课程设计-超声波测距+实际 MSP430 单片机与 proteus 中虚拟 51 单片机串口通信仿真
基于单片机超声波测距系统的设计和实现
基于单片机超声波测距系统的设计和实现超声波测距系统是利用超声波传播速度较快的特性，通过发射超声波并接收其回波来测量距离的一种常见的测距方式。
在本文中，我们将介绍基于单片机的超声波测距系统的设计和实现。
一、系统设计原理超声波测距系统主要由超声波发射器、超声波接收器、单片机和显示器组成。
其工作原理如下：1.发送超声波信号：超声波发射器通过单片机控制，向外发射超声波信号。
超声波的发射频率通常在40kHz左右，适合在空气中传播。
2.接收回波信号：超声波接收器接收到回波信号后，将信号经过放大和滤波处理后送入单片机。
3.距离计算：单片机通过测量超声波发射和接收的时间差来计算距离。
以声速343m/s为例，超声波的往返时间与距离之间的关系为：距离=时间差×声速/2、通过单片机上的计时器和计数器来测量时间差。
4.数据显示：单片机将计算得到的距离数据通过显示器显示出来，实时展示被测物体与超声波传感器之间的距离。
二、系统设计步骤1.系统硬件设计：选择合适的超声波模块，其具有超声波发射器和接收器功能，并可通过接口与单片机连接。
设计好电源电路以及超声波传感器与单片机之间的连接方式。
2.系统软件设计：根据单片机的型号和编程语言，编写相应的程序。
包括超声波信号的发射和接收控制，计时和计数功能的编程，距离计算和数据显示的实现。
3.硬件连接和调试：将硬件连接好后，对系统进行调试。
包括超声波模块与单片机的连接是否正确，超声波信号的发射和接收是否正常，计时和计数功能是否准确等。
5.优化和改进：根据实际测试结果，对系统进行优化和改进。
如增加滤波和放大电路以提高信号质量，调整超声波模块的发射频率，改进显示方式等。
三、系统实现效果完成以上设计和实施后，我们可以得到一个基于单片机的超声波测距系统。
该系统使用简单，测距精度高，响应速度快，适用于各种距离测量的应用场景。
同时，该系统还可根据具体需求进行各种改进和扩展，如与其他传感器结合使用，增加报警功能等。
课程设计实验报告-超声波测距仪的设计
超声波测距仪的设计一、设计目的本设计利用超声波传输中距离与时间的关系，采用STC51单片机进行控制和数据处理，设计出能够精确测量两点间距离的超声波测距仪。
同时了解单片机各脚的功能，工作方式，计数/定时，I/O口的相关原理，并稳固学习单片机的相关内容知识。
二、设计要求1.设计一个超声波测距仪，能够用四段数码管准确显示所测距离2.精度小于1CM，测量距离大于200CM三、设计器材元器件数量STC51单片机 1个超声波测距模块URF-04 1个电阻〔1K 200 4.7K〕 3 个晶振〔12MHz〕 1 个共阳极四位数码管 1 个极性电容〔33pF〕 2 个非极性电容〔22uF〕 1 个四、超声波测距系统原理331.45米/秒，由单片机负责计时，单片机使用12.0M晶振，所以此系统的测量精度理论上可以到达毫米级。
超声波测距的算法设计: 超声波在空气中传播速度为每秒钟340米〔15℃时〕。
X2是声波返回的时刻，X1是声波发声的时刻，X2-X1得出的是一个时间差的绝对值，假定X2-X1=0.03S，那么有340m×0.03S=10.2m。
由于在这10.2m 的时间里，超声波发出到遇到返射物返回的距离如下：图1 测距原理超声波测距器的系统框图如下列图所示：图2 系统框图五、设计方案及分析〔包含设计电路图〕4.1硬件电路设计4.1.1 单片机最小系统控制模块设计与比拟方案二：采用STC51单片机控制。
STC51单片机是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8KB的系统可编程Flash 存储器。
AT89S52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级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路，能够满足题目设计的所有要求，而且我们对STC51单片机也比拟熟悉，因此我们选择方案二。
最小系统电路图如图3所示图3 单片机最小系统显示模块设计采用四位共阳极数码管显示，连接电路简单，显示电路连接图如图4所示图4 数码管显示电路超声波测距模块a.本系统采用超声波模块URF04进行测距，该模块使用直流5V供电，理想条件下测距可达500cm，广泛应用于超声波测距领域，模块性能稳定，测度距离精确，盲区〔2cm〕超近。
基于单片机的超声波测距器课程设计
嵌入式系统基础课程设计报告书——超声波测距器学院：信息工程学院班级：电子信息0801姓名：李占抚学号：2008001194一、课设题目：基于单片机的超声波测距器二、设计目的：设计一个超声波测距器，可以应用于汽车倒车位置监控，也可用于如液位、井深、管道长度的测量等场合。
要求测量范围在0.10-10.00m，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，能够手工设定报警量值。
三、设计思路：本系统的设计思想是采用MCS51单片机为核心，来设计一种低成本、高精度、微型化数字显示超声波测距仪。
超声波测距可测出回波和发射脉冲之间的时间间隔，利用S=Ct/2就可以算出距离，再在LED上显示出来。
当然还可以设置若干个键，以用来控制电路的工作状态。
限制的最大可测距离存有四个因素:超声波的幅度，反射面的质地，反射面和入射声波之间的夹角以及接收换能器的灵敏度。
接收换能器对声波脉冲的直接接收能力将决定最小的可测距离。
根据设计要求并综合各方面因素，采用单片机作为主控制器，用动态扫描法实现LED数字显示，超声波驱动信号可以用单片机的定时器和计数器来完成。
三、设计原理本设计采用MCS51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和计数器来完成，超声波测距器的系统框图如图1所示：图1 超声波测距器系统的框图系统框图中的单片机MCS51用来协调各个单元，超声波接收电路用来接收要接收的信号，超声波发射电路用来发射需要发射的信号，存储器用来存储接收的信号，用数码管LED显示距离。
四、系统框图：本设计就是以MCS51单片机为核心。
它采用模块化设计，由主程序、发射子程序、接收子程序、定时子程序、显示子程序等模块组成。
