【毕业论文】基于单片机的超声波测距.doc

机电信息工程学院 单片机系统课程设计报告 系： 电子工程系 专 业： 通信工程 班 级： 071班 设计题目： 超声波测距 学生姓名： 指导教师： 完成日期：2010年5月28日 目 录 一、设计任务和性能指标 2 1.1设计任务 2 1.2性能指标 2 二、设计方案 3 三、系统硬件设计 4 3.1单片机最小系统 4 3.2 超声波发射电路 4 3.3 超声波检测接收电路 5 3.4.温度补偿电路 6 3.5显示电路 7 四.系统软件设计 8 4.1 主程序设计 8 4.2 温度补偿子程序 8 五.调试及性能分析 10 5.1调试步骤 10 5.2 性能分析 10 六.心得体会 11 参考文献 12 附录1 系统硬件电路图 13 附录2 程序清单 14 一、设计任务和性能指标 1.1设计任务 利用单片机及外围接口电路(键盘接口和显示接口电路)设计制作一个含有温度补偿的超声波测距仪器，用LED把环境温度和测距仪距被测物的距离显示出来。 要求用AD6.0 画出系统的电路原理图，印刷电路板，绘出程序流程图，并给出程序清单。 1.2性能指标 距离显示：用三位LED数码管进行显示（单位是CM） 环境温度：用三位数码管进行显示温度（绝对温度）。 测距范围：5CM到 300CM之间。 键位：复位键 、便携电源开关、USB供电开关，温度显示距离显示 二、设计方案 按照系统设计的功能的要求，初步确定设计系统由单片机主控模块、电源模块、显示模块、键扫描模块、超声波发射模块，超声波接收模块，温度补偿模块共七个模块组成。 主控芯片使用51系列STC89C52单片机，该单片机工作性能稳定，同时也是在单片机课程设计中经常使用到的控制芯片。本设计在接受模块采用了由索尼公司生产的CX2016A红外接收芯片来实现超声波的接收。CX2016A是一款红外线检波接收的专用芯片，常用于电视机红外遥控接收器。考虑到红外遥控常用的载波频率38KHz与测距超声波频率40KHz较为接近，可以利用它作为超声波检测电路。实验证明其具有很高的灵敏度和较强的抗干扰能力。同时通过改变部分参数来改变接受电路的灵敏度和抗干扰能力，所以我们采用该芯片作为接收模块主要组成部分。 发射电路主要采用差分放大电路来实现的，由反相器74LS04和超声波发射换能器T构成，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，用这种推挽形式将方波信号加到超声波换能器的两端。之所以采用该方案是因为通过差分放大电路可以提高超声波的发射强度，进而增加了发送距离，最终扩大了设备的测量范围。系统设计框图如图2-1 三、系统硬件设计 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部分。单片机采用或其兼容系列。采用MHz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P1.0端口输出超声波换能器所需的40kHz的方波信号，利用外中断0口超声波接收电路输出的返回信号。显示电路采用简单实用的位共阳LED数码管，段码用74LS2驱动，位码用PNP三极管8550驱动。 3.2 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74LS04和超声波发射换能器T构成，单片机P1.0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。输出端采两个反向器并联，用以提高驱动能力。上位电阻R1O、R11一方面可以提高反向器74LS04输出高电平的驱动能力，另一方面可以增加超声波换能器的阻尼效果，缩短其自由振荡时间。如图3-2。 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，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片会发生共振，并带动共振板振动产生超声波，这时它就是一个超声波发生器；反之，如果两电极问未外加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，这时它就成为超声波接收换能器。超声波发射换能器与接收换能器在结构上稍有不同，使用时应分清器件上的标志。 3.3 超声波检测接收电路 集成电路CX20106A是一款红外线检波接收的专用芯片，常用于电视机红外遥控接收器。考虑到红外遥控常用的载波频率38 kHz与测距的超声波频率40 kHz较为接近，可以利用它制作超声波检测接收电路(如图2-3)。实验证明用CX20106A接收超声波(无信号时输出高电平)，具有很好的灵敏度和较强的抗干扰能力。适当更改电容C4的大