基于51单片机的数字秒表实现
//基于的八位
//开发语言：C51
//所选芯片：AT89S51
#include &reg51.h&
#include &intrins.h&
#define DIG_NONE 0
#define DIG_1 0x7f
#define DIG_2 0xbf
#define DIG_3 0xdf
#define DIG_4 0xef
#define DIG_5 0xf7
#define DIG_6 0xfb
#define DIG_7 0xfd
#define DIG_8 0xfe
#define LINE 0xf7//根据共阴共阳以及接法要调整
typedef unsigned char B
sbit START = P3^0;
sbit RESET = P3^1;
Byte data dis_
bool data isS
Byte data dis_
Byte data dis_
Byte data dis_buff[8];
Byte data dis_num[8];
//根据共阴共阳以及数码管接法这里要的表要调整
Byte code number[11]={ 0x28, 0x7E, 0xA2, 0x62, 0x74, 0x61, 0x21, 0x7A, 0x20, 0x60,0xff};//0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,关显示，数码管码表
Byte dis_buff[8]; // 显示缓冲区
Byte dis_num[8]; // 秒计数值, BCD码
bit Scan_Key();
void Proc_Key();
void Delayms(Byte ms);
void Update_buff();
void Msec_Increment();
void Reset(void);
bool Get_Key(bit key);//有效为1
void MCU_Init(void);
void Timer0_Overflow();
void Timer1_Overflow();
//sbit K1 = P3^2;
void Msec_Increment()//中断里面的设置
msec += 1;
if (msec == 100)
if (sec == 60)
if (min == 60)
void MCU_Init()
TMOD = 0x12;
TH1 = 0xd8;
TL1 = 0xf0;
TH0 = 0x9c;
TL0 = 0x00;
////定时器1选用方式1工作，扫描周期0.01s=10ms，定时器0选用工作方式3工作，自动装入，扫描周期0.1ms=100μs
dis_digit = 0x7f; // 初始显示P20口数码管
dis_index = 0;
IE = 0x8a; // 使能timer0, timer1中断
isStarted = 0;
void Reset()
Update_buff();
void Update_buff()
dis_num[0] = min / 10;
dis_num[1] = min % 10;
dis_num[3] = sec / 10;
dis_num[4] = sec % 10;
dis_num[6] = msec / 10;
dis_num[7] = msec % 10;
//这里根据数码管的顺序进行调整
dis_buff[0] = number[dis_num[7]];
dis_buff[1] = number[dis_num[6]];
dis_buff[2] = LINE;
dis_buff[3] = number[dis_num[4]];
dis_buff[4] = number[dis_num[3]];
dis_buff[5] = LINE;
dis_buff[6] = number[dis_num[1]];
dis_buff[7] = number[dis_num[0]];
bool Get_Key(bit key)//有效为1，这里按下为低电平
if (key == 0)
void timer0() interrupt 1
P2 = 0 // 先关闭所有数码管
P1 = dis_buff[dis_index]; // 显示代码传送到P0口
P2 = dis_ //
dis_digit = _cror_(dis_digit,1); // 位选通值右移(P20&-P27), 下次中断时选通下一位数码管
//_cror_()为字符循环右移函数
dis_index++; //
dis_index &= 0x07; // 8个数码管全部扫描完一遍之后，再回到第一个开始下一次扫描
void timer1() interrupt 3
TH1 = 0xd8;
TL1 = 0xf0;
Msec_Increment();
Update_buff();
void delayms(unsigned char ms)
// 延时子程序
while(ms--)
for(i = 0; i & 120; i++);
void main(void)
bool startkey,
MCU_Init();
startkey = Get_Key(START);
resetkey = Get_Key(RESET);
if (startkey == 1)
Delayms(50);
startkey = Get_Key(START);
if (startkey == 1)
isStarted = !isS
TR1 = !TR1;
if (resetkey == 1 && isStarted == 0)
Delayms(20);
resetkey = Get_Key(RESET);
if (resetkey == 1 && isStarted == 0)
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基于单片机的超声波测距仪设计
本科毕业设计(论文) 题目
基于单片机的超声波测距仪设计 学院名称专业班级学生姓名
电气工程及自动化学院
测控技术与仪器09-2班
陈庆春 二0一三 年
基于单片机的超声波测距仪设计 作 者 姓 名专
测控技术与仪器指导教师姓名
陈庆春专业技术职务
要 ................................................... 1第1章
绪论 .......................................... 31.1课题研究的背景 ........................................... 31.2课题研究的意义 ........................................... 31.3论文结构 ................................................. 3第2章
