超声波测距.docx
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超声波测距
成绩
课程设计
课程名称
单片机原理与应用课程设计
课题名称
超声波测距系统设计
专业
自动化
班级
学号
姓名
指导老师
晓秀、肖峰、林国汉等
2015年6月29日
电气信息学院
课程设计任务书
课题名称
超声波测距系统设计
姓名
专业
自动化
班级
学号
指导老师
晓秀
课程设计时间
2015年6月29日-2015年7月10日
一、任务及要求
设计任务：
本课题要求以MCS-51系列单片机为核心，设计一个超声波测距系统。
（1）用给定的超声波模块制作超声波测距系统，测距围：
0.5～4.5m；
（2）用按键实现测距、清零、复位等控制；
（3）用4位LED数码管显示测量到的距离。
设计要求：
（1）确定系统设计方案；
（2）进行系统的硬件设计；
（3）完成必要的参数计算与元器件选择；
（4）完成应用程序设计；
（5）应用系统的硬件和软件的调试。
二、进度安排
第一周：
周一：
集中布置课程设计任务和相关事宜，查资料确定系统总体方案。
周二～周三：
完成硬件设计和电路连接
周四～周日：
完成软件设计
第二周：
周一～周三：
程序调试
周四～周五：
设计报告撰写。
周五进行答辩和设计结果检查。
三、参考资料
1、王迎旭等.单片机原理及及应用[M].2版.机械工业，2012
2、胡汉才.单片机原理及其接口技术[M].3版.清华大学，2010.
3、戴灿金.51单片机及其C语言程序设计开发实例[M].清华大学，2010
第1章总体方案设计
1.1设计任务与要求
设计任务：
本课题要求以MCS-51系列单片机为核心，设计一个超声波测距系统。
（1）用给定的超声波模块制作超声波测距系统，测距围：
0.5～4.5m；
（2）用按键实现测距、清零、复位等控制；
（3）用4位LED数码管显示测量到的距离。
设计要求：
（1）确定系统设计方案；
（2）进行系统的硬件设计；
（3）完成必要的参数计算与元器件选择；
（4）完成应用程序设计；
（5）应用系统的硬件和软件的调试。
1.2超声波测距原理
如图1-1所示，本课题由AT89C52单片机，HC-SR04超声波模块，数码管显示电路，键盘电路，复位电路，晶振电路组成。
本课题设计3个功能键，启动、暂停和复位键。
单片机中有独立式键盘和矩阵式键盘两种，因为用键较少，所以采用独立按键形式。
当按下启动键时，系统开始不断的发出超声波测量当前障碍物的距离，并送至数码管进行显示。
当有暂停键按下时，系统停止测量，数码管显示当前障碍物的距离。
按下复位键，单片机重新启动。
采用单片机来控制的超声波模块测距，先由单片机P2.6口产生一个大于10us的高电平信号给超声波模块的Trig口，超声波模块的Echo口自动置为高电平，定时器开始计时，当碰到障碍物时Echo口变为低电平时，定时器停止计时，得到超声波传播时间T,超声波在空气中的传播速度为C=340m/s，可以计算出发射点距障碍物的距离（s），即：
，其中，D为超声波与障碍物之间的距离。
图1-1超声波测距框图
第2章硬件电路设计
2.1单片机最小电路设计
如图2-1所示。
单片机最小电路包括：
复位电路，晶振电路，单片机芯片。
本次设计采用频率为11.0592MHz的石英晶体振荡器以及两个22pF左右大小的微调电容器构成单片机的部时钟。
按键上电复位电路由10uf电容和10欧电阻，1K欧电阻组成。
数码管的位选接到单片机的P1.0-P1.3口，低电频的时候选通。
数码管的段选接单片机的P0.0-P0.7口，低电平的时候选通。
单片机的P2.0-P2.3分别接到按键的一端，按键另一断接地，通过查询端口电平的变化，来判断是否有键按下。
P2.6，P2.7分别接超声波模块的Trig,Echo口。
图2-1最小单片机电路
2.2超声波引脚设计
如图2-2所示，P2.6口给Trig口送一个大于10uｓ的高电平,超声波模块的Echo口自动变为高电平，且发出40Khz的超声波，一有输出就立刻开定时器计时,当此口变为低电平时就可以读定时器的值,此时就为此次测距的时间。
图2-2超声波发生器
2.3数码管显示电路设计
如图2-3所示，数码管的位选接单片机的P1.0-P1.3口，段选接单片机的P0.0-P0.7口。
本次设计采用LED数码管动态显示方式，此次实验板的数码管共阳极，当有低电平驱动时，数码管亮。
图2-3数码管显示电路
2.4键盘连接电路设计
该系统采用三个独立按键控制如图2-4所示，按键一端s1,s2,s3接地，按键另一端接高电平同时接单片机P2.0-P2.3口。
当按键按下时，就给相应的引脚口一个低电平，从而实现控制功能.
