超声波测距系统教案

1、超声波测距的制作一、教学内容：超声波测距二、教学目标1、知识目标理解测距的条件，理解并熟悉使用单片机I/O口点亮发光二极管的硬件接法及软件编程方法。读懂超声波测距的程序，学会用Keil和Proteus软件仿真。2、能力目标能模仿实例，结合实际独立各种变化的程序，并实现仿真。能初步综合实现超声波测距。3、情感目标提高学生对单片机的学习兴趣，树立学习单片机的信心。培养学生爱动手，勤思考的能力，并养成积极主动的习惯。三、重点、难点1、重点 读懂超声波测距的程序。 结合实际独立设计超声波测距变化的程序，并实现仿真。2、难点结合实际独立设计超声波测距的程序，并实现仿真综合实现超声波测距。四、教法、学法指

2、导1、教法主要采用演示教学法，辅助讲解、引导教学及任务教学法。2、学法学生在老师的引导下，积极主动地动手操作。多联系实际勤于思考，对不明白的问题要及时主动请教老师和同学。五、课时8课时六、教学过程总体方案设计 本设计包括硬件和软件设计两个部分。模块划分为数据采集、按键控制、四位数码管显示、报警等子模块。电路结构可划分为：超声波传感器、蜂鸣器、单片机控制电路。系统总体的设计方框图如图1所示。电源STC89C52主控制器模块超声波传感器模块按键控制4位数码管显示模块蜂鸣器报警模块图1 系统方框图 主控制最小系统电路如图2所示。 图2 最小系统硬件电路总设计见图3，从以上的分析可知在本设计中要用到如

3、下器件： STC89C52、超声波传感器、按键、四位数码管、蜂鸣器等一些单片机外围应用电路。其中D1为电源工作指示灯。电路中用到3个按键，一个是设定键, 一个加键，一个减键。图3 总设计电路图超声波测试模块 超声波模块采用现成的超声波模块，该模块可提供 2cm-400cm 的非接触式距离感测功能，测距精度可达高到 3mm。超声波探测模块HC-SR04的使用方法如下：IO口触发，给Trig口至少10us的高电平，启动测量；模块自动发送8个40Khz的方波，自动检测是否有信号返回；有信号返回，通过IO口Echo输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间，测试距离=（高电平时间*3

4、40）/ 2，单位为m。程序中测试功能主要由两个函数完成。 实现中采用定时器0进行定时测量，8分频，TCNTT0预设值0XCE，当timer0溢出中断发生2500次时为125ms，计算公式为（单位：ms）：T = （定时器0溢出次数 * （0XFF - 0XCE）/ 1000 其中定时器0初值计算依据分频不同而有差异。时钟电路的设计XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。因为一个机器周期含有6个状态周期，而每个状态周期为2个振荡周期，所以一个机器周期共有12个振荡周期，如果外接

5、石英晶体振荡器的振荡频率为12MHZ，一个振荡周期为1/12us，故而一个机器周期为1us。如图4所示为时钟电路。图4时钟电路图复位电路的设计复位方法一般有上电自动复位和外部按键手动复位，单片机在时钟电路工作以后, 在RESET端持续给出2个机器周期的高电平时就可以完成复位操作。例如使用晶振频率为12MHz时，则复位信号持续时间应不小于2us。本设计采用的是自动复位电路。如图5示为复位电路。图5 复位电路图声音报警电路的设计如下图所示，用一个Speaker和三极管、电阻接到单片机的P13引脚上，构成声音报警电路，如图6示为声音报警电路。图6 声音报警电路图显示模块 显示模块采用数码管显示接口电

6、路如图7图7 数码管电路主程序工作流程图按上述工作原理和硬件结构分析可知系统主程序工作流程图如下图8所示；系统初始化报警结束测得距离与设定值比较，小于距离比较，报警是否持续开始启动报警电路开始报警再次检测等待下次报警结束YNNYYN图8主程序工作流程图附件3：元件清单CommentDesignatorLibRefQuantity10K 电阻R14RES2110uF 电容C1Cap Pol1112M 晶振Y116M1D 指示灯D1D1DS04 数码管DS1DS041Header 2 电源接口P2Header 21sw-灰色 电源开关SW1sw-灰色1U1 单片机U1U11蜂鸣器B1BELL18550 三极管Q52N3906120 电容C2, C3CAP2Header 4 超声波接口J1, P1Header 42SW-PB 独立按键S1, S2, S3, S4SW-PB48550 三极管Q1, Q2, Q3, Q42N390642K 电阻R4, R5, R6, R7, R13, R15RES26200 电阻R1, R2, R3, R8, R9, R10, R11,