该系统的主程序处于键控循环工作方式，当按下测量键时，主程序开始调用发射子程序、查询接收子程序、定时子程序，并把测量结果用显示子程序在数码管上显示出来。
虽然用一个单独计时器电路也可以测量超声波的传输时间，但利用MCS51单片机可以简化设计，便于操作和直观读数。
基于单片机超声波测距系统的课程设计
摘要随着社会的发展，现代科技的进步，人们生活水平逐渐提高，对生活中使用的工具要求更加趋于人性化，智能化，简易化，其中测距工具也不例外。
而超声波测距具有高可靠性和无接触性，使其得到广泛应用，如超声波测距仪应用在汽车倒车，一些工业现场的位置监控，液位，井深等。
高可靠性的具体表现为超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播距离较远，而且不受外界因素的干扰，如光线的强弱，被测对象的颜色，电磁干扰的，在相当大的范围内也不受频率的影响。
虽然声波在不同介质不同温度下的传播速度不同，但是在同一介质特定温度下的传播速度是恒定的。
无接触性具体表现为超声波在介质中的传播速度是已知的，只需测出从发射起到遇到障碍物返回到接收探头所经历的时间差，就可以计算出测距仪到障碍物的距离，因此，超声波比较适用于进行非接触测量。
本设计整个硬件电路由超声波发射电路、超声波接收电路、电源电路、显示电路等模块组成。
采用74LS04反相器和CX20106搭建电路实现了超声波的发射与接收，AT89C51单片机为超声波测距仪的控制核心，液晶显示屏显示所测得的数据，通过软件和硬件实现各个功能模块。
测距仪的测量范围在0.51m~5m，精确度在厘米级，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，当检测区域进入超声波盲区时蜂鸣器报警。
此系统具有操作简单，可控性好，测量结果精度高等优点，而且制作成本低廉，具有很好的市场前景。
关键字：超声波测距仪单片机Based on Single Chip Ultrasonic Range FinderWang Yun（College of Science, South China Agricultural University，Guangzhou 510642，China）Abstract:With the development of the society, the progress of modern science and technology, gradually improve people's living standard, the requirements for tools used in the life more tend to humanization, intelligent, facilitation, including distance measuring tools is no exception.Widely used in the production and living distance measuring tools for the ultrasonic range finder, such as ultrasonic rangefinder applications in reverse, the construction site, the location of the some industrial site monitoring, can also be used in the liquid level, well depth, the pipe length measurement, which depends on the ultrasonic high reliability and no contact.The manifestation of high reliability for ultrasonic directivity is strong, energy consumption slow, in the medium distance transmission, and is not affected by the interference of external factors, such as the strength of the light, the color of the object under test, electromagnetic interference, in large range is not affected by frequency.Although the speed of sound waves in different medium temperatures are different, but in the same medium particular temperature velocity is constant.No contact embodied in ultrasonic velocity in the medium is known, only need to measure from launch to encounter obstacles to return to the receiving probe of time, the range finder can be calculated, the distance to the obstacles, therefore, ultrasound is designed for non-contact measurement.The design of the hardware circuit consists of ultrasonic transmitting circuit, ultrasonic receiving circuit, power circuit, display circuit module, ES 74 ls04 inverter and CX20106 structures, the emitting and receiving circuit for ultrasonic, AT89C51 single chip microcomputer as control core of the ultrasonic range finder, liquid