《毕业设计（论文）单片机在汽车倒车系统的应用.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业设计（论文）单片机在汽车倒车系统的应用.doc（26页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、专科毕业设计（论文）设计题目： 单片机在汽车倒车系统的应用 系 部： 电气工程系 专 业： 工企电气自动化 班 级： 工企091301 姓 名： 学 号： 093905130108 指导教师： 职 称： 副教授 2012年6月 南京摘 要本文提出了一种适用于可移动智能机器人定位、测障及简单形体识别的实时、高精度超声测距处理方法。介绍了以单片机实现该方法的超声测距系统，系统由AT89S52单片机、超声波发射电路、超声波接收放大电路、环境温度采集电路及显示电路组成。利用微处理机控制单元(MCU microprocessor control unit)控制的超声测距仪的原理：由MCU控制时间计数，计
2、算超声波自发射至接收的往返时间，从而得到实测距离。并且在数据处理中采用了温度补偿和修正量的调整。此系统具有易控制、工作可靠、测距准确度高和流程清晰等优点。关键词 超声波 测距 换能器 单片机 温度补偿。 AbstractThis paper presents a suitable for mobile intelligent robot obstacle detection and positioning, simple shape recognition of real time, high precision ultrasonic distance measurement processi
3、ng method. Introduced single-chip microcomputer by the method of ultrasonic ranging system, system by the AT89S52 single-chip microcomputer, ultrasonic transmitting circuit, receiving and amplifying circuit, temperature collection circuit and display circuit.The microprocessor control unit, control
4、of ultrasonic distance measurement principle: control by MCU time counting, calculation of ultrasonic emission and reception of the round trip time, so as to obtain the measured distance. In the process of data using the temperature compensation and correction is for volume adjustment. This system h
5、as the advantages of easy control, reliable work, high accuracy location and process clear advantage. Keywords ultrasonic distance transducer single chip microcomputer temperature compensation目 录1. 绪论12. 超声波测距原理12.1 超声波22.2 超声波传感器22.3 测距原理22.4 温度补偿33 AT89S52的功能特点33.1 主要性能参数33.2 功能性概述43.2.1 空闲模式43.2.
