基于單片機的超聲波測距儀的設計與制作畢業設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 問外部存儲器的期間， ALE 仍以 1/6 振蕩頻率是固定不變地輸出，因此它可對個輸出或用于定時目的。需要注 意的問題是：每次訪問外部存儲器的時候會躍過一個 ALE 脈沖。 PROG 為第二功能，當對片內程序存儲器編程寫入時，此引腳作為編程脈沖輸入端。 PSEN —— 第 29 腳，訪問外部程序存儲器選能信，低電平有效。當 AT89C51由外部程序存儲器取指令（或數據）時，每個機器周期兩次 PSEN 有效，即輸出兩個脈沖。在此期間，當進行訪問外部的數據存儲器時，這兩次有效的 PSEN 信號 不出現。 /VPP/EA ：外部訪問允許。如果使 CPU 訪問其外部程序存儲器（地址0000HFFFFH），則 EA端將必須為低電平（接地）。需注意的是：要是加密位 LBI被編程，進行復位的時候內部將會鎖存 EA端的狀態。當 Flash 存儲器進行編程時，其引腳需加 +12V 地編程允許的電源 VPP，當然這必須是該器件是使用 12V編程電壓 VPP。 4) 多功能 I/O 端口 P0 口 —— 第 32~39 腳，是 8 位的漏極開 路雙向 I/O 端口。當作輸出口使用的時候，每一位能夠吸收電流地方式來驅動 8 個 TTL 邏輯門電路，如端口寫“ 1”可當作為高阻抗的輸入端用。在進行訪問程序和數據兩個存儲器時，這組口線將分時的轉換地址總線與數據總線的復用，并在訪問的期間將激活內部的上拉電阻。 P1 口 —— 第 1~8 腳，具有內部的上拉電路的 8 位準雙向 I/O 端口。在對片內程序存儲器（ EPROM 型）進行程序編程和校驗時，用做低 8 位地址總線。 P2 口 —— 第 21~28 腳，具有內部的上拉電路的 8 位準雙向 I/O 端口。當單 福建師范大學 2020 級畢業設計 10 片機訪問存儲器時，用做高 8 位地址總線；在對片 內程序存儲器（ EPROM型）進行程序編程和校驗時，亦用做高 8 位地址總線。 P3 口 —— 第 10~17 腳，具有內部上拉電路的 8 位準雙向 I/O 端口。它還提供特殊的第二變異功能。它的每一位均可獨立定義為第一功能的 I/O 口或第二變異功能。第二變異功能的具體含義如表 41： 表 41 P3 口的第二變異功能 端口引腳 第二功能 RXD （串行輸入口） TXD （串行輸出口） 0INT （外中斷 0） 1INT （外中斷 1） T0 （定時 /計數器 0） T1 （定時 /計數器 1） WR （外部數據存儲器寫選通） RD （外部數據存儲器讀選通） 超聲波測距模塊 HYSR05 HYSR05超聲波測距模塊可提供 2cm450cm的非接觸式距離感測功能，測距精度可達高到 3mm。模塊包括超聲波發射器、接收器與控制電路。 基本工作原理： (1)采用 I0 口 TRIG 觸發測距，給至少 10us 的高電平信號 。 (2)模塊自動發送 8 個 40KHZ 的方波，自動檢測是否有信號返回； (3)有信號返回，通過 I0 口 ECHO 輸出一個高電平，高電平持續的時間就是超聲波發射返回的時間。測試距離 =（高電平時間 *聲速（ 340M/S）） /2； 福建師范大學 2020 級畢業設計 11 引腳定義： 如圖： 41 所示接線 圖： 41 所示 VCC 供 5V 電源 GND 為地線 TRIG 觸發控制，信號輸入 ECHO 回響信號輸出 OUT 開關量輸出（當報警模塊使用） 電氣參數 HCSR04 模塊參數如下表 42 所示。 表 42 模塊參數 電氣參數 HCSR04 超聲波模塊 工作電壓 DC 5V 工作電流 15mA 工作頻率 40khz 最遠射程 4m 最近射程 2cm 測量角度 15176。 