基于ATmega16超声波测距开放实验报告

青岛科技大学

开放实验报告

院校：高职学院

专业：电气工程及其自动化

年级：13级1班

实验名称：基于Atmega16单片机超声波测距实验

姓名：严家全

学号：1318020135

同组者姓名：张东东

同组者学号：1318020138

指导教师：王泽华老师

基于ATmega16单片机超声波测距的及显示系统

摘要：超声波测距在当今社会生活中已有十分广泛的应用如倒车雷达、航海、宇航、石油化工等工业领域，此外在材料科学、医学、生物科学等领域也占据重要地位。本文主要研究和说明了一种基于单片机微型处理器的超声波测距仪。该仪器以超声波在空气中的传播速度为确定条件，以反射超声波来测量待定距离。本文主要介绍了仪器的理论基础，和软硬件设计的相关情况。

该仪器硬件部分主要有单片机系统及显示电路、超声波传感器（发射部分、接收部分）、电源电路等四大部分组成。软件部分主要由主程序、超声波发射子程序、超声波接收及中断子程序、显示程序等组成。利用ATmega16单片机对超声波传感器接收到的信号进行一定的处理，并送到LCD1602上显示。

关键字：超声波，测距，单片机，显示

Based on ATmega16 single chip ultrasonic distance

measurement and display system

Abstract:ultrasonic ranging has been very widely used in today's social life, such as reversing radar, navigation, aerospace, petrochemical and other industrial areas, in addition in the field of materials science, medicine, biological sciences also occupy the important position.This paper mainly studies and illustrates a kind of ultrasonic range finder based on single chip microprocessor.The instrument to the ultrasonic velocity in air, in order to determine the conditions to reflect ultrasonic distance measure to be determined.This paper mainly introduces the theoretical foundation of the instrument, and hardware and software design.

The instrument hardware part mainly include the single chip microcomputer system and display circuit, ultrasonic sensors (launch part, receiving part) four major part, power supply circuit,

etc.The software part is mainly composed of main program subroutine, ultrasonic launch, ultrasonic receiving and interrupt subroutine, display program, https://www.360docs.net/doc/597529357.html,ing ATmega16 single chip microcomputer of ultrasonic sensor receives the signal processing, and send to the LCD1602 display.

Key words:ultrasonic ranging, microcontroller, display

目录

一、概论 (5)

1.超声波的产生。

2.超声声速的计算。

二、设计要求 (5)

三、ATmega16单片机的输入捕捉功能 (6)

四、硬件设计 (7)

1.ATmega16单片机的引脚分布图

2.超声波传感器

3.LCD1602显示屏

4.系统电路图

五、软件设计 (11)

六、附录 (12)

1.实物图

2.参考程序

3.参考文献

一、概论

1.超声波的产生

声波是物体机械振动状态（或能量）的传播形式。所谓振动是指物质的质点在其平衡位置附近进行的往返运动形式。超声波是指振动频率大于20KHZ的声波。超声波的方向性好，穿透能力强，易于获得较集中的声能。本超声波测距仪采用的的是HC-SR04超声波传感器，在其TRIG引脚输入一个持续时间为10us的高电平，即可产生8段频率为40KHZ的超声波。

2.超声波在空气中的传播速度

超声波的传播速度受介质和温度的影响，超声波在空气中的传播速度为：

v=(331.4+0.607T)m/s

式中，v为超声波在空气中的传播速度；T为实际温度单位为℃。

本文中介绍的超声波测距仪能实现较为精确的距离测量，取超声波在空气中（常温下）的速度v=340m/s为标准。如想实现更加精准的距离测量，应增加温度补偿。

二、设计要求

*测量距离为3cm——300cm

*测量精度为0.5cm

三、ATmega16单片机的输入捕捉功能

ATmega16单片机的T/C1的输入捕捉功能是AVR定时/计数器的一个非常有特点的功能。T/C1的输入捕捉单元可应用于精确捕捉一个外部事件的发生，记录事件的发生印记。捕捉外部事件的触发信号由引脚TCP1输入，或模拟比较器的ACD单元的输出信号也可作为外部事件的触发信号。

当一个输入捕捉事件发生时，例如外部引脚TCP1的逻辑电平发生变化或模拟比较器的输出电平变化（事件发生）时，T/C1的计数器TCNT1的计数值被写入输入捕捉寄存器OCR1中，并置位输入捕捉标记为ICF1，产生中断申请。

置位编制为ICNC1将使能对输入输入捕捉触发信号的噪声抑制功能。噪声抑制电路是一个数字滤波器，它对输入触发信号进行4次采样，当4次采样值相同时，才确认触发信号。

输入触发方式选择由寄存器TCCR1B的ICES1决定，当ICES1设置为“0”时，输入信号下降沿触发输入捕捉动作；当ICES1设置为“1”，输入信号上升沿触发输入捕捉动作。