超声波测距原理 ................................ 42.1超声波简介 ............................................... 42.2超声波测距原理 ........................................... 4第3章
方案论证及主要元件介绍 ........................ 53.1设计思路 ................................................. 53.2系统结构设计 ............................................. 63.3单片机AT89C52 ............................................ 73.4超声波传感器 ............................................. 9第4章
硬件电路设计 ................................. 104.1超声波发射电路 .......................................... 104.2超声波接收电路 .......................................... 104.3显示电路 ................................................ 114.4电源电路 ................................................ 11第5章
软件设计及系统仿真 ........................... 125.1主程序流程 .............................................. 125.2子程序设计 .............................................. 145.2.1超声波发送及接收中断子程序原理 ......................... 145.2.2距离计算子程序......................................... 145.3软件编译调试环境——Keil ................................. 145.4系统仿真环境——Proteus .................................. 155.5系统仿真 ................................................ 165.6 误差及特性分析 .......................................... 16 结
论 ................................................. 18 参考文献 ................................................. 19 附录 ..................................................... 20 致
谢 ................................................. 33 摘
要 本文介绍了基于单片机控制的超声测距仪的原理：由AT89C52控制定时器产生超声波脉冲并启动内部的计数器开始计时，将电信号转化为超声波信号。超声波在空气介质中进行传播，当遇到障碍物时超声波返回，单片机接收返回的超声波，将超声波信号转化为电信号。通过计算超声波自发射至接收的往返时间差，从而通过计算得到实测距离。并用LM1602液晶显示器显示距离。整个硬件电路由超声波发射电路、超声波接收电路、电源电路、显示电路等模块组成。各探头的信号经单片机综合分析处理，实现超声波测距仪的各种功能。在此基础上设计了系统的总体方案，最后通过硬件和软件实现了各个功能模块。相关部分附有硬件电路图、程序流程图，给出了系统构成、电路原理及程序设计。此系统具有易控制、工作可靠、测距准确度高、可读性强和流程清晰等优点。但在准确度方面，测量准确度高，可以精确到厘米，达到了预期的测量准确度。关键词：AT89C52
测距 ABSTRACT The design introduces the principle of the ultrasonic distance measurement instrument based on SCMC-controlled: AT89C52controls timers to produce the ultrasonic wave pulse and
time.Converts electrical signals into the ultrasonic signal. Ultrasonic wave is spread in the air medium, and ultrasonic returned when faced with obstacles, MCU receives the returned ultrasonic, ultrasonic signal can be converted to electrical signals.Count the time of ultrasonic wave spontaneous emission to receive round-trip,thus obtains the measured distance.And with four LM1602 nixie tubes display distance or temperature by switching.The entire hardware circuit is composed by ultrasonic transmitter circuit, ultrasonic receiver circuit, the power circuit, display circuit, and other modules. The probe signals are integrated analysised by SCMC to achieve the various functions of ultrasonic distance measurement instrument. Based on this has designed system's overall concept, final adoption of hardware and software to achieve the various functional modules. The relevant parts have the hardware schematics and process flow chart.It has given the system constitution, the circuitry and the programming. The instrument system has features: ease of control, stability of operation, highness of precision and distinctness of programme process ,etc. After the realization of the works can be used for needs of the various parameters measured distance applications. As a laboratory range, high measurement accuracy, can be accurate to cm, to achieve the desired accuracy.Keywords:AT89C52;
