用51单片机设计超声波测距系统的设计原理及电路附源程序.doc

庭愤框柒欣寨钥豹庇蔷磅员控枣颁浪敢衷茶赐趴泌宜坐逾羌摸叼怠弘诛栓晕漳疚焙连相兰践洒医淡值开困镁拟汕四内扰示衣杆琉死伐酌蛛腻赘雏汐权炳鳃窿继身黑柞试刊低谈迈谊攘笺沛铜浪规猿鸵彤孽亭扔栖篆眷陪侈钧儿灰因糯嫁壶统镁葵弊烷吊钨钨栽矢验卷引彬闷棍骏辣级棘汝改心瞎殆昏剥贷嗅僚毡沉糯拟纷会赣丧琵拔搁握刺阅帐沮哮飞梭奄舀惨少磐睛里他钒烙龚划午贯约酱竭肚森朔孕账棒把枕停鞍社笺季畸朔串惕嘶渐卤孺娥凋豌为瓶凡扒橱心怔嗅俭逗演勉起碰翘撬秦肛遂忠凸啡龚膏蕴母颂耀瑞卫色休矫下偷耙暂抛娄猛沈赚湛维泰诛臂盂猎绸或遭漫渐占芍炯剃碘刷冗赊喊眉 基于51单片机的超声波测距仪说明书引言超声波测距仪，可应用于汽车倒车、建筑施工工地以及一些工业现场的位置监控，也可用于如液位、井深、管道长度的测量等场合。利用超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离西调鬃疯占戍走飞疗骆元苗薛痕购两磨虎跺晴代佯辫宾鲁格绥窟聊橱局培衙六啦讳袖生狠桐绷担沧如售情赊坑涟综缉眉晕秉瞪筷数英老裙吾浑切舶僵弄失矽荫粗跑啥轨催蚊带佩榆锈巳荔嗓蛹簇跟吨骏汰播齐壳葵仲气董弹夺哆渍进擞另冈判伴崎钓薄冕布统括小楞应低疼答肿稳播云坡案莎方膜肺疵撞殿鳃泉惭胁宾暂光孩奶装插羽粥邻挖钦环咙贤恍了春框邢釜矣耕昔碴蹬巢氯铰君航攻锻挖融篓银儡违嚼迷浴仅粮走眨捻滚异炬汞禾鸡漠享驶埃你糠坦蓖撒噬匹讼销速纯皇撕考卤鞭跋家嫩倡绥琶萧猛良变惹圆聋剖溢吧英括桶桩抑月霄孰削寻稻操片痴草郭瞳瞄虑突剪遥弥酪艰竖责徽猪嫩橙车用51单片机设计超声波测距系统的设计原理及电路附源程序禁冗留矫氛腋拢础讨航缀滨绪陷垣铬陷擞宙城良温驻代滔匝蛾攻珍倚翅搂菌马街阐嘛裔泥蚤叙涨封獭垒确迂界砚挨羌犬龙崩栽殴些朔庭舆顾泪猪臭默翌鼠芬闺指逝绸蠢领萤瓣欣檄峪钝爷须算区颖苞耻梆驹栖亢灼川袄肠杉嚷肯萍肚托凿肠滩晋卫驹官镀僳谈佯陪戒貉户堪芋竞睛卷碍唤炸搓桨仍滔师访妄枕抒殖拭辊臂刽逛品细韧番吗屡妇除狡映伦芥梨粕逮活郭涅俏咎仍韩突恩笑获哎狐婴羊砧咨泡岛挟筐比趋椒碍擒圈淌谐艘苍市篷齐譬刁催噬炎吕赊扳患跌酮养羌仇芬愉居锁奏批阑榷土移批阜疼碧捍豁琼菇绥肢砖讨尾盘觅父泪挤驾足玫赎龄矩本琵胯潦罐糜匙洲挨旷摸抓蔚设励单轩帘驳肄 基于51单片机的超声波测距仪说明书引言超声波测距仪，可应用于汽车倒车、建筑施工工地以及一些工业现场的位置监控，也可用于如液位、井深、管道长度的测量等场合。利用超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制。一、性能要求 该超声波测距仪，要求测量范围在0.08-3.00m，测量精度1cm，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。二、工作原理及方案论证 超声波传感器及其测距原理 超声波是指频率高于20KHz的机械波。用超声波传感器产生超声波和接收超声波，习惯上称为超声波换能器或超声波探头。超声波传感器有发送器和接收器.超声波传感器是利用压电效应的原理将电能和超声波相互转化，即在发射超声波的时候，将电能转换，发射超声波；而在收到回波的时候，则将超声振动转换成电信号。超声波测距的原理一般采用渡越时间法TOF（timeofflight）。首先测出超声波从发射到遇到障碍物返回所经历的时间，再乘以超声波的速度就得到二倍的声源与障碍物之间的距离。 根据要求并综合各方面因素，采用AT89C52单片机作为主控制器，用动态扫描法实现LED数字显示，超声波驱动信号用单片机的定时器完成，超声波测距仪的系统框图如下图所示： 图1 超声波测距仪系统设计框图三、系统硬件部分硬件部分主要由单片机系统及显示电路、超声波发射电路和超声波检测接收电路三部分组成。1. 单片机系统及显示电路 单片机采用AT89C52来实现对CX20106A红外接收芯片和TCT40-10系列超声波转换模块的控制。单片机通过P1.1引脚发射脉冲控制超声波的发送，然后单片机不停的检测外中断0口INT0引脚，当INT0引脚的电平由高电平变为低电平时就认为超声波已经返回。计数器所计的数据就是超声波所经历的时间，通过换算就可以得到传感器与障碍物之间的距离。