基于超聲波的測距系統設計畢業設計-資料下載頁

【導讀】西華大學畢業設計說明書

　　

【正文】 11 D4 數據 4 RS 數據 /命令選擇 12 D5 數據 5 R/W 讀 /寫選擇 13 D6 數據 6 E 使能信號 14 D7 數據 7 D0 數據 15 BLA 背光源正極 8 D1 數據 16 BLK 背光源負極 (1)第 1腳： VSS 為地電源。 (2)第 2腳： VDD 接 5V 正電源。 (3)第 3腳： VL為液晶顯示器對比度調整端，接正電源時對比度最弱，接地時對比度最高，對比度過高時會產生“鬼影”，使用時可以通過一個 10K 的電位器調整對比度。 (4)第 4腳： RS為寄存器選擇，高電平時選擇數據寄存器、低電平時選擇指令寄存器。 (5)第 5腳： R/W 為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當 RS 和R/W 共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當 RS為低電平 R/W 為高電平時可以讀忙信號，當 RS 為高電 平 R/W 為低電平時可以寫入數據。 (6)第 6腳： E端為使能端，當 E 端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執行命令。 (7)第 7～ 14 腳： D0～ D7 為 8 位雙向數據線。 (8)第 15 腳：背光源正極。 (9)第 16 腳：背光源負極。 1602LCD 的指令說明及時序 ： 1602 液晶模塊內部的控制器 總 共有 11條控制指令，如表 所示： 表 控制命令表 序號 指令 RS R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 清顯示 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 2 光標返回 0 0 0 0 0 0 0 0 1 * 3 置輸入模式 0 0 0 0 0 0 0 1 I/D S 4 顯示開 /關控制 0 0 0 0 0 0 1 D C B 5 光標或字符移位 0 0 0 0 0 1 S/C R/L * * 6 置功能 0 0 0 0 1 DL N F * * 西華大學畢業設計說明書 第 23 頁 7 置字符發生存貯器地址 0 0 0 1 字符發生存貯器地址 8 置數據存貯器地址 0 0 1 顯示數據存貯器地址 9 讀忙標志或地址 0 1 BF 計數器地址 10 寫數到 CGRAM 或 DDRAM） 1 0 要寫的數據內容 11 從 CGRAM 或 DDRAM 讀數 1 1 讀出的數據內容 1602 液晶模塊的讀寫操作、屏幕和光標的操作都是通過指令編程來實現的（說明：1 為高電平、 0為低電平） 。 溫度傳感器 DS18B20 (1)指令 1：清顯示，指令碼 01H,光標復位到地址 00H 位置。 (2)指令 2：光標復位 ，光標返回到地址 00H。 (3)指令 3：光標和顯示模式設置 I/D：光標移動方向，高電平右移，低電平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無效。 (4)指令 4：顯示開關控制。 D：控制整體顯示的開與關，高電平表示開顯示，低電平表示關顯示 C：控制光標的開與關，高電平表示有光標，低電平表示無光標 B：控制光標是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍。 (5)指令 5：光標或顯示移位 S/C：高電平時移動顯示的文字，低電平時移動光標。 (6)指令 6：功能設置命令 DL：高電平時為 4 位總線，低電平時為 8 位總線 N：低電平時為單行顯示，高電平時雙行顯示 F: 低電平時顯示 5x7 的點陣字符，高電平時顯示5x10 的點陣字符。 (7)指令 7：字符發生器 RAM 地址設置。 (8)指令 8： DDRAM 地址設置。 (9)指令 9：讀忙信號和光標地址 BF：為忙標志位，高電平表示忙，此時模塊不能接收命令或者數據，如果為低電平表示不忙。 (10)指令 10：寫數據。 (11)指令 11：讀數據。 溫度傳感器主要由熱敏元件組成。熱敏元件品種教多，市場上銷售的有雙金屬片 、銅熱電阻、鉑熱電阻、熱電偶及半導體熱敏電阻等。以半導體熱敏電阻為探測元件的溫度傳感器應用廣泛，這是因為在元件允許工作條件范圍內，半導體熱敏電阻器具有體積小、靈敏度高、精度高的特點，而且制造工藝簡單、價格低廉。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 。 西華大學畢業設計說明書 第 24 頁 圖 DS18B20 內部封裝圖 CX20xx6A 芯片 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 ),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 可以調節的 ，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。 