Ultrasonic W
Measure Distance第1章
绪论1.1课题研究的背景人们生活水平的提高，城市发展建设加快，城市给排水系统也有较大发展，其状况不断改善。但是，由于历史原因合成时间住的许多不可预见因素，城市给排水系统，特别是排水系统往往落后于城市建设。因此，经常出现开挖已经建设好的建筑设施来改造排水系统的现象。城市污水给人们带来了困扰，因此箱涵的排污疏通对大城市给排水系统污水处理，人们生活舒适显得非常重要。而设计研制箱涵排水疏通移动机器人的自动控制系统，保证机器人在箱涵中自由排污疏通，是箱涵排污疏通机器人的设计研制的核心部分。控制系统核心部分就是超声波测距仪的研制。随着科学技术的快速发展，超声波将在传感器中的应用越来越广。但就目前技术水平来说，人们可以具体利用的传感技术还十分有限，因此，这是一个正在蓬勃发展而又有无限前景的技术及产业领域。展望未来，超声波传感器作为一种新型的非常重要有用的工具在各方面都将有很大的发展空间，它将朝着更加高定位高精度的方向发展，以满足日益发展的社会需求，如声纳的发展趋势基本为：研制具有更高定位精度的被动测距声纳，以满足水中武器实施全隐蔽攻击的需要；继续发展采用低频线谱检测的潜艇拖曳线列阵声纳，实现超远程的被动探测和识别；研制更适合于浅海工作的潜艇声纳，特别是解决浅海水中目标识别问题。毋庸置疑，未来的超声波传感器将与自动化智能化接轨，与其他的传感器集成和融合，形成多传感器。随着传感器的技术进步，传感器将从具有单纯判断功能发展到具有学习功能，最终发展到具有创造力[1]。1.2课题研究的意义在现实生活中，一些传统的距离测量方式在某些特殊场合存在不可克服的缺陷，例如，液面测量就是一个距离测量，传统的电极法是采用差位分布电极，通过给电或脉冲检测液面，电极长期浸泡在水中或其它液体中，极易被腐蚀、电解，从而失去灵敏性。而利用超声波测量距离可以很好地解决这一问题。目前市面上常见的超声波测距系统不仅价格昂贵，体积过大而且精度也不高等种种因素，使得在一些中小规模的应用领域中难以得到广泛的应用。为解决这一系列难题，本文设计了一款基于AT89C51单片机的低成本、高精度、微型化的超声波测距仪[2]。1.3论文结构论文首先对课题的背景和意义进行阐述，并概述了论文结构。第2章先就超声波测距的原理进行介绍。第3章针对本文采用的设计方案进行了可行性的论证，并介绍了设计中需要用到的主要器件，且因其在本设计的作用不同而详尽程序亦不同。第4章从整体硬件设计出发，对各部分电路进行了详细说明。第5章先给出了软件设计的整体流程图，并且给出了程序编译及系统仿真效果图。第2章
超声波测距原理2.1超声波简介我们知道，当物体振动时会发出声音。科学家们将每秒钟振动的次数称为声音的频率，它的单位是赫兹。我们人类耳朵能听到的声波频率为20～20000赫兹。当声波的振动频率大于20000赫兹或小于20赫兹时，我们便听不见了。因此，我们把频率高于20000赫兹的声波称为“超声波”。通常用于医学诊断的超声波频率为1～5兆赫。超声波具有方向性好，穿透能力强，易于获得较集中的声能，在水中传播距离远等特点。可用于测距，测速，清洗，焊接，碎石等。在医学，军事，工业，农业上有明显的作用[3]。理论研究表明，在振幅相同的条件下，一个物体振动的能量与振动频率成正比，超声波在介质中传播时，介质质点振动的频率很高，因而能量很大。在我国北方干燥的冬季，如果把超声波通入水罐中，剧烈的振动会使罐中的水破碎成许多小雾滴，再用小风扇把雾滴吹入室内，就可以增加室内空气湿度[4]。这就是超声波加湿器的原理。对于咽喉炎、气管炎等疾病，药品很难血流到打患病的部位。利用加湿器的原理，把药液雾化，让病人吸入，能够疗效。利用超声波巨大的能量还可以使人体内的结石做剧烈的受迫振动而破碎[1]。2.2超声波测距原理超声波是利用反射的原理测量距离的，被测距离一端为超声波传感器，另一端必须有能反射超声波的物体。测量距离时，将超声波传感器对准反射物发射超声波，并开始计时，超声波在空气中传播到达障碍物后被反射回来，传感器接收到反射脉冲后立即停止计时，然后根据超声波的传播速度和计时时间就能计算出两端的距离[5]。测量距离D为D?1ct
（2-1） 2式中
c——超声波的传播速度；1t——超声波发射到接收所需时间的一半，也就是单程传播时间。 2由上式可知，距离的测量精度主要取决于计时精度和传播速度两方面。计时精度由单片机定时器决定，定时时间为机器周期与计数次数的乘积，可选用12MHz的晶振，使机器周期为精确的1us,不会产生累积误差，使定时间达到1us。超声波的传播速度c并不是固定不变的，传播速度受空气密度、温度和气体分子成分的影响。超声波在空气中传播时，受温度影响最大[2]，如表2-1所示温度越高，传播速度越快，而且不同温度下传播速度差别非常大，例如0℃时的速度为332m/s，30℃时的速度为350m/s，相差18m/s。因此，需要较高的测量精度时，进行温度补偿是最有效的措施。对测量精度要求不高时，可认为超声波在空气中的传播速度为340m/s[6]。表2-1 超声波传播速度与温度关系表第3章
