超声波测距仪单片机课设实验报告总结计划学习材料.doc

微机原理与单片机系统课程设计

评语：

考勤 10 分守纪10分过程30分设计报告30分答辩20分总成绩（100分）

专业：轨道交通信号与控制

班级：交控 1305

姓名：贺云鹏

学号：201310104

指导教师：李建国

兰州交通大学自动化与电气工程学院

2015 年12月30日

超声波测距仪设计

1设计说明

1.1 设计目的

超声波测距的原理是利用超声波在空气中的传播速度为已知，测量声波在发射后遇到障碍物反射回来的时间，根据发射和接收的时间差计算出发射点到障碍物的实际距离。

超声波测距主要应用于倒车提醒、建筑工地、工业现场等的距离测量。

超声波在气体、液体及固体中以不同速度传播，定向性好、能量集中、传输

过程中衰减较小、反射能力较强。超声波能以一定速度定向传播、遇障碍物后形成反射，利用这一特性，通过测定超声波往返所用时间就可计算出实际距离，从而实现无接触测量物体距离。超声波测距迅速、方便，且不受光线等因素影响，

广泛应用于水文液位测量、建筑施工工地的测量、现场的位置监控、振动仪车辆倒车障碍物的检测、移动机器入探测定位等领域。

1.2 设计方法

本课题包括数据测距模块、显示模块。测距模块包括一个 HC-SR04超声波测距模块和一片 AT89C51单片机，该设计选用 HC-SR04超声波测距模块，通过HC-SR04发射和接受超声波，使用 AT89C51单片机对超声波进行计时并根据超声波

在空气中速度为 340 米每秒的特性计算出距离。显示模块包括一个 4 位共阳极

LED数码管和 AT89C51单片机，由 AT89C51单片机控制数码管动态显示距离。1.3 设计要求

采用单片机为核心部件，选用超声波模组，实现对距离的测量，测量距离能够通过显示输出 (LED，LCD)。

2设计方案及原理

2.1 超声波测距模块设计

HC-SR04超声波测距模块可提供 2cm-400cm的非接触式距离感测功能，测距精度可达高到 3mm。模块包括超声波发射器、接收器与控制电路。当提供一个 10uS 以上正脉冲触发信号，该模块内部将发出 8个40kHz 周期电平并检测回波。一旦检测到有回波信号则输出回响信号。回响信号的脉冲宽度与所测的距离成正比。

由此通过发射信号到收到的回响信号时间间隔可以计算得到距离

由以上信息，在设计时选用两个定时器，定时器 1用来定时 800ms，当产生中断时，启动HC-SR04超声波测距模块，即给其TRIG（发射）口送一个持续20ms的正脉冲，定时器0用来对超声波传递时间进行计时，即当ECHO（回波）口为高电平时启动计时，当 ECHO口变为低电平时关闭计时。再根据超声波在空气中的传播

速度为340米每秒，通过AT89C51计算出距离，当距离超过400cm时，显示8888，表示超出工作距离。

2.2 LED 显示模块设计

将算得的距离通过一个 4 位 LED数码管采用动态扫描进行显示。

2.3 其他功能的设计

考虑到实际的需求，本设计还应增加以下功能：

1、增加一个指示灯。当ECHO（回波）口为高电平时，即超声波信号在空气

中传播时，指示灯点亮。当数码管不能正常点亮时，若指示灯正常指示，则说明

LED显示模块发生故障；若指示灯不能正常点亮，则说明超声波测距模块发生

故障。

2、增加一个锁存按钮。由于设计时我们设计的为每800ms超声波测距模块启动一次，由于定时器会产生误差，造成测得距离不断变化，增加一个锁存按钮，当确定显示结果稳定时，按下按钮时，关闭超声波测距模块，可以使结果清楚显示。

3、增加一个待机按钮。当按下锁存按钮后，再按下待机按钮，这时关闭 LED 显示，若再打开待机按钮，这时 LED启动工作，显示的数值为上一次被测距离。

2.4 设计成本及定价

成本： 1、HC-SR04超声波测距模块 1 个 3.3 元

2、AT89C51单片机 1 个 2.5 元

3、四位 LED数码管 1 个 1.5 元

4、晶振 1 个 0.17 元

5、电路板 1 个 0.57 元

6、其他开关、电阻及电容总计 0.5 元

总计： 8.54 元

市场平均价格： 12 元

预计定价： 10 元

利润： 1.46 元

3硬件设计

此系统的硬件设计主要包括 HC-SR04超声波测距模块、 AT89C51单片机、 4 位 LED显示模块，并连入指示灯、待机开关和锁存开关。

仿真时，将 HC-SR04超声波测距模块用一个 555 延时电路来代替即可，其中调节改变滑动变阻器的阻值可以模拟被测物体距离的变化。实验仿真电路图如图

1所示。

图 1设计硬件电路图

4软件设计

此系统的软件设计主要包括超声波测距模块设计、 LED显示模块设计、和其他拓展模块。采用定时器 1 每 800ms发射一个脉冲信号启动超声波测距模块，采

用定时器 0 计算超声波传播时间，并通过一个计算函数算得距离，然后送 LED 显示屏进行动态扫描并显示结果。

4.1 程序流程图

主程序流程图如图 2 所示。

图 2 程序流程图4.2 程序

基于 AT89C51单片机的超声波测距源程序见附录一。

5系统仿真及调试结果

基于 AT89C51单片机的超声波测距仿真结果见附录二。

基于 AT89C51单片机的超声波测距调试结果如图 3 所示。

图 3 系统程序调试结果

6总结

本设计通过对超声波测距的研究，与单片机结合，实现了超声波测距的目标，并增加了数据锁存、指示灯和待机的功能。仿真时由于软件中没有 HC-SR04模块，因此用 555 延时电路来代替。

通过这次课程设计，我加深了对单片机的理解，也为以后更好的运用打下了基础。最后要感谢李老师的指导，在李老师的耐心解答下，我受益匪浅。

参考文献

[1]李积英 . 数字电子技术 . 中国电力出版社 ,2011

[2]深圳市捷什科技有限公司 .HC-SR04 超声波测距模块说明书 .

[3] 彭江 . 单片机原理及接口技术的开发[J].软件导刊,2011,12(8):66-70.

[4]王思明 . 张金敏 . 苟军年 . 张鑫 . 杨乔礼 . 单片机原理及应用系统设计 . 科学出版社 .2012

附录一：实验源程序

#include

#define uchar unsigned char

#define uint unsigned int

#define LED_port P0//用于LED段选