基于AT89C51单片机超声波测距仪的设计.doc

基于AT89C51单片机超声波测距仪的设计 BASED ON AT89C51 ULTRASONIC RANGEFINDER DESIGN 学生姓名 学院名称 专业名称 指导教师 摘要 超声波是一种在弹性介质中的机械振荡，它是由与介质相接触的振荡源所引起的，其频率在20000Hz以上。由于它有指向性强、方向性好、传播能量大、传播距离较远等特点，因此常用于测量物体的距离。 本文介绍了基于AT89C51单片机的超声波测距仪的软硬件设计，整个采用模块化设计，由主程序、预置子程序、发射子程序、接收子程序、显示子程序等模块组成。信号经单片机综合分析处理，实现超声波测距仪的各种功能。1 绪论 1 1.1 研究背景 1 1.2 研究内容 1 2 相关知识 2 2.1 超声波发生器 2 2.2.单片机的任务 2 2.3 AT89C51单片机主要特性和引脚功能 2 3理论分析与计算 5 3.1测量与控制方法 5 3.3超声波测距误差分析 6 4系统硬件电路设计 8 4.1单片机系统及显示电路 8 4.1.1 74LS244的简介 9 4.2超声波发射电路 9 4.3超声波监测接收电路 10 4.4显示电路原理 11 5系统软件设计 12 5.1主程序 12 5.2超声波发生子程序和接收子程序 13 5.3 超声波的接收与处理 14 6单片机系统的可靠性 15 6.1测试单片机系统的可靠性 15 6.2单片机的抗干扰性 15 7软硬件调试 16 7.1调试 16 7.2提高精度的方案及系统设计 16 8系统的扩展 18 8.1 DS18B20的简介 18 8.11DS18B20的主要特性 18 8.12 DS18B20的外形和内部结构 18 8.13 DS18B20的工作原理 19 8.14 DS18B20有4个主要的数据部件 19 8.2 DS18B20与单片机的连接 20 8.3 DS18B20与51单片机的连接程序 21 结论 27 致谢 28 参考文献 29 附录 30 附录1电路原理图 30 附录2程序源代码 31 1 绪论 1.1 研究背景 由于社会不断进步发展，传统的测距方法无法满足的需求，例如在井深，液位，管道长度等场合。还有在很多要求实时测距的情况下，传统的测距方法也很难完成测量的任务。于是，一种新的测距方法诞生了---超声波可用于非接触测量，具有不受光、电磁波以及粉尘等外界因素的干扰的优点，是利用计算超声波在被测物体和超声波探头之间的传输来测量距离的，对被测目标无损害。而且超声波传播速度在相当大范围内与频率无关。超声波的这些独特优点越来越受到人们的重视。目前对于超声波精确测距的需求也越来越大，如油库和水箱液面的精确测量和控制，物体内气孔大小的检测和机械内部损伤的检测等。在机械制造，电子冶金，航海，宇航，石油化工，交通等工业领域也有广泛地应用。此外，在材料科学，医学，生物科学等领域中也占具重要地位。具有不受光、电磁波以及粉尘等外界因素的干扰的优点，而且超声波传播速度在相当大范围内与频率无关P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置