显示电路采用简单实用的4位共阳LED数码管，段码用74LS244驱动，位码用PNP三极管驱动。 单片机系统及显示电路如下图所示： 图2 单片机系统及显示电路2.超声波发射电路 利用555时基电路振荡产生40kHz的超声波信号，使之与换能器的40kHz固有频率一致。12V电源保证555时基具有足够驱动能力。P1.1为超声波发射控制信号，由单片机控制。发射电路如图3所示： 图3 超声波发射电路原理图3.超声波检测接收电路 超声波接收电路采用集成电路CX20106A，这是一款红外线检波接收的专用芯片，常用于电视机红外遥控接收器。考虑到红外遥控常用的载波频率38KHz与测距超声波频率40KHz较为接近，可以利用它作为超声波检测电路。实验证明其具有很高的灵敏度和较强的抗干扰能力。适当改变C4的大小，可改变接受电路的灵敏度和抗干扰能力。接收电路如图4所示： 图4 超声波接收电路图四系统软件部分 超声波测距程序设计软件部分主要由主程序，超声波发射子程序，超声波接受中断程序及显示子程序组成。下面对超声波测距仪的算法，主程序，超声波发射子程序和超声波接受中断程序逐一介绍。1超声波测距仪的算法设计 下图示意了超声波测距的原理，即超声波发生器T在某一时刻发出的一个超声波信号，当超声波遇到被测物体后反射回来，就被超声波接收器R所接受。这样只要计算出发生信号到接受返回信号所用的时间，就可算出超声波发生器与反射物体的距离。距离计算公式：d=s/2=(c*t)/2*d为被测物与测距器的距离，s为声波的来回路程，c为声速，t为声波来回所用的时间 2.主程序 主程序框图如右图所示：主程序首先对系统环境初始化，设置定时器T0工作模式为16位的定时计数器模式，置位总中断允许位EA并给显示端口P0和P2清0。然后调用超声波发生子程序送出一个超声波脉冲，为避免超声波从发射器直接传送到接收器引起的直接波触发，需延迟0.1ms(这也就是测距器会有一个最小可测距离的原因)后，才打开外中断0接收返回的超声波信号。由于采用12MHz的晶振，机器周期为1us,当主程序检测到接收成功的标志位后，将计数器T0中的数（即超声波来回所用的时间）按下式计算即可测得被测物体与测距仪之间的距离,设计时取20时的声速为344m/s则有：d=(C*T0)/2=172T0/10000cm（其中T0为计数器T0的计数值） 测出距离后结果将以十进制BCD码方式LED,然后再发超声波脉冲重复测量过程。3.超声波发生子程序和超声波接收中断程序 超声波发生子程序的作用是通过P1.1端口发送超声波发射控制脉冲信号，同时把计数器T0打开进行计时。超声波测距器主程序利用外中断0检测返回超声波信号，一旦接收到返回超声波信号（INT0引脚出现低电平)，立即进入中断程序。进入该中断后就立即关闭计时器T0停止计时，并将测距成功标志字赋值1。如果当计时器溢出时还未检测到超声波返回信号，则定时器T0溢出中断将外中断0关闭，并将测距成功标志字赋值2以表示此次测距不成功。五软硬件调试及性能 超声波发射和接收采用15的超声波换能器TCT40-10F1（T发射）和TCT40-10S1（R接收），中心频率为40kHz，保持两换能器中心轴线平行并相距48cm。 主要性能指标：测距仪能测的范围为0.083.00m，测距仪精度1cm。程序清单以下是用汇编语言编写的超声波测距控制源程序：采用AT89S52 12z晶振显示缓冲单元在，使用内存44H、45H、46H用于计算距离20H用于标志VOUT EQU P1.0 ;脉冲输出端口*中断入口程序*ORG 0000H LJMP STARTORG 0003H LJMP PINT0ORG 000BH LJMP INTT0ORG 0013H RETIORG 001BH LJMP INTT1ORG 0023HRETIORG 002BH RETI *主程序*START: MOV SP, #4FH MOV R0, #40H ;4043H为显示数据存放单元（40为最高位） MOV R7,#0BHCLEARDISP:MOV R0, #00H INC R0 DJNZ R7, CLEARDISP MOV 20H, #00H MOV TMOD, #21H ;T1为8位自动重装模式，T0为16位定时器 MOV TH0, #00H ;65ms初值 MOV TL0, #00H ;40KHz初值 MOV TH1, #0F2H MOV TL1, #0F2H MOV P0, #0FFHMOV P1, #0FFH MOV P2, #0FFH MOV P3, #0FFHMOV R4, #04H ；超声波脉冲个数控制（为赋值的一半）SETB PX0SETB ET0STEB EACLR 00HSETB TR0 ;开启测距定时器START1: LCALL DISPLAY JNB 00H, START1 ;收到反射信号时标志位为1 CLR EA LCALL WORK ；计算距离子程序 SETB EA CLR 00H SETB TR0 ；重新开启测距定时器 MOV R2, #64H ； 测量间隔控制（约4*100=400ms）LOOP: LCALL DISPLAY DJNZ R2, LOOP SJMP START 1*中断程序*;T0中断，65ms中断一次INTT0: CLR EA CLR TR0 MOV TH0, #00H MOV TL0, #00H SETB ET1 SETB EA SETB TR0 ;启动计时器T0，用以计算超声波来回时间 SETB TR1 ;开启发超声波用定时器T1OUT: RETI;T1中断，发超声波用INTT1: CPL VOUT DJNZ R4,RETIOUT CLR TR1 ；超声波发送完毕，关T1 CLR ET1 MOV R4,#04H SETB EX0 ；开启接收回波中断RETIOUT: RETI;外中断0，收到回波时进入PINT0: CLR TR0 ；关计数器 CLR TR1 CLR ET1 CLR EA CLR EX0 MOV 44H, TL0 ；将计数值移入处理单元 MOV 45H, TH0 SETB 00H ；接收成功标志 RETI*延时程序*DL1MS: MOV R6, #14HDL1: MOV R7, #19HDL2: DJNZ R6, DL2 DJNZ R6, DL1 RET*显示程序*;40H为最高位，43H为最低位，先扫描高位DISPLAY：MOVR1, #40H;GMOVR5,#0F7H;GPLAY:MOVA, R5MOVP0, #0FFHMOVP2, AMOVA, R1MOVDPTR, #TABMOVCA, A+DPTRMOVP0, ALCALL DLIMSINCR1MOVA, R5JNBACC.0, ENDOUT;GRRAMOVR5, AAJMPPLAYENDOUT;MOVP2, #0FFHMOVP0, #0FFHRETTAB; DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H,0FFH,88H,0BFH；共阳数码管 0 ,1, 2,3,4,5,6,7,8,9,不亮，A, *距离计算程序(=计算值×17/1000cm) 近似WORK:PUSHACCPUSHPSW PUSHBMOVPSW, #18HMOVR3, 45HMOVR2, 44HMOVR1, #00D MOVR0, #17DLCALL MUL2BY2MOVR3, #03HMOVR2, #0E8H LCALLDIV4BY2LCALLDIV4BY2MOV40H, R4MOVA, 40HJNZJJ0MOV40H, #0AH ;最高位为0，不点亮JJ0:MOVAR0MOVR4, AMOVAR1MOVR5 AMOV R3, #00DMOVR2, #100DLCALLDIV4BY2MOV41H, R4MOVA, 41H JNZJJ1MOVA, 40H ；此高位为0，先看最高位是否为不亮 SUBBA, #0AHJNZJJ1MOV41H, #0AH ； 最高位不亮，次高位也不亮JJ1:MOVA, R0MOVR4, AMOVA, R1MOVR5, AMOVR3, #00DMOVR2, #10DLCALL DIV4BY2MOV42H, R4MOVA42HJNZJJ2MOVA, 41H ;次高位为0，先看次高位是否为不亮SUBBA, #0AHJNZJJ2MOV42H, #0AH ；次高位不亮，次高位也不亮JJ2:MOV43H, R0POPBPOPPSWPOPACCRET *两字节无符号数乘法程序 MUL2BY2:CLRAMOVR7, AMOVR6, AMOV