com(0x80);void screen(void) /读取要显示的数据 for(num = 0;num 4;num+) write_data(table0num); void display(void)/显示子函数screen(); /读取要显示的数据 write_com(0x80 + 0x04); /写指令，操作液晶显示 for(num = 4;num 0) i-; count-; void delay_10us() /10us延时函数 uchar i; i-; i-; i-; i-; i-; i-;void intT0(void) interrupt 1 /给T0赋初值 TH0=(65536-800)/256; TL0=(65536-800)%256;void dsreset(void) /18B20温度传感器复位，初始化函数 uint i; DS=0; i=103; while(i0)i-; DS=1; i=4; while(i0)i-;bit tmpreadbit(void) /读1位数据函数 uint i; bit dat; DS=0;i+; /i+ for delay DS=1;i+;i+; dat=DS; i=8;while(i0)i-; return (dat);uchar tmpread(void) /读1字节函数 uchar i,j,dat; dat=0; for(i=1;i=8;i+) j=tmpreadbit(); /读1位数据函数赋给j dat=(j1); /读出的数据最低位在最前面，这样刚好一个字节在DAT里 return(dat);void tmpwritebyte(uchar dat) /向液晶18b20写一个字节数据函数 uint i; uchar j; bit testb; for(j=1;j1; if(testb) /write 1 DS=0; i+;i+; DS=1; i=8;while(i0)i-; else DS=0; /write 0 i=8;while(i0)i-; DS=1; i+;i+; void tmpchange(void) /液晶18B20开始获取数据并转换 dsreset(); /温度传感器初始化 delay(1); tmpwritebyte(0xcc); /写跳过读ROM指令 tmpwritebyte(0x44); /写温度转换指令 uint tmp() /读取寄存器中存储的温度数据 float tt; uint temp; uchar a,b,c; dsreset(); /温度传感器初始化 delay(1); tmpwritebyte(0xcc); /向1820写一个字节数据函数 tmpwritebyte(0xbe); a=tmpread(); /读低8位 b=tmpread(); /读高8位 temp=b; temp11; if(c=31) flag=1; /最后在显示子函数中要判断flag的值 temp=temp&2047; tt=temp*0.0625; /温度在寄存器中是12位，分辨率是0.0625 temp=tt*10+0.5; /乘10表示小数点后只取1位，加0.5是四折五入 return temp; void main(void) /主函数(程序从这里开始)uchar A0,A1,A2,A3,A2t,a; /定义变量为无符号字符型，分配内存空间 uint temp1,Dis; /定义变量为无符号整型，分配内存空间a=0; WDT=0x25; /看门狗,防止死循环lcd_init(); /开中断，赋初值，写指令(设置定时器0)write_com(0x01); /给液晶显示模块写指令Trig = 0; /首先拉低超声波传感器Trig管脚EX1 = 1; /启用P33口接收中断信号，即为接收Echo信号while(1)initModule(); /将计数器T1清零StartModule(); /超声波传感器发送一次声波信号delay_20us(); /延时，避免声波由发射端发出后，直接被接收端捕获，得到错误的距离信息TR1 = 1; /T1开始计时while(!Echo); /检测是否收到回波信号while(Echo); /收到回波信号TR1 = 0; /T1停止计时Dis=(TH1 * 256 + TL1)/6; /由T1记下的时间差，计算理想距离 if(Dis2000) alarm=1; /报警引脚（溢出，超过量程） else alarm=0;tmpchange(); /开始获取温度数据并转换temp1=tmp(); /寄存器中转换后的温度值赋给temp1A0=temp1/1000%10; /温度千位A1=temp1/100%10; /温度百位 A2t=temp1%100; /温度十位和个位 A2=A2t/10%10; /温度十位 A3=A2t%10; /温度个位temp1/=10; /temp1除以10再赋回给temp1Dis=Dis+temp1*Dis/400000; /通过温度校正距离table14=A0+0x30; /table1表示温度table15=A1+0x30;table16=A2+0x30;table18=A3+0x30;A0=Dis/1000%10; /距离千位A1=Dis/100%10; /距离百位 A2t=Dis%100; /距离十位和个位 A2=A2t/10%10; /距离十位 A3=A2t%10; /距离个位table04=A0+0x30;/table0表示距离table05=A1+0x30;table06=A2+0x30;table08=A3+0x30; display(); WDT=0x35; /调用显示子函数，写入距离、温度的值 /WDT看门狗，防止死循环 第2题：#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define ulong unsigned intuchar table0 = DIS:000.0 cm ; /距离uchar table1 = Tem:000.0 C ; /温度uchar num;uchar flag=0;sbit Trig = P32;/超声波传感器Trig管脚定义为P32口，为超声波信号发送端sbit Echo = P33;/超声波传感器Echo管脚定义为P33口，为超声波信号接收端sfr WDT=0xe1;/看门狗sbit DS=P23;/温度传感器18B20中间的管脚，为信号I/O口sbit rs=P20;/寄存器选择位,将液晶1602的RS管脚定义为P2.0口sbit rw=P21;/读写选择位，将液晶1602的RW管脚定义为P2.1口sbit en=P22;/使能信号位，将液晶1602的E管脚定义为P2.2口sbit BF=P07;/忙碌标志位 ，将BF定义为P0.7引脚sbit alarm=P37;/报警引脚void lcd_init(void); /lcd初始化函数void write_com(uchar com); / lcd写命令函数void write_data(uchar date); / lcd写数据函数void display(void); /显示函数void screen(void); /显示table0和table1void frame(void); /显示string1和string2void delay(uint count); /延时子函数void delay_10us(void); /延时子函数void dsreset(void); /温度传感器18b20初始化bit tmpreadbit(void) ; /读一位数据uchar tmpread(void); /读一字节数据 void tmpwritebyte(uchar dat);/写数据void tmpchange(void);/开始数据转换 uint tmp(void);/开始读取寄存器中的温度 void initModule(void); void delay_20us(v