超声波测距毕业论文.doc

1、*学院本科毕业论文（设计） * 学 院 本科毕业论文（设计） 论 文 题 目 超声波测距仪的设计 姓名（学号） （ 20071198） 系 别 机电学院 专 业 电子信息科学与技术 导 师 姓 名 二 一 一 年 六 月 *学院本科毕业论文（设计） 目 录 1、毕业论文正文 2、 *学院本科毕业论文（设计）任务书 3、 *学院本科毕业论文（设计）开题报告 4、 *学院本科毕业论文（设计）中期检查表 5、 *学院本科毕业论文（设计）指导教师意见表 6、 *学院本科毕业论文（设计）评阅教师意见表 7、 *学院本科毕业论文（设计）答辩记录表 *学院本科毕业论文（设计） 超声波测距仪 的设计 作 者

2、指导教师 郑大腾 摘要 ： 本设计采用 以 AT89C52 单片机为核心的低成本、高精度、微型化数字显示超声波测距仪的硬件电路 和软件设计方法。 整个 电路 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。 各探头的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。 在此基础上设计了系统的总体方案，最后通过硬件和软件实现了各个功能模块。相关部分附有硬件电路图、程序流程图。 经实验证明，这套系统软硬件设计合理、抗干扰能力强、实时性良好，经过系统扩展和升级，可以有效地解决 汽车倒车、建筑施工工地以及一些工业现场的位置监控 。 Abstract： Thi

3、s design uses the ultrasonic range finder AT89C52 microcontroller as the core of hardware and software design methods. Modular design of the whole circuit from the main program, pre subroutine fired subroutine receive subroutine. display subroutine modules form. SCM comprehensive analysis of the pro

4、be signal processing, and the ultrasonic range finder function. On the basis of the overall there are system design, hardware and software by the end of each module. The research has led to the discovery that the software and hardware designing is justified, the anti-disturbance competence is powerf

5、ul and the real-time capability is satisfactory and by extension and upgrade, this system can resolve the problem of the car availably, building construction the position of the workplace and some industries spot supervision. 关键字：单片机 超声波 测距仪 *学院本科毕业论文（设计） 目 录 1 绪 论 . 1 1.1 选题背景及研究意义 . 1 1.2 研究步骤、方法

6、.2 2 设计方案 .4 2.1 设计的目的和要求 .4 2.2 系统的工作原理 .5 3 系统硬件电路的设计 .7 3.1 单片机简介 .7 3.1.1 单片机的发展与 应用 .7 3.1.2 AT89C52 单片机的概述 .8 3.2 超声波传感器 .12 3.3 超声波接收电路 .13 3.4 超声波接收电路 . 14 3.5 LED 码管 . 15 4 设计原理及工作说明 .17 4.1 计原理图及分析 . 17 4.2 设计说明 .18 结束语 . 19 参考文献 .20 附录一 超声波测距仪电路图 .21 附录 二 超声波测距仪汇编程序 .24 *学院本科毕业论文（设计） 第 1

7、页 1 绪论 随着科学技术越来越广泛地使用 ,科技成果的迅速发展，给人民的日常生活，给我们的生活方便了许多。超声波测距仪， 就 是本着这个宗旨，利用超声波功能为我们服务。 1.1 选题背景及研究意义 人们可以听到声音的振动产生的原因是对象，在为 20Hz - 20kHz 的，超过 20KHZ 的范围称为超声，低于 20Hz 的叫次声的频率。超声波频率用于千赫，几十兆赫不等。由于超声波指向性，往往用于距离测量。利用超声波检测往往更快速，方便，计算简单，易于做到实时控制和测量精度可以达 到工业的实际要求标准了，因此在移动机器人，汽车安全，海洋测绘等得到广泛应用范围。这种设计提供了一系列数字显示装置

8、，该装置使用单独的发送和接收超声波传感器和单片机。超声波传感器在发射和接收操作，利用空气中的速度和声波脉冲发射到接收反射脉冲来计算的距离之间的距离障碍超声波的时间间隔。 这种设计使在前面的障碍距离测量，被测物体距离的增加和减少，数码管显示不同的值。用超声波检测距离，设计更加方便，计算也比较简单，在测量精度方面能达到我们的日常需要。超声波用于倒车，建筑工地以及一些工业现场监控位置测距仪也可以使用， 例如的水平，深度，管长度测量的场合。 这种设计是 要求非接触式测距 ， 本人 设计了一个项目的设计。该设计可广泛用于生活、军事等各个领域，该设计需要设计者有较好的数电、模电知识，并且具有一定的编程能力

