專業(yè)綜合設(shè)計課程設(shè)計-單片機測距系統(tǒng)

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1、專業(yè)綜合設(shè)計題目：姓名：成班級：學號：指導老師：摘要：超聲波由于其指向性強、能量消耗緩慢、傳播距離較遠等優(yōu)點,而經(jīng)常用于距離的測量,如測距儀和物位測量儀等都可以通過超聲波來實現(xiàn).本論文是基于AT89C51單片機超聲波測距系統(tǒng)的設(shè)計，闡述了超聲測距系統(tǒng)的構(gòu)成和工作原理，給出了硬件電路框圖和軟件編程的設(shè)計方法。主要是利用超聲波的特點和優(yōu)勢，將超聲波測距系統(tǒng)和AT89C51單片機結(jié)合于一體。該系統(tǒng)采用軟、硬件結(jié)合的方法，具有模塊化和多用化的特點。關(guān)鍵詞：超聲波測距、單片機、AT89C51、測距系統(tǒng)目錄緒論11.1超聲波測距系統(tǒng)在國內(nèi)

2、外的發(fā)展狀況11.2本文的主要內(nèi)容2二．系統(tǒng)的組成和工作原理22.1超聲波測距系統(tǒng)設(shè)計思路22.2系統(tǒng)的工作原理3三．硬件設(shè)計43.1AT89C51單片機43.1.1AT89C51的主要特性：43.1.2AT89C51管腳說明53.2時鐘電路的設(shè)計63.3復位電路的設(shè)計63.4發(fā)射電路的設(shè)計73.4.1發(fā)射電路的結(jié)構(gòu)73.4.2反相器74LS0473.5接收電路的設(shè)計73.6顯示電路的設(shè)計93.6.1顯示電路的結(jié)構(gòu)93.6.2LED數(shù)碼管10四．軟件設(shè)計114.1主程序114.2超聲波產(chǎn)生子程序114.3數(shù)據(jù)讀取和儲存124.

3、4延時子程序124.5顯示子程序13五．結(jié)論14六．體會和展望14參考文獻15附錄116附錄21720緒論1.1超聲波測距系統(tǒng)在國內(nèi)外的發(fā)展狀況一般認為，有關(guān)超聲波的研究最初起始于1876年F.Galton的氣哨實驗，這是人類首次有效產(chǎn)生的高頻聲波。在之后的三十年中，超聲波仍然是一個鮮為人知的東西，由于當時電子技術(shù)發(fā)展緩慢，對超聲波的研究造成了一定程度的影響。在第一次世界大戰(zhàn)中，法國人Langevin使用一種晶體傳感器在水下發(fā)射和接收相對低頻的超聲波。他提出的這種方法可以用來檢測水中是否存在潛艇并進行水下通信。1929年，So

4、kolov首先提出用超聲波探查金屬物內(nèi)部缺陷的建議。1931年Mulhauser獲準一項關(guān)于超聲檢測方法的德國專利。1934年sokolov首次發(fā)表了關(guān)于在液體槽子里用穿透法做實物試驗的結(jié)果，其中一個簡單的光學方法觀察液體表面由超聲波形成的波紋。超聲波測距技術(shù)作為檢測技術(shù)的重要手段之一，在其發(fā)展過程中起著重要的作用。八十年代后期，由于計算機技術(shù)和高速器件的不斷發(fā)展，使超聲波信號的數(shù)字化采集和分析成為可能。目前國內(nèi)也相繼出現(xiàn)了各種數(shù)字化超聲波測距設(shè)備，并已成為超聲波檢測的發(fā)展方像。廈門大學的某位學者研究了一種回波輪廓分析法。該方

5、法在測距中通過兩次探測求取回波包絡曲線來取得回波的起點，通過這樣處理后超聲波傳播時間的精度得到了很大的提高。另外，也有大量的文獻研究采用了數(shù)字信號處理技術(shù)和小波變換理論來提高傳輸時間的精度。這些處理方法都取得了較好的效果。目前國內(nèi)外在超聲波檢測領(lǐng)域都向著數(shù)字化方向發(fā)展，數(shù)字化超聲波測距系統(tǒng)的發(fā)展速度很快。國內(nèi)近幾年也相繼出現(xiàn)了很多數(shù)字式超聲波儀器和分析系統(tǒng)。隨著測距技術(shù)研究的不斷深入，對超聲測距系統(tǒng)功能要求越來越高。1.2本文的主要內(nèi)容本論題是設(shè)計一個單片機測距系統(tǒng)。利用超聲波的反射特性，即遇到障礙后超聲波能夠返回原地，前后的

6、連接環(huán)節(jié)是由一對超聲波傳感器來完成；用單片機AT89C51的定時器來實現(xiàn)定時環(huán)節(jié)，記錄超聲波發(fā)射到返回的時間；用動態(tài)掃描法實現(xiàn)LED數(shù)字顯示；本文對超聲波測距系統(tǒng)的硬件設(shè)計，軟件設(shè)計逐步展開分析。20二．系統(tǒng)的組成和工作原理2.1超聲波測距系統(tǒng)設(shè)計思路超聲波測距系統(tǒng)包括了超聲波的發(fā)射與接收系統(tǒng)，顯示系統(tǒng)。其結(jié)構(gòu)框圖如圖2-1所示：超聲波接收超聲波發(fā)送LED顯示掃描驅(qū)動單片機控制器圖2-1超聲波測距系統(tǒng)能夠在必要的時候通過單片機控制發(fā)射電路發(fā)射超聲波，超聲波向前傳播。當超聲波遇到障礙物時會反射回來，由接收電路接收。接收電路會把信

7、號傳送到單片機中，由單片機進行相關(guān)的數(shù)據(jù)處理。所得的結(jié)果通過LED數(shù)碼管顯示出來。在此過程中，如果發(fā)射裝置與障礙物之間有相對運動，那么LED數(shù)碼管會不斷顯示兩者之間最新的距離。本系統(tǒng)的設(shè)計主要分為系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計和系統(tǒng)軟件程序的設(shè)計兩部分。系統(tǒng)硬件電路部分由單片機最小系統(tǒng)模塊、顯示模塊、時鐘模塊、復位模塊組成。單片機為系統(tǒng)主控芯片，超聲波傳感器作為測量器件，通過單片機進行程序處理，最后通過顯示模塊顯示出測量的距離。系統(tǒng)軟件程序部分采用模塊設(shè)計方法。整個系統(tǒng)由主程序、系統(tǒng)初始化子程序、超聲波發(fā)射程序、超聲波結(jié)束程序、顯示程序等

8、模塊組成。2.2系統(tǒng)的工作原理超聲波發(fā)射器向某個方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射的同時開始計時，超聲波向前傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到反射波就立即停止計時。假設(shè)超聲波在空氣中的傳播速度為v，根據(jù)計時器記錄的時間t，發(fā)射點距障礙物的距離H，如圖2-2所示：20M超聲