方案论证3.1设计思路测量距离方法有很多种，短距离可以用尺，远距离有激光测距等，超声波测距适用于高精度中长距离测量。因为超声波在标准空气中传播速度为331.45米/秒，由单片机负责计时，单片机使用12.0M晶振，所以此系统测量精度理论上可以达到毫米级。目前比较普遍的测距的原理：通过发射具有特征频率的超声波对被摄目标的探测，通过发射出特征频率的超声波和反射回接受到特征频率的超声波所用的时间，换算出距离，如超声波液位物位传感器，超声波探头，适合需要非接触测量场合，超声波测厚，超声波汽车测距告警装置等[7]。由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播距离远，因而超声波可以用于距离测量。利用超声波检测距离，设计比较方便，计算处理也较简单，并且在测量精度方面也能达到要求。由于超声波易于定向发射、方向性好、强度易控制、与被测量物体不需要直接接触的优点，是作为液体高度测量的理想手段。在精密的液位测量中需要达到毫米级的测量精度，但是目前国内的超声波测距专用集成电路都是只有厘米级的测量精度。通过分析超声波测距误差产生的原因，提高测量时间差到微秒级，我们设计的高精度超声波测距仪能达到毫米级的测量精度[3]。目前超声波测距已得到广泛应用，国内一般使用专用集成电路根据超声波测距原理设计各种测距仪器，但是专用集成电路的成本较高、功能单一。而以单片机为核心的测距仪器可以实现预置、多端口检测、显示、报警等多种功能，并且成本低、精度高、操作简单、工作稳定、可靠。以8052为内核的单片机系列，其硬件结构具有功能部件齐全、功能强等特点。尤其值得一提的是，出8位CPU外，还具备一个很强的位处理器，它实际上是一个完整的位微计算机，即包含完整的位CPU，位RAM、ROM（EPROM），位寻址寄存器、I/O口和指令集。所以，8052是双CPU的单片机。位处理在开关决策、逻辑电路仿真、过程测控等方面极为有效；而8位处理则在数据采集和处理等方面具有明显长处[8]。根据设计要求并综合各方面因素，可以采用AT89C52单片机作为主控制器，它控制发射触发脉冲的开始时间及脉宽，响应回波时刻并测量、计数发射至往返的时间差。利用软件产生超声波信号，通过输出引脚输入至驱动器，经驱动器驱动后推动探头产生超声波；超声波信号的接收采用锁相环LM567对放大后的信号进行频率监视和控制。一旦探头接到回波，若接收到的信号频率等于振荡器的固有频率（此频率主要由RC值决定），则其输出引脚的电平将从“1”变为“0”（此时锁相环已进入锁定状态），这种电平变化可以作为单片机对接收探头的接收情况进行实时监控。可对测得数据优化处理，并采用温度补偿，使测量误差降到更低限度；AT89C51还控制显示电路，用动态扫描法实现LED数字显示。3.2系统结构设计超声波测距仪系统结构如图3-1所示。它主要由单片机、超声波发射及接收电路、超声波传感器、键盘、LED显示电路及电源电路组成。系统主要功能包括：1) 超声波的发射、接收，并根据计时时间计算测量距离；2) LED显示器显示距离；3) 键盘接收用户命令并处理；4) 当系统运行不正常时，用电平式开关与上电复位电路复位。 图3-1
超声波测距仪系统结构框图3.3单片机AT89C52单片机即单片微型计算机SCMC（Single Chip MicroComputer）。它把构成一台计算机的主要功能部、器件，如CPU（进行运算、控制）、RAM（数据存储）、ROM（程序存储）、输入/输出设备（例如：串行口、并行输出口等）、中断系统、定时/计数器等集中在一块芯CPU（进行运算、控制）、RAM（数据存储）、ROM（程序存储）、输入/输出设备（例如：串行口、并行输出口等）制功能，所以又称为微控制器MCU（Microcontroller Unit）。相对于普通微机，单片机的体积要小得多，一般嵌入到其他仪器设备里，实现自动检测与控制，因此也称为嵌入式微控制器EMCU（Embedded Microcontroller Unit)。本设计的MCU采用的是DIP（Dual In-line Package塑料双列直插式）封装的AT89C52高性能8位单片机。AT89C51是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，内置功能强大的微型计算机的AT89C51提供了高性价比的解决方案[9]。AT89C52是一个低功耗高性能单片机，40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口， AT89C51可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。其引脚图如图3-2[4]。 AT89C52的引脚功能有：1) 主电源引脚VSS——第20脚，电路接地电平。VCC——第40脚，正常运行和编程校验+5V电源。2) 时钟源XTAL1——第19脚，一般外接晶振的一个引脚，它是片内反相放大器的输入端口。当直接采用外部信号时，此引脚应接地。XTAL1——第18脚，接外部晶振的另一个引脚，它是片内反相放大器的输出端口。当采用外部振荡信号源泉时，此引脚为外部振荡信号的输入端口，与信号源相连接[10]。齐鲁工业大学2013届本科毕业设计（论文） 图3-2
AT89C52的引脚图 3) 控制、选通或复用RST/VPD——第9脚，RESET复位信号输入端口。当单片机正常工作时，由该引脚输入脉宽为2个以上机器周期的高电平复位信号到单片机。在VCC掉电期间，此引脚(即VPD)可接通备用电源，以保持片内RAM信息不受破坏。ALE/PROG——第30脚，输出允许地址锁存信号。当单片机访问外部存储器时，ALE信号的负跳变将P0口上的低8位地址送入锁存器。在非访问外部存储器期间，ALE仍以1/6振荡频率固定不变地输出，因此它可对个输出或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部存储器时将跳过一个ALE脉冲。PROG为第二功能，当对片内程序存储器编程写入时，此引脚作为编程脉冲输入端。PSEN——第29脚，访问外部程序存储器选能信，低电平有效。当AT89C51由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲。在此期间，当访问外部数据存储器，这两次有效的 PSEN信号不出现。EA//VPP：外部访问允许。欲使CPU公访问外部程序存储器（地址0000H-FFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位LBI被编程，复位时内部会锁存EA端状态。Flash存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源VPP，当然这必须是该器件是使用12V编程电压VPP。4) 多功能I/O端口P0口——第32~39脚，8位漏极开路双向I/O端口。作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路，对端口写“1”可作为高阻抗输入端用。在访问数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。P1口——第1~8脚，具有内部上拉电路的8位准双向I/O端口。在对片内程序存储器（EPROM型）进行程序编程和校验时，用做低8位地址总线。P2口——第21~28脚，具有内部上拉电路的8位准双向I/O端口。当单片机访问存储器时，用做高8位地址总线；在对片内程序存储器（EPROM型）进行程序编程和校验时，亦用做高8位地址总线。P3口——第10~17脚，具有内部上拉电路的8位准双向I/O端口。它还提供特殊的第二变异功能。它的每一位均可独立定义为第一功能的I/O口或第二变异功能。第二变异功能的具体含义如表3-1：表3-1
