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1、目 录第一章 设计方案与实现1第二章 硬件电路的功能设计22.1 AT89S52性能描述22.2 超声波发射电路22.3 超声波接收电路32.4 温度测量电路32.5 显示电路4第三章 软件结构及流程图5第四章 心得体会7参考文献7第一章 设计方案与实现 超声波是指频率超过20 KHZ的声波，因其具有指向性强， 在介质中衰减小传播距离远等特点，经常用于实现距离的测量。为了以超声波作为检测手段 ，必须产生超声波和接收超声波。完成这种功能的装置就是超声波传感器，习惯上称为超声波换能器或超声波探头。超声波传感器有发送器和接收器。 超声波传感器是利用压电效应的原理将电能和超声波相互转化 ，即在发射超声
2、波的时候 ，将电能转换为超声波 ，发射超声波，在收到回波的时候 则将超声振动转换成电信号。超声波测距的常用方法有渡越时间法 、频差法、幅值法等 。其中，渡越时间法因其原理简单 ，实现方便 ，而被广泛采用。利用超声波采取渡越时间法测量距离的基本理是：超声波测距系统控制器通过发送定频率的脉冲信号，激励超声波发送器产生超声波，超声波通过介质到达障碍物表面 ，形成反射波 ，反射波再经介质传播返回到接收器 ，由接收器把声波信号转换成电信号，由控制器测出超声波从发射声波到接收所需的时间，再根据超声波在介质中的传播速度，用式S =C t 2计算出距离，式中的C为超声波声速 ，单位 ( m S) ；t为超声波
3、从发射声波到接收所需的时间， 单位 ( S) ；S为所测得距离， 单位 ( m) 。由于超声波的传播速度 C会受到空气中温度、湿度、压强等因素的影响，其中受温度影响最大。为此，只要测得从发射声波到接收所需的时间及现场环境温度就可以计算出发射点与目标之问的距离。 如图1所示，本系统硬件部分由AT89S52控制器、超声波发射电路、接收电路、温度测量电路，声音报警电路和LCD显示电路组成。汽车行进时LCD显示环境温度，当倒车时，发射和接收电路工作，经过AT89S52数据处理将距离也显示到LCD上，如果距离小于设定时，报警电路会鸣叫，提醒司机注意车距。AT89S52是主控芯片，支持在线下载程序，方便调
4、试，有8kB的Flash、32个IO口、三个16位定时计数器、八个中断源、全双工UART串行口和看门狗定时器等，资源丰富，既满足了本系统的设计要求，也满足了日后扩展的需求。图1 系统设计总框图第二章 硬件电路的功能设计2.1 AT89S52性能描述At89s52 是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash 存储器。AT89S52具有以下标准功能： 8k字节Flash，256字节RAM，32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口， 片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至0Hz 静态
5、逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。图2 AT89S52芯片管脚图2.2 超声波发射电路超声波发射器包括超声波产生电路和超声波发射控制电路两部分，超声波探头选用CBS40T。可采用软件发生法和硬件方法产生超声波。本系统利用软件产生40kHz的超声波信号，经过74HC04两次和一次反向放大驱动后输出到CBS40T，如图3所示。图3 超声波发射电路74HC04是一个高速CMOS六反相器，具有对称的传输延迟和转换时间，而相对
6、于LSTTL逻辑IC，它的功耗减少很多。对于HC类型，其工作电压为26V，它具有高抗扰度，可以兼容直接输入LSTTL逻辑信号和CMOS逻辑输入。23 超声波接收电路由于超声波在空气中传播，其能量会随传输距离的增大而减小，从远距离障碍物反射的回波信号一般比较弱，所以在设计超声波接收电路时，要有较大的放大倍数；为减小环境噪声对回波信号的影响，也要考虑选用滤波特性较好的电路，使回波易于检测。超声波接收电路使用集成电路CX20106A，可用来完成信号的放大、限幅、带通滤波、峰值检波和波形整形等功能，如图4所示。 图4 超声波接收电路 其中的前置放大器具有自动增益控制功能，可以保证在超声传感器接收较远反
7、射信号输出微弱电压时，放大器有较高的增益，在近距离输入信号强时放大器不会过载；其带通滤波器中心频率可由芯片5脚的外接电阻调节，不需要外接电感，可避免外磁场对电路的干扰，可靠性较高。CX20106A接收超声波有很高的灵敏度和抗干扰能力，可以满足接收电路的要求。同时，使用集成电路也可以减少电路之间的相互干扰，减小噪声。当接收到40kHz信号后，芯片7脚会出现较短的低电平，接入单片机便可以使单片机产生中断。24 温度检测电路 由于超声波的传播速度v会受温度、湿度、压强等的影响，其中温度的影响尤为严重。因此在测量精度要求高的场合，应通过温度补偿对超声波的传播速度进行校正，以减小误差。本系统采用DALL