9、，综合运用以上知识实现对超声波发射与接收信号进行控制 ，计算，处理 最后 在 LED 数码管显示。测量范围： 0.5m 12.0m,测量精度 0.1m，不与被测物体直接接触测量，可显示清晰，稳定的测量结果。 通过我在大学四年的努力学习，得到了能够获得的专业知识，已经有电路原理，模拟电子技术，数字电子技术，专业知识和 微控制器和接口技术，检测与转换，编程知识和能力一定程度上为了使用到的知识服务社会，运用他们的知识，所以我选择 这个 主题。 1.2 研究步骤、方法 （ 1） 硬件电路的设计 : 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 四 部分 。 超声波传感

10、器的原理及应用： 超声波传感器分为集成与独立的发送和接收到两种。本设计采用超声波传感器发射接受分离式。（ 2） 单片机的应用及语言： 比较 常用的单片机有 INTEL 公司的 MCS-51 系列单片机，有两大系列 MCS-51 子系列和 MCS-52 子系列及 ATMEL 公 司 AT89C 系列单片机，有 4 种型号： AT89C51、*学院本科毕业论文（设计） 第 3 页 AT89C52、 AT89C1051、 AT90C2051。软件的实现何以用 C 语言或汇编语言来实现。本设计考虑到功能和成本选取了 AT89C52 单片机做控制器 。 （ 3） 显示器：液晶显示 我们 可以使用北京精电

11、蓬远显示技术有限公司的 MDLS 16265B 液晶LCD 显示器或者 八 段数码管 LED。本设计选用 八 段数码管 LED 做显示器件 。 （ 4） 超声波测距的范围和精度：由于实际需要和传感器的性能限制，测距都要有一定的范围和精度，所以在设计测距仪时应该考虑这两方面的技术要求。本设 计选取的传感器要能达到要求的测量范围和精度 。 二 .软件的设计 超声波测距仪的软件设计主要由主程序，子程序超声 发射 ，超声波接收中断程序和显示子程序。我们知道， C 语言程序有利于更复杂的算法，汇编语言编程 效率高，精确计算运行时间，汇编语言程序设计简单。 这个设计采用的是汇编语言。 *学院本科毕业论文（

12、设计） 第 4 页 2 超声波智能测距仪系统的 设计方案 2 1 超声波智能测距仪系统 设计的目的和要求 1、 智能超声波测距系统的目的是：这种设计的主题是智能超声波测距仪的设计，我们可以看到设计目标是利用超声波传感器测量距离。 随着超声波测量距离的超声波发生器原理的超声波发送信号，当超声波反射回来后，经历了被测对象是超声接收者接收时间是 T。这是计算只要超声波信号发送到接收器从返回信号所用的时间，可以计算出超声波发生器和从物体反射 。 距离计算公式 ： d=s/2=(ct)/2 （ 2-1） 其中， d 为被测物与测距仪的距离， s 为声波的来回的路程， c 为声速， t 为声波 往返 所用

13、的时间。 要 设计出超声波智能测距仪，首先 要让超声波传感器发 射部分发射超声波信号的 时候 让定时器 0 计时； 再 要让超声波传感器接受部分接受超声波信号的 时候 让定器停止计时； 最后要使计时的时间转换为测量的距离， 并且要 达到一定的精度。在这个设计中在发射超声波信号的同时打开了总中断，用定时器 0计时，接受超声波信号的时，用外部中断 0 关闭总中断，这时 定时器 0中断停止计时，定时器 0 中断定时时间定为 294US（超声波传播 经过 0.1m 所需要的时间）来计数。这样可以把测量的时间转化为测量的距离值，又可以使测量达到所需要的精度。 在本设计里 需要使用 用到的超声波传感器和

14、AT89C52 单 片机、超生波发射和接收电路、LED 数码管、相关驱动电路将在后面 介绍。 2、 超声波智能测距仪系统设计的要求 ： （ 1）设计控制电路、技术实现方式 使 用单片机控制。 （ 2）采用超声波 测距 方式实现。 （ 3）采用 LED 数码管显示 结果 。 2 2 超声波智能测距仪系统 的工作原理 距离的超声波测距方法的原理通常使用 时间差。首先测量从发射超声波遇到障碍后返回按时间，通过对超声声速的两倍乘以声源与障碍物之间的距离。声波智能测距仪设计测量装置利用超声波传感器，与单片机处理，最后通过 LED 数码管显示测量值之间的距离 。智能超声波测距仪由四个部分组成，包括微控制器

15、，超声波传感器和数字控制。 *学院本科毕业论文（设计） 第 5 页 由上图 2.1 可以看出，硬件电路设计主要包括单片机系统，超声波发射器和超声波接收器，显示电路四部分组成。或者用 AT89C52 单片机微控制器系列兼容系列代替。单片机对超声波发射器进行控制，超声波接受器把检测的信号输入到单片机中，然后通过内部程序传输的信号进行分析，计算和处理，由 LED 数码管显示测量距离的最终值。 超声波测距仪的软件设计主要由主程序、超声波发生子程序、超声波接收中断程序及显示子程序组成。 设计中单片机内的 程序开了定时器 0 中断和外部中断 0，使定时器工作在方式 2 状态，使 THO=6DH ， TL0