輸入觸發信號 10us 的 TTL 脈沖 輸入回響信號 輸出 TTL 電平信號，與射程成比例 規格尺寸 45*20*15cm 福建師范大學 2020 級畢業設計 12 、超聲波 時序圖 超聲波時序圖如圖 42 所示 圖 42 超聲波時序圖 以上時序圖表明只需要提供一個 10us 以上脈沖信號，該模塊內部將發出 8個 40khz 周期電平并檢測回波。一旦檢測到有回波信號則輸出回響信號。回響信號的脈沖寬度與測量的距離成正比。由此通過發射信號到收到的回響信號時間間隔可以計算得到距離： 距離 =高電平時間 *聲速（ 340m/s） /2。 為防止發射信號對回響信號的影響，測量周期一般要 60ms 以上。 、超聲波應用電路圖 超聲波應用電路圖如圖 43 所示 圖 43 福建師范大學 2020 級畢業設計 13 溫度傳感器 DS18B20 溫度傳感器的主要組成是熱敏元件。熱敏元件的品種比較多，市場上可見的有銅熱電阻、鉑熱電阻、雙金屬片、半導體熱敏電阻和熱電偶等。其中以半導體熱敏電阻作探測元件地溫度傳感器的應用較為廣泛，這主要是因在元件所允許的工作條件范圍之內，半導體的熱敏電阻器將擁有精度較高、體積小巧、敏度較高的特點，而且制造工藝非常簡單、價格也比較便宜。半導體熱敏電阻按溫度特性熱敏電阻可分為正溫度系數熱敏電阻（電阻隨溫度上升而增加）和負溫度系數熱敏電阻（電阻隨溫度上升而下降）。 本設計采用的是美國 Dallas 半導體公司的不銹鋼封裝 的 DS18B20 數字溫度傳感器。 DS18B20 是采用專門設計的不銹鋼外殼，僅有 的壁厚，具有很小的蓄熱量，采用導熱性高的密封膠，保證了溫度傳感器的高靈敏性，極小的溫度延遲。 DS18B20 支持“一線總線”接口（ 1Wire），測量溫度范圍為 55176。C～ +125176。 C，在 10～ +85176。 C 范圍內 ,精度為177。 176。 C。現場溫度直接以“一線總線”的數字方式傳輸，大大提高了系統的抗干擾性。 DS18B20 采用 3 腳 PR35 封裝 （圖 44）： DS18B20 數字化溫度傳感器的主要性能如 下： 1) 適用電壓為 3V～ 5V； 2) 9～ 12 位分辨率可調，對應的可編程溫度分別為 ℃、 ℃、℃、 ℃； 3) TO9 SOIC 及 CSP 封裝可選； 4) 測溫范圍： 55℃～ 125℃； 5) 精度： 10℃～ 85℃范圍內177。 ℃； 6) 無需外部元件，獨特的一線接口，電源和信號復合在一起； 7) 每個芯片唯一編碼，支持聯網尋址，零功耗等待。 圖 44 福建師范大學 2020 級畢業設計 14 、溫度傳感器應用電路圖 溫度傳感器應用電路圖如圖 45 所示 如圖 45 所示 LCD1602 液晶 LCD1602 主要技術參數 ： 表 43 1602 液晶主要參數 LCD1602 引腳功能 表 44 1602液晶引腳說明 引腳 符號 功能說明 引腳 符號 功能說明 1 VCC 一般接地 9 DB2 底 4位三 態 、 雙向數據 總線 2位 顯示容量 : 16X2 個字符 (STN 型 ) 模塊最佳工作電壓 : 工作電壓 : ～ 字符尺寸 : (WXH)mm 工作電流 : () 工作溫度 : 0～ +50℃ 背光源顏色 : 黃綠 存儲溫度 : 20～ +70℃ 背光源電流 : 150mA 福建師范大學 2020 級畢業設計 15 2 VDD 接 電 源（ +5V） 10 DB3 底 4位三 態 、 雙向數據 總線 3位 3 V0 液晶 顯 示器 對 比度 調 整端，接正 電 源 時對 比度最弱，接地 電源 時對 比度最高 11 DB4 底 4位三 態 、 雙向數據 總線 4位 4 RS RS為 寄存器 選擇 ，高 電 平 1時選擇 數據寄存器、低 電 平 0時選擇指令寄存器 。 12 DB5 底 4位三 態 、 雙向數據 總線 5位 5 R/W R/W為讀 寫信號 線 ，高 電 平 (1)時進 行 讀 操作，低 電 平 (0)時進行寫操作 。 13 DB6 底 4位三 態 、 雙向數據 總線 6位 6 E E(或 EN)端 為 使能 (enable)端，下降沿使能。 