P3口的第二变异功能 3.4超声波传感器超声波是指频率高于20kHz的机械波。超声波在恒定环境条件下的传播速度不变。超声波传感器主要材料有压电晶体（电致伸缩）及镍铁铝合金（磁致伸缩）两类。电致伸缩的材料有锆钛酸铅（PZT）等。压电晶体组成的超声波传感器是一种可逆传感器，它可以将电能转变成机械振荡而产生超声波，同时它接收到超声波时，也能转变成电能，所以它可以分成接收器和发送器。超声波传感器由两个压电晶片和一个共振板组成，当压电晶片的两极加上频率等于其固有谐振频率的脉冲信号时，压电晶片产生共振，并带动共振板产生振动，同时带动压电晶片也一起振动，将机械能转换为电能，称为超声波接收器。超声波传感器利用压电效应进行电能和超声波机械能的相互转换，也称为超声波换能器。超声波发射换能器与接收换能器在结构上稍有不同，使用时应分清器件上的标志，但外观基本一致。有的超声波传感器既作发送，也能作接收。 第4章
硬件电路设计4.1超声波发射电路超声波发射电路原理图如图4-1所示。发射电路主要由反相器74LS04和超声波发射换能器T40构成，单片机P1.0端口输出的40kHz的方波信号一路经一级反向器后送到超声波换能器的一个电极，另一路经两级反向器后送到超声波换能器的另一个电极，用这种推换形式将方波信号加到超声波换能器的两端，可以提高超声波的发射强度。输出端采用两个反向器并联，用以提高驱动能力。上位电阻R1、R2一方面可以提高反向器74LS04输出高电平的驱动能力，另一方面可以增加超声波换能器的阻尼效果，缩短其自由振荡时间。 图4-1
超声波发射电路原理图 4.2超声波接收电路超声波接收电路由超声波传感器、两级放大电路和锁相环电路组成。超声波传感器接收到的反射波信号非常微弱，两级放大电路用于对传感器接收到的信号进行放大。锁相环电路接收到频率符合要求的信号后向单片机发出中断请求。锁相环LM567内部压控振荡器的中心频率为f0?1/(1.1RP1C2)，锁定带宽与C3有关。由于发送的超声波频率为40kHz，帮调整相关元件使锁相环的中心频率为40kHz，只响应该频率的信号，避免了其他频率信号的干扰。当超声波传感器接收到超声波信号后，送入两级放大器放大，放大后的信号进入锁相环检波，如果频率为40kHz，则从8脚发出低电平中断请求信号送单片机P3.3端，单片机检测到低电平后停止定时器的工作。超声波接收电路如图4-2所示。
超声波接收电路 4.3显示电路显示电路如图4-3，四位LED组成动态扫描电路，由AT89C51的P0口输出。动态扫描时，由P2口控制LED的当前显示位。当距离测量结束并调用显示程序，就会显示距离大小，显示两位小数。当按下按键k2时，将会显示温度值，延时5s后恢复显示距离值。 图4-3
显示电路 4.4电源电路电源电路如图4-4所示。为方便起见，本设计采用的是9V电池供电，直流电送入三端稳压器LM7805稳压，输出+5V稳恒直流电，作为电路的电源。LED是电源指示灯，通电后发光。
电源电路 第5章
软件设计及系统仿真5.1主程序流程我们知道C语言程序有利于实现较复杂的算法，汇编语言程序则具有较高的效率且容易精细计算程序运行的时间，而超声波测距仪的程序既有较复杂的计算（计算距离时），又要求精细计算程序运行时间（超声波测距时），所以控制程序可采用C语言和汇编语言混合编程。因为本设计对时间要求精度较高的部分全部由单片机内部的定时器完成，而虽然温度传感器的读写对时间精度要求也高，但经详细计算所得出的C程序已被广泛应用，故直接借用已有程序也能作到对温度的准确读取，所心本设计全部使用C语言编程，这样能使设计中所用到的公式能方便快捷的体现和实现，又缩短了论文的篇幅。本设计的主程序流程图如图5-1所示。 图5-1
主程序流程图 系统上电后，首先系统初始化，不断扫描按键k1，若按键k1按下，则开始测量空气温度，然后将P1.0置位，使定时器T0开始定时，控制超声波传感器发出超声波，同时使定时器T1开始定时。CPU循环检测P3.3引脚，当P3.3为低电平时接收到回波，立即使T1停止工作，保存定时器的计数值。然后根据温度和传输时间计算距离，温度补偿措施使测量精度有了明显提高，计算出距离后调用距离显示子程序，LED显示距离。最后检测按键k2，若k2闭合，则调用温度显示子程序，LED显示温度（温度并非测量距离时用于补偿的温度，而是当前温度）5s后恢复显示本次测量距离；若按键k2没有闭合，则显示器恒定显示最新一次的测量结果；若要进行下一次测量，则先要按下k3重新开始，再按下按键k1才执行新一次测量。由于不需输入数据，键盘只设置了3个按键，用于开始测量距离并显示温度功能设置等。5.2子程序设计5.2.1超声波发送及接收中断子程序原理超声波发生子程序的作用是通过P1.0端口发送左右超声波脉冲信号（频率约40kHz的方波），脉冲宽度为12μs左右，同时把计数器T1打开进行计时，定时器T1工作在方式0。超声波测距仪主程序利用外中断1检测返回超声波信号，一旦接收到返回超声波信号（即INT1引脚出现低电平），立即进入中断程序。进入中断后就立即关闭计时器T1停止计时，并将测距成功标志字赋值1。如果当计时器溢出时还未检测到超声波返回信号，则定时器T1溢出中断将外中断1关闭，并将测距成功标志字赋值0表示此次测距不成功。5.2.2距离计算子程序当前温度和超声波往返时间均测量出来后，用C语言根据公式计算距离来编程是比较简单的算法。 根据测量距离D?1ct，其实现程序算法如下： 2#includevoid distance(void){double radical,dist,t;radical=sqrt(1+(temnum+273)/273);dist=165.7*t*return(dist);} 5.3软件编译调试环境——Keil单片机开发中除必要的硬件外，同样离不开软件，我们写的汇编语言源程序要变为CPU可以执行的机器码有两种方法，一种是手工汇编，另一种是机器汇编，目前已极少使用手工汇编的方法了。机器汇编是通过汇编软件将源程序变为机器码，用于MCS-51单片机的汇编软件有早期的A51，随着单片机开发技术的不断发展，从普遍使用汇编语言到逐渐使用高级语言开发，单片机的开发软件也在不断发展，Keil软件是目前最流行开发MCS-51系列单片机的软件，这从近年来各仿真机厂商纷纷宣布全面支持Keil即可看出。Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（uVision）将这些部份组合在一起。掌握这一软件的使用对于使用51系列单片机的爱好者来说是十分必要的，如果你使用C语言编程，那么Keil几乎就是你的不二之选，即使不使用C语言而仅用汇编语言编程，其方便易用的集成环境、强大的软件仿真调试工具也会事半功倍[5]。5.4系统仿真环境——ProteusProteus ISIS是英国Labcenter公司开发的电路分析与实物仿真软件。它运行于Windows操作系统上，可以仿真、分析(SPICE)各种模拟器件和集成电路，该软件具有如下特点：①实现了单片机仿真和SPICE电路仿真相结合。具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、RS232动态仿真、I2C调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。②支持主流单片机系统的仿真。目前支持的单片机类型有：68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各种外围芯片。③提供软件调试功能。在硬件仿真系统中具有全速、单步、设置断点等调试功能，同时可以观察各个变量、寄存器等的当前状态，因此在该软件仿真系统中，也必须具有这些功能；同时支持第三方的软件编译和调试环境，如Keil C51 uVision2等软件。④具有强大的原理图绘制功能。总之，该软件是一款集单片机和SPICE分析于一身的仿真软件，功能极其强大。本章介绍Proteus ISIS软件的工作环境和一些基本操作[6]。5-2为本设计的系统仿真原理图。
