52单片机超声波测距论文最终版

超声波测距摘要:本作品采用AT89S52作为主控制器，包括LCD液晶显示模块、超声波测距模块，构成了一个基于单片机控制的超声波测距。

系统框图如图1所示硬件电路的设计主要包括单片机系统及显示电路、超声波发射电路和超声波接收电路等几部分。

单片机采用AT89S52，系统晶振采用12MHz高精度的晶振，以获得较稳定时钟频率，减小测量误差。

单片机用P1.0端口输出超声波换能器所需的40kHz的方波信号，P3.2端口监测超声波接收电路输出的返回信号。

显示电路采用简单实用的LCD1602液晶显示，输出端口为单片机的P2口，位码输出端口分别为单片机的P3.5、P3.6、P3.7口。

1.1系统整体方案的设计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农业生产等自动化的使用要求。

超声波发生器可以分为两大类：一类是用电气方式产生超声波，一类是用机械方式产生超声波。

电气方式包括压电型、电动型等；机械方式有加尔统笛、液哨和气流旋笛等。

它们所产生的超声波的频率、功率、和声波特性各不相同，因而用途也各不相同。

目前在近距离测量方面常用的是压电式超声波换能器。

根据设计要求并综合各方面因素，本文采用AT89S52单片机作为控制器，用LCD实现数字动态显示，采用555定时器构成振荡电路。

1.1 51系列单片机的功能特点5l系列单片机中典型芯片(AT89C51)采用40引脚双列直插封装(DIP)形式，内部由CPU，4kB的ROM，256 B的RAM，2个16b的定时／计数器TO和T1，4个8 b的工／O端I：IP0，P1，P2，P3，一个全双功串行通信口等组成。

特别是该系列单片机片内的Flash可编程、可擦除只读存储器(E~PROM)，使其在实际中有着十分广泛的用途，在便携式、省电及特殊信息保存的仪器和系统中更为有用。

该系列单片机引脚与封装如图2-1所示。

52系列单片机提供以下功能：4 kB存储器；256 BRAM；32条工／O线；2个16b定时／计数器；5个2级中断源；1个全双向的串行口以及时钟电路。

空闲方式：CPU停止工作，而让RAM、定时／计数器、串行口和中断系统继续工作。

掉电方式：保存RAM的内容，振荡器停振，禁止芯片所有的其他功能直到下一次硬件复位。

5l系列单片机为许多控制提供了高度灵活和低成本的解决办法。

充分利用他的片内资源，即可在较少外围电路的情况下构成功能完善的超声波测距系统。

1.3系统整体方案的论证超声波测距的原理是利用超声波的发射和接收，根据超声波传播的时间来计算出传播距离。

实用的测距方法有两种，一种是在被测距离的两端，一端发射，另一端接收，直接接收波方式，适用于身高计；一种是发射波被物体反射回来后接收的反射波方式，适用于测距仪。

此次设计采用反射波方式。

测距仪的分辨率取决于对超声波传感器的选择。

超声波传感器是一种采用压电效应的传感器，常用的材料是压电陶瓷。

由于超声波在空气中传播时会有相当的衰减，衰减的程度与频率的高低成正比；而频率高分辨率也高，故短距离测量时应选择频率高的传感器，而长距离的测量时应用低频率的传感器。

