1、 存档日期： 存档编号： 本科生毕业设计（论文） 论 文 题 目： 基于单片机的超声波测距仪 姓 名： 学 号： 108321015 系 别： 机电工程系 班 级： 机制 专 业 ： 机械设计制造及其自动化 指 导 教 师： 江苏师范大学科文学院教务处印制 江苏师范大学科文学院毕业设计（论文）任务书 专业 机械设计制造及其自动化 班级 12 机制 Z 姓名 一、 设计题目： 基于单片机的超声波测距仪 二、 设计任务要求及主要原始资料： 1、 设计制作超声波测距仪模型； 2、 编写调试程序； 3、 完成实物及程序的调试并使其正确的运行； 4、 编写毕业设计说明书； 5、 修改毕业设计说明书； 6
2、、 准备答辩。 三、设计时间： 2014 年 3 月 14 日 至 2014 年 6 月 3 日 指导教师： （签名） 教学院长： （签名） I 摘 要 随着科技的发展、自动化程度的提高以及电子产品的普及，电子测距产品也走进了人们的视野。相对于普通的测量工具，它具有数字式显示、测距精准以及可智能化控制等优点。 本系统是利用 STC89C52 单片机和超声波测距模块进行设计制作的智能化测距仪，主要实现距离的检测、数字式显示，以及超限报警等 功能。基于单片机的超声波测距仪是以单片机为控制核心，通过超声波测距模块对被测物体发射超声波，利用超声波在空气中的传播速度和发射到接收到超声波所用时间计算得到距
3、离。测距原理简单、容易实现，并且在生产生活中可以得到广泛使用和推广，具有实际性意义。 关键词： 单片机 STC89C52， 超声波传感器， 基于单片机的超声波测距仪。 II Ultrasonic ranging Abstract： With the development of science and technology, the improvement of automation and the popularity of electronic products, electronic product range also went into peoples horizons. Compa
4、red with the common measuring tool, it has a digital display, ranging precision and intelligent control, etc. This system is using STC89C52 MCU and ultrasonic ranging module to design the intelligent range finder, mainly realize the distance detection, digital display, and transfinite alarm and othe
5、r functions. Based on single chip ultrasonic range finder based on single chip microcomputer as control core, the object to be measured by the ultrasonic ranging module of launch ultrasonic wave, using the ultrasonic velocity in air and launch time to calculate the distance used to receive the ultra
6、sonic. Ranging principle is simple, easy to implement, and can be widely used in production and life and the promotion, has practical significance. Key words: microcontroller STC89C52, ultrasonic sensors, ultrasonic range finder based on singlechip. 目 录 摘 要 . I Ultrasonic ranging . II 第一章 绪论 . 1 1.1
7、 需求分析 . 1 1.2 可行性分析 . 2 第二章 单片机的概述 . 3 2.1 单片机的含义及组成 . 3 2.2 单片机的发展 . 4 2.3 单片机的特点 . 4 2.4 单片机的应用 . 5 第三章 基于单片机的超声波测距仪总体设计方案 . 6 3.1 超声波测距仪的系统设计 . 6 3.2 主控制器 . 6 3.3 显示电路 . 7 3.4 超声波测距模块 . 8 3.4.1 HC-SR04 超声波测距模块的特性 . 8 3.4.2 HC-SR04 超声波测距模块的引脚 . 8 3.4.3 HC-SR04 超声波测距模块的工作原理 . 9 3.4.4 超声波时序图 . 10 3.