crystal display shows the measured data, and through the software and hardware to realize each function module.Rangefinder measurement range in 51 cm to 500 cm, 1 cm measurement precision, measurement with no direct contact with the object to be tested, can steadily, the measurement results show clearly the buzzer alarm when the detection area into the ultrasonic blind area.This system has simple operation, good controllability, high measurement accuracy, and low production cost, has the very good market prospect.Key words:U ltrasonic Decimeter MCU目录1 前言 (1)1.1 课题研究背景 (1)1.2发展现状 (1)2 超声波测距的原理 (2)2.1超声波的介绍 (2)2.1.1超声波的特点 (2)2.1.2 超声波的应用 (2)2.2 超声波测距原理 (3)3 方案设计 (3)4硬件电路设计 (5)4.1单片机及其最小系统 (5)4.1.1单片机简介 (5)4.1.2单片机发展趋势 (6)4.1.3单片机最小系统 (6)4.2超声波发射及接收电路设计 (7)4.2.1超声波传感器 (7)4.2.2超声波传感技术的应用 (8)4.2.3超声波传感器的方向性 (8)4.2.4超声波发射电路设计 (9)4.2.5超声波接收电路设计 (9)4.3显示模块 (10)4.3.1 TC1602液晶显示的特点 (10)4.3.2显示模块电路设计 (10)4.4按键电路 (11)4.5蜂鸣器电路 (11)5软件设计 (12)5.1主程序 (12)5.2 外部中断子程序 (13)5.3定时中断子程序 (14)5.4发射中断子程序 (15)6测试与误差分析 (16)6.1成品测试 (16)6.2误差分析 (16)7结论 (18)参考文献 (20)附录A 设计的电路原理图 (21)附录B 源程序 (22)致谢 (26)毕业设计成绩评定表前言1.1 课题研究背景随着社会的进步，人们生活水平的提高，计算机技术与自动化技术的飞跃发展，各行各业的使用工具要求更加要求智能化和人性化。
基于单片机的超声波测距课程设计
第1章总体设计方案1.1 总体设计方案方案一基于单片机的超声波测距系统，是利用单片机编程产生频率为 40kHz 的方波，经过发射驱动电路放大，使超声波传感器发射端震荡，发射超声波。
超声波波经反射物反射回来后，由传感器接收端接收，再经接收电路放大、整形，控制单片机中断口。
其系统框图如图 1.1 所示。
图1.1这种以单片机为核心的超声波测距系统通过单片机记录超声波发射的时间和收到反射波的时间。
当收到超声波的反射波时，接收电路输出端产生一个负跳变，在单片机的外部中断源输入口产生一个中断请求信号，单片机响应外部中断请求，执行外部中断服务子程序，读取时间差，计算距离，结果输出给 LED 显示利用单片机准确计时，测距精度高，而且单片机控制方便，计算简单。
许多超声波测距系统都采用这种设计方法。
方案二基于CPLD 的超声波测距系统，这种测距系统采用CPLD(Complex Programmable Logic Device) 器件，运用VHDL(Very High Speed Integrated Circuit Hardware DescriptionLanguage) 编写程序，使用MAX+plusII 软件进行软硬件设计的仿真和调试，最终实现测距功能。
CPLD 器件内部的宏单元是其最基本的模块，能独立地编程为 D 触发器、T 触发器、RS 触发器或JK 触发器工作方式或组合逻辑工作方式。
它的这种特性非常适用于本系统，可将本系统所需要的分频功能、计数功能、振荡器、七段码显示全部由MAX 来实现，而只需在外部配上适当的超声波传感器、接收和发送电路，即可组成一个测量精度高、性能稳定、响应速度快且具有显示功能的超声波测距仪。
本系统利用CPLD 器件控制超声波的发射，并对超声波发射至接收的往返时间进行计数，将计算结果在LED 上显示出来。
配合使用MAX+plusII 开发软件，可集设计输入、设计处理、设计校验和器件编程于一体，集成度高，开发周期短。
基于单片机的超声波测距系统设计
基于单片机的超声波测距系统设计一、本文概述随着科技的飞速发展，超声波测距技术以其非接触、高精度、实时性强等优点，在众多领域如机器人导航、自动驾驶、工业控制、安防监控等中得到了广泛应用。
单片机作为一种集成度高、控制灵活、成本较低的微控制器，是实现超声波测距系统的理想选择。
本文旨在探讨基于单片机的超声波测距系统的设计原理、硬件构成、软件编程及实际应用，以期为相关领域的科研人员和技术人员提供参考。
本文将首先介绍超声波测距的基本原理和关键技术，包括超声波的传播特性、测量原理及误差分析。
接着，详细阐述基于单片机的超声波测距系统的硬件设计，包括单片机的选型、超声波收发模块的选择与连接、信号处理电路的设计等。
在此基础上，本文将介绍系统的软件设计，包括超声波发射与接收的时序控制、距离数据的处理与显示等。
还将讨论系统的低功耗设计、抗干扰措施以及在实际应用中的优化策略。
本文将通过具体实例，展示基于单片机的超声波测距系统在机器人定位、障碍物检测等场景中的应用，以验证系统的可行性和实用性。
本文期望能为相关领域的研究提供有益的参考，推动超声波测距技术的进一步发展和应用。
二、超声波测距原理超声波测距系统主要基于超声波在空气中的传播速度以及反射原理进行设计。
超声波是一种频率高于20kHz的声波，其传播速度在标准大气条件下约为343米/秒。
在超声波测距系统中，超声波发射器向目标物体发射超声波，当超声波遇到目标物体后，会发生反射，反射的超声波被超声波接收器接收。
测距的原理在于测量超声波从发射到接收的时间差。
