单片机的超声波测距的设计
目录
一 、引言 1
（一）课题背景 1
（二）研究的主要内容 1
二、 系统框架设计 2
(一) 超声波测距仪基本功能 2
1 单片机选择方案 2
2 距离采集元件选择 2
3 显示模块选择 3
三、 系统的硬件设计 3
（一）系统硬件框图（整体硬件原理图见附录1。） 3
（二）直流电源模块 4
1 直流5V稳压电源 4
2 5V直流稳压电源设计 4
(三) 单片机控制模块 5
1 STC89C52单片机 5
2 STC89C52单片机最小系统模块 5
（4） STC89C52单片机最小系统电路 7
(四) 超声波模块 7
1 超声波检测方法 7
2 超声波模块HC-SRO4工作原理 7
(五) 数码管显示模块 8
1 数码管 8
2 数码管工作电路 8
四、 系统的软件设计 10
（一） 系统软件模块 10
（二） 数码管显示程序设计 10
1 数码管显示程序流程 10
2 数码管显示程序函数模块 11
（三）超声波测距程序设计 12
1 超声波测距流程 12
2 延时设置函数模块 12
五、 系统调试与结果 13
（一） 软硬件调试难点 13
（二） 结果，如图5-2实物图所示。仿真图见下文附录2。 13
附录1：超声波测距仪原理图 17< *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
br /> 附录2：超声波测距仪仿真图 17
附录3：设计程序 18
一 、引言
课题背景
当前社会单片机已广泛的应用于我们的生活当中，基于单片机的各种工具同样如此。
本课题介绍的超声波测距作为一种经典的非接触式测量方式与其他的测距方式，如激光测距等比较起来，简单，便于测量且成本不高，应用范围广，在大部分情况下都可以使用。但这并不代表超声波测距是万能的，它也是有瑕疵的，超声波会被环境温度、风速已经其他因素所影响，从而降低超声波测距的精度，怎样解决这些问题,提高超声波测距的精度，成为进一步提升超声波测距使用都的关键。
（二）研究的主要内容
毕业设计的主要内容是设计制作一个超声波测距仪，主要内容如下：
1、超声波测距模块的使用及原理。
2、单片机以及数码管的原理以及使用。
3、单片机定时器的应用。
二、 系统框架设计
(一) 超声波测距仪基本功能
超声波测试仪的主要功能就是对短距离的检测，它的检测范围比较小，但是它的响应速度比较快。从系统设计的各个小部分来分析，就可以分为几个小模块的功能。首先就是距离检测功能，数码管显示功能以及定时的功能。
（二）器件选择方案
1 单片机选择方案
单片机作为核心的数据处理元件，它的选择对于整个系统的非常的重要。我们在选择的时候要考虑它的数据处理能力以及成本。同时还要考虑开发难度方面，根据以上的设计要求给出了下面的两种方案。
方案一：
采用ARM系列的单片机，这种单片机的处理速度比较快。例如STM32单片机，这种单片机的是在频率比较高，内部的指令集也比较丰富。运行的可靠性也比较高。从以上的方面来讲，这种单片机比较好。但是这种单片机的成本也是其他普通单片机的几倍。并且开发难度也比较大。
方案二：
采用51系统的控制芯片。这种单片机一般都是作为学习单片机的入门芯片，使用中单片机的人比较多，开发的难度较小，成本上也比较低。从它的稳定性来讲，可以满足本系统的设计要求。
2 距离采集元件选择
距离检测的要求要有很高的精度控制，它的组成比较简单也比较成熟。需要一个发声模块和一个声音接收模块。还有就是一个集成芯片，工作的主要原理就是一个模块发出声音的时候，有一个管脚会高电平，当另一个接收模块收到声音时，会将这个引脚拉低。电平的变化时间可以进行计时。通过计算得出采集的距离。以下是两种选择方案。
方案一：
采用集成模块HC-SRO4超声波模块，这样的集成模块价格低，性能稳定，见附录1原理图。对于用的比较少的情况下比较合适，为设计节省了很长时间、
方案二：
采用分立元件进行焊接，如果选择这样的方案，需要很多原件。而且不仅需要使用的很好，并且在价格上也是方案一的几倍，自己焊接的过程中也会有许多的故障。因此在这个试验中，使用分立元件不适合。
所以采用方案一。