6、2 掉电模式54 系统硬件电路设计54.1 单片机与各部分电路的接口54.2 系统显示部分54.4 超声波接收及过零检测电路64.5 系统温度补偿74.5.1 温度传感器DS18B20简介74.5.2 DS18B20内部结构74.5.3 DS18B20温度传感器的存储器84.6 温度测量部分94.7 LCD显示部分94.8 报警部分105 系统软件设计115.1 系统初始化及主程序模块115.2 脉冲信号发射模块115.3 回波接收模块125.4 距离计算模块125.6 系统软件部分146设计中遇到的问题及解决方案156.1 超声波的传播速度随温度变化而变化15结论17致谢18参考文献19附录
7、（子程序）201. 绪论利用超声波作为定位技术是蝙蝠等一些无目视能力的生物作为防御及捕捉猎物生存的手段，也就是由生物体发射不被人们听到的超声波(20kHz以上的机械波)，借助空气媒质传播，由被待捕捉的猎物或障碍物反射回来的时间间隔长短与被反射的超声波的强弱来判断猎物性质和障碍物位置。超声波是由机械振动产生的，可在不同介质中以不同的速度传播。而且超声波的速度相对于光速要小的多，其传播时间就比较容易检测。并且超声波具有定向性好、能量集中、在传输过程中衰减较小、反射能力较强等优点，超声波传感器可广泛应用于非接触式检测方法，因而人类采用仿真技能利用超声波测距。迄今为止，国内外许多学者均着眼于超声应用学
8、测距的研究。与其它方法相比，它不受光线、被测对象颜色等的影响，在较恶劣的环境中(如含粉尘时)具有一定的适应能力；在近距范围内超声测距有其不受光线影响、结构简单、成本低等特点。因此在液位测量、机械手控制、车辆自动导航、物体识别等方面有广泛应用。目前国内一般使用专用集成电路设计超声波测距仪，但是专用集成电路的成本很高。而且没有显示，操作使用很不方便。本文介绍一种以AT89S52或GSM97C2051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 7 。实际使用证明该测距仪工作稳定，性能良好。2. 超声波测距原理超声波系统原理图如下：图1 系统原理框图2.1 超声波
9、与光波不同，超声波是一种弹性机械波，它可以在气体、液体和固体中传播我们知道，电磁波的传播速度为，而超声波在空气中的传播速度为340m/s左右，其速度相对电磁波是非常慢的。超声波在相同的传播媒体里(大气条件)传播速度相同，即在相当大的频率范围内声速不随频率变化，波动的传播方向与振动方向一致，是纵向振动的弹性机械波，它是借助于传播介质的分子运动而传播的，波动方程描述方法与电磁波是类似的2.2 超声波传感器人们为了将超声波应用于实际生活中，已设发明了不同类型的超声波发生器：可分为机械方式和电气方式。从本质上说，超声波发生器即是超声波换能器 3 ：它将不同形式的能量转换成超声波的能量(由发射换能器来完
10、成)和使超声波的能量转换成其它易于检测的能量(由接收换能器来完成)。一般是用电能和超声能量相互转换。电气方式类型包括：压电型、磁质伸缩型和电动型等；机械式方式有气流旋笛、液哨和加尔统笛等。各种类型产生的超声波的功率、频率和声波特性都不相同。目前使用较多的是电气类中的压电型超声波发生器。而压电材料有单晶体的、多晶体复合的，如石英单晶体，钛酸钡压电陶瓷、锆钛酸铅压电陶瓷复合晶体等，这里选用的是压电型超声波传感器T40-12(发射管)和R40-12(接收管)超声波传感器由两块压电晶片和一块共振板组成。当它的两电极加脉冲信号(触发脉冲，脉冲信号越尖越好，电压越高，功率越大，距离越远)，若其频率等于晶片
11、的固有频率时，压电晶片就会发生共振，并带动共振板振动，从而产生超声波。相反，电极间未加电压，则当共振板接收到回波信号时，将压迫两压电晶片振动，从而将机械能转换为电信号，此时的传感器就成了超声波接收器。2.3 测距原理超声波传感器分为机械和电气方式两大类，它超声波传感器分机械方式和电气方式两类，它实际上是一种换能器，在发射端它把电能或机械能转换成声能，接收端则反之。本次设计超声波传感器采用电气方式中的压电式超声波换能器，它是利用压电晶体的谐振来工作的。它有两个压电晶片和一个共振板。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，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，产生超声波。反之
