基于單片機的超聲波測距儀的設計畢業(yè)設計論文(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 意想不到的問題，如死機”“跑飛”等。 所以以 AT89C52 作為主芯片 的單片機需要一個復位電路 ， 來啊保證指令的正常執(zhí)行。每次單片機在啟動時都需要復位，以便使 CPU 和系統(tǒng)各部件都處于確定的初始狀態(tài)，并從初狀態(tài)開始工作。當系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時，振蕩器穩(wěn)定后，從單片機的復位引腳 RST 輸入一個高電平并維持 2個機器周期（ 24個振蕩周期）以上， CPU 就可以響應并將系統(tǒng)復位。復位信號一般來說不能太長，因為在復位狀態(tài)下，單片機是不執(zhí)行程序的。電路一般采用積分型、專用芯片復位電路等來完成電路復位所 需信號。 單片機系統(tǒng)基本的復位方式有上電復位和手動按鈕復位。 （ 1） 上電復位 上電復位工作過程是在加電時復位電路通過電容加給 RST 端一個短暫的高電平信號，此高電平信號隨著 VCC 對電容的充電過程而逐漸回落，即 RST 端的高電平持續(xù) 畢業(yè)設計（論文）報告紙 共 30 頁 第 12 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 時間取決于電容的充電時間。為了保證系統(tǒng)能夠可靠地復位， RST 端的高電平信號必須維持 2個機器周期以上的時間。 （ 2） 手動按鈕復位 該復位形式需要人為在復位輸入端 RST 上加入高電平，其電路如圖 所示。當按下按鈕時，則 VCC 的 +5V 電平就會直接加到 RST 端，人的動作再快也會使按鈕保持接通達數(shù)十毫秒，完全能夠滿足復位的時間要求 。 圖 復位電路 超聲波發(fā)射電路 需要將由 單片機 發(fā)出 的 40kHZ 的方波進行放大，才能 夠使 超聲波傳感器發(fā)射 出 超聲波， 作為 發(fā)射驅(qū)動電路 ， 本質(zhì)上 就是一個信號放大電路。 圖 超聲波發(fā)射電路原理圖 超聲波發(fā)射 的 電路圖如圖 所示。發(fā)射電路主要 是用 反向器 74ALS04 連接到 超聲波發(fā)射換能器 T 所 構(gòu)成， 由 單片機 端口輸出的 40kHZ 方波信號經(jīng) 過 一級反向器 放大 后送到超聲波換能器的一個電極 ， 另一路經(jīng) 過雙重 反向器 放大 后送到超聲 波的 畢業(yè)設計（論文）報告紙 共 30 頁 第 13 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 另一 電極 。用這種 方 式將方波信號加到超聲波換能器 的 兩端，可以 有效地 提高超聲波的發(fā)射 效率 ， 在 輸出 端 采用兩個反向器并聯(lián)，用以提 升 驅(qū)動能力。上拉電阻 R R2不但 可以提高反向器 74ALS04 輸出高電平的能力， 而且還 可以 提升 超聲波換能器的阻尼效果，縮短 它的 自由振蕩時間。 關于 74ALS04 與 74LS04 的區(qū)別： 74LS04 與 74ALS04都是 74 系列的 非門 。 他們的區(qū)別是： 輸出： 74LS04 和 74ALS04 是一樣的。如果同一個公司，輸出參數(shù)都是一樣的。 輸入：兩者不同的是輸入不一樣。 74LS04 輸入是 TTL 電平 ， 74LS14 輸入是 施密特 輸入（有滯回特性）。 因為輸入不一樣，兩個芯片的應用場合也有所不同。 74LS04 多用于板內(nèi)一般數(shù)據(jù)的“非”控制，而 74ALS04 一般用于某些信號的整形或者異受干擾 /關鍵信號的信號緩沖等。 大部分情況下 74LS14可以替代 74LS04； 74ALS04和 74LS04都是六 反相器 ； 74LS04是 6非門 IC 工作電壓 5V ， 最大 16mA 的 驅(qū)動能力 。 在實際應用方面 2者其實基本上沒什么區(qū)別的 ， 用都一樣 。 基于本實驗要求超聲波輸出信號和接收信號盡可能降低干擾，所以本設計選取的是 74ALS04 芯片作為主要芯片。 參考紅外轉(zhuǎn)化接收電路，本設計采用集成電路 CX20xx6A，這是一款紅外線檢波接收的專用芯片，常用于電視機紅外遙控接收器。考慮到紅外遙控常用的載波頻率38KHz 與測距超聲波頻率 40KHz 較為接近，可以利用他作為超聲波檢測電路 。如圖 超聲 波檢 測接收電路原理圖所示，適當改變 C12 的大小，可以改變接受電路的靈敏度和抗 干擾能力。 管腳 1 是超聲波信號輸入端，是輸入阻抗約為 40KΩ 。管腳 2 的 C12 R19 決定接受換能器的總增益，增大電阻 R 或者減小 C，將使放大倍數(shù)下降，負反饋量增大，電容C 的改變會影響到頻率特性，實際使用中一般不改動，推薦選擇參數(shù) R= KΩ，C=。管腳 5上的連接電阻 R18 用以設置帶通濾波器的中心頻率，阻值越大，中心頻率越低，取 R=200 KΩ時，中心頻率約為 42KHZ；管腳 6 與 GND 之間接入一個分電容，標準值為 330pF，如果該電容取得太大，會使探測距離變短；管腳 7 是遙控命令輸出端，是集電極開路的輸出方式，因此該引腳必須接上一個上拉電阻到電源，該阻值推薦阻值為 R5=220 KΩ ,沒有接受信號時該端輸出為高電平，有信號時則會下降；管腳 8 接電源正極。 