8、4.5 HC-SR04 超声波测距模块的电路设计 . 10 第四章 基于单片机的超声波测距仪的硬件设计 . 12 4.1 电源指示灯电路 . 12 4.2 单片机主板电路 . 12 4.2.1 时钟电路 . 12 4.2.2 复位电路 . 13 4.3 数码管显示电路 . 13 4.4 距离测量电路 . 14 4.5 蜂鸣器电路 . 15 4.6 系统原理电路 . 16 第五章 基于单片机的超声波测距仪的软件设计 . 17 5.1 主程序 . 17 5.2 距离测量子程序 . 18 5.3 距离显示子程序 . 21 5.4 超限距离调节子程序 . 22 5.5 超限报警子程序 . 25 总结
9、. 27 致谢 . 27 展望 . 27 附录 A . 28 附录 B . 29 参考文献 . 36 江苏师范大学本科生毕业设计 基于单片机的超声波测距仪设计 1 第一章 绪论 本文主要讲解的是基于单片机的超声波测距仪，它是以 STC89C52 为核心，以超声波测距模块为距离传感器的测距产品，其应用范围广泛，融入到各行各业。 1.1 需求分析 超声波测距仪广泛被用在建筑、工业生产、日常生活、军事、灾难搜救、 水文液位测量、现场的位置监控、车辆倒车 避障 、移动机器 人 探测定位 等领域，是智能化产业中的杰出产品。传统的测距仪器是普通的尺子，虽然它的价格十分便宜，但它的局限性很多，使用不方 便，
10、并且很多地方无法测量。 超声波测距仪是以单片机为核心，以超声波测距模块为基础，具有使用方便、操作简单、局限性少、精度高、测量范围大，并且可以数字显示出测量距离等特点，给人们的生产生活，以及灾难搜救，军事等带来了巨大的方便。 需求报告： 名称：超声波测距仪 功能：测量并显示距离，也可以作为距离控制器，距离报警器。 性能： 3mm距离偏差。 输入：一个是设定键 , 一个加键，一个减键，用来调节报警距离。 输出：距离显示，超限报警。 基于单片机的超声波测距仪的未来 21 世纪，单片机已经普遍应用与生产生活 各个方面。超声波测距仪作为其中产品已经受到广大社会的认可和欢迎。 超声波测距仪是一种非接触式测
11、距仪，避免了很多测量上的局限，而且受到外界影响很小，在粉尘污染、潮湿、高温、有腐蚀气体等恶劣的环境中也可以正常使用，同时其系统具有高稳定性，高可靠性，以及使用寿命长等优点。 在科技前沿，不少研究人员利用超声波测距自动化控制使机器人避障行走，这在灾害救援上起着重要的作用；在汽车倒车距离报警上的作用也是举足轻重的。 基于单片机的超声波测距仪作为自动化控制的产品跟的上科技的步伐，走的进人们的生产生活，称得上是科技发展的必 需品。并且可以不断完善、不断的突破，可以江苏师范大学本科生毕业设计 基于单片机的超声波测距仪设计 2 应用于更广、更前卫的事业中去。 1.2 可行性分析 可行性分析包括元器件的使用
12、和购买是否方便、产品的开发是否存在技术难题和市场需求等。 （ 1）基于单片机的超声波测距仪，由 STC89C52 单片机、超声波测距模块、 LED数码管等部件组成，元器件价格便宜且通用性强， STC89C52 是 MCS-51 系列中的一种较为普遍的一款单片机，它具备了 51 单片机的优点，又在性能上做了完善和提高。超声波测距模块也已经模块化、标准化，使用起来非常方便。 LED 数码管以及其它附件市场上供货畅通。 （ 2）软件使用 C 语言编写，本设计采用为单片机专门开发了 Keil C 软件进行编程，程序书写方便便、可行性强。研究不存在技术难题。 （ 3）较大市场需求量，效益方面相当可观。超
