超聲波傳感器單片機(jī)課程設(shè)計(jì)

1、魚陂科扶學(xué)院成績(jī)課程設(shè)計(jì)報(bào)告題目超聲波測(cè)距系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程名稱單片機(jī)原理及應(yīng)用院部名稱 機(jī)電工程學(xué)院專業(yè)電氣工程及其自動(dòng)化班級(jí)12電氣工程及其自動(dòng)化（單）學(xué)生姓名潘成城學(xué)號(hào) 1205202019課程設(shè)計(jì)地點(diǎn)工科樓C304課程設(shè)計(jì)學(xué)時(shí)20指導(dǎo)教師李國(guó)利金陵科技學(xué)院教務(wù)處制一、 概述 31.1課程設(shè)計(jì)應(yīng)達(dá)到的目的 41.2 超聲波測(cè)距系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4二、總體設(shè)計(jì)方案及說明 42.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思路 42.2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖 5三、系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 53.1 單片機(jī)的最小系統(tǒng) 63.1.1AT89C51 單片機(jī)的功能與特點(diǎn) 63.2 系統(tǒng)原理分析 63.2.1 超聲波測(cè)距原理 63.3 超聲波傳感器檢測(cè)電路

2、 63.3.1 超聲波檢測(cè)電路圖 73.3.2 超聲波發(fā)生及感應(yīng)過程 73.4超聲波測(cè)距接收 73.4.1 HC-SR04模塊 73.4.2 T40、R40超聲波傳感裝置介紹 73.5 SCM1602顯示模塊 9四、系統(tǒng)軟件部分設(shè)計(jì) 114.1 軟件流程圖 114.1.1 主程序流程圖 114.1.2 超聲波發(fā)生子程序 114.2 系統(tǒng)源程序 12五、系統(tǒng)仿真過程與結(jié)果 135.1 Proteus仿真軟件 145.2 仿真編譯過程 145.3仿真效果圖156.1 實(shí)物元件與過程 166.2 實(shí)物運(yùn)行與調(diào)試 156.3 實(shí)物總結(jié) 15七、總結(jié) 18八、參考文獻(xiàn) 19附錄，原理圖 20本設(shè)計(jì)采用了

3、 AT89C51 乍為中心處理器，HC-SR04莫塊進(jìn)行超聲波方面的發(fā)生與感應(yīng)。 然后介紹了總體的系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖、 思路及元件選型。接下來，分硬件和軟件兩部分進(jìn)行了 設(shè)計(jì)的分析。硬件方面首先構(gòu)建了一單片機(jī)最小系統(tǒng)，然后集成各芯片完成設(shè)計(jì)。軟件方 面通過外部中斷，定時(shí)器中斷等完成開發(fā)的子程序的調(diào)用。 最后重點(diǎn)詳細(xì)地講述了關(guān)于超 聲波模塊的電路及收發(fā)過程。最后進(jìn)行了系統(tǒng)仿真，仿真結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)能夠滿足要求。本系統(tǒng)具有成本 低，可靠性高和安全實(shí)用等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于社會(huì)生活的各個(gè)領(lǐng)域。關(guān)鍵詞：AT89C51單片機(jī)；超聲波模塊；最小系統(tǒng)一、概述1.1課程設(shè)計(jì)應(yīng)達(dá)到的目的通過本課程設(shè)計(jì)，使學(xué)生掌握控

4、制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟，掌握系統(tǒng)總體控制方案的設(shè) 計(jì)方法。使學(xué)生進(jìn)一步掌握微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬、軟件開發(fā)方法，輸入/輸出（I/O）接口技術(shù)，應(yīng)用程序設(shè)計(jì)技術(shù)，并能結(jié)合專業(yè)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單實(shí)用的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。針對(duì)課堂重點(diǎn)講授內(nèi)容使學(xué)生加深對(duì)單片機(jī)硬件原理的理解及提高C51語言程序設(shè)計(jì)的能力，為以后的畢業(yè)設(shè)計(jì)搭建了單片機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用平臺(tái)，提高學(xué)生的開發(fā)創(chuàng)新能力。1.2超聲波測(cè)距系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)一個(gè)基于單片機(jī)的超聲波測(cè)距系統(tǒng)，要求：（1）系統(tǒng)功能：測(cè)距范圍：3cm-450cm通過LCD1602顯示距離。（2）給出系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，畫出硬件連線圖，并說明工作原理；（3）畫出程序框圖并編寫程序。二、系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)2.1