12、，如果两电极间未外加电压，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，就成为超声波接收器。在超声波电路中，发射端输出一系列脉冲方波，脉冲宽度越大，输出的个数越多，能量越大，所能测的距离也越远。超声波测距的方法有多种：如往返时间检测法、相位检测法、声波幅值检测法。本设计采用往返时间检测法测距。其原理是超声波传感器发射一定频率的超声波，借助空气媒质传播，到达测量目标或障碍物后反射回来，经反射后由超声波接收器接收脉冲，其所经历的时间即往返时间，往返时间与超声波传播的路程的远近有关，知道传输时间就可以得出距离。假定s为被测物体到测距仪之间的距离，测得的时间为ts，超声波s为被测
13、物体到测距仪之间的距离，得出的时间为ts，超声波传播速度为vms1表示，则有关系式(1)；s=vt2 (1)。在精度要求较高的情况下，需要考虑温度对超声波传播速度的影响，按式(2)对超声波传播速度加以修正，以减小误差：v=331.4+0607T (2)，式中，T为实际温度单位为，v为超声波在介质中的传播速度单位为ms.2.4 温度补偿目前，大多数的温度测控系统中的温度检测，是利用温度传感器将温度为动力，通过调制电路，由模数转换器转换成数字的后续处理。该电路结构复杂，调试繁琐，精度容易组成；参数的影响这一设计一个温度传感器模块，传感器模块可以直接利用自带的改造。超声波在空气中传播速度的温度的影响
14、很大，为了得到更精确的测量结果，该系统采用了温度补偿方法。采用高精度温度传感器DS18B20的环境温度的测量，通过软件编程的查找表的实用方法去传播超声波，再由单片机计算的准确距离。3 AT89S52的功能特点AT89S52是由爱特梅尔公司是美国生产的低电压，高性能的数字的8位单片机，片含有2字节只读闪光灯可以重复Flash只读程序存储器128字节的随机存取记忆体（内存），该设备使用的高密度非易失性存储爱特梅尔公司，生产技术，电磁兼容标准的MCS - 51指令系统，内置八件通用中央处理器和存储单元，强大的AT89S 52单片机可以为您提供许多高性价比的应用。3.1 主要性能参数2.7-7V的工作
15、电压；全静态操作：0Hz至24MHz；两级加密程序存储器；6个中断源；1288字节内部RAM； 15个可编程I/OKOUXIAN口线； 两个16位定时/计数器；一个可编程串行UART通道；一个可直接驱动LED的输出端口；一个内置模拟比较器。AT89S52功能管脚如图2所示：图2 AT89S52功能管脚图2K字节3.2 功能性概述 AT89S52提供以下标准功能：2k字节可重复擦写闪速存储器，128字节内部RAM，15个I/O口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个双工串行通信口，一个内置的精密比较器，及时钟电路块（振荡器。同时，AT89S 52装置可以减少到0赫兹的静态逻辑操
16、作，并支持软件可选的省电工作模式。免费的方式停止工作的处理器，但允许内存，时间/计数器，串行通信口和中断系统继续工作。掉电方式的内容保存到内存，但振荡器和禁止所有其他停止工作部件工作直到下一个硬件复位3.2.1 空闲模式 在空闲模式下，CPU保持睡眠状态而所有片内的外设仍保持激活状态，这种方式又软件产生。此时，片内RAM和所有特殊功能寄存器的内容保持不变。空闲模可由任何允许的中断请求或复位终止。P1.0和p1.1在不使用外部上拉电阻的情况下应设为“0”，或者在使用上拉电阻的情况下设置为“1”。应注意的是：在用硬件复位终止空闲模式时，AT89C2051通常从程序停止一直到内部复位获得控制之前的两
17、个机器周期恢复程序执行。在这种情况下片内硬件禁止对内部RAM的读写，但允许对端口的访问，要消除硬件复位终止空闲模式对端口意外写入的可能，原则上进入空闲模式指令的下一条指令不应对端口引脚或外部存储器进行访问。3.2.2 掉电模式在掉电模式中，振荡器停止工作，进入掉电模式的文章是最后的指令执行的指令，一块内存和特殊功能寄存器的内容在断电模式终止冻结。出口模式的唯一方法是重置硬件，减少将重新定义所有的特殊功能寄存器但不改变内容的内存，在电压恢复正常工作之前，复位应是无效的，而且必须保持一定的时间来启动和稳定工作的振荡器。串行和p1.1不使用外部电阻应设置为“0”，或在使用时应设置为抗“1”。4 系统
