基于某单片机地超声波测距.doc

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1、机电信息工程学院单片机系统课程设计报告系：电子工程系专业：通信工程班级：071班设计题目：超声波测距学生：指导教师：完成日期：2010年5月28日目录一、设计任务和性能指标21.1设计任务21.2性能指标2二、设计方案3三、系统硬件设计43.1单片机最小系统43.2超声波发射电路43.3超声波检测接收电路53.4.温度补偿电路63.5显示电路7四.系统软件设计84.1主程序设计84.2温度补偿子程序8五.调试及性能分析105.1调试步骤105.2性能分析10六.心得体会11参考文献12附录1系统硬件电路图13附录2程序清单14一、设计任务和性能指标1.1设计任务利用单片机及外围接口电路(键盘接

2、口和显示接口电路)设计制作一个含有温度补偿的超声波测距仪器，用LED把环境温度和测距仪距被测物的距离显示出来。要求用AD6.0画出系统的电路原理图，印刷电路板，绘出程序流程图，并给出程序清单。1.2性能指标1.距离显示：用三位LED数码管进行显示（单位是CM）。2.环境温度：用三位数码管进行显示温度（绝对温度）。3.测距围：5CM到300CM之间。4.键位：复位键、便携电源开关、USB供电开关，温度显示距离显示二、设计方案按照系统设计的功能的要求，初步确定设计系统由单片机主控模块、电源模块、显示模块、键扫描模块、超声波发射模块，超声波接收模块，温度补偿模块共七个模块组成。主控芯片使用51系列S

3、TC89C52单片机，该单片机工作性能稳定，同时也是在单片机课程设计中经常使用到的控制芯片。本设计在接受模块采用了由索尼公司生产的CX2016A红外接收芯片来实现超声波的接收。CX2016A是一款红外线检波接收的专用芯片，常用于电视机红外遥控接收器。考虑到红外遥控常用的载波频率38KHz与测距超声波频率40KHz较为接近，可以利用它作为超声波检测电路。实验证明其具有很高的灵敏度和较强的抗干扰能力。同时通过改变部分参数来改变接受电路的灵敏度和抗干扰能力，所以我们采用该芯片作为接收模块主要组成部分。发射电路主要采用差分放大电路来实现的，由反相器74LS04和超声波发射换能器T构成，输出的40kHz

4、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，用这种推挽形式将方波信号加到超声波换能器的两端。之所以采用该方案是因为通过差分放大电路可以提高超声波的发射强度，进而增加了发送距离，最终扩大了设备的测量围。系统设计框图如图2-1超声波接收模块超声波发射模块单片机控制系统（AT89C52RC）显示模块键盘模块温度补偿模块（DS18B20）图2-1系统设计框图三、系统硬件设计硬件电路的设计主要包括单片机系统及显示电路、温度补偿电路，超声波发射电路和超声波检测接收电路四部分。单片机采用AT89C52或其兼容系列。采用12MHz高精度的晶振，以获

5、得较稳定时钟频率，减小测量误差。单片机用P1.0端口输出超声波换能器所需的40kHz的方波信号，利用外中断0口监测超声波接收电路输出的返回信号。显示电路采用简单实用的3位共阳LED数码管，段码用74LS273驱动，位码用PNP三极管8550驱动。3.1单片机最小系统5l系列单片机中典型芯片(AT89C51)采用40引脚双列直插封装(DIP)形式，部由CPU，4kB的ROM，256B的RAM，2个16b的定时／计数器TO和T1，4个8位的全双工IO端P0，P1，P2，P3，一个全双功串行通信口等组成。特别是该系列单片机片的Flash可编程、可擦除只读存储器(E~PROM)，使其在实际中有着十分广

6、泛的用途，在便携式、省电及特殊信息保存的仪器和系统中更为有用。该系列单片机所组成的最小系统如图3-1所示。、图3-1单片机最小系统原理图3.2超声波发射电路超声波发射电路原理图如图2-2所示。发射电路主要由反相器74LS04和超声波发射换能器T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。输出端采两个反向器并联，用以提高驱动能力。上位电阻R1O、R11一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

7、声波换能器的阻尼效果，缩短其自由振荡时间。如图3-2。图3-2超声波发射电路原理图压电式超声波换能器是利用压电晶体的谐振来工作的，超声波换能器部有两个压电晶片和一个换能板。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，压电晶片会发生共振，并带动共振板振动产生超声波，这时它就是一个超声波发生器；反之，如果两电极问未外加电压，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