课程设计（论文）-基于单片机的超声波测距离设计报告

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1、课程设计报告题目:超声波测距离__________________________________________________________共16页第-16-页一、绪论随着社会的发展，人们对距离或长度测量的要求越来越高。超声波测距由于其能进行非接触测量和相对较高的精度，越来越受到人们的重视。超声波测距离的一个最重要的功能就是作用于倒车系统上。要实现倒车系统的准确精度，就得把超声波和单片机相结合，利用单片机的控制系统和精确的运算使超声波测距离更加快速和精确。从而，减少事故的发生。通过该实验学习利用单片机和超声波探

2、测元件测试距离的基本方法，进一步熟悉单片机定时器技术、中断技术在数据采集和数据处理过程中的综合运用方法，提高综合应用程序的编程方法与技巧。发射器发出的40KHz超声波以速度v在空气中传播，在到达被测物体时被反射返回，由接收器接收，其往返时间为t，由s=vt/2即可算出被测物体的距离。报告内容包括：单片机控制主程序、中断子程序、延时子程序和超声波发射、接收电路以及主电路。二、对本课程设计的分析2.1总体设计方案介绍2.1.1超声波测距原理发射器发出的超声波以速度v在空气中传播，在到达被测物体时被反射返回，由接收器接收，

3、其往返时间为t，由s=vt/2即可算出被测物体的距离。由于超声波也是一种声波，其声速v与温度有关，下表列出了几种不同温度下的声速。在使用时，如果温度变化不大，则可认为声速是基本不变的。表1-1超声波波速与温度的关系表温度（℃）-30-20-100102030100声速（m／s）313319325323338344349386表1-12.1.2超声波测距仪原理框图如下图单片机发出40kHZ的信号，经放大后通过超声波发射器输出；超声波接收器将接收到的超声波信号经放大器放大，用锁相环电路进行检波处理后，启动单片机中断程序，

4、测得时间为t，再由软件进行判别、计算，得出距离数并送LED显示。共16页第-16-页超声波发射器放大电路超声波接收器放大电路锁相环检波电路定时器单片机控制显示器图1-1超声波测距仪原理框图2.2系统的硬件结构设计硬件电路的设计主要包括单片机系统及显示电路、超声波发射电路和超声波检测接收电路三部分。单片机采用AT89S51或其兼容系列。采用12MHz高精度的晶振，以获得较稳定时钟频率，减小测量误差。单片机用P1.4端口输出超声波换能器所需的40kHz的方波信号，利用外中断P3.3端口监测超声波接收电路输出的返回信号。显

5、示电路采用简单实用的4位共阳LED数码管，用9012驱动。2.2.151系列单片机的功能特点及测距原理2.2.1.151系列单片机的功能特点5l系列单片机中典型芯片(AT89S51)采用40引脚双列直插封装(DIP)形式，内部由CPU，4kB的ROM，256B的RAM，2个16b的定时／计数器TO和T1，4个8b的工／O端I：IP0，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内的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泛的用途，在便携式、省电及特殊信息保存的仪

6、器和系统中更为有用。 5l系列单片机提供以下功能：4kB存储器；256BRAM；32条工／O线；2个16b定时／计数器；5个2级中断源；1个全双向的串行口以及时钟电路。空闲方式：CPU停止工作，而让RAM、定时／计数器、串行口和中断系统继续工作。掉电方式：保存RAM的内容，振荡器停振，禁止芯片所有的其他功能直到下一次硬件复位。5l系列单片机为许多控制提供了高度灵活和低成本的解决办法。充分利用他的片内资源，即可在较少外围电路的情况下构成功能完善的超声波测距系统。2.2.1.2单片机实现测距原理单片机发出超声波测距是通过

7、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S＝Ct／2，式中的C为超声波波速。限制该系统的最大可测距离存在4个因素：超声波的幅度、反射的质地、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的可测距离。由于超声波属于声波范围，其波速C与温度有关。共16页第-16-页一、主要电路模块的实现方案比较及选择3.1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74SL04和超声波发射换能器Lf构成，单片机P1.

8、4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。图3-1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。超声波换能器内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，