18、硬件电路设计 4.1 单片机与各部分电路的接口本系统是以AT89S52单片机为核心，要实现其对各部分电路的控制和响应。充分利用AT89S52的片内资源 3 ，即可在很少外围电路的情况下构成功能完善的超声波测速系统。系统采用24MHz晶体振荡器，用其来产生40kHz的脉冲信号。LED数据显示部分用外部端口P1口来驱动控制，P1口输出显示信号给译码器CD4511，从而驱动数码管的动态显示。由AT89S52单片机系统产生脉冲宽度为25Os，载波为40kHz的10个脉冲的脉冲群，直接通过P3.7输出，并以推挽形式加到变压器的初级，经升压变换后推动的超声波换能器T40-12发射出去。声波接收换能器将接收
19、到的障碍物反射回来的超声波进到放大器进行放大，用外部中断INT0来接受发射回波 4 ，这样可以及时的接收信号，并做出处理。系统温度补偿部分的电路是用DALLAS最新单线数字智能温度控制器DS18B20来实现的，我们用单片机的串行输入口RXD(P3.0)来接收它输出的信号，并由系统判断处理。4.2 系统显示部分系统显示部分其主要由译码器CD4511来驱动共阴极数码管动态显示，四个共阴极直接用单片机的外部端口P1口来驱动，因系统用到DS18B20作为温度补偿，其需要用到单片机的串行输入口RXD(P3.0)来接收数据，从而限制了串口显示的使用，同时用串口显示需用到好几块译码器，这样也不经济，所以这里
20、我选择用一块译码器(CD4511)来实现显示，用AT89S52的P1.4-P1.7来给CD4511控制信号；又因用到单片机的中断口来接收超声波反射回来的处理信号，这里就也没必要用到系统的自带比较器，且AT89S52可直接驱动LED显示，这里就直接用P1.0-P1.3来驱动数码管的共阴极，从而完成对数码管的显示控制。4.3 超声波发射及驱动电路超声波发射及驱动电路如图3所示：图3 超声波发射部分电路系统采用24MHz晶体振荡器,定时器T1工作在方式2，用其自动赋值功能，系统可以直接由单片机的P3.7输出精确的载波为40kHz的10个脉冲群，其脉冲宽度为25Os，并以推挽形式加到变压器的初级，经升
21、压变换后，送到超声波换能器T40-12，当它的两电极加脉冲信号频率等于晶片的固有频率时，压电晶片就会发生共振，并带动共振板振动，从而产生超声波；脉冲信号越尖越好，电压越高，功率越大，距离越远式图中用的脉冲变压器，就是用来提高发射功率的。4.4超声波接收及过零检测电路图4 超声波测距接收部分电路图测出回波和发射脉冲之间的时间间隔，利用S=Ct/2就可以算出距离，再在数码管上显示出来。超声波接收换能器将接收到的障碍物反射回来的超声波进到放大器进行放大，OP07是一个高增益、低噪声放大器，在对放大后的信号进行检渡后将检测回波送到精密比较器LM339发射-”端，其“+”端接电平“0”，这样，在有信号接
22、收的时候，精密比较器的输出为“0”，从而给单片机发出一个中断信号，单片机关闭定时器T0，并读取定时器中算出来的距离数据。即完成一次测距，再通过显示刷新，在数码管上显示出来。4.5系统温度补偿4.5.1温度传感器DS18B20简介DS18B20是DALLAS最新单线数字温度传感器。DS18B20为“一线器件”，体积更小、更适用，电压更宽、更经济，达拉斯半导体公司的数字温度传感器是世界第一个支持“一线总线温度传感器接口”。一个总线独特的经济特性，用户可以很容易地建立一个网络传感器测量系统，推进测量系统的建设。测量温度范围为-55+125，在-10+85范围内,精度为0.5。现场温度直接以“一线总线
23、”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰能力，适用于恶劣环境的温度测量，如：环境控制，设备或过程控制，温度测量的消费电子产品。与上一代产品不同的是，新产品支持3v-5.5伏电压范围，使系统设计更加便捷，同时与新一代相比更加便宜实用。DS18B20特性： 程序可以设定912位的分辨率，精度为0.5，所以可以选择一个小包装，更宽的电压范围。分辨率设置，用户设置报警温度存储在EE PROM，断电后仍保存。DS18B20性能的新一代产品的最佳，性能价格也很好，“一线总线”的早期产品，开辟了一个新概念的温度传感器技术。和DS1822使电压相比，特点和封装有更多的选择，让我们可以构建适合自己经济的温度测量