所示 畢業(yè)設計（論文）報告紙 共 30 頁 第 14 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 圖 超聲波接收電路原理 超聲波顯示電路 將系統(tǒng)正在運行的狀態(tài)告訴操作者，需要顯示；我們這里利用超聲波測距需要把測得的結(jié)果顯示出來；當我們吧需要控制的 信號輸入到單片機系統(tǒng)中，輸入與輸出的信息就能夠顯示出來。 常用的顯示方式有： LED 彩燈顯示、數(shù)碼管顯示、和液晶顯示。我們的設計是利用數(shù)碼管顯示。 LED(LightEmitting Diode，發(fā)光二極管 )有七段和八段之分，也有共陰和共陽兩種。 LED 數(shù)碼管結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)如 圖 所示，圖中 a～ g七個筆端及小數(shù)點 SP 均為發(fā)光二極管。如果將所有大光二極管的陽極連在一起作為公共端，稱為共陽極二極管，如果將所有發(fā)光二極管的陰極連在一起作為公共端，則稱為共陰數(shù)碼管。 圖 (a)為八段共陰數(shù)碼 顯示管結(jié)構(gòu)圖，圖 (b)是它的原理圖，圖 (c)為八段共陽 LED 顯示管原理圖。 圖 八段 LED 數(shù)碼顯示管原理和結(jié)構(gòu) 畢業(yè)設計（論文）報告紙 共 30 頁 第 15 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 以 74ALS245 為主要芯片的 顯示 電路如圖 所示，顯示電路 中 74ALS245 芯片接由單片機 的 P0 口 ， 再 由 七 段數(shù)碼管進行顯示， 從 而 利用 單片機的 、 、 、 與共射極三極管的基極相連來控制數(shù)碼管的位選通。 圖 單片機及顯示系統(tǒng)電路圖 畢業(yè)設計（論文）報告紙 共 30 頁 第 16 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 報警電路 采用一個蜂鳴器，輸出一定頻率的信號，在連 接到蜂鳴器之前，經(jīng)過一個三極管放大。報警的部分電路如 下圖 所示 。實現(xiàn)的功能：當測得的距離小于最小值時，警報器觸發(fā)。 圖 報警電路 電源電路設計 該電路 電源是通過整流橋整流后經(jīng) C6\C7 濾波 ， 然 后由 7805 穩(wěn)定后提供穩(wěn)定的5V 電壓 ,如圖 所示。 圖 電源電路原理圖 畢業(yè)設計（論文）報告紙 共 30 頁 第 17 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 第四章 系統(tǒng)程序的設計 超聲波測距器的軟件設計主要由主程序，超聲波發(fā)生子程序，超聲波接收中斷程序及顯示子程序組成，由于 C 語言程序有利于實現(xiàn)較復雜的算法，匯編語言程序則具有較高的效率并且容易精確計算程 序行動的時間，而超聲波測距器的程序既有較復雜的計算（計算距離時），又要求精確計算程序運行時間（超聲波測距時），所以控制程序可采用 C 語言和匯編語言混合編程。下面對超聲波測距器的算法，主程序，超聲波發(fā)生子程序和超聲波接收中斷程序逐一介紹。 超聲波測距器的算法設計 圖 示意了超聲波測距的原理，既超聲波發(fā)生器 T 在某一時刻發(fā)出一個超聲波信號，當這個超聲波遇到被測物體后反射回來，就會被超聲波接收器 R接收到。這樣，只要計算出從發(fā)出超聲波信號到接收到返回信號所用的時間，就可算出超聲波發(fā)生器于反射物體的距離。 該距離的計算公式如下 41： d=s/2=(v t)/2 （ 41） 其中： d為被測物于測距器的距離； s 為聲波的來回路程； v為聲速； t為聲波來回所用的時間。 畢業(yè)設計（論文）報告紙 共 30 頁 第 18 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 圖 超聲波測距離原理圖 對于 該系統(tǒng) 影響 最大可測距離存在四個因素：超聲波的幅度、反射物的質(zhì)地、反射和入射聲波之間的夾角以及接收換能器的靈敏度。接收換能器對聲波脈沖的直接接收能力將決定最小可測距離。為了增加所測量的覆蓋范圍，減少測量誤差，可采用多個超聲波換能器分別作為多路超聲波發(fā)射 /接收的設計方法。由于超聲波也是一種聲波，其聲速 v 與溫度有關，下表 列出了幾種不同溫度下的聲速。在使用時，如果溫度變化不大，則可以為聲速是基本不變的。如果測距精度很高，則應通過溫度補償?shù)姆椒右孕Ｕ? 溫度（℃） 30 20 10 0 10 30 30 100 聲速（ m/s） 313 319 325 323 338 344 349 386 表 超聲波波速與溫度的關系表 總體設計方案 由單片機 AT89C52 編程產(chǎn)生 40kHz 的方波，由 口輸出，再經(jīng)過放大電路，驅(qū)動超 聲