超声波传感器单片机课程设计

课程设计报告

题 目 超声波测距系统设计

课 程 名 称 单片机原理及应用

院 部 名 称 机电工程学院

专 业 电气工程及其自动化

班 级 12电气工程及其自动化（单）

学 生 姓 名 潘成城

学 号 1205202019

课程设计地点 工科楼 C304

课程设计学时 20

指 导 教 师 李国利

金陵科技学院教务处制

成绩

目录

一、概述 (3)

1.1课程设计应达到的目的 (4)

1.2 超声波测距系统设计 (4)

二、总体设计方案及说明 (4)

2.1系统总体设计思路 (4)

2.2系统总体设计框图 (5)

三、系统硬件电路设计 (5)

3.1 单片机的最小系统 (6)

3.1.1AT89C51单片机的功能与特点 (6)

3.2系统原理分析 (6)

3.2.1超声波测距原理 (6)

3.3 超声波传感器检测电路 (6)

3.3.1超声波检测电路图 (7)

3.3.2 超声波发生及感应过程 (7)

3.4 超声波测距接收 (7)

3.4.1 HC-SR04模块 (7)

3.4.2 T40、R40超声波传感装置介绍 (7)

3.5 SCM1602显示模块 (9)

四、系统软件部分设计 (11)

4.1 软件流程图 (11)

4.1.1主程序流程图 (11)

4.1.2超声波发生子程序 (11)

4.2 系统源程序 (12)

五、系统仿真过程与结果 (13)

5.1 Proteus仿真软件 (14)

5.2仿真编译过程 (14)

5.3仿真效果图 (15)

六、实物展示 (16)

6.1实物元件与过程 (16)

6.2实物运行与调试 (15)

6.3实物总结 (15)

七、总结 (18)

八、参考文献 (19)

附录，原理图 (20)

摘要

本设计采用了AT89C51作为中心处理器，HC-SR04模块进行超声波方面的发生与感应。然后介绍了总体的系统设计框图、思路及元件选型。接下来，分硬件和软件两部分进行了设计的分析。硬件方面首先构建了一单片机最小系统，然后集成各芯片完成设计。软件方面通过外部中断，定时器中断等完成开发的子程序的调用。最后重点详细地讲述了关于超声波模块的电路及收发过程。

最后进行了系统仿真，仿真结果表明，所设计的系统能够满足要求。本系统具有成本低，可靠性高和安全实用等特点，广泛应用于社会生活的各个领域。

关键词：AT89C51单片机；超声波模块；最小系统

一、概述

1.1课程设计应达到的目的

通过本课程设计，使学生掌握控制系统设计的一般步骤，掌握系统总体控制方案的设计方法。使学生进一步掌握微型计算机应用系统的硬、软件开发方法，输入/输出(I/O)接口技术，应用程序设计技术，并能结合专业设计简单实用的单片机应用系统。针对课堂重点讲授内容使学生加深对单片机硬件原理的理解及提高C51语言程序设计的能力，为以后的毕业设计搭建了单片机系统应用平台，提高学生的开发创新能力。

1.2超声波测距系统设计

设计一个基于单片机的超声波测距系统，要求：

（1）系统功能：测距范围：3cm-450cm，通过LCD1602显示距离。

（2）给出系统设计方案，画出硬件连线图，并说明工作原理；

（3）画出程序框图并编写程序。

二、系统总体方案设计

2.1 系统总体设计思路

本设计的构建是基于89C51单片机外围芯片的超声信号检测的。超声波发生模块送出片刻的40KHz的矩形波信号，遇物体反射后，被超声波接收模块接收并作为本设计的Input，单片机对此信号进行判断加工处理后，把计算出的距离结果传到LCD显示屏上，当检测距离小于预设值时报警模块工作。

本设计的硬件部分主要由AT89C51单片机控制模块、超声波发出和接收模块、预警模块以及LCD显示模块等几部分组成。系统的总体结构设计框图如图1.1所示。

本设计的软件部分由C语言编写，程序采用模块化设计思想，将各功能单独程序化成子程序块并进行debug，在完成主程序段的编写和子程序的调用。系统软件部分主要include主程序段、‘delay’子程序块、、超声波发生与感应子程序块等。

2.2 系统总体设计框图

本设计采用AT89C51为控制核心，由电源电路、单片机外围电路、发射电路、接收电路、显示电路、报警电路等部分组成，系统设计框图如图1.1所示。其主要需完成任务是对传感器到障碍物中间的距离的测量及对测出距离的显示以及小于预设值时的报警。

单片机

发射电路

接收电路

显示电路

报警电路

超声波发射换

能器

超声波接收换

能器

障

碍

物

图1.1 系统总体设计框图

三、系统硬件部分设计

3.1单片机最小系统

单片机最小系统：能让单片机regular work的最小硬件单元系统，如图3.4所示。

一般具有:复位circuit;时钟震荡circuit。此外，ISP下载口也belong单片机最小系统。

复位电路如图2.2所示。

图2.2 复位电路图

复位电路可将系统重置至一个已知的状态。从单片机内部来看，复位电路工作后，CPU 将一些厂商早先设定的数载入至寄存器。

该电路的principle是将Capacitance与Resistance接至复位引脚RST，组成Power on reset的功能。当Reset level持续两个machine cycle以上时，reset有效。具体数值需由RC电路计算出time constant t=RC1(t≥10ms)。

复位电路包括Reset button和Power on reset。

（1）Reset button：并联一开关在复位电容上。按下开关，电容释放之前的电量，同时，复位引脚电压的拉高完成Reset。

(2)Power on reset：在RST上外接一个RC充放电导电回路，即加入一个电容（一般