24、系统。 图5 DS18B20的管脚排4.5.2 DS18B20内部结构DS18B20内部结构由以下几部分组成成：64位光刻ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。DQ为数字信号输入/输出端；GND为电源地；VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）。光刻ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列码。64位光刻ROM的排列是：开始8位（28H）是产品类型标号，接着的48位是该DS18B20自身的序列号，最后8位是前面56位的循环冗余校验码（CRC=X8+X5+X4+1）。光刻ROM的作用是使每一个DS18B20都各不相同
25、，这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。该DS18B20温度传感器可以完成对温度的测量，获得12个数据存储在18个内存为两个八比特，二进制的五符号位，如果测量温度大于0，这五位为0，只要测量数值乘以0.0625可以得到实际温度；如果温度低于0，这五位是1，测量数值需要采取加1乘0.0625将获得实际温度。4.5.3 DS18B20温度传感器的存储器温度传感器DS 18B 20的内部存储器包括一个高速临时内存和一个非易失性可以被删除E2RAM，后者存放高温度和低温度触发器TH、TL和结构寄存器。临时存储包含八个连续的字节字节，前面两个字节是测量的温度信息，第一个字节的内容是温度的
26、低八位，第二个字节是温度的高八位，第三个和第四个字节是TH、TL的易失性拷贝，第五个字节是结构寄存器的易失性拷贝，这三个字节的内容在每一次上电复位时被刷新。第六、七、八个字节用于内部计算，第九个字节是冗余检测字节。根据芯片DS18B20的通信协议，主机控制器芯片DS18B20温度转换必须完成后三个步骤：每次在写入DS18B20复位，复位成功后发送一个游戏指令，最后把内存指令，这样才能将DS18B20操作。重置处理器要求将离线数据和500微秒，然后释放，在接收信号后等待16至60微秒左右，发出60240微秒后存在低脉冲，主处理器接收这个信号表示复位成功。4.5.4 DS18B20使用中注意事项D
27、S18B20虽然温度测量系统结构简单，测量精度高，连接方便，占用口线少等优点，但在实际应用中还应注意以下问题：DS1820虽然具有测温系统简单、测温精度高、连接方便、占用口线少等优点，但在实际应用中也应注意以下几方面的问题：(1)较小的硬件开销需要相对复杂的软件进行补偿，由于DS18B20与微处理器间采用串行数据传送，因此，在对DS18B20进行读写编程时，必须严格的保证读写时序，否则将无法读取测温结果。在使用PL/M、C等高级语言进行系统程序设计时，对DS18B20操作部分最好采用汇编语言实现。(2)在DS18B20的有关资料中均未提及单总线上所挂DS18B20数量问题，容易使人误认为可以挂
28、任意多个DS18B20，在实际应用中并非如此。当单总线上所挂DS18B20超过8个时，就需要解决微处理器的总线驱动问题，这一点在进行多点测温系统设计时要加以注意。(3)连接DS18B20的总线电缆是有长度限制的。试验中，当采用普通信号电缆传输长度超过50m时，读取的测温数据将发生错误。当将总线电缆改为双绞线带屏蔽电缆时，正常通讯距离可达150m，当采用每米绞合次数更多的双绞线带屏蔽电缆时，正常通讯距离进一步加长。这种情况主要是由总线分布电容使信号波形产生畸变造成的。因此，在用DS18B20进行长距离测温系统设计时要充分考虑总线分布电容和阻抗匹配问题。(4)在DS18B20测温程序设计中，向DS