设超声波发射器发射超声波的时间为t1，接收器接收到反射波的时间为t2，则超声波从发射到接收所经历的时间为Δt = t2 - t1。
由于超声波在空气中的传播速度是已知的，所以可以通过测量时间差Δt来计算目标物体与测距系统之间的距离D。
距离D的计算公式为：D = V * Δt / 2，其中V为超声波在空气中的传播速度。
在实际应用中，为了确保测量的准确性，通常会采用一些技术手段来减少误差。
基于单片机的超声波测距仪-课程设计(毕业设计)完整版
电子与信息工程学院综合实验课程报告课题名称超声波测距仪专业电子信息工程班级学生姓名王利伟、魏丽丽、齐斯超学号王利伟魏丽丽齐斯超指导教师丁刚、严辉摘要随着科学技术的快速发展，超声波将在测距仪中的应用越来越广。
但就目前技术水平来说，人们可以具体利用的测距技术还十分有限，因此，这是一个正在蓬勃发展而又有无限前景的技术及产业领域。
展望未来，超声波测距仪作为一种新型的非常重要有用的工具在各方面都将有很大的发展空间，它将朝着更加高定位高精度的方向发展，以满足日益发展的社会需求，如声纳的发展趋势基本为：研制具有更高定位精度的被动测距声纳，以满足水中武器实施全隐蔽攻击的需要；继续发展采用低频线谱检测的潜艇拖曳线列阵声纳，实现超远程的被动探测和识别；研制更适合于浅海工作的潜艇声纳，特别是解决浅海水中目标识别问题；大力降低潜艇自噪声，改善潜艇声纳的工作环境。
无庸置疑，未来的超声波测距仪将与自动化智能化接轨，与其他的测距仪集成和融合，形成多测距仪。
随着测距仪的技术进步，测距仪将从具有单纯判断功能发展到具有学习功能，最终发展到具有创造力。
在新的世纪里，面貌一新的测距仪将发挥更大的作用。
本设计采用以AT89C51单片机为核心的低成本、高精度、微型化数字显示超声波测距仪的硬件电路和软件设计方法。
整个电路采用模块化设计，由主程序、中断程序、发射子程序、接收子程序、显示子程序等模块组成。
各探头的信号经单片机综合分析处理，实现超声波测距仪的各种功能。
在此基础上设计了系统的总体方案，最后通过硬件和软件实现了各个功能模块。
1.总体方案设计介绍本文所研究的超声波测距仪利用超声波指向性强、能量消耗缓慢、传播距离较远等优点，即用超声波发射器向某一方向发送超声波，同时在发射的时候开始计时，在超声波遇到障碍物的时候反射回来，超声波接收器在接收到反射回来的超声波时，停止计时。
设超声波在空气中的传播速度为V，在空气中的传播时间为T，汽车与障碍物的距离为S，S=VT/2，这样可以测出汽车与障碍物之间的距离，然后在LED显示屏上显示出来。
基于单片机的超声波测距仪设计与实现
编号：桂林理工大学博文管理学院实习实训课程指导教程——《单片机应用实践》——《电子设计与应用实践》基于单片机的超声波测距仪设计与实现2015年9月摘要由于超声波的指向性强，能量消耗缓慢，在介质中转播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量，如测距仪和物体位置测量仪等都可以通过超声波来实现。
该系统介绍了一种基于MSP430单片机的超声波脉冲测距预警倒车雷达系统。
该系统以空气中超声波的传播速度为确定条件，利用反射超声波测量待测距离。
并且描述了系统研制的理论基础，超声波传感器等部分的电路设计以及使用了性能优良的单片机对系统起到了积极的作用。
关键词：单片机；测距；超声波目录1 项目要求 (4)2项目分析和系统设计 (4)3 硬件设计 (4)3.1单片机选型模块 (5)3.2 SDM-IO集成模块 (5)3.3 1602液晶显示模块 (6)3.4系统电源 (6)4 软件设计 (6)4.1主程序 (6)5 系统调试 (7)5.1硬件调试 (7)5.2程序调试 (8)5.3联合调试 (10)6项目演练 (10)7项目总结 (10)附录1电路设计原理图（参考） (11)附录2 PCB设计原理图（参考） .............................................................. 错误！未定义书签。
附录3 关键程序（参考） (12)基于单片机的超声波测距仪设计与实现1 项目要求本系统利用MSP430单片机为核心器件，外加超声波接收、发射电路和报警电路，用动态扫描法实现LCD1602数字显示，完成超声波测距及报警功能。
该系统主要实现的功能如下：1. 测量与被测物体之间的距离，采集室内温湿度（用于声速的温湿度补偿）；2. 采用液晶动态显示与被测物体之间的距离及温湿度等；3. 设置距离阈值，当超过此值时蜂鸣器会发出报警信号，且距离越近发出的声音的频率越高，当与障碍物之间的距离超过最小距离时，红色LED会发亮，实现报警；2项目分析和系统设计由单片机向Trig管脚输入一个10uS以上的高电平,可触发模块测距。
一种基于MSP430单片机的超声波测距系统的设计与实现
一种基于MSP430单片机的超声波测距系统的设计与实现超声波测距系统是一种广泛应用于自动控制领域中的传感器技术。
它采用超声波传感器可以获得距离测量值，被广泛应用于机器人、智能家居、自动驾驶等众多领域中。
本文主要介绍一种基于MSP430单片机的超声波测距系统的设计与实现。
该系统主要分为超声波发射模块和接收模块两部分。
超声波发射模块主要功能是产生超声波脉冲。
该模块采用MSP430单片机作为主控制器，通过GPIO口控制超声波发射传感器的工作方式。
具体实现中，将MSP430单片机上的GPIO口配置为输出模式，并设置输出脉冲的周期和占空比。
然后使用定时器产生脉冲信号，输出到超声波发射器上。
超声波接收模块主要功能是接收所发出的超声波脉冲，并计算出物体与传感器之间的距离。
该模块采用超声波接收传感器来接收超声波信号，并将信号经过前置放大器进行放大，提高信号的精度和灵敏度。
然后将信号输出到MSP430单片机上进行次数测量和计算距离值。
具体实现中，超声波接收模块的硬件部分包括超声波接收传感器、前置放大器和A/D转换器。
其中，超声波接收传感器通过GPIO口与MSP430单片机连接，前置放大器将信号放大后输出到A/D转换器，MSP430单片机通过A/D转换器采集数据并进行处理。
软件部分分为超声波发射程序和超声波接收程序两部分。
超声波发射程序主要负责控制超声波发射器的工作，超声波接收程序主要用于接收超声波信号，进行次数统计和距离计算，最后通过串口输出距离测量值。
在完成硬件与软件的设计之后，进行系统测试。
测试中需要使用标准距离参照物，通过与标准距离参照物比对，对测量系统进行校准。