3 显示模块选择
显示的方案选择有很多，可以采用数码管，点阵以及液晶显示屏。在选择的时候也要主要其对单片机的要求，因为前面已经选择了51系列的单片机。考虑显示性能和成本。
从上面的要求来看，选择数码管比较适合本系统，因为数码管的显示亮度比较好。而且我们只需要显示距离信息，因此要求显示的要求比较低。利用单片机驱动也比较简单。成本上来说也比较合适。
三、 系统的硬件设计
（一） 系统硬件框图
系统的设计包含了许多模块，每个模块都有自己的功能。如下图3-1硬件框图所示，首先就是单片机核心控制模块，此模块还包含了其最小系统。还有就是电源模块，电源模块主要是提供直流5V直流电源，电源模块可以给单片机供电，也可以为数码管和超声波供电。还有就是超声波模块，主要是通过其发出声波时从而产生引脚的高低变化来让单片机检测，经过内部的计算，得出相应的距离。最后一个就是显示模块，顾名思义显示模块就是对检测来的距离信息进行显示，显示模块的引脚比较多，下文将进行介绍。以上就是系统的几个模块介绍。（整体硬件原理图见附录1。）
图3－1硬件框图
（二）直流电源模块
电路的电源模块是比较重要的，因为在整个电路中电源要为很多模块进行供电。本系统需要供电的模块由单片机，超声波以及数码管。各部分对电源的要求不高。因此在设计时我们只需要将220V的交流电变换成各个模块所需要的直流5V电源就可以了。
1、 直流5V稳压电源
直流稳压的电源的设计如图3-2电源设计模块图所示。
四、 系统的软件设计
（一） 系统软件模块
单片机实时接收来自超声波模块发来的脉冲信号，同时单片机在接收到超声波发出信号时打开定时器，当超声波模块接收到回声时，关闭定时器，记录当前的时间。由于接收回声时的时间根据距离的而保持特定的关系。因此当距离比较远的时候，主函数中的数码管显示会受到影响。因此将数码管的设计放在了定时器中断中来执行。这样就可以不受超声波回声时间的影响，清晰的显示当前测量的距离。系统模块如下图4-1系统软件流程图所示。
一 、引言 1
（一）课题背景 1
（二）研究的主要内容 1
二、 系统框架设计 2
(一) 超声波测距仪基本功能 2
1 单片机选择方案 2
2 距离采集元件选择 2
3 显示模块选择 3
三、 系统的硬件设计 3
（一）系统硬件框图（整体硬件原理图见附录1。） 3
（二）直流电源模块 4
1 直流5V稳压电源 4
2 5V直流稳压电源设计 4
(三) 单片机控制模块 5
1 STC89C52单片机 5
2 STC89C52单片机最小系统模块 5
（4） STC89C52单片机最小系统电路 7
(四) 超声波模块 7
1 超声波检测方法 7
2 超声波模块HC-SRO4工作原理 7
(五) 数码管显示模块 8
1 数码管 8
2 数码管工作电路 8
四、 系统的软件设计 10
（一） 系统软件模块 10
（二） 数码管显示程序设计 10
1 数码管显示程序流程 10
2 数码管显示程序函数模块 11
（三）超声波测距程序设计 12
1 超声波测距流程 12
2 延时设置函数模块 12
五、 系统调试与结果 13
（一） 软硬件调试难点 13
（二） 结果，如图5-2实物图所示。仿真图见下文附录2。 13
附录1：超声波测距仪原理图 17< *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
br /> 附录2：超声波测距仪仿真图 17
附录3：设计程序 18
一 、引言
课题背景
当前社会单片机已广泛的应用于我们的生活当中，基于单片机的各种工具同样如此。
本课题介绍的超声波测距作为一种经典的非接触式测量方式与其他的测距方式，如激光测距等比较起来，简单，便于测量且成本不高，应用范围广，在大部分情况下都可以使用。但这并不代表超声波测距是万能的，它也是有瑕疵的，超声波会被环境温度、风速已经其他因素所影响，从而降低超声波测距的精度，怎样解决这些问题,提高超声波测距的精度，成为进一步提升超声波测距使用都的关键。
（二）研究的主要内容
毕业设计的主要内容是设计制作一个超声波测距仪，主要内容如下：
1、超声波测距模块的使用及原理。