5、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思路本設(shè)計(jì)的構(gòu)建是基于89C51單片機(jī)外圍芯片的超聲信號(hào)檢測(cè)的。超聲波發(fā)生模塊送 出片刻的40KHZ的矩形波信號(hào)，遇物體反射后，被超聲波接收模塊接收并作為本設(shè)計(jì)的 In put,單片機(jī)對(duì)此信號(hào)進(jìn)行判斷加工處理后，把計(jì)算出的距離結(jié)果傳到LCD顯示屏上,當(dāng)檢測(cè)距離小于預(yù)設(shè)值時(shí)報(bào)警模塊工作。本設(shè)計(jì)的硬件部分主要由AT89C51單片機(jī)控制模塊、超聲波發(fā)出和接收模塊、預(yù)警 模塊以及LCD顯示模塊等幾部分組成。系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)框圖如圖1.1所示。本設(shè)計(jì)的軟件部分由C語言編寫，程序采用模塊化設(shè)計(jì)思想，將各功能單獨(dú)程序化 成子程序塊并進(jìn)行debug,在完成主程序段的編寫和子程序的調(diào)用。系統(tǒng)軟件部

6、分主要 include主程序段、 delay子程序塊、超聲波發(fā)生與感應(yīng)子程序塊等。2.2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖本設(shè)計(jì)采用AT89C51為控制核心，由電源電路、單片機(jī)外圍電路、發(fā)射電路、接收 電路、顯示電路、報(bào)警電路等部分組成，系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如圖1.1所示。其主要需完成任務(wù)是對(duì)傳感器到障礙物中間的距離的測(cè)量及對(duì)測(cè)出距離的顯示以及小于預(yù)設(shè)值時(shí)的報(bào)警。圖1.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖三、系統(tǒng)硬件部分設(shè)計(jì)3.1單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)：能讓單片機(jī)regular work的最小硬件單元系統(tǒng)，如圖3.4所示。 一般具有：復(fù)位circuit;時(shí)鐘震蕩circuit 。此外，ISP下載口也belong單片機(jī)最小 系統(tǒng)。

7、復(fù)位電路如圖2.2所示。圖2.2復(fù)位電路圖復(fù)位電路可將系統(tǒng)重置至一個(gè)已知的狀態(tài)。從單片機(jī)內(nèi)部來看，復(fù)位電路工作后，CPU將一些廠商早先設(shè)定的數(shù)載入至寄存器。該電路的prin ciple 是將Cap acita nee與Resista nee接至復(fù)位引腳 RST組成Power on reset的功能。當(dāng)Reset level持續(xù)兩個(gè) machine cycle以上時(shí)，reset有效。具體數(shù) 值需由 RC電路計(jì)算出 time constant t=RC1(t 10ms)。復(fù)位電路包括 Reset butt on 和 Power on reset 。(1) Reset butt on :并聯(lián)一開關(guān)在

8、復(fù)位電容上。按下開關(guān)，電容釋放之前的電量， 同時(shí)，復(fù)位引腳電壓的拉高完成 Reset。(2)Power on reset :在RST上外接一個(gè) RC充放電導(dǎo)電回路，即加入一個(gè)電容(一般為10uF）串聯(lián)至電源+5v，再加入一個(gè)電阻器（一般為10K）串聯(lián)至保護(hù)地。此外，要保 證Reset成功，需使上電時(shí)復(fù)位引腳有足夠時(shí)間的high level 。振蕩電路如圖2.3所示。Y11L0592MIIZ圖2.3振蕩電路圖振蕩電路也叫做晶振電路，任務(wù)是為CPU設(shè)定時(shí)鐘頻率。單片機(jī)運(yùn)行所有語句的時(shí)間 都由時(shí)鐘頻率決定。clock frequency 越高，CPU運(yùn)行越快。單片機(jī)一般從外部接入時(shí)鐘 頻率，典型的