四、硬件设计

1.ATmega16单片机的引脚分布图

2.超声波传感器

引脚说明：

(1).VCC电源正极，提供5v电源；

(2).Trig触发信号控制输入端；

(3).Echo回响信号输出；

(4).GND接地；

基本工作原理：

(1). 给Trig触发端提供一个至少10us的高电平

(2).模块自动发出8个40KHZ的方波，自动检测是否有信号

返回。

(3).有信号返回，Echo回响端输出一个高电平，高电平持续时间就是超声波从发射到返回的时间。

3.LCD1602显示屏

引脚分布情况：

其中第3脚VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高（对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度）。

3.系统电路图

五、软件设计

系统初始化

发射超声波

捕捉检测超声波传感器ECHO引脚是否有高电平

有高电平

捕捉中断，读出时间标记，准备捕捉低电平

有低电平

捕捉中断，读出时间标记

计算高电平持续时间，

计算距离

多次测量取平均值送入LCD1602显示

六、附录

1.实物图

2.参考软件

/********************************************************** ***************超声波测距**********************************

************采用4MHZ内部时钟*******************************

************T1定时器输入捕捉*******************************

**************YAN JIA QUAN******************************** ***********************************************************/

#include"iom16v.h"

#include"macros.h"

#define RS PD0

#define RW PD1

#define EN PD2

#define F_CPU 4000000UL

#define uint unsigned int

#define uchar unsigned char

unsigned int count,data_1,data_2,buhuo_ok,cishu; unsigned int quyang[3];

void delay_us(int a) //延时us

{

int b;

for(a;a>0;a--)

for(b=2;b>0;b--);

}

void delay_ms(int c) //延时ms

{

for(c;c>0;c--)

delay_us(1000);

}

void lcd_write_cmd(char cmd) //LCD写指令函数

{

PORTD&=~BIT(EN);

PORTD&=~BIT(RS);

PORTB=cmd;

PORTD|=BIT(EN);

delay_ms(10);

PORTD&=~BIT(EN);

}

void lcd_write_data(char data) //LCD写数据函数

{

PORTD&=~BIT(EN);

PORTD|=BIT(RS);

PORTB=data;

PORTD|=BIT(EN);

delay_ms(10);

PORTD&=~BIT(EN);

}

void lcd_init() //LCD初始化函数

{

DDRB=0XFF;

PORTB=0XFF;

DDRD|=BIT(RS)|BIT(RW)|BIT(EN);

PORTD&=~BIT(RW);

lcd_write_cmd(0X38);

lcd_write_cmd(0X01);

lcd_write_cmd(0X06);

lcd_write_cmd(0X0C);

}

void io_init() //I/O初始化

{

DDRA=0XFF;

DDRC=0XFF;

PORTC=0XFF;

DDRC=0X00;

}

void T1_init() //T1定时器初始化

{

TCCR1A=0X0000;

TCCR1B=0X03;

TCCR1B|=BIT(ICES1)|BIT(ICNC1);

TIMSK|=BIT(TICIE1);

}

void show(uint sum) //显示函数

{

int i,j,k,l,m;

m=sum/10000+0x30;

i=sum%10000/1000+0x30;

j=sum%1000/100+0x30;

k=sum%100/10+0x30;

l=sum%10+0x30;

lcd_write_cmd(0X01);

lcd_write_data(m);

lcd_write_data(i);

lcd_write_data(j);

lcd_write_data(k);

lcd_write_data(0xa5);

lcd_write_data(l);

lcd_write_data(0x63);

lcd_write_data(0x6d);

}

void start() //发射超声波

{

PORTA|=BIT(PA0);

delay_us(12);

PORTA&=~BIT(PA0);

}

#pragma interrupt_handler T1BUHUO_OVF_isr:6

void T1BUHUO_OVF_isr() //T1定时器捕捉中断服务函数

{

if(count==0)

{

data_1=ICR1;

TCCR1B&=~BIT(ICES1)|BIT(ICNC1);

TIFR=(1<

count=1;

}

else

{

data_2=ICR1;

TCCR1B|=BIT(ICES1)|BIT(ICNC1);

buhuo_ok=1;

PORTA|=BIT(PA7);

count=0;

}

}

void main() //主函数

{

int a=0,b=0,juli=0;

lcd_init();

io_init();

T1_init();

count=0;

juli=0;

buhuo_ok=0;

cishu=0;

data_1=0;

data_2=0;

SEI();

while(1)

{

if((PINC==0XFE)&(cishu==0)) {

delay_ms(20);

if(PINC==0XFE)

{

while(PINC==0XFE);

start();

}

}

if(buhuo_ok==1)

{

if(data_2>=data_1)

{

data_2=data_2-data_1;

}

else

data_2=65536-data_1+data_2;

data_2=data_2*2.72+0.5;

quyang[cishu]=data_2;

cishu++;

buhuo_ok=0;

if(cishu<3)

{

delay_ms(60);

start();

}

else

{

for(b=0;b<3;b++)

a=a+quyang[b];

juli=a/3+0.5;

cishu=0;

a=0;

show(juli);

}

}

}

}

3.参考文献

①．AVR单片机嵌入式系统原理与应用实践（第二版马潮著）

②．ATmega16单片机数据手册

③．LCD1602数据手册