测试结果表明，该系统测量范围达到3-400cm，并且测量精度高，稳定性强。
本文介绍的基于MSP430单片机的超声波测距系统，具有简单、灵活、精度高等优点。
将来可以进一步应用于物流领域、智能家居、机器人等领域，发挥更广泛的作用。
proteus超声波测距课程设计
proteus超声波测距课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解Proteus软件的基本操作和超声波测距原理；2. 掌握超声波传感器在电路设计中的应用方法；3. 学会使用Proteus软件构建超声波测距电路并进行仿真测试；4. 了解超声波测距技术在现实生活中的应用场景。
技能目标：1. 能够运用Proteus软件设计简单的超声波测距电路；2. 能够分析并解决超声波测距过程中可能出现的问题；3. 培养动手实践能力和团队协作能力，通过小组讨论和实验操作，提高问题解决能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对电子技术的兴趣，激发学习热情；2. 增强学生的创新意识和实践能力，鼓励勇于尝试；3. 培养学生严谨的科学态度和良好的学习习惯，注重实验安全；4. 增进学生对我国科技发展的了解，树立民族自豪感。
课程性质：本课程为实践性较强的电子技术课程，以Proteus软件为工具，通过设计与实践，让学生深入了解超声波测距原理及其应用。
学生特点：学生具备一定的电子基础知识，对实际操作具有较强的兴趣和好奇心。
教学要求：结合学生特点和课程性质，注重理论与实践相结合，充分调动学生的积极性，提高学生的动手实践能力。
在教学过程中，注重启发式教学，引导学生主动探究，培养解决问题的能力。
通过课程学习，使学生达到预定的学习目标，为后续相关课程打下坚实基础。
二、教学内容1. 超声波测距原理：介绍超声波的传播特性，超声波传感器的工作原理，以及测距的基本公式和计算方法。
- 教材章节：第三章“传感器原理与应用”2. Proteus软件操作：讲解Proteus软件的基本功能，包括原理图绘制、元件库的使用、仿真设置和测试等。
- 教材章节：第二章“Proteus软件基础”3. 超声波测距电路设计：结合Proteus软件，设计并搭建超声波测距电路，包括传感器、放大电路、显示电路等。
- 教材章节：第四章“模拟电路设计与仿真”4. 电路仿真与调试：利用Proteus软件进行电路仿真，分析并解决可能出现的问题，优化电路设计。
基于单片机的超声波测距仪设计
基于单片机的超声波测距仪设计1系统要求我们组选择制作了一套超声波测距系统，功能有：倒车雷达测量的显示距离在手机APP上显示，设定阈值，若小于设定的距离数值，蜂鸣器发出报警声。
2研究目的为了深层次的巩固学习的单片机的知识，更加熟悉的使用Proteus和Keil C51这两个软件。
能够综合所学的单片机的知识进行系统设计，将所学习的知识运用到生活中。
我们组选择制作了这样一套超声波测距系统。
3 设计方案及原理框图3.1 系统概述在汽车倒车中存在的困难之一也会影响到驾驶员的驾驶情况，在驾驶员在驾驶座位上无法完全了解到四周特别是后方环境时，只能依赖后视镜来观察后方障碍物，而这种环境因素也会限制驾驶员的视野狭窄和清晰度，从而驾驶员导致倒车会遇到危险。
其二是驾驶员在进行倒车过程中，要观察左右环境，同时也要兼顾到汽车后侧与障碍物的距离，这样会使驾驶员过于分心和费力费神。
其三是驾驶员会依赖自己长久以来的驾驶技术，以此来停靠车位，这样会引起驾驶员无法准确的倒入准确位置。
解决这种问题是在汽车生产行业中重中之重要解决的一个技术性难题，我们可在汽车内部安置一个汽车倒车预报警系统，显示器可装置在汽车内部，驾驶员能看到的有利位置，而感应器则可以装置在汽车后侧内部，从而接受到后方的障碍物情况，传输到显示器当中。
这个设计可避免驾驶员在倒车时候频繁看后视镜去判断汽车与障碍物的距离，从而避免发生事故发生。
汽车倒车预报警系统在很大程度上解决了汽车倒车的难题，同时也为驾驶员的驾驶提供了安全的保障。
该设计由超声波传感器、STC89C52系列单片机、HC-SR04超声波传感器模块、蜂鸣器组成。
总体设计方案如图1所示。
障碍物超声波发射传感器发射电路超声波接收传感器接收电路STC89C52单片机电源电路APP显示报警电路图1 总体设计方案3.2 系统总体电路图单片机系统的电路图如图2所示。
图2 系统设计图4 硬件实现4.1 STC89C52单片机STC89C52是基于51系列的单片机发展过来的。
超声波测距+proteus仿真
关键词：超声波测距、MSP430 单片机、LCD 液晶显示
、proteus 仿真 、 AT89C51
目录
1. 绪论..................................................................................................................................................1 1.1. MSP430 单片机概述.......................................................................................................... 1 1.2. MSP430 的特点.................................................................................................................. 2 1.3. 课题研究的主要内容...........................................................................................................3 2. 系统总体方案设计......................................................................................................................... 4 2.1. 控制系统的原理图............................................................