9、clock frequency 有 11.0592MHz/12MHz單片機(jī)通常共用一個(gè)晶體振蕩器來滿足各部分同步運(yùn)行。具體振蕩器經(jīng)常與鎖相環(huán)回 路一起工作，以方便為系統(tǒng)提供 clock freque ncy 。RP10wc1.1MAN 5M3P14和NJ他護(hù)U/WP州131n ji詡3KTAUn 1pj 1曲力圖2.4單片機(jī)最小系統(tǒng)3.1.1 AT89C51單片機(jī)的功能與特點(diǎn)AT89C51 是一種具有 low voltage 、low power consumption 且 high-performanee 等 優(yōu)點(diǎn)的八位單片機(jī)。其內(nèi)部的芯片包含了一個(gè)8位微處理器、一個(gè)二百五十六字節(jié)數(shù)據(jù)存 儲(chǔ)

10、器及一個(gè)四千字節(jié)程序存儲(chǔ)器。CMOS：藝與UNRA技術(shù)在AT89C51的制作過程中被使 用,且它的指令集合和輸出引腳都與早期美國(guó)INTECo于1980年研制的MCS-51單片機(jī)相 兼容。AT89C51因?qū)㈤W存與8位CPU吉合在一個(gè)芯片中而成為一款高性能單片機(jī)，89LV51 是它的一個(gè)低電壓版本。AT89C51單片機(jī)已成為一種靈活性高、功能強(qiáng)且價(jià)格實(shí)惠并在各 種控制領(lǐng)域被普遍運(yùn)用的方案。外型及管腳排列如圖所示。功能概述AT89C51含滿足國(guó)標(biāo)的功能：片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘發(fā)生電路、4KB程序存儲(chǔ)器Flash ROM（保留表格、數(shù)據(jù)及程序）、256B數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM/SFR （保留可以READ/WRIT

11、E的數(shù) 據(jù)）、兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器、四個(gè)8位I/O 口線、一個(gè)五中斷源二優(yōu)先級(jí)中斷系統(tǒng)、一 個(gè)雙向信號(hào)傳輸U(kuò)ART串行通信口。而且，AT89C51可以執(zhí)行靜態(tài)邏輯操作，此時(shí)最低 的工作頻率可為0Hz，并有兩種省電運(yùn)行模式可供軟件運(yùn)行。Idle Mode可將CPU處于停 止運(yùn)行狀態(tài)，但允許中斷控制系統(tǒng)、串行通訊口、定時(shí)/計(jì)數(shù)器以及隨機(jī)存取存儲(chǔ)器持續(xù)運(yùn)行。Power Mode直到下一次硬件復(fù)位都會(huì)停止運(yùn)行振蕩器并且不允許其它所有部件運(yùn) 行但會(huì)保留片內(nèi)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)。AT89CA51引腳功能說明VCC供電電壓。GND接地。P0端：P0端為一組8位OpenDrain型雙向input/outp

12、ut 端，也即地址/總線復(fù)位端。每 端能驅(qū)動(dòng)8位TTL邏輯門。當(dāng)P0端被置為1時(shí)，其變便成為高阻抗輸入端。P0端可被外 部程序DATA存儲(chǔ)器使用，此時(shí)，其被當(dāng)作DATA/ADDRESS低八位使用。在閃存（Flash） 進(jìn)行program工作時(shí)，P0端輸入命令，當(dāng)閃存（Flash ）運(yùn)行check任務(wù)時(shí)，P0端輸出 命令，同時(shí)，確保 P0端外部已連有pull-up resistor 。P1端：P1端是一組配有內(nèi)部pull-up resistor 的雙向input/output 端，為功能最單一 的一組端口。P2端：P2端也是一組配有內(nèi)部上拉電阻的雙向input/output 端。當(dāng)cpu訪問外部

13、存儲(chǔ)器 時(shí)，P2端輸出高八位地址信號(hào)。P3端：P3端同樣是一組配有內(nèi)部上拉電阻的雙向input/output 端。同時(shí)P3端的每一個(gè)管腳都另有功能。主要屬性如表2-1所示。弓MCS-51兼容24ET程存存懾器Flash卸V3電便崖周期moo気虐5全襌姦工乍：r吃-刖6二級(jí)西序有陸誥做定1|四卒&拉抖廳M口1巧牛骼鎧主0T器丿計(jì)贈(zèng)g&個(gè)中斷馭2個(gè)中斷優(yōu)先賀的中斷控制泵統(tǒng)1U可握幄革廳誦迪1L假功誘柯空閑方弍棹電方式片內(nèi)抵譎養(yǎng)和神總毎電陥表2-1主要屬性控制信號(hào)引腳（RST ALE、/PSEN、/EA）RST / Vpd （9腳）:復(fù)位輸入，1信號(hào)有效。當(dāng)CPU剛接入電源時(shí)，其內(nèi)部各寄存器處 于隨

