基于51单片机超声波测距.doc

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1、一设计要求（1）设计一个以单片机为核心的超声波测距仪，可以应用于汽车倒车、工业现场的位置监控；（2）测量范围在0.50～4.00m，测量精度1cm；（3）测量时与被测物无直接接触，能够清晰稳定地显示测量结果。二超声波测距系统电路总体设计方案本系统硬件部分由AT89S52控制器、超声波发射电路及接收电路、温度测量电路、声音报警电路和LCD显示电路组成。汽车行进时LCD显示环境温度，当倒车时，发射和接收电路工作，经过AT89S52数据处理将距离也显示到LCD上，如果距离小于设定值时，报警电路会鸣叫，提醒司机注意车距。超声波测距器的系统框图如下图所示：图5系统设

2、计总框图由单片机AT89S52编程产生10us以上的高电平，由指定引脚输出，就可以在指定接收口等待高电平输出。一旦有高电平输出，即在模块中经过放大电路，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，通过接收电路的处理，指定接收口即变为低电平，读取单片机中定时器的值。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。由时序图可以看出，超声波测距模块的发射端在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

3、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。图6时序图三超声波发射和接收电路的设计分立元件构成的发射和接收电路容易受到外界的干扰，体积和功耗也比较大。而集成电路构成的发射和接收电路具有调试简单，可靠性好，抗干扰能力强，体积小，功耗低的优点，所以优先采用集成电路来设计收发电路。3．1超声波发射电路超声波发射电路包括超声波产生电路和超声波发射控制电路两部分，可采用软件发生法和硬件方法产生超声波。在超声波的发射电路的设计中，我们采用电路结构简单的集成电路构成发射电路：图7由反相器构成的超声波发射电路图7是由反相器74HC04

4、构成的发射电路，用反相器74HC04构成的电路简单，调试容易，易通过软件控制。单片机输出的方波经过反相器接到发射器T1的两极，用图中的推挽形式将方波信号加到发射器T1两端，可以提高发射器T1的发射强度。图中把两个非门的输出接到一起的目的是为了提高其吸入电流，电路驱动能力提高。74HC04是一个高速CMOS六反相器，具有对称的传输延迟和转换时间，而相对于LSTTL逻辑IC，它的功耗减少很多。另外，上拉电阻R1、R2一方面可以提高反相器74HC04输出高电平的驱动能力，另一方面可以增加发射器T1的阻尼效果，缩短其自由振荡的时间。3.2超声波接收电路图8是由CX

5、20106构成的接收电路，在实物的制作过程中，我们将用CX20106A这一型号代替。CX20106A是索尼公司生产的彩电专用红外遥控接收器，是CX20106的改进型，也可用于超声波测试，有较强的抗干扰性和灵敏度。CX20106A采用单列8脚直插式，超小型封装，+5V供电。管脚1是超声波信号输入端，其输入阻抗约为40K；管脚2的R1、C4决定接收器R的总增益，增大电阻R1或减小电容C4，将使放大倍数下降，负反馈量增大，电容C4的改变会影响到频率特性，实际使用中一般不改动；管脚3与GND之间连接检波电容C2，考虑到检波输出的脉冲宽度变动大，推荐参数为3.3uF

6、；管脚5上的电阻R2用以设置带通滤波器的中心频率，阻值越大，中心频率越低，取R2=200K时，中心频率约为42KHZ；管脚6与GND之间接入一个积分电容C3，电容值越大，探测距离越短；管脚7是遥控命令输出端，它是集电极开路的输出方式，因此该引脚必须接上一个上拉电阻到电源端，没接收信号时，该端输出为高电平，有信号时则会下降；管脚8接+5V电源。图8CX20106构成的接收电路综合以上的分析，在由集成电路构成的接收和发射电路中，发射电路我们选用由反相器构成的电路，接收电路采用由红外接收检波芯片CX20106A构成，主要是考虑到系统的调试简单，成本低以及可靠性好

7、。四单片机主机系统电路4.1复位电路单片机在RESET端加一个大于20ms正脉冲即可实现复位，上电复位和按钮组合的复位电路如图9。在系统上电的瞬间，RST与电源电压同电位，随着电容的电压逐渐上升，RST电位下降，于是在RST形成一个正脉冲。只要该脉冲足够宽就可以实现复位。当人按下按钮SW1时，使电容C1通过R1迅速放电，待SW1弹起后，C1再次充电，实现手动复位。图9复位电路4.2时钟电路当使用单片机的内部时钟电路时，单片机的XTAL1和XTAL2用来接石英晶体和微调电容，如图10所示。图10时钟电路4.3按键电路我们通过P1.0来启动测量，程序中通过查询

8、P1.0的电平来检测是否按键被按下，在软件中通过软件延时来消除按键