msp430超声波测距
量 Result， 这个值就代表超声波序列从系统到目标然后返回系统这段距离所需 的时间。因为定时器 A 计数间隔为 25 微秒，对应的时间值为 Result从定时器 A 计数值得到的 Result 每 6 个值对应于 1 英寸的距离。
图 1 显示的是本应用的电路原理图。其中 MSP430F413 U1 是系统的核心部分。参考文 献[1]是这个芯片的技术资料。LCD1 是一由 MSP430F413 内部集成的 LCD 驱动器驱动的两 位低压静态液晶显示器。R03 连接到 Vss R13 和 R23， 悬空将 LCD 外围电路设置为静态 LCD 驱动模式。这里方便的选用了一个 40KHz 的低频晶振，与本应用中采用的超声波传 感器的谐振频率相匹配。R12 作为复位线的上拉电阻，内部集成的掉电保护电路可以预防 掉电情况。C9 位于靠近芯片电源线的位置，提供 MSP430 的电源耦合。14 脚的接插件（J1） 提供 JTAG 接口与 MSP430 相连，可使用 MSP430FLASH 仿真工具进行在线调试和编程 LED1 用来指示测量周期。端口引脚 P1.5 被定义为输出超声波发射器所需要的 40KHz 方 波 ACLK 信号。
图 2 显示的是 12 周期的 40KHz 脉冲序列的波形轨迹图。我们注意到 19.2V 的峰峰电压 波动。方波顶部的正弦响铃波是由于传感器内部的谐振。
图 3 显示的是一个完整测量周期的波形轨迹。轨迹 1 显示的是发射传感器输出端的 12 周 期的 40KHz 脉冲序列。轨迹 2 显示的是接收传感器输出经运算放大器放大后在引脚 1 上的 输出。轨迹上的第一个脉冲序列信号，代表直接从发射器上收到的信号被 MSP430 忽略。接 下去的脉冲序列代表目标反射的回声，被 MSP430 用于测量。轨迹 3 显示的是 MSP430 测 得的时间间隔的宽度。这个宽度代表该脉冲序列从系统到达目标再返回所花的时间，显然它 取决于所测量的距离。
基于单片机的超声波测距系统的设计与实现
基于单片机的超声波测距系统的设计与实现超声波测距系统是一种广泛应用于测量距离的技术，它利用超声波的特性进行距离测量。
本文将介绍基于单片机的超声波测距系统的设计与实现。
首先，我们需要了解超声波测距系统的原理。
超声波是一种具有特定频率范围的机械波，它在空气中的传播速度固定为340米/秒。
通过发射和接收超声波，并计算超声波传播的时间差，可以精确测量物体与传感器之间的距离。
接下来，我们将介绍超声波测距系统的设计流程。
首先，我们需要选择合适的超声传感器。
常见的超声波传感器有HC-SR04、JSN-SR04T等，它们具有高频率、高精度和低功耗等特点。
然后，我们需要设计电路连接。
超声波传感器通常需要通过3个引脚与单片机连接：VCC（5V电源）、TRIG（触发信号）和ECHO（接收信号）。
我们可以通过引脚连接图来将它们与单片机的相应引脚连接起来，并通过杜邦线进行连接。
接下来，我们需要编写单片机的程序。
程序的主要功能是触发超声波传感器，并接收回波信号。
我们可以使用定时器/计数器模块来生成适当的触发信号，并使用外部中断模块来接收回波信号。
在接收到回波信号后，我们可以通过计算时间差并使用速度公式（距离=速度*时间）来计算物体与传感器之间的距离。
最后，我们需要运行并测试超声波测距系统。
首先，我们可以在测试环境中放置一个物体，并通过触发超声波传感器来测量物体与传感器之间的距离。
通过在单片机上连接显示模块，我们可以将测量结果显示出来。
在进行实际测量前，我们需要进行一些校准操作，以确保测量结果的准确性。
综上所述，基于单片机的超声波测距系统是一种简单且可靠的距离测量方法。
通过正确选择超声波传感器、合理设计电路连接和编写相应的程序，我们可以很容易地实现超声波测距系统。
希望这篇文章能对读者在实际应用中设计和实现超声波测距系统时有帮助。
基于单片机的超声波测距课程设计
第1 章总体设计方案1.1总体设计方案方案一基于单片机的超声波测距系统，是利用单片机编程产生频率为40kHz 的方波，经过发射驱动电路放大，使超声波传感器发射端震荡，发射超声波。
超声波波经反射物反射回来后，由传感器接收端接收，再经接收电路放大、整形，控制单片机中断口其系统框图如图1.1 所示。
图1.1这种以单片机为核心的超声波测距系统通过单片机记录超声波发射的时间和收到反射波的时间。
当收到超声波的反射波时，接收电路输出端产生一个负跳变，在单片机的外部中断源输入口产生一个中断请求信号，单片机响应外部中断请求，执行外部中断服务子程序，读取时间差，计算距离，结果输出给LED 显示利用单片机准确计时，测距精度高，而且单片机控制方便，计算简单。
许多超声波测距系统都采用这种设计方法。
基于CPLD 的超声波测距系统，这种测距系统采用CPLD(Complex Programmable Logic Device) 器件，运用VHDL(Very High Speed Integrated Circuit Hardware DescriptionLanguage) 编写程序，使用MAX+plusII 软件进行软硬件设计的仿真和调试，最终实现测距功能。
CPLD 器件内部的宏单元是其最基本的模块，能独立地编程为D 触发器、T触发器、RS 触发器或JK 触发器工作方式或组合逻辑工作方式。
它的这种特性非常适用于本系统，可将本系统所需要的分频功能、计数功能、振荡器、七段码显示全部 由 MAX 来实现，而只需在外部配上适当的超声波传感器、接收和发送电路，即可组 成一个测量精度高、性能稳定、响应速度快且具有显示功能的超声波测距仪。
本系统利用 CPLD 器件控制超声波的发射， 并对超声波发射至接收的往返时间进 行计数，将计算结果在 LED 上显示出来。
配合使用 MAX+plusII 开发软件，可集设 计输入、设计处理、设计校验和器件编程于一体，集成度高，开发周期短 。
单片机课程设计超声波测距仪的设计