14、機(jī)狀態(tài)，當(dāng)此輸入端可持續(xù)24個(gè)時(shí)鐘周期的 1信號(hào)時(shí)，就能完成復(fù)位任務(wù)。單片 機(jī)正常工作時(shí)， 此腳應(yīng)w 0.5V低電平。ALE/PROQ30腳）：地址鎖存允許信號(hào)端（Address Latch Enable ）。當(dāng)CPU讀取外部ROM 時(shí)，此管腳輸出信號(hào)的下降沿控制低八位地址的鎖存。平時(shí)運(yùn)行是，此管腳以振蕩頻率的六分之一穩(wěn)定發(fā)送正脈沖，能作對(duì)外輸出時(shí)鐘和定時(shí)信號(hào)。/PSEN程序存儲(chǔ)器允許信號(hào)輸出端（Program Store Enable ）。CPU賣取外部程序存儲(chǔ)器 的讀選通信號(hào)。在訪問片外ROM寸，每個(gè)機(jī)器周期/PSEN輸出2次脈沖。當(dāng)讀取外部數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)器時(shí)，/PSEN不出現(xiàn)。/EA/VPP

15、：片外程序存儲(chǔ)器訪問允許輸入端（External Access External ）。當(dāng)/EA被置1 時(shí)，CPU賣取片內(nèi)存儲(chǔ)器（4K）PC值超過0FFFH將自動(dòng)運(yùn)行片外程序存儲(chǔ)器的程序。當(dāng)/EA 被置0, CPU訪問片外EPROM/ROM且運(yùn)行片外ROM勺程序。引腳圖如圖2.1所示。8互107F13n17亙P1.0VCCP：poaPI 2P0 IP： 3P0 2PL4P0 5P1.5P0.1PI 6P0 5F1.7P0 6RST VPDP0 7PLORxJEA，VppPl 1 TxDALEPROGPk2 DC70PSEXPi.JTNTlPl 7pl 4 roP2.6PJ5T1P2 5FEWRP

16、2 4Pl? RDPJXI.VL2 * ；XTAL1PllGNDP工&圖2.1 AT89C51引腳圖3.2系統(tǒng)原理分析321超聲波測(cè)距原理一般而言，人耳能聽到的聲波頻率為 20赫茲-20000赫茲。Resonant frequency高于2KHz的聲波稱為“超聲波”。超聲波由于其穿透能力強(qiáng)、在液體中傳播距離遠(yuǎn)、易獲得 較集中的聲能、方向性好等特性，使其在實(shí)際生活中的各行各業(yè)得到廣泛應(yīng)用。假定聲波在固定介質(zhì)中傳播的速度一定，而且能測(cè)量得到聲波從送出到感應(yīng)到的時(shí) 間，那么從聲源到目標(biāo)物體的距離就可以被準(zhǔn)確地計(jì)算出來。這就是本設(shè)計(jì)的測(cè)距原理。超聲波測(cè)距，簡(jiǎn)單來說，就是通過連續(xù)地接收經(jīng)障目標(biāo)物體反射后

17、的回波， 進(jìn)而測(cè)出超聲 波從發(fā)射到接收的往返時(shí)間，最后求出超聲波經(jīng)過的距離。其關(guān)系式如公式（1）：(1)S ct2式中：S為所需測(cè)量的距離；c為超聲波在空氣介質(zhì)中的傳播速度；t為往返時(shí)間3.3超聲波傳感器檢測(cè)電路3.3.1超聲波檢測(cè)電路圖TITh11山l;畤發(fā)礦LzrItlLfc lUlPtl KI I*?1： FlHi丄ClTMXei-VSroVS-cTkULEu聆nonem iWdUN呑toI wKifinWl1I4LIh1葉1IitMnUNHKh星*wcGNU31*JV 3KMN-J MT|ltdK沖1111 初 iizrtiu收HC-SR04莫塊由發(fā)生電路和感應(yīng)電路主成，發(fā)生超聲波ci