29、18B20发出温度转换命令后，程序总要等待DS18B20的返回信号，一旦某个DS18B20接触不好或断线，当程序读该DS18B20SH，时将没有返回信号，程序进入死循环。这一点在进行DS18B20硬件连接和软件设计时也要给予一定的重视。4.6 温度测量部分因为声音的速度在不同温度有所不同，为了提高系统的精度，可以采用温度补偿功能。这里用的主要元器件是达拉斯半导体公司生产的单总线数字温度传感器DS18B2 0，它具有精度高、体积小、智能化、线路简单等优点。将DS18B20数据线与单片机的P1.1口相连接，便可以实现温度测量，如图6所示。图6 DS18B20温度测量电路4.7 LCD显示部分本设计
30、显示部分采用字符型TC1602液晶显示所测距离值。TC16022显示的容量有双行16字，液晶显示器（液晶显示器）具有功率消耗小、轻薄、操作方便，与数码管相比，显得更加专业、美观。使用时，可将P0和LCD数据线联系在一起的，P2口和液晶控制联系在一起，如图7所示图7 TC1602液晶显示电路其中，TC1602第4脚RS为寄存器，第5脚RW为读写信号线，第6脚E为使能端。第714脚：D0D7为8位双向数据线。这里要注意的是，为了让接线方便，图中单片机端的D0D7是接到LCD602的D1D0，接线是相反的，因此在编写软件总是需要做处理的，使读取正确。4.8 报警部分使用蜂鸣器，由P1.2输出一定频率
31、的信号，连接到一个之前蜂鸣器，经过9012晶体管放大。报警部分附件，如下面的图10所示。图8 报警电路电源电路：220 V通过降压器降压，再经D1至D4桥式整流和稳压后给电路各部分供电。晶振电路：采用12 MHz的晶振。5 系统软件设计T89C2051单片机和其开发应用系统具有语言简洁、可移植性好、表达能力强、表选方式灵活、可进行结构化设计、可以直接控制计算机硬件、生成代码质量高、使用方便等诸多优点 5 。本系统软件部分与硬件系统配合完成对超声波往返时间的测量，根据在一定温度下超声波的传播速度计算测量的距离，送往数码管显示出测量结果。为了使仪器的适应性强、功能更稳定、软件系统的移植性能更好，系
32、统采用汇编语言来编写程序 6 。为了便于调试，本系统应用软件设计采用模块化结构设计，其主要程序模块为：（1）系统初始化及主程序模块(含温度补偿程序)；（2）脉冲信号发射模块；（3）距离计算模块；（4）回波接收模块；5.1 系统初始化及主程序模块系统初始化主要是设置两定时器的工作方式：定时器T0为方式1，T1为方式2，并分别给TH0/TH1，TL0/TH1赋初值；T1用来产生40kHz的脉冲信号；T0用来计算距离；外部中断INT0用来接收回波信号。在初始化中，关闭外部中断INT0，开启定时器T1发出10个脉冲群，同时开启定时器T0开始计算距离。用智能温度控制器DS18B20来给系统补偿温度，测出
33、当时的环境温度，并算出T1中的TH1对应值，修改TH1。应用到T0中计算距离，即可得到温度补偿。重复的调用显示子程序，以便随时刷新当前的测量距离。然后系统重复测温和显示，直至中断信号的来临。5.2 脉冲信号发射模块图9 40kHz脉冲信号产生框图系统采用24MHz晶体振荡器,定时器T1工作在方式2，用其自动赋值功能，系统可以直接由单片机的P3.7输出精确的40kHz脉冲，其脉冲宽度为25Os，载波为40 kHz的10个脉冲群。由于超声波的发射探头T发出的超声波一部分会直接传送到超声波的接收探头R中，从而产生错误的判断(这将在第6章的问题及解决方案中详细阐述)；为了避免这一错误的产生，在开始发出
34、信号时，必须关闭外部中断INT0；当发射完毕时，开启外部中断INT0，同时还要先清掉外部中断的请求标志IE0，这又是因为在关闭了外部中断的情况下，中断信号还是会产生的，请求标志仍然存在，只有清除了该标志位，才能避免系统对该中断请求的响应。5.3 回波接收模块用外部中断INT0来接受发射回波，这样可以及时的接收信号，并做出处理；要是采用查询的方式，系统可能要等上5-6ms才能查询到,这样超声波也就多走了1-2m的路程了，精度将大打折扣，甚至有时就是错误的结果。但用中断就是比较麻烦一些，比如，已经关掉了中断，但是在有中断信号时，其中断标志位IE0还会产生，在退出中断子程序后，系统仍会执行此中断请求