13、声波测距仪除了测量距离以外，还可以应用于各种距离控制电路和限距报警电路。应用前景广阔。 （ 4）基于单片机的超声波测距仪的特点： 1）价格低廉、灵动性好； 2）使用、操作简单，可以数字显示； 3）自动化控制方便； 4）完善很多测量的局限性； 5）体积小，重量轻，能耗低； 6）可塑性好，可以作为很多大型产品的附件。 江苏师范大学本科生毕业设计 基于单片机的超声波测距仪设计 3 第二章 单片机 的概述 单片机 是 单片 微型计算机 的 简称， 它是将中央处理器、存储器、定时器 /计数器、中断系统、输入 /输出端口等工作部件集成在一块集成电路芯片上的微型计算机（单片机）。单片机在是一种智能化控制器，
14、 现代人类生活中 处处都能看到单片机的产品，智能控制、 MP3、 交通灯、 计算器 、家用电器、 电脑 以及 手机 等都含有 单片机 。它 具有 质量轻、 使用灵活、 体积小、 可靠性高、 价格便宜 等特点 。它 起初应用在 工业控制领域。 现代机电类专业人员必须熟练掌握单片机知识，灵活运用单片机技术。 2.1 单片机的含义及组成 单片机是一个集成化的计算机，是一个小型的控制设备。通常我们把中央处理器（ CPU， Central Processing Unit）、 ROM/RAM、定时器 /计数器等计算机的主要部件集成在一块电路芯片上，这就形成了单片机，如图 2-1 所示。 图 2-1 单片机
15、逻辑结构 从图 1-1 中可以看出，整个单片机的核心部件是 中央处理器（ CPU， Central Processing Unit） 。它通过总线和其它部件连接并进行数据交换，时钟电路给它提供系统工作的时间，以使各个部件统一协调工作。它内部的工作部件有运算器和控制器两大部分，主要功能是完成算数和逻辑的运算与控制。 存储器是单片机系统中具有记忆功能的电子部件，它是由数据存储器和程序存储器组成。数据存储 器主要用于储存程序运行期间所用到的数据信息。 程序存储器 主要用于保存 常数、 应用程序 和表格 ，同时还可以用于保存程序执行时用到的数据 。 单片江苏师范大学本科生毕业设计 基于单片机的超声波测
16、距仪设计 4 机 内部的程序寄存器 可以扩展的地址空间为 64KB。因为内部程序不需要改动，要求稳定性、可靠性要高， 通常 选用 只读存储器 作为单片机内部的程序寄存器的扩充。 定时器 /计数器是单片机 中重要的部件，主要用于实现定时 /计数，并通过定时或计数结果对所要操作的对象进行控制。 串行端口的主要作用是实现了单片机与外设进行数据的交换。 时钟电路主要用于产生单片机工作所需要的时钟信号，它由两个部分组成，分别是振荡器 ALE 信号和时钟发生器。 中断控制系统是单片机为了满足各种实时控制需要而设置的，是重要的输入输出方式。比如定时器 /计数器的溢出、外部接收到中断信号、单片机内部一些突发的
17、事件以及单片机掉电、故障等单片机中断系统进入中断进行处理。在 51 单片机中设有5 个中断源，我们可以通过对 TCON、 SCON、 IE 和 IP 的编程实现对中断的控制管理。 系统总线（ BUS）是计算机各个工作部件之间传送信息的公共通道。 2.2 单片机的发展 1970 年微处理器研制成功后，随后出现了单片机。 早期的单片机都是 4 位或 8位的。 4 位单片机广泛应用于生活用品中，比如智能控制电子玩具、家用电器、计算器等领域。 8 位单片机功能性强，价格适中，软硬件资源丰富，被广泛应用在仪器仪表、工业控制、智能接口等领域。如今在生活中也随处可以看到 51 单片机系列的身影 。 20 世纪 80 年代以后，技术水平大力提升，集成电路的集成度有了很大提高， 16位 单片机 开始问世 ， 在当时高速复杂的控制系统中，通常使用的都是 16 位单片机，但因为 价位过高没有 得到很广泛的应用。 90 年代后 由于 IT技术发展的推动 ， 单片机技术得到了巨大提高。 ARM 处理器 进入主流市场 ，并且得到 广泛应用， 32 位 单片机迅速取代 16 位单片机 受到了人们的亲赖 。 如今大家所使用的智能手机很多都是使用的 ARM 单片机。 2.3 单片机的特点 （ 1） 系统 内部 结构简单，实现模块化； （ 2）体积小、成本低、 环境适应能力强 ； （ 3）抗干扰 能 力 强 ；