18、rcuit主體具有Em78p153SCM MAX232chip及超聲波send 裝置 T40。感應(yīng)超聲波 circuit 主體具有 TL074operational amplifier及超聲波 receiver R40 組成。3.3.2超聲波發(fā)生及感應(yīng)過程CPUn動(dòng)system初始化。置EA為1打開總中斷，置“ Trig ”端10us的 1信號(hào)， 啟動(dòng)HC-SR04模塊的EM78P15產(chǎn)生8段持續(xù)的40KHz矩形波，由MAX2326平轉(zhuǎn)換，增強(qiáng) 發(fā)出功率。發(fā)生裝置把電信號(hào)變成超聲波信號(hào)發(fā)出。當(dāng)CPL發(fā)出一端10us的啟動(dòng)信號(hào)后，Trig端從低電壓變成高電壓，模塊發(fā)出超聲波 的同時(shí)，計(jì)時(shí)器開始計(jì)

19、時(shí)，等待感應(yīng)裝置receive到信號(hào)，一旦感應(yīng)到立即停止計(jì)時(shí)。將 時(shí)間T傳遞給單片機(jī)，過程中ECHO端持續(xù)為 1信號(hào)的Time為路程時(shí)間T。3.4超聲波測(cè)距接收3.4.1 HC-SR04 模塊圖4.1 HC-SR04模塊實(shí)物圖HC-SR04超聲波測(cè)距模塊能完成2厘米到400厘米間距的非接觸式距離測(cè)量任務(wù)，其 電路簡(jiǎn)易且售價(jià)實(shí)在。此外，其相對(duì)應(yīng)的單片機(jī)外圍電路也不復(fù)雜。該module具有發(fā)生circuit 、感應(yīng)circuit 及控制circuit 。實(shí)物如圖4.1所示?；具\(yùn)行流程 置TRIG端口至少10us的1電平啟動(dòng)超聲波發(fā)生； 發(fā)生電路連續(xù)發(fā)出8個(gè)40khz的矩形波，等待感應(yīng)是否有回波；

20、 有回波，ECHOS輸出1信號(hào)，1信號(hào)連續(xù)時(shí)間即超聲波完成路程所花的時(shí)間。模塊參數(shù)如下表4-1電m參數(shù)HC-SRCU超聲波模塊運(yùn)行電吒（v）DC5運(yùn)疔電流（mAi15運(yùn)行頻率40最遠(yuǎn)距離（m）4最近距離a測(cè)距角度 ）15輸入觸發(fā)信號(hào)10的 Tr ansi ster-Trans ister-Logic 脈沖$俞入回響信號(hào)T信號(hào)，與距離成正比尺寸規(guī)格（cm）45*20*15表4-1模塊參數(shù)超聲波sequenee chart如圖4.2所示。IOuSJTTL融發(fā)宙號(hào)聒環(huán)發(fā)出8個(gè)40KHZ鮒中na H in n |-4 嚴(yán)揆塊內(nèi)部發(fā)出信號(hào)輸出回響回響電平輸出信號(hào)與檢測(cè)離咸比例圖 4.2 超聲波 sequ

21、ence chart如 圖 4-2seque nee chart 顯示，一旦單片機(jī)發(fā) 出一端 10us 以上 Transister-Transister-Logic脈沖信號(hào)，該模塊會(huì)連續(xù)送出8個(gè)40khz矩形波信號(hào)且開始等待感應(yīng)回波sign。只要感應(yīng)到回波sign，ECH（端就送出high level脈沖。輸出信 號(hào)的Pulse width 與In duction dista nee 成正比。所以，將發(fā)出到感應(yīng)之間的 T值代入 公式能測(cè)算出汽車與物體的間距：距離二高電平時(shí)間*聲速（340m/s） /2。Module 主體包括 Em78p153單片機(jī)、MAX232Chip In put oper

22、atio nal amplifierTL074 Ultrasonic sensing device : T40-16、R40-16。Em78p153單片機(jī) 情況簡(jiǎn)述Em78p153是采用高速CMOS：藝制造的8位single chip 。采取EM（編程器往單片機(jī) 內(nèi)Write程序instruction 。編程人員可在13位選項(xiàng)位挑取符合其需求的選項(xiàng)位，之中 的保護(hù)位能prevent程序被上載。 電氣參數(shù)運(yùn)行 Voltage 參數(shù)（V）: 2.0-6.0 ;適應(yīng) Temperature 區(qū)間（C） ： 0-70 ；正常 Frequency 區(qū)間：DC-8MHz4個(gè)內(nèi)建IRC振蕩器；2個(gè)雙向I/O