图5-2 系统仿真原理图5.5
误差及特性分析根据超声波的特性，距离测量时必须满足条件：①被测目标必须垂直于超声波测距仪。②被测目标表面必须平坦。③测量时在超声波测距仪周围没有其他可反射超声波的物体。因此在测量过程中稍不小心就会接收不到超声波，而导致没有测量结果[7]。由于超声波的往返时间由单片机AT89C52的定时器T1来记[7]，定时器T1工作在方式1，其最大定时时间为65.536ms，可得出在常温下最大的测量距离在10m以内。且因为发射功率有限，测距仪也无法测量10m外的物体。实物图如图5-3所示。 图5-3实物图
论利用52系列单片机设计的测距仪便于操作、读数直观。经实际测试证明，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。由于该系统中锁相环锁定需要一定时间，测得的距离有误差，在汽车雷达应用中可忽略不计；但在精度要求较高的工业领域如机器人自动测距等方面，此误差不能忽略，可以通过改变一些硬件的应用实现对超声波的快速锁定或根据自己的需要在程序中加入测距软件补偿的代码，使误差进一步减小，可以满足更高要求。本设计完整地做出之后可测量三米以内的距离。因为超声波的特性，测距时保证传感器与被测物间，以及测量轴线上没有障碍物；且要尽量保证传感器轴线与被测物表面垂直；实际测距范围与被测物表面材料等因素有关，一般不要测量表面为毛料的物体表面。 参考文献[1]
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李建忠.单片机原理及应用[M]. 第二版. 西安：西安电子科技大学出版社，[3]
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丁明亮,唐前辉.单片机原理及应用——基于Keil c 与Proteus[M]. 第五版. 北京：北京航空航天大学出版社，[7]
王云涛，王楠.浅谈多功能数字钟的设计[J]. 山东电力高等专科学报.):71-72.[8]
童诗白,华成英.模拟电子技术基础[M]. 第四版. 北京：高等教育出版社,[9]
Keil Software.The Final World On the 8051[M]. Germany:Keil Elektronik Gmbh and Keilsoftware，[10]
Donald A. Namen. Electronic circuit analysis and design[M]. Beijing:TsinghuaUniversity Press and Springer Verlag, 附
录1.整体电路图 2. 系统主程序 //DYP-ME007 超声波测距模块 DEMO 程序==============================================================SMC)模拟口线接线方式连接线图[8]:LCM------51
|RW-------P3.4
|RS-------P3.3
|E--------P3.5
|VLCD接1K电阻到GND|
---------------------------------------------------
|LCM-----51
| LCM-----51
|DB0-----P1.0 | DB4-----P1.4 |
|DB1-----P1.1 | DB5-----P1.5 |
|DB2-----P1.2 | DB6-----P1.6 |
|DB3-----P1.3 | DB7-----P1.7 |
--------------------------------------------------|---------------------------------------------------接线：模块TRIG接 P2.6
ECH0 接P2.7
模块TRIG接 P2.4
ECH0 接P2.5[注:AT89x51使用12M或11.0592M晶振,实测使用11.0592M]=============================================================*/#include #include /*--------------------------------------------------------------------------INTRINS.HIntrinsic functions for C51.Copyright (c)
Keil Elektronik GmbH and Keil Software, Inc. All rights reserved.--------------------------------------------------------------------------*/ #ifndef __INTRINS_H__#define __INTRINS_H__ extern void
(void);extern bit
_testbit_ (bit);extern unsigned char _cror_
(unsigned char, unsigned char);//器件配置文件extern unsigned int
(unsigned int,
unsigned char);extern unsigned long _lror_
(unsigned long, unsigned char);extern unsigned char _crol_
(unsigned char, unsigned char);extern unsigned int
(unsigned int,
unsigned char);extern unsigned long _lrol_
(unsigned long, unsigned char);extern unsigned char _chkfloat_(float); #endif #define