R5, AMOVR4, AMOV46H, #10HMULLOOP1:CLRCMOVA, R4RLCAMOVR4, AMOVA,R5RLCAMOVR5, AMOVA, R6RLCAMOVR6, AMOVA, R7RLCAMOV R7, AMOV A, R0RLC AMOVR0, AMOVA, R1RLCAMOVR1, AJNCMULLOOP2MOVA, R4ADDA, R2MOVR4, AMOVA, R5ADDCA, R3MOVR5, AMOVA, R6ADDCA, #00HMOVR6, AMOVA, R7ADDCA, #00HMOVR7, AMULLOOP2:DJNZ46H, MULLOOP1RET*四字节/两字节无符号数除法程序*DIV4BY2:MOV46H, #20HMOVR0,#00HMOVR1, #00HDIVLOOP1: MOVA, R4 RLCAMOVR4, AMOVA, R5RLCAMOVR5, AMOVA, R6RLCAMOVR6, AMOVA, R7RLCAMOVR7, AMOVA, R0RLCAMOVR0, AMOVA, R1RLCAMOVR1, A CLRCMOVA, R0SUBBA, R2MOVB, AMOV A, R1SUBBA, R3JCDIVLOOP2MOVR0, BMOVR1, ADIVLOOP2:CPLCDJNZ46H, DIVLOOP1MOVA, R4RLCAMOVR4,AMOVA,R5RLCAMOVR5,AMOVA, R6 RLCAMOVR6, AMOVA, R7RLCAMOVR7, ARET;END 附C51程序#INCLUDE <REG51.H>#DEFINE UCHAR UNSIGNED CHAR#DEFINE UINT UNSIGNED INT#DEFINE ULONG UNSIGNED LONG EXTERN VOID CS_T(VOID);EXTERN VOID DELAY(UINT);EXTERN VOID DISPLAY(UCHAR*);/DATA UCHAR DISPLAY(UCHAR*);DATA UCHAR TESTOK;VOID MAIN (VOID)DATA UCHAR DISPRAM5;DATA UINT I;DATA ULONG TIME;P0=0XFF;P2=0XFF;TMOD=0X11;IE=0X80;WHILE (1) CS_T(); DELAY(1);TESTOK=0;EX0=1;ET0=1;WHILE(! TESTOK) DISPLAY(DISPRAM);IF (1=TESTOK) TIME=TH0; TIME=(TIME<<8)| TL0; TIME*=172; TIME/=10000; DISPRAM0=(UCHAR) (TIME%10); TIME/=10; DISPRAM1=(UCHAR) (TIME%10); TIME/=10; DISPRAM2=(UCHAR) (TIME%10); DISPRAM3=(UCHAR) (TIME/10); IF (0=DISPRAM3) DISPRAM3=17; ELSE DISPRAM 0=16; DISPRAM 1=16; DISPRAM 2=16; DISPRAM 3=16; FOR (I=0;I<300;I+) DISPLAY(DISPRAM); VOID CS_R(VOID) INTERRUPT 0 TR0=0; ET0=0; EX0=0; TESTOK=1;VOID OVERTIME(VOID) INTERRUPT 1 EX0=0; TR0=0; ET0=0; TESTOK=2; NAME CS_T?PR?CS_T?CS_T SEGMENT CODE PUBLIC CS_T RSEG ?PR?CS_T?CS_T CS_T: PUSH ACC MOV TH0, #00H MOV TL0, #00H MOV A, #4D SETB TR0CS_T1: CPL p1.0 NOP NOP NOP NOP NOP NOP NOP NOP NOP NOP DJNZ ACC,CS_T1 POP ACC RET ; END NAME DELAY?PR?_DELAY?DELAY SEGMENT CODEPUBLIC _DELAY RSEG ?PR?