23、端口；32X 8bit片內(nèi)寄存器（SDRAMEM78P153的封裝為 14 腳；Small Out-Line Package 小外形封裝、Shrink Small-Outline Package）窄間距小外型塑圭寸和dual inline-pin package雙列直插式圭寸裝 為3種封裝形式。pin分配如圖4.3所示。P50亡114二 f51P67 c213n F52P&6 c312VDJ）匚4H VzhF65/0SC1 匚510P6V0SC2 匚69 FBIF63/m E7a F62/TCCEiriri53圖 4.3 Em78p153pin 腳圖MAX232MAX232chip是 MAXI

24、MCo.特為RS-232串口 design的選擇單電源+5v供能的電平轉(zhuǎn)換chip 本設(shè)計(jì)只通過該chip完成level switch 任務(wù)，將40kHz的矩形波從5V提升至20V,增 強(qiáng) transmitting power 。pin圖如圖4.4所示g 口4V匚CI-CC2+匚C2 - E -V C T20UT 匚 R21NE vcc GND TiOUT3 RUNLl RIOUTp T1INJ T2IN R2OUT圖4.4 MAX232引腳圖引腳介紹第一單元為電荷泵 circuit 。由1、2、3、4、5、6號(hào)pin及4個(gè)電容組成。作用為發(fā) 生+12v和-12v兩個(gè)電源，滿足 RS-232串

25、口電平的require 。第二單元為 Data con version 通道。由 7、8、9、10、11、12、13、14 號(hào) pin 組成兩 個(gè) Data con version 。以上 13 號(hào) pin ( R1IN)、12 號(hào) pin ( R1OUT、11 號(hào) pin ( T1IN )、 14 號(hào) pin (T1OUT 為第一 Data con version ； 8 號(hào) pin ( R2IN)、9 號(hào) pin ( R2OU) 10號(hào) pin (T2IN )、7號(hào) pin (T2OUT 為第二 Data conversion。第三單元為供電 circuit 。15號(hào)pin GND、16號(hào)

26、引pin VCC。TL074 (低噪聲 JFET 輸入 operational amplifier )引腳圖如圖4.5所示。Output 1In rising in pvt 1Mondnv&rting I n put 1Vgc*Non-inserting inpul 2Inv&rtinj Inptrt 2Cuicut 217圖 4.5 TL074pin 圖Output 4inverting Input 4M口n-mvartrig Input -irion-in-iimg Input 3Input ；Output 3具體引腳功能如表4-2所示:表4-2引腳表11OUT輸出端（通道1）21IN+反

27、相輸入端（通道1）31IN-同相輸入端（通道1）4VCC正電源52IN+同相輸入端（通道2）62IN-反相輸入端（通道2）72OUT輸出端（通道2）83OUT輸出端（通道3）93IN-反相輸入端（通道3）103IN+同相輸入端（通道3）11GND接地端124IN-反相輸入端（通道4）134IN+同相輸入端（通道4）144OUT輸出端（通道4）TL074內(nèi)部組件數(shù)量如表4-3所示表4-3 TL074組件|電阻44晶體管56dr二極管4電容斗-EET43.4.2 T40、R40超聲波傳感裝置介紹圖4.7外觀形態(tài)圖4.6內(nèi)部構(gòu)造T40-16 與 R40-16目前來看，超聲波發(fā)生裝置按如何發(fā)出超聲波能

28、分為兩大種類:I.EIectric 發(fā)出超聲波,包含Piezoelectrictype,magn etostrictivetype及 electrictype 等;2.Mecha nical發(fā)出超聲波，包含Garr theflute,whistle及 sirenliquidflow 等。兩種類型send的超聲波的frequency 、power和 Acoustic characteristics大相徑庭，所以適用場(chǎng)合也不一樣。壓電式超聲波發(fā)生裝置是現(xiàn)在比較常用的。壓電式超聲波發(fā)生裝置根本上來講為采用Piezoelectric crystal的諧振來運(yùn)作的。其內(nèi)部include 兩個(gè)Piezoe