********* 大学****学院本科生课程设计课程名称：单片机课程设计题目：超声波测距仪专业班级：08 电信学生姓名： *******学生学号： *******日期： 2011年6月14指导教师： *******科文学院教务部印制指导教师签字：年月日目录目录 (I)摘要 (II)ABSTRACT (II)1 绪论 (1)1．1设计背景 (1)1.2设计目的 (1)1.3基本原理 (1)2 设计方案简述 (2)2.1方案讨论 (2)2.2方案论证 (2)3 详细设计 (3)3.1硬件设计 (3)3.1.1 AT89S52外围电路设计 (3)3.1.2数码管显示电路设计 (4)3.1.3超声波发射电路设计 (5)3.1.4超声波接收 (6)3.2软件部分 (7)3.2.1系统软件设计说明 (7)3.2.2编程语言的选择 (7)3.2.3超声波测距仪的算法设计 (7)3.2.4主程序流程图 (8)3.2.5超声波发生子程序和超声波接收中断程序 (9)3.2.6系统的软硬件的调试 (10)4 设计结果及分析 (11)5 总结 (12)参考文献 (13)附录1 (14)附录2 (15)摘要由于超声波指向性强，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。
利用超声波检测距离，设计比较方便，计算处理也较简单，并且在测量精度方面也能达到日常使用的要求。
设计的超声波测距器利用超声波传输中距离与时间的关系，采用以AT89S52单片机为核心进行控制及数据处理，最终完成低成本、高精度、微型化数字显示超声波测距器的硬件电路和软件设计。
该测距器主要由超声波发射器电路、超声波接收器电路、单片机控制电路、系统电源电路及显示电路构成。
整个程序采用模块化设计，由主程序、发射子程序、接收子程序、显示子程序等模块组成。
各探头的信号经单片机综合分析处理，实现超声波测距器的各种功能。
在此基础上设计了系统的总体方案，最后通过硬件和软件实现了各个功能模块。
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课题名称超声波测距+实际MSP430 单片机与proteus 中虚拟51 单片机串口通信仿真姓名学号年级专业指导老师完成日期2017年05 月27 日摘要随着人们生活水平的不断提高，单片机控制无疑是人们追求的目标之一，但人们对它的要求越来越高，要为现代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的设施就需要从单片机技术入手，一切向着数字化控制，智能化控制方向发展。
本设计所介绍的就是实现实际单片机与proteus 中的虚拟单片机进行串口通信，采用MSP430F149 单片机为控制核心、以单线数字温度传感器DS18B20 来完成温度信号的采集、温度以数宇的方式显示在LCD1602 液晶上，最终实现温度的采集、显示。
利用集成的超声波测距模块测出与障碍物之间的距离。
并且利用UART 串口通信将实时数据发送给 proteus 中的虚拟单片机，虚拟单片用的是 AT89C51 单片机。
51 单片机把接收到的数据用液晶模块显示出来，实现和实际单片机电路同步显示，并且设有报警电路，当距离小于5cm 时进行报警。
关键词：超声波测距、MSP430 单片机、LCD 液晶显示、proteus 仿真、AT89C51目录1. 绪论.....................................................................................................1.1. MSP430 单片机概述 (1)1.2. MSP430 的特点 (2)1.3. 课题研究的主要内容 (3)2. 系统总体方案设计.........................................................................................2.1. 控制系统的原理图 (4)2.2. 超声波测距的原理 (4)2.2.1. 超声波发生器 (5)2.2.2. 超声波测距原理 (5)2.2.3. 超声波测距误差分析 (6)2.2.3.1. 温度误差 (7)2.2.3.2. 时间误差 (7)2.3. 温度测量原理 (8)3. 硬件系统与软件系统设计...................................................................................3.1. 硬件部分 (8)3.1.1. MSP430F149 单片机 (8)3.1.1.1. MSP430F149 的组成 (9)3.1.1.2. MSP430F149 的定时器及转换模块 (9)3.1.2. 单线数字温度传感器DS18B20 (9)3.1.2.1. 温度传感器DS18B20 特点 (10)3.1.2.2. 温度传感器DS18B20 内部结构 (10)3.1.2.3. DS18B20 读/写时序图： (13)3.1.3. 超声波测距模块 (13)3.1.3.1. HC-SR04 超声波模块原理图 (13)3.1.3.2. 实物图： (14)3.1.3.3. 电气参数： (14)3.1.3.4. 超声波时序图： (15)3.1.4. 报警模块 (15)3.1.5. 液晶显示模块 (16)3.2. 软件部分 (16)3.2.1. 主处理的流程图 (16)3.2.2. 温度采集DS18B20 模块 (18)3.2.3. 超声波传感器模块 (19)3.2.4. 报警模块 (20)4. Proteus 中虚拟单片机的仿真系统设计..........................................................................4.1. Proteus 简介 (20)4.2. ISISI 编辑器介绍 (21)4.3. Proteus 中虚拟单片机仿真图搭建 (23)4.3.1. 51 单片机最小系统电路 (23)4.3.2. proteus 中1602 液晶电路 (23)4.3.3. 虚拟终端以及串口电路 (24)4.4. 在Proteus 中画出完整的电路图 (25)4.5. 配置Proteus 中的虚拟串口 (25)4.5.1. 虚拟串口配置 (25)4.5.2. 配置虚拟终端 (26)4.6. 在µVision4 IDE 中编写51 代码 (26)4.6.1. Keil 中写代码 (26)4.6.2. .HEX 文件添加到虚拟51 单片机 (27)4.7. Proteus 仿真 (27)5. 电路调试及误差分析 (28)5.1. 电路的调试 (28)5.2. 系统的误差分析 (28)5.2.1. 声速引起的误差 (28)5.2.2. 单片机时间分辨率的影响 (29)6. 总结 (30)7. 附录 (31)7.1. 附录1-----本课题的实物图： (31)7.2. 附录2-----实际单片机（430）程序代码： (32)7.3. 附录3-----proteus 虚拟单片机（51）程序代码： (38)8. 参考文献 (42)1. 绪论本章简要介绍单片机技术在工业上的主要应用，MSP430 单片机的概述及特点，以及课题研究的主要内容。