图2-4键盘连接电路
第3章软件设计
3.1主程序流程图
主程序流程图如图3-1所示。
系统先初始化，定义端口及其他变量等准备工作。
调用显示程序显示开机状态，然后查键是否有按键按下，如果键按下，在进行键处理。
图3-1主程序流程图
3.2中断服务程序流程图
中断服务程序如图3-2所示，先装初值，在判断采样时间，如果到了就给超声波高电平，启动计时，然后计算时间。
否则，直接中断返回。
图3-2中断服务程序流程图
3.3键处理程序流程图
键处理流程图如图3-3所示，通过3个独立式按键来实现启动，暂停，复位功能。
当有键按下时，用去抖动去判断是否是误操作，然后在确定具体是哪个键按下，并实现相应的功能。
图3-3键处理程序流程图
第4章调试结果
4.1硬件调试
本次课程设计是拿我们自己焊的单片机开发板，将程序烧写进去，得到如下两组数据，第一组为6.5CM，第二组为10.5CM。
图4-1硬件调试结果
图4-2硬件调试结果
第5章总结
两周的课程设计结束了，这对我对单片机的认知又有了很大的提升，以前有的只是单纯的理论知识，但是这次让我的动手能力得到了大大的训练。
虽然从刚开始在网上找到程序的毫无头绪，到后面一步一步慢慢调试出来，其中的困难只有自己能懂。
由于这块板子我们是自己动手焊的，并且还拿着做了一些实验，所以刚开始的时候并不是那么的陌生，但在设计的时候出现了各种各样的问题，比如按键的时候黑屏，测距的时候刷新过快，复位的时候又测了一下数据再清零。
在一次又一次的更改调试下才得到要求的结果，这都让我深刻体会到要做好一件完整的事情，要有系统的思维方式和逻辑方法，要耐心的面对所有问题、要善于用应用各种资源来充实和满足自己。
在欣喜与收获的同时我也看到到了自己的不足之处，对于以前的知识没有进行系统的复习，以为自己已经记得很牢固了，没想到再需要用到的时候早已模糊不清。
以为可以得到想要的实验结果时，却漏洞百出，这也提醒我做事情一定要认真仔细。
最后，我要感我的指导老师，她的严谨细致、一丝不苟的作风是我学习的榜样，她循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。
同时，我要感我的同学，你们对我的帮助和指导。
参考文献
[1]王迎旭等.单片机原理及及应用[M].2版.机械工业，2012
[2]胡汉才.单片机原理及其接口技术[M].3版.清华大学，2010.