16、=6DH，每过 294US（超声波传播 0.1m 所需要的时间）中断一次 ,到到对测量距离计数 ,外部中断 0 接受到超声波回波时 ,外部中断 0 产生中断 ,使定时间 0停止计时 . 定时器 0定时初值的推导 : T=0.1%340=0.000294S=294US (2-2) T为定时器设置的定时时间 . 因为在晶振 6MHZ 时 ,机器周期为 2US.超声波传播 0.1M 需要的机器周期数为 N=294%2=147 (2-3) 由此可以知道 ,定时器 0使用方式二的 8位自动重装计数器即可 ,T0 的定时初值为 X=M-N=256-147=109D=6DH (2-4) *学院本科毕业论文（

17、设计） 第 6 页 3 超声波智能测距仪系统 硬件电路的设计 3.1 单片机简介 单片机，亦称单片微电脑 或单片微型计算机（ Single Chip Microcomputer）。 它 是中央处理单元（ CPU），随机存取存储器（ RAM 或 EPROM， EEPROM）中，只读存储器（ ROM），定时器 /计数器，输入 /输出端口（ I/ 0）和其他主要功能集成到在一个集成电路计算机芯片的微型计算机。目前，有一种微控制器 A/ D 和 D/ A 转换器， 高速输入 /输出单元， DMA 通道，浮点运算和其他特殊功能的新类型。 3.1.1 单片机的发展与应用 1974 年，美国仙童 (Fair

18、child)公司研制的世界上第一个单芯片微型计算机 F8。本机有两个集成电路芯片，结构奇特 ,具有与众不同的指令系统 ,深受民用电器和仪器仪表领域的欢迎和重视。自此，开始了单片机的发展也在不断扩大。现成为 微型计算机，单片机开发过程中的重要分支，通常可以分为以下的发展过程划分。 （ 1） 第一代 4 位单片机 (1974-1976)：这是 单片机 的初级阶段。单片机在此期间生产的特点是集成制造工艺落后，双片形式使用。典型的代表产品有 Fairchild 公司的 F8 和 Mostek387公司的 3870 等 （ 2） 第二代低档 8 位单片机 (1976-1978)：这是微控制器的第二个发展

19、阶段。而生产微控制器这个时代已经能够在单芯片上集成的 CPU，并行端口，定时器， RAM 和 ROM 等特点，但性能低，品种少，不是很广泛的应用，英特尔的典型产品公 司的 MCS - 48系列机器。 （ 3） 第三代高档 8 位单片机 (1979-1982)：这是成熟的单片机阶段。这种单片机的产生和前几代相比，不仅解决了存储容量和范围，并中断源，并行 I / O 端口，定时器 /计数器的数量不同程度增加，更先进的是新的集成全双工串行通讯接口电路。在指令中，一般将乘法和除法和比较指令。在此期间，供应链管理的全系列产品，满足了各种不同领域的需要。代表产品有 Intel公司的 MCS-51系列机 ,

20、Motorola公司的 MC6801系列机 ,TI公司的 TMS7000系列机 ,此外 ,Rockwell,NS,GI 和日本松下等公司也先后生产了自己的单片机系列 （ 4） 16 位单片机（ 1982 1990 年） （ 5） 新一代的单片机（自 90 年代以来） 供应链管理已经成为更广泛的应用范围： 1）控制系统。 2）智能电表。 3）机电一体化。 4）智能接口。 5）智能民用产品。 6）配电系统的功能。 7）功能集散控制系统。 8）局部网络系统。 中国于 1982 年开始使用单片机的短短五年中的最新发展极为迅速。截至今天，单片机应用技*学院本科毕业论文（设计） 第 7 页 术的飞速发展，

21、据统计，我国的单片机年容量已达 1 3 亿片，且每年以大约 16%的速度增长，但 相比于中国的世界市场份额不到 1。特别是在玩具厂等生产产品的沿海地区，大多采用微控制器，并继续向内地辐射，所以在中国供应链管理有一个广阔的前景。 3.1.2 AT89C52 单片机的概述 AT89C52引脚结构 图 3.1 AT89C52引脚结构 功能特性描述 : 与 MCS-51单片机产品兼容 、 8K字节在系统可编程 Flash存储器 、 1000次擦写周期 、 全静态操作： 0Hz 33Hz、 三级加密程序存储器 、 2个可编程 I/O口线 、 三个 16位定时器 /计数器 、八个中断源 、 全双工 UART串行通道 、 低功耗空闲和掉电模式 、 掉电后中断可唤醒 、 看门狗定时器 等 AT89C51引脚功能描述 VCC : 电源 GND: 地 P0 口 ： P0口是一个 8位漏极开路的双向 I/O口。作为输出口，每位能驱动 8个 TTL逻辑电平。对P0端口写“ 1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时， P0口也被作为低