35、，但是在采集信号前先清掉此标志位，这个问题也就迎刃而解了。5.4 距离计算模块信号子程序如图10所示： 图10信号处理子程序框图在进入中断子程序时，先关闭中断，同时关闭定时器T0，读取其算出的距离值，并且保存起来，当读取了4次距离值时，去掉其最高和最低的值，然后求出平均值，并送往显示缓冲区，以便于刷新显示。在返回前，清掉请求标志位IE0，在开启T1、T0，开始下一次的测量。定时器T0用来计算超声波所走的距离。产生一次中断，则代表超声波已经行程0.2米，此时得出的距离值为0.1米，依此类推，T0中断n次，则测得距离值为n0.1m；当INT0接收到回波时，关闭T0，再读取数据时，此数据即为测得的距
36、离值。5.6 系统软件部分系统软件设计采用模块化设计，由以下环节组成：T1中断服务子程序、主程序设计、T1中断服务子程序、INT0外部中断服务子程序、测温子程序、距离计算子程序、显示子程序、延时子程序和报警子程序设计等。同时编写系统软件时我们应考虑相关硬件的连线，还要进行寄存器、空间、和定时器以及外部中断引脚的分配与使用。本设计中P1.0引脚连接到7 HC04推挽放大电路再连接到超声波发射传感器，P1.0引脚输出的将是软件方式产生的40 kHz方波，并P3.2（INT 0）是用来接收回声。重试抱歉，系统响应超时，请稍后再试 支持中英、中日在线互译 支持网页翻译，在输入框输入网页地址即可 提供一
37、键清空、复制功能、支持双语对照查看，使您体验更加流畅定时器T1、T0均采用在工作方式1，为16位计数，T1定时器被用来开启一次测距过程以它的溢出为标志开始一个发射测量循环，T0定时器是用来计算脉冲往返所需要的时间，它们的初值均设为0.系统初始化启动计时器由0开始计数，现在主要程序进入等待，当到65毫秒表溢出中断服务程序时，中断服务程序将开始一个新的超声波发射，导致在P1.0引脚上开始产生40千赫方波，同时开启定时器T0计时，以避免直接波的衍射，需要延迟1毫秒开INT 0中断允许后；INT 0中断允许打开，在INT0中断服务子程序中将停止定时器T0计时，读取定时器T0时间值到相应的区，同时设置接
38、收成功标志，读取计时器T0时间值到相应的区，测到接收成功的标志，将调用测温子程序，收集超声波测出的环境温度，并将其转换成准确的声速，存储到RAM存储单元中；单片机再次使用距离计算子程序进行计算，得出传感器到实际目标物体之间的距离；然后主程序调用显示子程序进行显示；若超过设定的最小报警距离还将启动扬声器报警；当一次发射、接收、显示的过程完成后，系统将推迟100 ms后重新让T1置初值，然后启动T1以溢出，进行下一次测距。但是由于障碍物距离超过测距范围，以致在T0溢出时，接收器尚未接收到回声，则显示“错误”并回到主流程进入新一轮。主程序和定时器T1、外部中断INT0中断服务子程序的框图如下：图11
39、 主程序框图6设计中遇到的问题及解决方案6.1 超声波的传播速度随温度变化而变化在超声波的两个探头旁边放置温度传感器DS18B20，测出超声波所处的环境温度T，将T送入单片机中，求出对应的声速。本系统采用的是压电型超声波换能器T40-12、R40-12发射接收对管，其要求超声波的频率为40k1kHz；硬件电路不易产生这么精确的信号，本系统采用单片机自身来产生40kHz的脉冲信号，这也要求单片机产生精确的脉冲信号，然后再进行放大处理，才能使系统达到设计的要求。起初用的是12MHz的晶振，可产生的信号最接近的为38.46k和41.67kHz，不合要求，改用24MHz的晶振之后，系统产生9.9kHz
40、的信号,设计合乎要求。结论超声波测距仪的测距仪的原理和光波测距原理与雷达测距原理类似。但由于声波速度远低于光波的速度，所以很常用脉冲” 等效标准长度”作为即时的当量，其精度能满足工程实际要求。调制的等效长度增加脉冲频率可以提高测量精度，但是这一次必须提高超声波频率只有狭窄的准确性，但是此时必须提高超声波频率才有狭窄的相应精度的开关门信号，随之带来的问题是行进于空气里的超声波频率加大，空气吸收也增大，即过程牺牲长度来实现精度的提高。我们常用的改进的检测方法如下：零点交叉检测法、阈值检测法等，过程中超声波传播衰减较大，所以缩短了检测距离范围；通过降低超声波频率，虽然增大了测距范围，但是测距精度将大