29、lectric crystal和一個(gè)共振板。在它的兩極處輸入電壓，同時(shí)保證該頻率等于 Piezoelectric crystal的固有振蕩頻率時(shí)，Piezoelectric crystal就會(huì)產(chǎn)生共振，且使共振板一起振動(dòng)，于是便能send超聲波了。反之，若兩極處沒外加脈沖信號(hào)，當(dāng)共振板receive回波時(shí)，會(huì)使Piezoelectric crystal產(chǎn)生振動(dòng)，機(jī)械能將transform電信號(hào)，此刻其便是超聲波感應(yīng)裝置。電路中采用T40-16T/R超聲波換能器便是Piezoelectric type裝置。 裝置說明Name Piezoelectric ceramics超聲波傳感器；Type：

30、T40-16T/R ； Category :通用型; 主 frequency ( KHZ : 40； Outer diameter : 16mm 工作說明：T表示發(fā)生裝置，R表示receiver ，TR表示兩者兼用； 電氣參數(shù)如下表4-4所示：表4-4電氣參數(shù)Clock frequency(KHe):40發(fā)生 Voleat 10 V (OdEO. 02 mP a )接収耳敏 宴 at40KHz (OdB-V/ubai?繇電容量 atlEHz, 1V(PF)20ooawi感應(yīng)距禽M0.C2-1O傳感器實(shí)物如圖4.8所示圖4.8傳感器實(shí)物圖HC-SRO4具有超聲波的發(fā)生和感應(yīng)電路，因此，hardw

31、are方面不用再個(gè)人定制復(fù)雜 的發(fā)生及感應(yīng)回路，software方面也不必再使用定時(shí)器來發(fā)生40Khz的矩形波驅(qū)動(dòng)piezoelectric ceramics共振近而發(fā)出超聲波。調(diào)用該 module時(shí)，只需將Trig 端 置一端大于10us的high level 信號(hào)，就能等待Echo端的high level信號(hào)輸出。CPU一旦掃描到trigger signal就打開定時(shí)器進(jìn)行計(jì)時(shí)。當(dāng)該端的high level信號(hào)消失時(shí)就完成計(jì)時(shí)并read定時(shí)器的Data，該Data為本次測(cè)距的time，然后帶入傳播速度公式就 能complete對(duì)距離的計(jì)算。3.5 SCM1602顯示模塊該模塊是由SCM16

32、02液晶顯示器件組成，第3腳：VL為顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正 電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高，對(duì)比度過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過一個(gè)10k的電位器調(diào)整對(duì)比度。第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存 器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。第 5腳：RW為讀寫信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電 平時(shí)進(jìn)行寫操作。當(dāng)RS和RW共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平RW為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng)RS為高電平RW為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)。第6腳：E 端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。第714腳：D0D7位8為雙向數(shù)據(jù)線。由上可知1602基本操作時(shí)序如下表

33、2.5。其第1516腳：背光電源 腳。SCM160與單片機(jī)的應(yīng)用連接電路圖如圖2.5所示。圖2.5顯示電路圖四、系統(tǒng)軟件部分設(shè)計(jì)4.1軟件流程圖4.1.1主程序流程圖本設(shè)計(jì)的軟件部分主要有主程序、發(fā)射超聲波程序、1ms定時(shí)器中斷程序、LCD液晶屏顯示程序組成。我們知道C語言程序?qū)?shí)現(xiàn)較復(fù)雜的算法能很高效的實(shí)現(xiàn)，而匯編 語言編寫程序的代碼對(duì)于普通人十分難理解， 不易于軟件的維護(hù)，而本設(shè)計(jì)的程序需要有 相對(duì)復(fù)雜的運(yùn)算且有助于結(jié)構(gòu)化程序，所以程序語言選擇C語言。首先初始化系統(tǒng)設(shè)置：置總中斷允許位 EA為1、設(shè)置定時(shí)器TO、T1工作模式為模 式1（ 16位定時(shí)計(jì)數(shù)器模式）并將單片機(jī)各端口拉高。之后開始