P2_7#define
P2_6#define
P2_5#define
P2_4 #define LCM_RW
P2_1 //定义LCD引脚#define LCM_RS
P2_0#define LCM_E
P2_2#define LCM_Data
P0 #define Busy
0x80 //用于检测LCM状态字中的Busy标识 void LCMInit(void);void DisplayOneChar(unsigned char X, unsigned char Y, unsigned char DData); void DisplayListChar(unsigned char X, unsigned char Y, unsigned char code *DData);void Delay5Ms(void);void Delay400Ms(void);void Decode(unsigned char ScanCode);void WriteDataLCM(unsigned char WDLCM);void WriteCommandLCM(unsigned char WCLCM,BuysC); unsigned char ReadDataLCM(void);unsigned char ReadStatusLCM(void);unsigned char code mcustudio[] ={"zuofang
"};unsigned char code email[] =
{"qianfang
"};unsigned char code Cls[] =
"};unsigned char code ASCII[17] ={'0','1','2','3','4','5','6','7','8','9','.','-','M','q','z','f',};static unsigned char DisNum = 0; //显示用指针unsigned int
time1=0; //写数据void WriteDataLCM(unsigned char WDLCM){ } //写指令void WriteCommandLCM(unsigned char WCLCM,BuysC) //BuysC为0时忽略忙检测 { unsigned int
unsigned long S1=0;
unsigned long S2=0;
unsigned char disbuff[8]
={ 0,0,0,0,0,0,0,0,}; ReadStatusLCM(); //检测忙 LCM_Data = WDLCM; LCM_RS = 1; LCM_RW = 0; LCM_E = 0; //若晶振速度太高可以在这后加小的延时 LCM_E = 0; //延时 LCM_E = 1; if (BuysC) ReadStatusLCM(); //根据需要检测忙 }LCM_Data = WCLCM; LCM_RS = 0; LCM_RW = 0; LCM_E = 0; LCM_E = 0; LCM_E = 1;//读数据unsigned char ReadDataLCM(void){ } //读状态unsigned char ReadStatusLCM(void){ } void LCMInit(void) //LCM初始化{LCM_RS = 1;
LCM_RW = 1; LCM_E = 0; LCM_E = 0; LCM_E = 1; return(LCM_Data); LCM_Data = 0xFF;
LCM_RS = 0; LCM_RW = 1; LCM_E = 0; LCM_E = 0; LCM_E = 1; while (LCM_Data & Busy); //检测忙信号 return(LCM_Data); }LCM_Data = 0; WriteCommandLCM(0x38,0); //三次显示模式设置，不检测忙信号 Delay5Ms();
WriteCommandLCM(0x38,0); Delay5Ms();
WriteCommandLCM(0x38,0); Delay5Ms();
WriteCommandLCM(0x38,1); //显示模式设置,开始要求每次检测忙信号 WriteCommandLCM(0x08,1); //关闭显示 WriteCommandLCM(0x01,1); //显示清屏 WriteCommandLCM(0x06,1); // 显示光标移动设置 WriteCommandLCM(0x0F,1); // 显示开及光标设置//按指定位置显示一个字符void DisplayOneChar(unsigned char X, unsigned char Y, unsigned char DData) { } //按指定位置显示一串字符void DisplayListChar(unsigned char X, unsigned char Y, unsigned char code *DData){ ListLength = 0; Y &= 0x1; X &= 0xF; //限制X不能大于15，Y不能大于1 if (Y) X |= 0x40; //当要显示第二行时地址码+0x40; X |= 0x80; //算出指令码 WriteCommandLCM(X, 1); //发命令字 WriteDataLCM(DData); //发数据 unsigned char ListL Y &= 0x1; }X &= 0xF; //限制X不能大于15，Y不能大于1 while (DData[ListLength]>0x19) //若到达字串尾则退出
} if (X <= 0xF) //X坐标应小于0xF
} DisplayOneChar(X, Y, DData[ListLength]); //显示单个字符 ListLength++; X++;//5ms延时void Delay5Ms(void){ } //400ms延时void Delay400Ms(void){ }/********************************************************/
void Conut1(void) unsigned int TempCyc = 5552; while(TempCyc--); unsigned char TempCycA = 5; unsigned int TempCycB; while(TempCycA--)
}; TempCycB=7269; while(TempCycB--); {
time1=TH0*256+TL0; TH0=0;
S1=(time1*1.7)/100;
//算出来是CM
if((S1>=700)||flag1==1) //超出测量范围显示“-”
DisplayOneChar(0, 1, ASCII[11]);
DisplayOneChar(1, 1, ASCII[10]); //显示点
