专业综合设计课程设计-单片机测距系统汇.doc

专业综合设计 题目： 姓名：成 班级： 学号： 指导老师： 摘 要：超声波由于其指向性强、能量消耗缓慢、传播距离较远等优点,而经常用于距离的测量,如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现.目 录 绪 论 1 1.1 超声波测距系统在国内外的发展状况 1 1.2 本文的主要内容 2 二．系统的组成和工作原理 2 2.1 超声波测距系统设计思路 2 2.2 系统的工作原理 3 三．硬件设计 4 3.1 AT89C51单片机 4 3.1.1 AT89C51的主要特性： 4 3.1.2 AT89C51管脚说明 5 3.2 时钟电路的设计 6 3.3 复位电路的设计 6 3.4 发射电路的设计 7 3.4.1发射电路的结构 7 3.4.2 反相器74LS04 7 3.5接收电路的设计 7 3.6 显示电路的设计 9 3.6.1显示电路的结构 9 3.6.2 LED数码管 10 四．软件设计 11 4.1 主程序 11 4.2 超声波产生子程序 11 4.3 数据读取和储存 12 4.4延时子程序 12 4.5 显示子程序 13 五．结论 14 六．体会和展望 14 参考文献 15 附录1 16 附录2 17 绪 论 1.1 超声波测距系统在国内外的发展状况 一般认为，有关超声波的研究最初起始于1876年F.Galton的气哨实验，这是人类首次有效产生的高频声波。在之后的三十年中，超声波仍然是一个鲜为人知的东西，由于当时电子技术发展缓慢，对超声波的研究造成了一定程度的影响。在第一次世界大战中，法国人Langevin使用一种晶体传感器在水下发射和接收相对低频的超声波。他提出的这种方法可以用来检测水中是否存在潜艇并进行水下通信。1929年，Sokolov首先提出用超声波探查金属物内部缺陷的建议。1931年Mulhauser获准一项关于超声检测方法的德国专利。1934年sokolov首次发表了关于在液体槽子里用穿透法做实物试验的结果，其中一个简单的光学方法观察液体表面由超声波形成的波纹。 超声波测距技术作为检测技术的重要手段之一，在其发展过程中起着重要的作用。八十年代后期，由于计算机技术和高速器件的不断发展，使超声波信号的数字化采集和分析成为可能。目前国内也相继出现了各种数字化超声波测距设备，并已成为超声波检测的发展方像。厦门大学的某位学者研究了一种回波轮廓分析法。该方法在测距中通过两次探测求取回波包络曲线来取得回波的起点，通过这样处理后超声波传播时间的精度得到了很大的提高。另外，也有大量的文献研究采用了数字信号处理技术和小波变换理论来提高传输时间的精度。这些处理方法都取得了较好的效果。 目前国内外在超声波检测领域都向着数字化方向发展，数字化超声波测距系统的发展速度很快。国内近几年也相继出现了很多数字式超声波仪器和分析系统。随着测距技术研究的不断深入，对超声测距系统功能要求越来越高。 1.2 本文的主要内容 本论题是设计一个单片机测距系统。利用超声波的反射特性，即遇到障碍后超声波能够返回原地，前后的连接环节是由一对超声波传感器来完成；用单片机AT89C51的定时器来实现定时环节，记录超声波发射到返回的时间；用动态扫描法实现LED数字显示；本文对超声波测距系统的硬件设计，软件设计逐步展开分析。 二．系统的组成和工作原理 2.1 超声波测距系统设计思路 超声波测距系统包括了超声波的发射与接收系统，显示系统。其结构框图如图2-1所示： 图2-1 超声波测距系统能够在必要的时候通过单片机控制发射电路发射超声波，超声波向前传播。当超声波遇到障碍物时会反射回来，由接收电路接收。接收电路会把信号传送到单片机中，由单片机进行相关的数据处理。所得的结果通过LED数码管显示出来。在此过程中，如果发射装置与障碍物之间有相对运动，那么LED数码管会不断显示两者之间必威体育精装版的距离。 本系统的设计主要分为系统硬件电路的设计和系统软件程序的设计两部分。系统硬件电路部分由单片机最小系统模块、显示模块、时钟模块、复位模块组成。单片机为系统主控芯片，超声波传感器作为测量器件，通过单片机进行程序处理，最后通过显示模块显示出测量的距离。系统软件程序部分采用模块设计方法。整个系统由主程序、系统初始化子程序、超声波发射程序、超声波结束程序、显示程序等模块组成。 2.2 系统的工作原理 超声波发射器向某个方向发射超声波，在发射的同时开始计时，超声波向前传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。假设超声波在空气中的传播速度为v，根据计时器记录的时间t，发射点距障碍物的距离H，如图2-2所示： 图2-2 超声波测距原理 图2-2中被测距离为H，两探头中心距离的一半用M表示，超声波单程所走过的距离用L表示，由图中关系可得： H=L