多路超声波测距离单片机课程设计
22页1、单片机课程设计课题:超声波测距离系 别:电气与信息工程学院专 业:电子信息工程 姓 名: 学 号: XX学院20XX年X月X日成绩评定一、指导教师评语(根据学生设计报告质量、答辩情况及其平时表现综合评定)。二、评分评分项目设计报告评分答辩评分平时表现评分合 计 (100分)任务完成情 况(20分)课程设计报告质量(40分)表达情况(10分)回答问题情 况(10分)工作态度与纪律(10分)独立工作能力(10分)得分课程设计成绩评定班级 姓名 学号成绩: 分(折合等级 )指导教师签字 年 月 日电子信息工程一、设计目的1、培养学生正确的设计思想,提高学生理论联系实际的能力,增强严肃认真、实事求是的科学态度和勇于探索的创新精神。2、锻炼学生自学软件的能力及分析问题、解决问题的能力。3、巩固、深化和扩展学生的理论知识与初步的专业技能。二、设计要求1、设计一个超声波测距器,用于汽车倒车、建筑施工工地以及一些工业现场的位置控制;2、要求测量范围在0.104.00米,测量精度1厘米,测量时与被测物体无直接接触,能够清晰稳定地显示测量结果。三、总体设计本方案以stc89c52为核心,通过编程(C语言)
2、来实现该单片机对外围电路的适时控制,并提供给外围电路各种所需的信号和接收超声波反射回来的微小信号,包括频率振荡信号,时钟信号,数据处理信号和显示信号等等。其核心功能是对距离的检测并实时的进行距离的显示,在检测距离方面通过发射端与接收端的时间差来计算,理论上所测距离与其时间差成线性关系,所以可以通过线性回归统计方法求出实际距离与所求距离的关系。该电路简化了一些外围电路,任能做到较为精确的测量工作,由于是采用程控操作,所以其移植性和可扩展性还是较好。在设计时分,分模块进行设计来实现各部分功能,简化了在设计过程中的调试难度。3.1、超声波测距的原理谐振频率高于20 kHz 的声波称为超声波。超声波为直线传播方式, 频率越高, 反射能力越强, 而绕射能力越弱。利用超声波的这种特性, 常常用渡越时间检测法进行距离的测量。其工作原理是:换能器向介质发射超声波, 声波遇到目标后必然有反射回波作用在换能器上。若已知介质中声速为c, 回波到达时刻与发射波时刻的时间差为t, 就可以计算出发射点与反射点的距离s:s= c.t/2 (1)3.2、超声波传感器的工作原理为了研究和利用超声波, 人们已经设计和制成
3、了许多超声波发生器。总体上讲, 超声波发生器可以分为两大类: 即用电气方式和机械方式产生超声波。前者包括压电型、磁致伸缩型和电动型等; 后者有加尔统笛、液哨和气流旋笛等。它们所产生的超声波的频率、功率和声波特性各不相同, 因而用途也各不相同, 目前较为常用的是压电式超声波发生器,压电式超声波换能器是利用压电晶体谐振来工作的。内部结构如图1所示,它有两个压电晶片和一个共振板。当它的两极外加脉冲信号,其频率等于压电晶片的固有振荡频率时,压电晶片将会发生共振,并带动共振板振动产生超声波,这时它就是超声波发生器;如没加电压,当共振板接受到超声波时,将压迫压电振荡器作振动,将机械能转换为电信号,这时它就成为超声波接受转换器。超声波发射转换器与接受转换器其结构稍有不同。图1、超声波传感器结构 以下为型号T/R40-10的超声波传感器的特性参数(T-发射,R-接收,40-中心频率单位kHZ,10-外壳直径单位mm)四、各部分电路的设计4.1、各单元模块功能介绍及电路设计该系统是以STC89C52型单片机为主体而搭建的,外部连接有时钟电路和复位电路,1602液晶显示屏和4个超声波测距模块,结构清晰,总
4、体电路模块框图如下图2:STC89C52单片机电源电路复位电路时钟电路超声波发射模块超声波接收模块1602液晶显示图2、总体电路模块框图工作原理:超声波测距器工作原理:打开电源,整个电路通电,单片机执行程序,对系统环境初始化,设置定时器T0工作模式,启动T0, 调用超声波发生子程序,等待反射超声波,计算距离,显示距离;重复。工作过程中,相关的子程序和中断程序被执行,相应硬件配合行动,显示测量结果。4.2、STC89C52型单片机介绍STC89C52 是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有 8K 在系统可编程 Flash 存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造,与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程,亦适于常规编程器。在单芯片上,拥有灵巧的8 位CPU 和在系统 可编程Flash,使得ST89C52为众多嵌入式控制应用系统提 供高灵活、超有效的解决方案。 ST89C52具有以下标准功能: 8k字节Flash,256字节RAM,32 位I/O 口线,看门狗定时器,2 个数据指针,三个16 位 定时器/计数器,一个6向量2级
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