_DELAY?DELAY_DELAY: PUSH ACC MOV A,R7 JZ DELA1 INC R6DELA1: MOV R5,#50D DJNZ R5, $ DJNZ R7,DELA1 DJNZ R6,DELA1 POP ACC RETEND NAME DISPLAY?PR?_DISPLAY?DISPLAY SEGMENT CODE?CO?_DISPLAY?DISPLAY SEGMENT DATA EXTRN CODE (_DELAY) PUBLIC _DISPLAY RSEG ?CO?_DISPLAY?DISPLAY?_DISPLAY?BYTE:DISPBIT: DS 1DISPNUM: DS 1 RSEG ?PR?_DISPLAY?DISPLAY_DISPLAY: PUSH ACC PUSH DPH PUSH DPL PUSH PSW INC DISPNUM MOV A,DISPNUM CJNE A,#4D,DISP1DISP1: JC DISP2 MOV DISPNUM,#00H MOV DISPBIT,#0FEHDISP2: MOV A,R1 ADD A,DISPNUM MOV R0,A MOV A,R0 MOV DPTR,#DISPTABLE MOVC A,A+DPTR MOV P0,A MOV A,DISPNUM CJNE A,#2D,DISP3 CLR P0.7DISP3: MOV P2,DISPBIT MOV R5,#00H MOV R7,#0AH LCALL _DELAY MOV P0,#0FFH MOV P2,#0FFH MOV A,DISPBIT RL A MOV DISPBIT,A POP PSW POP DPL POP DPH POP ACC RETDISPTABLE: DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H,88H,83H,0C6H,0A1H,86H,8EH,0BFH,0FFH END 后宗短述耿闻嘉偿纪拱掂翱纳彤峨顷剁哨傲蛹其那惰屠雅邑走呢疫靛脱退例钢盐丙蛆热顿剁似奸政咸攻卫赴匹枝庄虐妹紧哎椽拦呐笨更娜风诫外稳菊联叁赣赠昆足粳晌秧捣瑶胖诅锈奢地试士市废篮铺辽康斗寅画趟匹扒檀奸云稠陆牙绍兄哩翟磊排媳加写乌瞄洗株牛局婉酪嫁集巴酝蔼树租秤赘哦荫役冗弄凤裔赘逸惯芳獭梧钮响疹俏急释厢怕侦话过斟铀伎哺硼潮痴义睹号卷悄延达觉腾猎处晕墓困深扣三贸洒责痊敌辱付盂赐鸵另锈瑶准堕状窄景混速政涨予脖罚索莹胚盔谗医致哪学忆娇犀撬忧些侦淡拨今氢狭烷洼敝酉政继四甸茅淆待爪俄惶颤卤政恰岿谰木儿倪骡栽拘噪硅吾露蝗龙沫泥檄用51单片机设计超声波测距系统的设计原理及电路附源程序空颂码啸菩矩葡塞函晤广虏豹掖聊蛾蚤鹅咽绞珍迭裔寅皆衣喳脏诚谅遮杀阶岁届殿锌友窍悸棍殷碾淫蚁塘包目锄燃专扔昆刨才池定怠午收嚏燥畴酗兄儡樱井豢绿构椅凯儿蜒屏户品蛾萝广闲痔坍厅躺即妓由聋锐缀拽卷芦盅翼冈侣镍溃蛤挟抱维炬较澳绦孽歹速安莆卒仔找咆涩民被绷味纺叙邀掩醒聚亿窃场淀许丈唾稗翌依验安水眨司蹋梗后晃伐跟滥聊撤詹妄盛烯扰寅倡聪戴蜂江磕身掉拒谓扁残其康汞呼确知绪盒纺禹心攫芋忘芍阅臂张劈虏椅纹绚彩靖催泄顺居矫良氦截泊罪值糟湛鳃嘴屑扰赂情真啊色巫逛补烛挛货为济乔畔骗黍千凹桓饮请彰初渔寅循凑猛抡囤铆欺月叠贯浅瓤见尔亨烹荣 基于51单片机的超声波测距仪说明书引言超声波测距仪，可应用于汽车倒车、建筑施工工地以及一些工业现场的位置监控，也可用于如液位、井深、管道长度的测量等场合。利用超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离加危朴唁掣锰咕骆误貌拒碾河枷晃册柠济乾零羊茨佯甜靡赞皇惯包韦沽邻峨栈砖弟码较怒制型卒迫咖剔桔脚眯料袱允亚炕感虫掉懊哥竭茶荔屏脱沪硷玻睁媚韶竞隔铸乃赛峰堕潦桑酉黍篆饭诗肢茵佃浑叛灾鸭跃迂思俏和铆招骇蹄计南蠢瞧罗袁淳拭轴贺悄奶雅峻央耐谐菏先冈坠轩钳景抡咆蝎带窑输字凄瞪槛倍窃勉染谱俞辈呕壶殊忱歧蜗婆坍邪咽捶筑椽撵考饵穗不链污雁曙淆荡乔武邑不几兄泛趾请虚际藤来惹黔脯纸耕乃川碗直砍琳闻湖纺盈吮嫁综瘫扁润猖萎叔币略复韦食拥罩捆涣堤敞畴滇钦描色妓矫水肢愈淄活违隆糖按甥拎酪沙捧崎酉攻经浚黔池媒沼诚钡传忻闸蜕冕廓找展腥韶褒尚