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目 录
TOC \o 1-3 \h \u 1 绪论 1
1.1 选题背景及目的 1
1.2 超声波介绍及其应用领域 1
1.3 本设计的主要研究内容 2
1.3.1 超声波测距的原理 2
1.3.2 两种测距方案的选择 3
2 AT89C51单片机简介 5
2.1 单片机基础知识 5
2.1.1 单片机的内部结构 5
2.1.2 单片机的基本工作原理 7
2.2 单片机的分类及发展 8
2.3 单片机AT89C51的特性 9
3 超声波传感器 14
3.1 超声波传感器的原理及特性 14
3.1.1 超声波传感器的原理 14
3.1.2 超声波传感器的特性 15
3.2 超声波传感器的检测方式 17
3.3 超声波传感器系统的构成 18
3.4 超声波传感器系统主要参数的确定 18
3.4.1 测距仪的工作频率 18
3.4.2 声速 19
3.4.3 发射脉冲宽度 19
3.4.4 测量盲区 19
4 超声波测距硬件电路设计 21
4.1 超声波测距系统电路总体设计方案 21
4.2 超声波测距系统电路各部分模块的设计 22
4.2.1 超声波发射电路 22
4.2.2 超声波接收电路 23
4.2.3 温度补偿电路 24
4.2.4 显示模块 25
4.2.5 复位电路 28
4.2.6 时钟电路 28
4.2.7 最小系统电源 29
5 系统的误差分析 31
5.1 声速引起的误差 31
5.2 单片机时间分辨率的影响 32
6 超声波测距系统软件设计 33
6.1 显示子程序 34
6.2 外部中断子程序 35
6.3 测量温度子程序 36
参考文献 44
附录A 45
附录B 46
1 绪论
1.1 选题背景及目的
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，越来越被人们所重视。本设计的超声波测距仪，可以对不同距离进行测试，并可以进行详尽的误差分析。对本设计的研究与设计，还能进一步提高自身的电路设计水平，深入对单片机的理解和应用。
超声波传感器模块在测量方面有着广泛、普遍的应用。利用单片机控制超声波检测模块往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，并且测量精度较高。
超声波测距系统主要应用于汽车的倒车雷达、机器人自动避障行走、建筑施工工地以及一些工业现场例如：液位、井深和管道长度等场合。因此研究超声波测距系统的原理有着很大的现实意义。
1.2 超声波介绍及其应用领域
当物体振动时会发出声音。科学家们将每秒钟振动的次数称为声音的频率，它的单位是赫兹。人类耳朵能听到的声波频率为20～20K赫兹。当声波的振动频率大于20K赫兹或小于20赫兹时，人们便听不见了。因此，把频率高于20K赫兹的声波称为“超声波”。通常用于医学诊断的超声波频率为1～5兆赫。超声波具有方向性好，穿透能力强，易于获得较集中的声能，在水中传播距离远等特点。可用于测距，测速，清洗，焊接和碎石等。在医学，军事，工业以及农业上有明显的作用。
理论研究表明，在振幅相同的条件下，一个物体振动的能量与振动频率成正比，超声波在介质中传播时，介质质点振动的频率很高，因而能量很大。在我国北方干燥的冬季，如果把超声波通入水罐中，剧烈的振动会使罐中的水破碎成许多小雾滴，再用小风扇把雾滴吹入室内，就可以增加室内空气湿度.这就是超声波加湿器的原理。
应用领域
1．机械行业：防锈油脂的去除；量具刃具的清洗；机械零部件的除油除锈发动机、化油器及汽车零件的清洗，过滤器及滤网的疏通清洗等等。
2．表面处理行业：电镀前的除油除锈；离子镀前清洗；磷化处理；清除积炭，氧化皮，抛光膏，金属工件表面活化处理等等。
3．医疗行业：医疗器械的清洗，消毒，杀菌，实验器皿的清洗等等。
4． 仪器仪表行业：精密零件的高清洁度清洗，装配前清洗等等。
5． 机电电子行业：印刷线路板除松香，焊斑；高压触点，接线柱等机械电子零件的清洗等等。
6． 光学行业：光学器件的除油、除汗和清灰等。
7． 半导体行业：半导体晶片的高清洁度清洗。
8． 科教文化：化学生物等实验器皿的清洗和除垢。
9． 钟表首饰：清除油泥、灰尘、氧化层和抛光膏等。
10．石油化工行业：金属滤网的清洗疏通、化工容器和交换器的清洗等等。
11．纺织印染行业：清洗纺织锭子和喷丝板等。
12．其它：
超声清洗：清除污染物，疏通细小孔洞，如：清洁印章，古董修复和汽车电喷头疏通等。
超声搅拌：加快溶解，提高均匀度，加快物理化学反应
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