[3]戴灿金.51单片机及其C语言程序设计开发实例[M].清华大学，2010
如果你不幸是晓秀老师这组的报告看三遍才能交不要慌
附录
附录A超声波测距原理图
附录B程序清单
#include
#include
#definestart_signal1
#defineend_signal0
#definekeyboard_clear~（0x0f）
#definekeyboard_set0x0f
#definewei_clear~（0x0f）
unsignedcharwei[4]={0x0e,0x0d,0x0b,0x07};
unsignedcharflag=0,flag1=0;
unsignedintdistance=0,stop_distance=0;time=0,K1=0,K2=0,K=0,K3=0;
unsignedcharcodetable[]={
0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,
0x99,0x92,0x82,0xf8,
0x80,0x90,0x88,0x83,
0xc6,0xa1,0x86,0x8e};
sbittrig=P2^6;
sbitecho=P2^7;
sbitdp=P1^7;
voidinit（void）
{
trig=0;
echo=0;
TMOD=0x11;//设T0为方式1，GATE=1；
TH0=0;
TL0=0;
TH1=（65536-10000）/256;
TL1=（65536-10000）%256;
ET0=1;
ET1=1;//允许T0中断
EA=1;
TR0=0;
TR1=1;
return;
}
voiddelay（unsignedintz）
{
unsignedcharx,y;
for（x=z;x>0;x--）
for（y=110;y>0;y--）;
return;
}
voiddisplay（void）
{
unsignedchari=0;
for（;i<4;i++）
{
if（flag==0）
{
switch（i）
{
case0:
P0=table[distance%10000/1000];break;
case1:
P0=table[distance%1000/100];break;
case2:
P0=（table[（distance%100/10）]）&0x7f/*增加小数点*/;break;
case3:
P0=table[distance%10];break;
}
}
elseif（flag==1）
{
switch（i）
{
case0:
P0=0xbf;break;
case1:
P0=0xbf;break;
case2:
P0=0xbf;break;
case3:
P0=0xbf;break;
}
}
elseif（flag==2）
{
switch（i）
{
case0:
P0=table[stop_distance%10000/1000];break;
case1:
P0=table[stop_distance%1000/100];break;
case2:
P0=table[stop_distance%100/10]&0x7f;break;
case3:
P0=table[stop_distance%10];break;
}
}
P1=（（P1=P1&wei_clear）|wei[i]）;
delay
（1）;
}
return;
}
voidkeyscan（void）
{
unsignedchartemp=0;
P2=（（P2&keyboard_clear）|keyboard_set）;
temp=P2;
if（（temp&0x0f）!
=0x0f）
{
delay
（1）;
temp=P2;
if（（temp&0x0f）!
=0x0f）
{
switch（temp&0x0f）
{
case0x0e:
K1=1;break;
case0x0d:
K2=1;break;
case0x0b:
K3=1;break;
default:
break;
}
/*while（（temp&0x0f）!
=0x0f）
{
temp=P2;
delay
（1）;
}*/
}
}
}
voidstart（void）
{
unsignedchari=10;
trig=start_signal;
while（i--）
_nop_（）;
trig=end_signal;
}
voidcount（void）
{
floatS1;
time=（TH0）*256+TL0;
TH0=0;
TL0=0;
S1=（time*1.7）/100;//cm
distance=S1*10;
if（flag!
=2）
{
if（distance>=4500）//测量围
flag=1;
else
flag=0;
}
return;
}
voidmain（void）
{
init（）;
while
（1）
{
keyscan（）;
if（K1==1）
{
K1=0;
flag1=1;
flag=0;
}
if（K2==1）
{
flag=0;
distance=0;
flag1=2;
K2=0;
}
if（K3==1）
{
flag=2;
flag1=2;
K3=0;
}
display（）;
}
return;
}
voidtime0（）interrupt1
{
flag=1;
}
voidtime1（）interrupt3
{
TH1=（65536-10000）/256;
TL1=（65536-10000）%256;
K++;
if（K>=80）
{
K=0;
start（）;
while（!
echo）;
if（flag1==1）
TR0=1;
elseif（flag==2）
TR0=0;
elseif（flag1==2）
{
TR0=0;
distance=0;
}
else
TR0=0;
while（echo）;
TR0=0;
if（flag!
=2）
{
count（）;
stop_distance=distance;
//distance=0;
}
}
}
单片机原理与应用课程设计评分表
项目
评价
优
良
中
及格
不及格
设计方案的合理性与创造性（10%）
开发板焊接及其调试完成情况*（10%）
硬件设计或软件编程完成情况（20%）
硬件测试或软件调试结果*（10%）
设计说明书质量（20%）
答辩情况（10%）
完成任务情况（10%）
独立工作能力（10%）
出勤情况（10%）
综合评分
课程设计成绩评定为：
□优□良□中□及格□不及格
指导老师签名：
______________
日期：
______________
注：
①表中标*号项目是根据课题实际情况二选一；
②此表装订在课程设计说明书的最后一页。
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