电子科大通信大类认知探索51课实验报告Word格式.docx
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四.基本理论及原理
基本理论分为三个板块，超声波模块，51单片机，蜂鸣器，8*8点阵及1602模块。
本节将分块解释各模块基本原理。
（1）超声波模块
常用的是压电式超声波发生器，是利用压电晶体的谐振来工作的。
超声波传感器探头内部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，便产生超声波。
反之，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，这时它就成为超声波接收器了。
超声波传感器就是利用压电效应的原理将电能和超声波相互转化，即在发射超声波的时候，将电能转换成超声波发射出去；
而在接收时，则将超声振动转换成电信号。
超声波时序图：
以上时序图表示要发出一个10uS以上的脉冲信号，该模块内部将发出40KHz周期点评并检测回波。
一旦检测到回波信号则输出回响信号。
回响信号的脉冲宽度与测距的距离成正比，由此测的距离。
（2）51单片机
51单片机为整个系统的中枢，承担着接收信号，发送信号，响应等重要功能。
对于超声波模块，主要功能为发出信号使超声波模块工作并完成测距任务，接着接收信号，转换为数字信号并加以处理，好控制1602液晶，点阵，蜂鸣器等其他外设。
其负担着接收数据，处理数据，发送数据等重要功能，因此对51单片机的操作为本实验的核心。
本实验选择TX-1C开发板，其集成度高，性能稳定，便于操作。
（3）蜂鸣器
如图，P2^3口连接三极管基极，负责传送信号。
三极管其他部分与蜂鸣器共同组成开关电路，驱动蜂鸣器工作。
当输出高电平是打开开关电路，蜂鸣器鸣响。
（4）8*8点阵
8*8点阵其实是由64组发光二极管组成，点阵发光原理与发光二极管完全相同。
但此处为了提升效率，采用两片存储器来操作点阵。
点阵根据输入信号的不同，点亮不同位置的发光二极管。
（5）1602液晶屏
1602字符型液晶显示模块是专门用于显示字母、数字、符号等的点阵型液晶显示模块,可显示2行，每行16个字符。
支持4位和8位数据传输方式。
提供5×
7点阵＋光标的显示模式。
提供显示数据缓冲区DDRAM、字符发生器CGROM和字符发生器CGRAM，可以使用CGRAM来存储自己定义的最多8个5×
8点阵的图形字符的字模数据。
提供了丰富的指令设置：
清显示；
光标回原点；
显示开/关；
光标开/关；
显示字符闪烁；
光标移位；
显示移位等。
本实验中用1602显示距离与提示信息。
五.程序流程图
开始
初始化超声波模块，1602液晶屏
运行程序，触发超声波
计算距离信息
N
Y
1602显示距离，点阵根据距离显示不同数目的led灯
触发蜂鸣器，使点阵全屏闪烁，1602显示stop字样
距离小于100？
关闭电源，实验结束
六.实验器材及硬件原理图
TX-1C开发板及1602液晶
8*8点阵
蜂鸣器
七.完整代码及分析
/*写入接口定义的管脚，为之后程序做准备*/
#include<
reg52.h>
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
sbitrs=P3^5;
sbitlcden=P3^4;
//定义lcd接口
sbitdula=P2^6;
//定义寄存器
sbitwela=P2^7;
ucharbeepnum;
sbitbeep=P2^3;
//哔！
哔！
sbittriger=P3^7;
//超声波串口
sbitecho=P3^2;
//超声波串口
sbitSH_CP=P1^2;
//点阵口定义
sbitDS=P1^0;
sbitST_CP=P1^1;
unsignedlongintdistance=150,counter=0,flag=0;
/*延时函数1，在lcd写入数据需要时间，无法立即完成。
需要使用延时函数使程序等待lcd写入完成。
延时函数2为蜂鸣器使用，通过不停的对蜂鸣器拉高拉低完成蜂鸣器的持续发声，延时作为高低电平输入间隔时间*/
voiddelay（uintx）//延时函数1
{
uinta,b;
for（a=x;
a>
0;
a--）
for（b=10;
b>
b--）;
}
voiddelay1（uintz）//延时函数2（可与1合并）
uintx,y;
for（x=z;
x>
x--）
for（y=110;
y>
y--）;
/*点阵由两个寄存器与单片机相连，因此需要操作寄存器，此函数操作寄存器*/
voidWriteByte（uchardat）（点阵写入函数）
{
uchark;
for（k=0;
k<
8;
k++）
{
dat=dat>
>
1;
DS=CY;
SH_CP=0;
SH_CP=1;
}
/*lcd使用前要完成一系列设置*/
voidinit（）//lcd初始化程序
dula=0;
wela=0;
write_com（0x38）;
delay（20）;
write_com（0x0e）;
write_com（0x06）;
write_com（0x01）;
/*lcd命令函数与数据写入函数，要想完成数据的写入，要先向其发送命令使其进入工作状态，再由lcd数据写入函数接收数据，显示字符*/
voidwrite_com（ucharcom）//LCD指令函数
P0=com;
rs=0;
lcden=0;
delay（10）;
lcden=1;
voidwrite_date（uchardate）//LCD写入数据函数
P0=date;
rs=1;
/*此函数为程序的关键，将蜂鸣器，1602，点阵的处理都写入此函数内。
第一行一直到switch结束为拓展要求即根据距离控制点阵亮灯个数并在1602显示的控制程序。
点阵具体16进制值显示由二进制转换来。
例如00000001是亮起一行，16进制位0x01，以此类推，1602直接带入函数操作。
第二部分为基础要求即倒车雷达部分，代码比较简单，详见注释*/
voiddisplay（）//三大外设控制函数
uinti=0,j=0;
ucharqian,bai,shi,ge;
//定义距离
write_com（0x80）;
//写入lcd第一行
if（distance!