CX20xx6A 是一款紅外線檢波接受的專用芯片 ， 常用于電視機紅外遙控接收器使 用CX20xx6A 作為超聲波接收處理的典型電路。（當 CX20xx6A 接收到 40KHz 的信號時 ， 會在第 7 腳產生一個低電平下降脈 沖，這個信號可以接到單片機的外部中斷引腳作為中斷信號輸入） 使用 CX 20xx6A 集成電路對接收探頭受到的信號進行放大、濾波。其總放大增益 80db。以下是 CX20xx6A 的引腳注釋。 （ 1） 1腳：超聲信號輸入端，該腳的輸入阻抗約為 40kΩ。 （ 2） 2 腳：該腳與地之間連接 RC 串聯網絡，它們是負反饋串聯網絡的一個組成部分，改變它們的數值能改變前置放大器的增益和頻率特性。增大電阻 R1 或減小 C1,將使負反饋量增大，放大倍數下降，反之則放大倍數增大。但 C1 的改變會影響到頻率特性，一般在實際使用中不必改動，推薦選用參 數為 R1=， C1=1μ F。 （ 3） 3腳：該腳與地之間連接檢波電容，電容量大為平均值檢波，瞬間相應靈敏度低； 西華大學畢業設計說明書 第 25 頁 （ 8） 8腳：電源正極， ～ 5V。 下面是 CX20xx6A 集成 電路的內部結構圖 ： 圖 CX20xx6A 集成電路的內部結構圖 下圖是 CX20xx6A 外部引腳圖： 圖 CX20xx6A 外部引腳圖 若容量小，則為峰值檢波，瞬間相應靈敏度高，但檢波輸出的脈沖寬度變動大，易造成誤動作，推薦參數為 f。 （ 4） 4腳：接地端。 （ 5） 5 腳：該腳與電源間接入一個電阻，用以設置帶通濾波器的中心頻率 f0，阻值越大，中心頻率越低。例如，取 R=200kΩ時， f0≈ 42kHz，若取 R=220kΩ，則中心頻率 f0≈ 38kHz。 （ 6） 6腳： 該腳與地之間接一個積分電容，標準值為 330pF，如 果該電容取得太大，會使探測距離變短。 （ 7） 7腳：遙控命令輸出端，它是集電極開路輸出方式，因此該引腳必須接上一個上拉電阻到電源端，推薦阻值為 22kΩ，沒有接受信號是該端輸出為高電平，有信號時則產生下降。 西華大學畢業設計說明書 第 26 頁 4 軟件設計 說明軟件設計原理及設計所用工具 軟件的主要功能是根據系統的工作原理，框圖，先制定各部分程序的流程圖，然后再根據流程圖編寫各部分程序，通過調試各部分程序運行正確無誤后，再進行主程序的調試，看是否能實現預期的功能。 系統能否完全正常工作，最主要 的也是最關鍵的是看軟件程序是否正確，它關系到系統功能的實現，可以說，軟件是一個系統的靈魂。 本設計所使用的軟件工具如下： ： Keil C51； ： C/C++。 Keil C51 是美國 Keil Software 公司出品的 51 系列兼容單片機 C 語言軟件開發系統，是目前最流行開發 80C51 系列單片機的軟件，提供了包括 C 編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調試器等在內的完整開發方案，通過一個集成開發環境（ amp。micro。Vision）將這些部份組合在一起。與匯編相比， C 語言在功能上、結構性、可讀性、可維護性上有明顯的優勢，因而易學 易用。用過匯編語言后再使用 C 來開發，體會更加深刻。 Keil C51軟件提供豐富的庫函數和功能強大的集成開發調試工具，全 Windows界面。另外重要的一點，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會到 Keil C51 生成的目標代碼效率非常之高，多數語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發大型軟件時更能體現高級語言的優勢。 Keil C51 語言編譯工具都是以 ANSLC作為基礎進行開發的，因此，一種 C語言環境下所編寫的 C 語言程序，只需將部分與硬件相關的地方和編譯連接的參數進行適當修改 ,就 可方便移植到另外一種系列上。也就是說，基于 C 語言環境下的嵌入式系統能基本達到平臺的無關性。 用 C 語言開發的代碼便于開發小組計劃項目 ,靈活管理 ,分工合作以及后期維護，基本上可以杜絕因開發人員變化而給項目進度 ,后期維護或升級所帶來的影響。從而保證整個系統的品質，可靠性以及可升級性。 Keil C51 的編譯環境如圖 所示。 西華大學畢業設計說明書 第 27 頁 圖 Keil C51 編程界面 軟件設計結構圖 本設計基于 STC89C52 單片機控制單元，利用超聲波傳感器構成的發射接受電路測量與目標物之間的距離。因為超聲波在空氣中的速度受到溫度的影響，所以加上了溫度補償模塊，以減小與測量目標之 間距離的誤差。以下是此程序所包含的各個模塊介紹： （ 1） DS18B20溫度傳感器接口模塊，分為初始化程序、寫入命令以及讀取子程序等部分； （ 2） 基于 YB1602的顯示模塊，分為初始化子程序、寫入子程序以及顯示子程序； （ 3） 溫度補償與距離計算模塊、分為超聲波發送控制程序、接收處理程序、溫度補償子程序等； （ 4） 主程序，分為系統初始化、按鍵處理以及各個子程序的調度管理等部分。如圖 ： 西華大學畢業設計說明書 第 28 頁 圖 軟件設計結構圖 主要軟件設計流程框圖 程序流程框圖及說明