超声波测距数码管显示,内容完全正确

《单片机课程设计》

设计报告

设计课题：超声波测距

专业班级：电子信息工程xxx班

学生姓名： wang da na 指导教师： cai 设计时间： 2015年7月9日

赣南师范学院科技学院数学与信息科学系

超声波测距

一、设计任务与要求

1.设计任务:

（1）利用超声波测量距离。 （2）使用数码管显示测出的距离。 （3）在超出一定的范围后进行报警。

二、方案设计与论证

1设计方案

采用单片机来控制超声波测距，信号线发射到与超声波发射器相连的信号端，超声波发射器向既定方向发射，在发射的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物将产生回波，超声波接收器接收回波，产生电平变化。

通过单片机设计一个程序，处理超声波接受的信号，计算出发射与接受的时间差，并根据距离公式计算出距离，用数码管显示。

把所测出的距离分范围，超出2米或小于0.1米蜂鸣器报警，当处于正常范围时立即停止报警。

2 原理框图

图（1） 系统原理框图

51单片机

数码管显示模

块

报警模块

超声波模块

三、电路设计

1. 电路设计

图（2）电路图

2. 主要性能参数计算

（1）超声波测距模块

本测距系统采用超声波渡越时间检测法。其原理为：检测从发射传感器发射的超声波经气体介质传播到接收传感器的时间t，这个时间就是渡越时间，然后求出距离l。设l为测量距离，t为往返时间差，超声波的传播速度为c，则有l=ct/2。超声波接收器收到反射波就立即停止计时。再由单片机计算出距离，送数码管显示测量结果。

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）。t2是接收超声波时刻，t1是超声波声波发射时刻，t2-t1得出的是一个时间差的绝对值，假定t2-t1=0.03S，则有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：如图2-2-1为测距原理。

图（3）测距原理

因为θ/2角度较小,可以忽略不计，所以L≈S。

超声波发出到遇到返射物返回的距离如下：

L=C x ( t2 -t1 )/ 2 ；

由于超声波也是一种声波，其声速c与空气温度有关，一般来说，温度每升高1摄氏度，声速增加0.6米／秒。表2-1列出了几种温度下的声速。

表1 声速与温度的关系表

温度（摄氏度）

－

30

－

20

－

10

1

2

3

1

00

声速（米／秒）

3

13

3

19

3

25

3

23

3

38

3

44

3

49

3

86

在使用时，如果温度变化不大，则可认为声速c是基本不变的，计算时取c为340m/s。如果测距精度要求很高，则可通过改变硬件电路增加温度补偿电路的方法或者在硬件电路基本不变的情况下通过软件改进算法

的方法来加以校正。

（2）单片机最小系统

单片机最小系统,或者称为最小应用系统,是指用最少的元件组成的单片机可以工作的系统。

对52系列单片机来说,最小系统一般应该包括:单片机、晶振电路、复位电路。

单片机最小系统电路介绍：

52单片机最小系统复位电路的极性电容C1的大小直接影响单片机的复位时间，一般采用10~30uF，51单片机最小系统容值越大需要的复位时间越短。

52单片机最小系统晶振Y1也可以采用12MHz，在正常工作的情况下可以采用更高频率的晶振，51单片机最小系统晶振的振荡频率直接影响单片机的处理速度，频率越大处理速度越快。

52单片机最小系统起振电容C2、C3一般采用15~33pF，并且电容离晶振越近越好，晶振离单片机越近越好4.P0口为开漏输出，作为输出口时需加上拉电阻，阻值一般为10k。

图（4）单片机最小系统

设置为定时器模式时，加1计数器是对内部机器周期计数（1个机器周期等于12个振荡周期，即计数频率为晶振频率的1/12）。计数值N乘以机器周期Tcy就是定时时间t。

设置为计数器模式时，外部事件计数脉冲由T0或T1引脚输入到计数器。在每个机器周期的S5P2期间采样T0、T1引脚电平。当某周期采样到一高电平输入，而下一周期又采样到一低电平时，则计数器加1，更新的计数值在下一个机器周期的S3P1期间装入计数器。由于检测一个从1到0的下降沿需要2个机器周期，

因此要求被采样的电平至少要维持一个机器周期。当晶振频率为12MHz时，最高计数频率不超过1/12MHz，即计数脉冲的周期要大于2 ms。

3. 程序流程图

图（5）程序流程图

四、电路制作及调试

1.实物图

通过以上步骤，制作出实物图。如图所示：

图(6)数码管在正常范围显示

图（7）数码管测出的数值

2.电路调试

电路主要的模块有三个：报警模块、单片机最小系统、超声波模块。通过调节超声波模块与障碍物的距离，来显示出数据。并与实际距离作对比，并计算误差。

3.元件清单

表2元件清单

器件型号数量

电阻220,10k 10

三极管8050NPN管 4 单片机芯片STC89C52 1

四位数码管CL3461-AC 1

杜邦线20cm 若干

电容30pF，10uF 各一个

蜂鸣器有源蜂鸣器 1

晶振11.0592MHZ 1

五参考文献

[1]潘永雄.沙河.电子线路CAD实用教程（第四版）[M].西安电子科技大学出版社，2012.

[2]高吉祥.电子技术基础实验与课程设计（第二版）[M].电子工业出版社，2005.

[3]王港元.电子设计制作基础[M].江西科学技术出版社，2011.

[4]彭介华.电子技术课程设计指导[M].高等教育出版社，2009

[5] 李朝青.单片机原理及接口技术（第三版）[M].北京航空航天大学出版社，2006.

[6] 阎石.数字电子技术基础（第五版）[M].清华大学电子学教研组出版社,2006.