基于51单片机地超声波测距毕业论文详解.doc

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1、目　　录目　　录1摘要2第1章超声波测距系统设计31.1超声波测距的原理31.2超声波测距系统电路的设计31.2.1总体设计方案31.2.2发射电路的设计41.2.3接收电路的设计51.2.4显示模块的设计61.3超声波测距系统的软件设计71.4本章小结9第2章绪论102.1课题背景，目的和意义102.2两种常用的超声波测距方案102.2.1基于单片机的超声波测距系统102.2.2基于CPLD的超声波测距系统112.3课题主要内容12第3章超声波传感器133.1超声波传感器的原理与特性133.1.1原理133.1.2特性143.2

2、超声波传感器的检测方式153.3超声波传感器系统的构成163.4本章小结17第4章AT89C51单片机简介184.1单片机基础知识184.1.1单片机的内部结构184.1.2单片机的基本工作原理204.2单片机的分类及发展214.3单片机AT89C51的特性224.4本章小结25第5章电路调试及误差分析265.1电路的调试265.2系统的误差分析265.2.1声速引起的误差265.2.2单片机时间分辨率的影响27405.4本章小结28结论29致谢30参考文献31附录131附录236附录338摘要超声波具有指向性强，能量消耗缓慢，传

3、播距离较远等优点，所以，在利用传感器技术和自动控制技术相结合的测距方案中，超声波测距是目前应用最普遍的一种，它广泛应用于防盗、倒车雷达、水位测量、建筑施工工地以及一些工业现场。本报告详细的介绍了超声波传感器的原理和特性，以及Atmel公司的AT89C51单片机的性能和特点，并在分析了超声波测距的原理的基础上，指出了设计测距系统的思路和所需考虑的问题，给出了以AT89C51单片机为核心的低成本、高精度、微型化数字显示超声波测距仪的硬件电路和软件设计方法。该系统电路设计合理、工作稳定、性能良好、检测速度快、计算简单、易于做到实时控制，

4、并且在测量精度方面能达到工业实用的要求。40一超声波测距系统设计1.1超声波测距的原理单片机发出超声波测距是通过不断检测超声波发射后遇到障碍物所反射的回波,从而测出发射和接收回波的时间差t，然后求出距离(1-1)式(1-1)中的c为超声波在空气中传播的速度。限制该系统的最大可测距离存在四个因素：超声波的幅度、反射物的质地、反射和入射声波之间的夹角以及接收换能器的灵敏度。接收换能器对声波脉冲的直接接收能力将决定最小可测距离。为了增加所测量的覆盖范围，减少测量误差，可采用多个超声波换能器分别作为多路超声波发射/接收的设计方法。由于超声

5、波发球声波范围，其波速c与温度有关，表1-1列出了几种不同温度下的波速。表1-1声速与温度的关系温度(℃)－30－20－100102030100声速(m/s)313319325323338344349386波速确定后，只要测得超声波往返的时间t，即可求得距离S。其系统原理框图如图1-1所示。图1-1超声波测距系统框图单片机AT89C51发出短暂的40kHz信号，经放大后通过超声波换能器输出；反射后的超声波经超声波换能器作为系统的输入，锁相环对此信号锁定，产生锁定信号启动单片机中断程序，读出时间t，再由系统软件对其进行计算、判别后，

6、相应的计算结果被送至LED数码管进行显示。在下一节里，我们将详细介绍超声波测距仪的各部分电路的设计思路及方法。1.2超声波测距系统电路的设计1.2.1总体设计方案40由单片机AT89C51编程产生40kHz的方波，由P3.6口输出，再经过放大电路，驱动超声波发射探头发射超声波。发射出去的超声波经障碍物反射回来后，由超声波接收头接收到信号，通过接收电路的检波放大、积分整形及一系列处理,送至单片机。单片机利用声波的传播速度和发射脉冲到接收反射脉冲的时间间隔计算出障碍物的距离,并由单片机控制显示出来。该测距装置是由超声波传感器、单片机、

7、发射/接收电路和LED显示器组成。传感器输入端与发射接收电路相连,接收电路输出端与单片机相连接,单片机的输出端与显示电路输入端相连接。其时序图如图1-2所示。图1-2时序图单片机在T0时刻发射方波，同时启动定时器开始计时，当收到回波后，产生一负跳变到单片机中断口，单片机响应中断程序，定时器停止计数。计算时间差，即可得到超声波在媒介中传播的时间t，由此便可计算出距离。1.2.2发射电路的设计由单片机产生的40kHz的方波需要进行放大，才能驱动超声波传感器发射超声波，发射驱动电路其实就是一个信号放大电路，本课题所选用的是74HC04集

8、成芯片，图1-3为发射电路图。40图1-3发射电路74HC04内部集成了六个反向器，同时具有放大的功能。74HC04的管脚如图1-4所示。图1-474HC04管脚图1.2.3接收电路的设计超声波接收头接收到超声波后，转换为电信号，此时的信号比较弱，