14 DB7 高 4位三 態 、 雙向數據 總線 7位（最高位）（也是 busy flag） 7 DB0 底 4位三 態 、 雙向數據 總線 0位（最低位） 15 BLA 背光 電 源正 極 8 DB1 底 4位三 態 、 雙向數據 總線 位 16 BLK 背光 電 源 負 極 LCD1602 應用電路圖 LCD1602 應用電路圖如圖 46 所示 圖 46 福建師范大學 2020 級畢業設計 16 蜂鳴器及其原理 ①蜂鳴器的作用：蜂鳴器是一種一體化結構的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應用于計算機、打印機、復印機、報警器、電子玩具、汽車電子設備、電話機、定時器等電子產品中作發聲器件。 ②蜂鳴器的分類：蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型。 ③蜂鳴器的電路圖形符號：蜂鳴器在電路中用字母“ H”或“ HA”（舊標準用“ FM”、“ LB”、“ JD”等）表示。 ①壓電式蜂鳴器：壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電 蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成。有的壓電式蜂鳴器外殼上還裝有發光二極管。多諧振蕩器由晶體管或集成電路構成。當接通電源后（ ~15V 直流工作電壓） ,多諧振蕩器起振 ,輸出 ~ 的音頻信號，阻抗匹配器推動壓電蜂鳴片發聲。 ②電磁式蜂鳴器：電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動膜片及外殼等組成。接通電源后，振蕩器產生的音頻信號電流通過電磁線圈，使電磁線圈產生磁場。振動膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性地振動發聲。所需驅動電壓為 5V，具體參數如表 44 所示。 表 44 蜂鳴器參數 型號 HYT1205 是否有源 是 驅動方式 電磁式 尺寸 12* 材質 PPO ROHS 種類 蜂鳴器（片） 圖 47 福建師范大學 2020 級畢業設計 17 ISD1420 語音芯片的介紹 ISD1420為美國 ISD公司出品的優質單片語音錄放電路，由振蕩器、語音存儲單元、前置放大器、自動增益控制電路、抗干擾濾波器、輸出放大器組成。一個最小的錄放系統僅由一個麥克風、一個喇叭、兩個按鈕、一個電源、少數電阻電容組成。錄音內容存入永久存儲單元，提供零功率信息存儲，這個獨一無二的方法是借助于 美國 ISD公司的專利 直接模擬存儲技術（ DAST TM）實現的。利用它，語音和音頻信號被直接存儲，以其原本的模擬形式進入 EEPROM存儲器。直接模擬存儲允許使用一種單片固體電路方法完成其原本語音的再現。不僅語音質量優勝，而且斷電語音保護。 、特點： ◎ 使用方便的單片錄放系統 ,外部元件最少 ◎ 重現優質原聲，沒有常見的背景噪音 ◎ 放音可由邊沿或電平觸發 ◎ 無耗電信息存儲 ,省掉備用電池 ◎ 信息可保存 100年 ,可反復錄放 10萬次 ◎ 無需專用編程或開發系統 ◎ 較強的分段選址能力可處理多達 160段信息 ◎ 具有自動節電模式 ◎ 錄或放后立即進入維持狀態 ,僅需 A電流 ◎ 單一 5伏電源供電 電特性： ◎ 工作電壓： 5V ◎ 靜態電流：典型值 A，最大值 2μ A ◎ 工作電流：典型值 15mA，最大值 30mA（ 16歐姆） 電路外形圖引出端功能說明： 各管腳功能如表圖 4 49所示： 福建師范大學 2020 級畢業設計 18 圖 49 ISD1110/ISD1420 語音電路 ISD1110/ISD1420 系列 內 置了若了干操作模式，可用最少 的外圍器件實現最多的功能。操作模 式也由地址端控制 ； 當 A7 和 A6 都 為 1 時 ， 其 它地址端置高就選擇某 個 （或某幾個 ） 模式 。 因為操 作