34、運(yùn)行功能模塊。圖3.1主程序流程本設(shè)計(jì)使用頻率為12MHz的晶振電路，計(jì)數(shù)器的每一次計(jì)數(shù)就是 1 1 s當(dāng)main程序 中掃描到表示接收回波成功的標(biāo)志位 Echo發(fā)送的time （高電平持續(xù)時(shí)間），將超聲波往 返所花費(fèi)的time （計(jì)數(shù)器TO中的time）帶入到公式（3）運(yùn)算，就能計(jì)算出車尾與障礙 物之間的距離，編程中設(shè)溫度為室溫 20E時(shí)的聲速為340m/s,則有：d=（c t）/2=172T0/10000cm（3）公式中，T0為計(jì)數(shù)器T0的time。計(jì)算出距離后結(jié)果將會(huì)被發(fā)送給共陽數(shù)碼顯示模塊，同時(shí)，結(jié)果也將發(fā)至語音預(yù)警模塊。之后重復(fù)發(fā)送超聲波進(jìn)行測(cè)距任務(wù)。4.1.2超聲波測(cè)距子程序超聲波

35、測(cè)距子程序的任務(wù)是將 Trig引腳發(fā)送啟動(dòng)脈沖信號(hào)（脈沖寬度大概 是為101 s），同時(shí)掃描標(biāo)志位Ech6 旦Echo為高電平，開始計(jì)時(shí)。最終完 成對(duì)距離的計(jì)算。開始N圖3.2超聲波測(cè)距子程序4.2系統(tǒng)源程序#in clude/調(diào)用單片機(jī)頭文件#i nclude#defi ne uchar un sig ned char /無符號(hào)字符型宏定義變量范圍0255#defi ne uint un sig ned int /無符號(hào)整型宏定義變量范圍065535sbit rs=P2A7;/LCD數(shù)據(jù)命令選擇端sbit lcde n=P2A5;/LCD使能端sbit wr=P2A6;/LCD讀寫端sbit

36、 trig=P3A7;/觸發(fā)控制信號(hào)輸入sbit echo=P3A6;/回響信號(hào)輸出sbit out=P2A1;/距離超出報(bào)警數(shù)組定義延時(shí)寫命令子程序?qū)憯?shù)據(jù)子程序uchar code table= dista nee:; /void delay( uint z)/1msuint x,y;for(x=z;x0;x_)for(y=110;y0;y-);void write_com(uchar com) /LCDrs=0;wr=0;P0=com;dela y(5);Icde n=1;dela y(5);Icde n=0;void write_date(uchar date) /LCDwr=O;PO=

37、date;delay(5);lede n=1;delay(5);lede n=0;void main()uchar k,m;long temp;/距離TMOD=0x01;/設(shè)置定時(shí)器0為模式1TH0=0x00;/定時(shí)器清零TL0=0x00;/定時(shí)器清零ET0=1;/開定時(shí)器0中斷2EA=1;/開總中斷wr=0;lcde n=0;out=0;/關(guān)閉報(bào)警write_com(0x38);write_com(0x0c);write_com(0x06);write_com(0x01);write_com(0x80);for(k=0;k13;k+)write_date(tablek);delay(5);w

38、rite_com(0x80+0x40+9); /LCD位置定位write_date(m);write_date(m);/while(1)距離單位mmTH0=0x00;TL0=0x00;TH0=0x00;TL0=0x00;trig=1;/for(m=0;m! 代P2沁乜 I. M PD 77-.fl.:、a5iii六、實(shí)物展示6.1實(shí)物元件與過程成品如圖6.1,6.2所示圖6.1正面圖亠*比一- Hftds1 dTT-a- d-v-r-r 4 二XXT* 二* 二二二 * t.圖6.2背面圖清單列表:兀器件型號(hào)數(shù)量電阻1K1個(gè)電阻10K1個(gè)電解電容10V 10uF1個(gè)電解電容16V 47uF1個(gè)電解電容16V 0.1uF1個(gè)電解電容16V 470uF1個(gè)無極性電容30PF2個(gè)三極管90121個(gè)顯示SCM16021個(gè)-H- LJL 心片AT89C511個(gè)-H- LJL 心片MAX2321個(gè)-H- LJL 心片EM78P1531個(gè)-H- LJL 心片TL0741個(gè)排針3個(gè)蜂鳴器1個(gè)6.2實(shí)物運(yùn)行與調(diào)試圖6.3如圖6.3所示，將物體置于約100mm處，LCD顯示器顯示100mm。圖6.4如圖6.4所示，將成品面對(duì)空地，LCD顯示器顯示000。同時(shí)，語音預(yù)警模塊提示超 出量程（蜂鳴器工作）。6.3實(shí)物總結(jié)在完成實(shí)物的焊接，程序的下載后，我們對(duì)實(shí)物進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)以