=0）
{
qian=distance%10000/1000+'
0'
;
//转化数据
bai=distance%1000/100+'
shi=distance%100/10+'
ge=distance%10+'
write_date（qian）;
//写入数据
write_date（bai）;
write_date（shi）;
write_date（ge）;
if（distance%1000/100==7）//距离量级判断
j=6;
if（distance%1000/100==6）
j=5;
if（distance%1000/100==5）
j=4;
if（distance%1000/100==4）
j=3;
if（distance%1000/100==3）
j=2;
if（distance%1000/100==2）
j=1;
if（distance%1000/100==1）
j=0;
if（distance%1000/100>
=8||distance%10000/1000!
j=7;
switch（j）//点阵控制
case0:
{WriteByte（0x00）;
//清屏
WriteByte（0x01）;
//点阵第1行亮起
ST_CP=0;
ST_CP=1;
break;
case1:
WriteByte（0x03）;
case2:
WriteByte（0x07）;
//点阵前2行亮起
case3:
WriteByte（0xf）;
case4:
WriteByte（0x1f）;
case5:
WriteByte（0x3f）;
case6:
WriteByte（0x7f）;
case7:
WriteByte（0xff）;
}
//倒车雷达部分
if（distance<
100）//定义报警距离100
{
WriteByte（0x00）;
write_com（0x01）;
//LCD清零
write_date（'
s'
）;
//温馨提醒，stop字符
t'
o'
p'
for（beepnum=0;
beepnum<
beepnum++）//哔哔声响起
beep=0;
delay1（5）;
beep=1;
WriteByte（0x00）;
//点阵闪烁
}
/*中断函数初始化*/
voidTime0_Init（）
TMOD=0x11;
//定时器工作方式为1，,1位定时器
EA=1;
//开总中断
ET0=1;
//开定时器0终端允许位
ET1=1;
//开定时器1终端允许位
EX0=1;
//外部中断0允许位
IT0=1;
//下降沿有效
TH0=（65536-10）/256;
TL0=（65536-10）%256;
//12MZ晶振,10us
TH1=0;
TL1=0;
voidmain（）
chari=0;
init（）;
Time0_Init（）;
TR0=1;
//开定时器0
while
（1）
if（echo==1）//检测回声脚上升沿，因为51的外部中断脚
//只能有低电平有效和下降沿有效两种方式
//所以选择轮询检测上升沿
TR1=1;
//检测上升沿，立即打开定时器1进行测试
/*以下为超声波模块工作的核心，中断部分，详细解释见函数内部注释*/
voidINT0_Int（）interrupt0//外部中断0中断处理函数
TR1=0;
//一旦检测到回声脚下降沿，立即关闭定时器1
distance=（TH1*256+TL1）*1.0f/1000*340/2;
//单位毫,避免浮点运算
TR0=0;
display（）;
//把显示函数放在中断中，可以快速检测回声脚上升沿
//定时器0中断处理函数
voidTime0_Int（）interrupt1
triger=0;
//关闭超声波
//12MZ,10us
counter++;
if（counter>
=1500）//0.015s
counter=0;
triger=1;
//触发超声波
voidTime1_Int（）interrupt3
distance=0;
八.测试图片
（1）倒车雷达装置
距离小于100时，屏幕显示stop字样，点阵全部频闪，蜂鸣器连续发出“哔哔声”。
（2）显示距离并根据远近控制点阵
100<
距离<
200亮起前一行点阵，1602显示距离。
200<
300亮起前两行点阵，1602显示距离。
300<
400亮起前三行点阵，1602显示距离。
以此类推，距离过大时，点阵全部亮起，1602显示距离。
九.出现问题及分析
实验时出过不少问题，如点阵函数写错无法控制。
超声波模块无法工作。
1602写入时没有清除原来数据出现乱码等。
当然，出现问题是要及时纠正的。
客观来讲，51单片机应用技术已十分成熟，网上也有大量的详细教程，当遇到困难时不要只是一个人埋头苦想，可以在网上寻求帮助，快速解决问题。
有时候程序出现bug时自己难以察觉，也可以请其他同学帮忙查错，毕竟，只有多经历失败，多总结，才能一步一步深入了解单片机的工作，写程序速度也会大大提高。
此外，不要仅仅局限于现有知识或单一的题目要求，可以自己玩出些花样，增加拓展目标，增大单片机的实用性和可玩性。
中断是单片机一大难点及重点，只有掌握中断才能游刃有余的玩转单片机。
当遇到失败时，应及时总结，修正程序，继续努力学习。
十.后记
（1）引用书籍，程序，开源datasheet:
《新概念51单片机C语言教程》—郭天祥
《超声波基础程序》—张亚乾学长
《模电》—童诗白华成英
《超声波模块说明书》
《lcd模块说明书》
《蜂鸣器说明书》
《74hc系列寄存器说明书》
《8*8点阵使用说明》
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