8、AS公司的DSl8B20数字式温度传感器进行温度测量，它所测量的温度值用9位二进制数直接表示，这些值通过DSl8B20的数据总线直接输入CPU，无需AD转换，而且读写指令、温度转换指令都是通过数据总线传入DSl8B20，无需外部电源。DSl8B20数字温度传感器与AD590、LM35等温度传感器相比，具有相当的测温范围和精度，温度测量精确、不受外界干扰等优点。硬件结构如图5所示。图5 温度检测电路25 显示电路本系统中的显示部分采用1602LCD液晶显示。具体接口如图6所示。图6 LCD显示电路 如上图，有两组电源，一组是模块的电源一组是背光板的电源 均为5V供电。R3是调节对比度的引脚，调节
9、此脚上的电压可以改变黑白对比度。RS是很多液晶上都有的引脚，是命令数据选择引脚，该脚电平为高时表示将进行数据操作；为低时表示进行命令操作。RW也是很多液晶上都有的引脚，是读写选择端，该脚电平为高时表示要对液晶进行读操作；为低时表示要进行写操作。同样，很多液晶模块有E引脚，通常在总线上信号稳定后给一正脉冲通知把数据读走，在此脚为高电平的时候总线不允许变化。DOD7 8位双向并行总线，用来传送命令和数据。BLA是背光源正极，BLK是背光源负极。 超声波倒车雷达系统，最重要的就是对发射信号的控制及接收测量的时机控制。在设计中，AT89S52对发射的控制就是对40kHz方波产生电路的控制。由AT89S
10、52的Pl0口控制超声波发射电路以6个脉冲的序列发射出去，在程序中用延时实现。脉冲发射同时打开定时器T0开始计时，发射后等待1ms打开外部中断INT0，等待回波反射到接收探头。等待1ms的原因是，超声波发射探头发射的超声波一般都会存在余波干扰，有部分声波会直接传到接收探头，经接收电路放大后，系统就会把它误认为是检测的回波信号，发射后等待1ms可以避免检测到余波信号，当然这也会导致测量盲区的存在。第三章 软件结构及流程图本系统的软件设计采用模块化设计，由主程序、超声波发射子程序、超声波接收子程序、温度补偿子程序、报警子程序以及显示子程序组成。主程序流程图如图7所示。图7 主流程图第四章 心得体会
11、这次课程设计我们历时一个星期，作为一名电子信息工程专业的学生，我觉得做单片机课程设计是十分有意义的。在已度过的大学时间里，我们大多数接触的是专业课。我们在课堂上掌握的仅仅是专业课的理论知识，如何去锻炼我们的实践能力？如何把我们所学的专业基础课理论知识运用到实践中去呢？我想做类似的课程设计就为我们提供了良好的实践平台。 在做本次课程设计的过程中，我感触最深的当属查阅大量的设计资料了。为了让自己的设计更加完善，查阅这方面的设计资料是十分必要的。我们是在做单片机课程设计，但我们不是艺术家，他们可以抛开实际尽情在幻想的世界里翱翔，而我们一切都要有据可依，有理可寻，不切实际的构想永远只能是构想，永远无法
12、升级为设计。其次，在这次课程设计中，我们运用到了以前所学的专业课知识，如：protel99se制图、汇编语言、模拟和数字电路知识等。在学习的过程中带着问题去学我发现效率很高，这是我做这次课程设计的又一收获。要做好一个课程设计，就必须做到：在设计程序之前，对所用单片机的内部结构有一个系统的了解，知道该单片机内有哪些资源；要有一个清晰的思路和一个完整的的软件流程图；在设计程序时，不能妄想一次就将整个程序设计好，反复修改、不断改进是程序设计的必经之路；要养成注释程序的好习惯，一个程序的完美与否不仅仅是实现功能，而应该让人一看就能明白你的思路，这样也为资料的保存和交流提供了方便；在设计课程过程中遇到问
13、题是很正常的，但是从中学到的知识让我受益终身。发现、提出、分析、解决问题和实践能力的提高都会受益于我在以后的学习、工作和生活中。设计过程，好比是我们人类成长的历程，常有一些不如意，在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。通过这次课程设计我也发现了自身存在的不足之处，虽然感觉理论上已经掌握，但在运用到实践的过程中仍有意想不到的困惑，经过一番努力才得以解决。这也激发了我今后努力学习的兴趣，我想这将对我以后的学习产生积极的影响。通过这次设计，我懂得了学习的重要性，了解到理论知识与实践相结合的重要意义，学会了坚持、耐心和努力，这将为自己今后的学习和工作做出
14、了最好的榜样。觉得课程设计反映的是一个从理论到实际应用的过程，但是更远一点可以联系到以后毕业之后从学校转到踏上社会的一个过程。小组人员的配合相处，以及自身的动脑和努力，都是以后工作中需要的。参考文献【1】李娣娜， 刘丽丽， 薛宁静等一种新超声波测距系统的设计 J. 延安人学学报： 自然科学版， 2 0 0 8 ， 2 7 ( 1 ) 【2】李光飞 单片机c程序设计实例指导 M 北京： 航空航人大学出版社， 2 0 0 5 系统总电路原理图如图8所示：图8 系统电路原理图附录：系统设计原理图及框图汇总图1 系统设计总框图图2 AT89S52芯片管脚图图3 超声波发射电路图4 超声波接收电路图5 温度检测电路图6 LCD显示电路图7 主流程图图8 系统电路原理图