2、单片机以及数码管的原理以及使用。
3、单片机定时器的应用。
二、 系统框架设计
(一) 超声波测距仪基本功能
超声波测试仪的主要功能就是对短距离的检测，它的检测范围比较小，但是它的响应速度比较快。从系统设计的各个小部分来分析，就可以分为几个小模块的功能。首先就是距离检测功能，数码管显示功能以及定时的功能。
（二）器件选择方案
1 单片机选择方案
单片机作为核心的数据处理元件，它的选择对于整个系统的非常的重要。我们在选择的时候要考虑它的数据处理能力以及成本。同时还要考虑开发难度方面，根据以上的设计要求给出了下面的两种方案。
方案一：
采用ARM系列的单片机，这种单片机的处理速度比较快。例如STM32单片机，这种单片机的是在频率比较高，内部的指令集也比较丰富。运行的可靠性也比较高。从以上的方面来讲，这种单片机比较好。但是这种单片机的成本也是其他普通单片机的几倍。并且开发难度也比较大。
方案二：
采用51系统的控制芯片。这种单片机一般都是作为学习单片机的入门芯片，使用中单片机的人比较多，开发的难度较小，成本上也比较低。从它的稳定性来讲，可以满足本系统的设计要求。
2 距离采集元件选择
距离检测的要求要有很高的精度控制，它的组成比较简单也比较成熟。需要一个发声模块和一个声音接收模块。还有就是一个集成芯片，工作的主要原理就是一个模块发出声音的时候，有一个管脚会高电平，当另一个接收模块收到声音时，会将这个引脚拉低。电平的变化时间可以进行计时。通过计算得出采集的距离。以下是两种选择方案。
方案一：
采用集成模块HC-SRO4超声波模块，这样的集成模块价格低，性能稳定，见附录1原理图。对于用的比较少的情况下比较合适，为设计节省了很长时间、
方案二：
采用分立元件进行焊接，如果选择这样的方案，需要很多原件。而且不仅需要使用的很好，并且在价格上也是方案一的几倍，自己焊接的过程中也会有许多的故障。因此在这个试验中，使用分立元件不适合。
所以采用方案一。
3 显示模块选择
显示的方案选择有很多，可以采用数码管，点阵以及液晶显示屏。在选择的时候也要主要其对单片机的要求，因为前面已经选择了51系列的单片机。考虑显示性能和成本。
从上面的要求来看，选择数码管比较适合本系统，因为数码管的显示亮度比较好。而且我们只需要显示距离信息，因此要求显示的要求比较低。利用单片机驱动也比较简单。成本上来说也比较合适。
三、 系统的硬件设计
（一） 系统硬件框图
系统的设计包含了许多模块，每个模块都有自己的功能。如下图3-1硬件框图所示，首先就是单片机核心控制模块，此模块还包含了其最小系统。还有就是电源模块，电源模块主要是提供直流5V直流电源，电源模块可以给单片机供电，也可以为数码管和超声波供电。还有就是超声波模块，主要是通过其发出声波时从而产生引脚的高低变化来让单片机检测，经过内部的计算，得出相应的距离。最后一个就是显示模块，顾名思义显示模块就是对检测来的距离信息进行显示，显示模块的引脚比较多，下文将进行介绍。以上就是系统的几个模块介绍。（整体硬件原理图见附录1。）
图3－1硬件框图
（二）直流电源模块
电路的电源模块是比较重要的，因为在整个电路中电源要为很多模块进行供电。本系统需要供电的模块由单片机，超声波以及数码管。各部分对电源的要求不高。因此在设计时我们只需要将220V的交流电变换成各个模块所需要的直流5V电源就可以了。
1、 直流5V稳压电源
直流稳压的电源的设计如图3-2电源设计模块图所示。
四、 系统的软件设计
（一） 系统软件模块
单片机实时接收来自超声波模块发来的脉冲信号，同时单片机在接收到超声波发出信号时打开定时器，当超声波模块接收到回声时，关闭定时器，记录当前的时间。由于接收回声时的时间根据距离的而保持特定的关系。因此当距离比较远的时候，主函数中的数码管显示会受到影响。因此将数码管的设计放在了定时器中断中来执行。这样就可以不受超声波回声时间的影响，清晰的显示当前测量的距离。系统模块如下图4-1系统软件流程图所示。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/jxgc/zdh/3851.html