1.1.MSP430 单片机概述MSP430 系列单片机是美国德州仪器（TI）1996 年开始推向市场的一种16 位超低功耗的混合信号处理器（Mixed Signal Processor）。
称之为混合信号处理器，主要是其针对实际应用需求，把许多模拟电路，数字电路和微处理器集成在一个芯片上。
德州仪器1996 年到2000 年初，先后推出了31X、32X、33X 等几个系列，这些系列具有LCD 驱动模块，对提高系统的集成度较有利。
每一系列有ROM 型（C）、OTP 型（P）、和EPROM 型（E）等芯片。
EPROM 型的价格昂贵，运行环境温度范围窄，主要用于样机开发。
这也表明了这几个系列的开发模式，即：用户可以用EPROM 型开发样机；用OTP 型进行小批量生产；而ROM 型适应大批量生产的产品。
2000 年推出了11X/11X1 系列。
这个系列采用20 脚封装，内存容量、片上功能和I/O 引脚数比较少，但是价格比较低廉。
这个时期的MSP430 已经显露出了它的特低功耗等的一系列技术特点，但也有不尽如人意之处。
它的许多重要特性如：片内串行通信接口、硬件乘法器、足够的I/O 引脚等，只有33x 系列才具备。
33x 系列价格较高，比较适合于较为复杂的应用系统。
当用户设计需要更多考虑成本时，33x 并不一定是最适合的。
而片内高精度A/D 转换器又只有32x 系列才有。
2000 年7 月推出了F13x/F14x 系列，在2001 年7 月到2002 年又相继推出F41x、F43x、F44x。
这些全部是Flash 型单片机。
F41x 系列单片机有48 个I/O 口，96 段LCD 驱动。
F43x、F44x 系列是在13x、14x 的基础上，增加了液晶驱动器，将驱动LCD 的段数由3xx 系列的最多120 段增加到160 段。
并且相应地调整了显示存储器在存储区内的地址,为以后的发展拓展了空间。
MSP430 系列的部分产品具有Flash 存储器，在系统设计、开发调试及实际应用上都表现出较明显的优点。
TI 公司推出具有Flash 型存储器及JTAG 边界扫描技术的廉价开发工具MSP-FET430X110，将国际上先进的JTAG 技术和Flash 在线编程技术引入MSP430。
这种以Flash 技术与FET 开发工具组合的开发方式，具有方便、廉价、实用等优点，给用户提供了一个较为理想的样机开发方式。
2001 年TI 公司又公布了BOOTSTRAP LOADER 技术，利用它可在烧断熔丝以后只要几根线就可更改并运行内部的程序。
这为系统软件的升级提供了又一方便的手段。
BOOTSTRAP 具有很高的保密性，口令可达到32 个字节的长度。
TI 公司在2002 年底和2003 年期间又陆续推出了F15x 和F16x 系列的产品。
在这一新的系列中，有了两个方面的发展。
一是从存储器方面来说，将RAM 容量大大增加，如F1611 的RAM 容量增加到了10KB。
二是从外围模块来说，增加了I2C、DMA、DAC12 和SVS 等模块[13]。
1.2.MSP430 的特点1、处理能力强MSP430 系列单片机是一个16 位的单片机，采用了精简指令集（RISC）结构，具有丰富的寻址方式（7 种源操作数寻址，4 种目的操作数寻址），简介的27 条内核指令以及大量的模拟指令；大量的寄存器以及片内数据存储器都可以参加多种运算；还有高效的查表处理命令。
这些特点保证了可以编制出高效的源程序。
2、运算速度快MSP430 系列单片机能在25MHz 晶体的驱动下，实现40ns 的指令周期16 位的数据宽度、40ns 的指令周期以及多功能的硬件乘法器（能实现乘加运算）相配合,能实现数字信号处理的某些算法（如FFT 等）。
3、超低功耗MSP430 单片机之所以有超低的功耗，是因为其在降低芯片的电源电压和灵活而可控的运行时钟方面都有其独到之处。
首先，MSP430 系列单片机的电源电压采用的是1.8-3.6V 电压。
因而可使其在1MHz 的时钟条件下运行时，芯片的电流最低会在165μA 左右，RAM 保持模式下的最低功耗只有0.1μA。
其次，独特的时钟系统设计。
在MSP430 系列中有两个不同的时钟系统：基本时钟系统、锁频环（FLL 和FLL+）时钟系统和DCO 数字振荡器时钟系统。
可以只使用一个晶体振荡器（32768Hz），也可以使用两个晶体振荡器。
由系统时钟系统产生CPU 和各功能所需的时钟。
并且这些时钟可以在指令的控制下，打开和关闭，从而实现对总体功耗的控制。
由于系统运行时开启的功能模块不同，即采用不同的工作模式，芯片的功耗有着显著的不同。
在系统中共有一种活动模式（AM）和五种低功耗模式（LPM0~LPM4）。
在实时时钟模式下，可达2.5μA，在RAM 保持模式下，最低可达0.1μA。
4、片内资源丰富MSP430 系列单片机的各系列都集成了较丰富的片内外设。
它们分别是看门狗（WDT）、模拟比较器A、定时器A0（Timer_A0）、定时器A1（Timer_A1）、定时器B0（Timer_B0）、UART、SPI、I2C、硬件乘法器、液晶驱动器、10 位/12 位ADC、16 位Σ-Δ ADC、DMA、I/O 端口、基本定时器（Basic Timer）、实时时钟（RTC）和USB 控制器等若干外围模块的不同组合。
其中，看门狗可以使程序失控时迅速复位；模拟比较器进行模拟电压的比较，配合定时器，可设计出A/D 转换器；16 位定时器（Timer_A 和Timer_B）具有捕获/比较功能，大量的捕获/ 比较寄存器，可用于事件计数、时序发生、PWM 等；有的器件更具有可实现异步、同步及多址访问串行通信接口可方便的实现多机通信等应用；具有较多的I/O 端口，P0、P1、P2 端口能够接收外部上升沿或下降沿的中断输入；10/12 位硬件A/D 转换器有较高的转换速率，最高可达200kbps，能够满足大多数数据采集应用；能直接驱动液晶多达160 段；实现两路的12 位D/A 转换；硬件I2C 串行总线接口实现存储器串行扩展；以及为了增加数据传输速度，而采用的DMA 模块。