41、大降低。所以我们可以通过提高发射功率、采用脉冲方式来增大测距范围，要求发射源有很大的瞬间功率，脉冲宽度较窄，能量集中，这样接收才更灵敏，这种方式具有测量精度高、抗干扰能力强、反应速度快等优点，在实际生活中可适用于各种水文液位测量、障碍物的识别以及车辆自动导航等领域，在日常生活生产中具有广阔的应用前景。超声波在当今虽得到广泛的应用，但是我们对其的有效利用还是微不足道的，我想在此基础上进一步发展，这也是需要进一步关注的。致谢经过将近七周的单片机课程设计，终于完成了我的数字温度计毕业设计，虽然途中还遇到不少困难，但最终还是把实物做出来，从这次的课程设计中，我真真正正的意识到，在以后的学习中，要理论联
42、系实际，把我们所学的理论知识用到实际当中，学习单机片机更是如此，程序只有在经常的写与读的过程中才能提高，这就是我在这次课程设计中的最大收获。通过这次对数字温度计的设计与制作，让我了解了设计电路的程序，也让我了解了关于数字温度计的原理与设计理念，要设计一个电路总要先用仿真仿真成功之后才实际接线的。但是最后的成品却不一定与仿真时完全一样，因为，再实际接线中有着各种各样的条件制约着，而且，在仿真中无法成功的电路接法，在实际中因为芯片本身的特性而能够成功，所以，在设计时应考虑两者的差异，从中找出最适合的设计方法。通过这次学习，让我对各种电路都有了大概的了解，所以说，坐而言不如立而行，对于这些电路还是应
43、该自己动手实际操作才会有深刻理解。从这次的课程设计中，我真真正正的意识到，在以后的学习中，要理论联系实际，把我们所学的理论知识用到实际当中，学习单机片机更是如此，程序只有在经常的写与读的过程中才能提高，这就是我在这次课程设计中的最大收获。最后就是要感谢这三年所有的老师对我们一丝不苟和孜孜不倦的教育，还有学校那浓郁的学习气氛。参考文献 1 袁易全. 近代超声原理及应用M. 南京：南京大学出版社，20082 何希才. 传感器及其应用电路M. 北京：电子工业出版社，200 3 吕俊芳. 传感器接口与检测仪器电路M. 北京：北京航空航天大学出版杜，20104 胡汉才. 单片机原理及其接口技术M. 北京
44、：清华大学出版社，1996 5 郁慧娣. 微机系统及其接口技术M. 南京：南京东南大学出版社，199 96 王福瑞. 单片机测控系统设计大全M. 北京：北京航空航天大学出版社，20017 姜道连等. 用AT89C2051设计超声波测距仪J，20008 胡萍. 超声波测距仪的研制J. 计算机与现代化，20039 童峰等. 一种高精度超声测距系统研究J. 厦门大学学报，199810 时德钢等. 超声波测距仪的研究J. 计算机测量与控制，200211 卢文科等. 超声波式数字测距仪的研究J. 仪器仪表学报，200312 Grmmel P M. Improve ultrasonic detection
45、 using the analytic signal magitadeJ. Ultrasonics，1981 附录（子程序）系统初始化：MAIN:MOVTMOD,#21HMOVTH0,#0F6HMOVTL0,#0EAHSETBTR0SETBET0MOVTH1,#0E7HMOVTL1,#0E7HMOVR5,#14HSETBTR1SETBET1SETBIT0;置1，下降缘触发SETBEAMOVP1,#0FFHMOVP3,#0FFHMOV7AH,#00H;显示缓存寄存器MOV7BH,#00HMOV7CH,#00HMOV7DH,#00HMOV7FH,#00H;用于消影判断显示子程序：DISP:MOVA,7DH;显示百位JNZXSBW;判断百位是否为零MOV7FH,#00HAJMPSW;百位为零消隐XSBW:MOV7FH,#01H;正常显示SWAP AORLA,#07HMOVP1,AACALLDELAYSW:MOVA,7CH;显示十位JNZXSSW;判断十位是否为零MOVA,7FHJZ XSGW;当百位为零时消隐XSSW:SWAPA;正常显示ORLA,#0BHMOVP1,AACALLDELAYXSGW:MOV