DisplayOneChar(2, 1, ASCII[11]);
DisplayOneChar(3, 1, ASCII[11]);
DisplayOneChar(4, 1, ASCII[12]); //显示M
disbuff[0]=S1%;
disbuff[1]=S1%;
disbuff[2]=S1%;
DisplayOneChar(0, 1, ASCII[disbuff[0]]);
DisplayOneChar(1, 1, ASCII[10]); //显示点
DisplayOneChar(2, 1, ASCII[disbuff[1]]);
DisplayOneChar(3, 1, ASCII[disbuff[2]]);
DisplayOneChar(4, 1, ASCII[12]); //显示M
DisplayOneChar(6, 1, ASCII[13]);
DisplayOneChar(7, 1, ASCII[15]);
void Conut2(void)
{time2=TH1*256+TL1; TH1=0;
S2=(time2*1.7)/100;
//算出来是CM
if((S2>=700)||flag2==1) //超出测量范围显示“-”
DisplayOneChar(0, 0, ASCII[11]);
DisplayOneChar(1, 0, ASCII[10]); //显示点
DisplayOneChar(2, 0, ASCII[11]);
DisplayOneChar(3, 0, ASCII[11]);
DisplayOneChar(4, 0, ASCII[12]); //显示M
disbuff[3]=S2%;
disbuff[4]=S2%;
disbuff[5]=S2%;
DisplayOneChar(0, 0, ASCII[disbuff[3]]);
DisplayOneChar(1, 0, ASCII[10]); //显示点
DisplayOneChar(2, 0, ASCII[disbuff[4]]);
DisplayOneChar(3, 0, ASCII[disbuff[5]]);
DisplayOneChar(4, 0, ASCII[12]); //显示M
DisplayOneChar(6, 0, ASCII[14]);
DisplayOneChar(7, 0, ASCII[15]);
} } //T0中断用来计数器溢出,超过测距范围
//中断溢出标志 /********************************************************/
void zd0() interrupt 1
flag1=1;} void zd1() interrupt 3{flag2=1;}
//T0中断用来计数器溢出,超过测距范围
//中断溢出标志/********************************************************/void
StartModule1(){
//启动模块
//启动一次模块_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();TX1=0;}void
StartModule2()
//_nop_();_nop_();启动模块 启动一次模块 _nop_();
}/********************************************************/ /********************************************************/void delayms(unsigned int ms){ unsigned char i=100,j; for(;ms--) {
while(--i) {
} while(--j);/*********************************************************/void main(void){ unsigned char TempC Delay400Ms(); //启动等待，等LCM讲入工作状态 LCMInit(); //LCM初始化 Delay5Ms(); //延时片刻(可不要) DisplayListChar(0, 0, mcustudio); DisplayListChar(0, 1, email); ReadDataLCM();//测试用句无意义 for (TempCyc=0; TempCyc<10; TempCyc++) Delay400Ms(); //延时 DisplayListChar(0, 1, Cls);
while(1) {
TMOD=0x11;
//允许T0中断
ET1=1; EA=1;
StartModule1();
// DisplayOneChar(0, 1, ASCII[0]); //当RX为零时等待
//开启计数
//设T0为方式1，GATE=1；
while(!RX1);
TR0=1; while(RX1);
//当RX为1计数并等待 //关闭计数 //计算
delayms(80);
StartModule2(); // DisplayOneChar(0, 1, ASCII[0]); //当RX为零时等待
while(!RX2);TR1=1;while(RX2);TR1=0;Conut2(); }}} //开启计数
//当RX为1计数并等待
//关闭计数
//计算 //80MS
delayms(80);致
谢 从开始做论文到论文基本完成，经历了很长一段时间，从开始的一知半解到现在的全面了解算是经历了一个漫长的过程。在这个过程中有无数人给了我莫大的帮助。首先要感谢的是我的指导老师陈庆春老师。陈庆春老师在我还没有头绪的时候提示我该向哪个方向去思考，在我确定方向后，在我遇到困难的时候提示并帮助我该怎么做。特别是论文的整体设计给我很大的帮助，还有在我论文都定稿前认真的审阅了我的论文，放弃自己的休息时间，指出我的错误和不足的地方，在这里深表感谢！其次我要感谢宁昭凯同学，在我做实物过程中，给我无私地提供了大量帮助！还要感谢和我度过四年大学生活的同学，因为没有你们的帮助我是无法顺利地完成这个课题的！还有个别同学的专业知识让我深表佩服，以及他助人为乐的精神让我无法忘却，深深感谢！还有我的母校，它给我提供了良好的学习环境，使我可以在这里学习自己想学习和自己要掌握的知识和技能。学校是个令人难忘的地方，在这里的时间是我无法忘记的。一定要谢的还有我的父母，他们总是竭尽所能的给我提供更好的环境，让我心里充满感激，感谢之情无法言言喻！大学给我留下了我人生不可磨灭的印象，给我留下了美好的回忆。最后祝愿我的母校祝越来越美丽。祝福老师们身体健康，工作顺利！同学们都能找到称心的工作！ 百度搜索“就爱阅读”,专业资料,生活学习,尽在就爱阅读网92to.com,您的在线图书馆!
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