2．1 超声波测距单片机系统超声波测距单片机系统主要由：AT89C51单片机、晶振、复位电路、电源滤波部份构成。

如图3-2。

图3-2：超声波测距单片机系统2.2 超声波发射、接受电路超声波发射如图3-3，接收电路如图3-4。

超声波发射电路由电阻74ALO4、555电路及超声波发送头T40构成接收电路。

由555发射出波形，再由555外围的电路经过滤波、调整，形成好看无杂波的波形，再经过74AL04反向驱动放大，最后由超声波发射探头发射出去。

接收电路由一级放大100倍，低通滤波，高通滤波，二级放大100倍，经过比较器LM393转换为高低电平，触发三极管，启动中断计时。

图3-3：超声波测距发送单元图3-4：超声波测距接收单元由于反射回来的超声波信号非常微弱，所以接收电路需要将其进行放大。

接收电路如图3-4所示。

接收到的信号加TL084的两级放大器上进行放大。

每级放大器的放大倍数为100倍。

放大的信号经过高低通两段滤波，使波形该接收电路结构简单，性能较好，制作难度小。

2.3 显示电路本系统采用三位一体LCD显示所测距离值，如图3-6。

显示电路采用简单实用的LCD1602液晶显示，输出端口为单片机的P2口，位码输出端口分别为单片机的P3.5、P3.6、P3.7口。

图3-5：显示单元3.1主程序设计超声波测距的软件设计主要由主程序、超声波发生子程序、超声波接收程序及显示子程序组成。

超声波测距的程序既有较复杂的计算（计算距离时），又要求精细计算程序运行时间（超声波测距时），所以控制程序可采用C语言编程。

主程序首先是对系统环境初始化，设定时器0为计数，设定时器1定时。

置位总中断允许位EA。

进行程序主程序后，进行定时测距判断，当测距标志位ec=1时，测量一次，程序设计中，超声波测距频度是4-5次/秒。

测距间隔中，整个程序主要进行循环显示测量结果。

当调用超声波测距子程序后，首先由单片机产生4个频率为38.46kHz超声波脉冲，加载的超声波发送头上。

超声波头发送完送超声波后，立即启动内部计时器T0进行计时，为了避免超声波从发射头直接传送到接收头引起的直射波触发，这时，单片机需要延时约1.5 -2ms时间（这也就是超声波测距仪会有一个最小可测距离的原因，称之为盲区值）后，才启动对单片机P3.2脚的电平判断程序。

当检测到P3.2脚的电平由高转为低电平时，立即停止T0计时。

由于采用单片机采用的是12 MHz的晶振，计时器每计一个数就是1μs，当超声波测距子程序检测到接收成功的标志位后，将计数器T0中的数（即超声波来回所用的时间）按式（2）计算，即可得被测物体与测距仪之间的距离。

设计时取15℃时的声速为340 m/s则有：d=(c×t)/2=172×T0/10000cm 其中，T0为计数器T0的计算值。

测出距离后结果将以十进制BCD码方式送往LCD显示约0.5s，然后再发超声波脉冲重复测量过程3.2程序流程图：本次实训在设计中，力求能达到最基础的功能，系统性能的稳定，在此条件下在加强其测距的距离。

3.3程序清单：Main.c:#include <reg52.h>#include "Delay.h"#include <intrins.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned int//#define VELOCITY_30C 3495#define Lcd_Port P2 //定义数据端口enum state_all{n1,n2,n3} state;uchar aa[10]={'0','1','2','3','4','5','6','7','8','9'};long int distance=0;sbit Output=P1^0; //发射控制端口sbit Lcd_RS=P3^5; //定义和LCD的连接端口，写数据指令端口 2.6sbit Lcd_RW=P3^6; //读写端口2.5sbit Lcd_E=P3^7; //使能端口2.4sbit Lcd_Busy = P2^7; //读忙端口//bit flag;//发射超声波void Trig_SuperSonic(void){Output=1;TR0=1;Delayus (45);Output=0;Delayus(5); //EX0=1;}//距离转换函数void Measure_Distance(void){long int l;long int h,y;l=TL0;h=TH0;y=(h<<8)+l;TL0=0x00;TH0=0x00;Delayus(20);//distance=(int)(y*17/100); //mmdistance=(int)(y*340*80/200000); //mm 310 y*340*100/200000测80cm,200cm校准}//外部中断void Ext0(void) interrupt 0{TR0=0;EX0=0;//flag=1;//Output=0;}//定时器初始化函数void Init_MCU(void){TMOD=0x01; //定时器0初始化,设置为16位自动重装模式TL0=0x00;TH0=0x00; //1ms定时ET0=1; //开定时器0EA =1; //总中断使能//TF0=1;IT0=0; //}//初始化清零void Init_Parameter(void){TL0=0x00;TH0=0x00;EX0=0;}// 读忙信号判断void Read_Busy(void){uchar k=255;Lcd_Port=0xff;Lcd_RS=0;Lcd_RW=1;Lcd_E=1;while((k--)&&(Lcd_Busy));Lcd_E = 0;}// 写指令函数void Write_Comm(uint lcdcomm)Read_Busy( ); //先读忙Lcd_RS = 0; //端口定义为写指令Lcd_RW = 0; //端口写入使能Lcd_E = 1; //端口输入总使能Lcd_Port=lcdcomm; //数据端送指令Lcd_E = 0; //端口输入总禁止}//写数据函数void Write_Chr(uint lcddata){Read_Busy( ); //先读忙Lcd_RS=1; //端口写数据使能Lcd_RW=0; //端口写入使能Lcd_E=1; //端口总输入使能Lcd_Port=lcddata; //数据端口送数据Lcd_E=0; //端口总输入禁止}//初始化LCDvoid Init_LCD(void){Delayms(2); //稍微延时，等待LCD进入工作状态Write_Comm(0x38); //8位2行5*8Write_Comm(0x0c); //显示开/关，光标开闪烁开 Write_Comm(0x01); //清显示Write_Comm(0x06); //文字不动，光标右移Write_Comm(0x02); //光标归位void Timer0 (void) interrupt 1 using 1{TR0=0; //EX0=0; ////set=1;TH0=0X00;TL0=0X00;}void main(void){Delayms(10);Init_MCU();//定时器初始化Init_LCD();//lcd初始化distance=0;Write_Comm(0x80); //确定显示位置，第1行第3列Write_Chr(aa[distance/1000]); // mWrite_Chr('.');Write_Chr(aa[distance/100%10]); //dmWrite_Chr(aa[distance%100/10]); //cmWrite_Chr(aa[distance%10]); //mmWrite_Chr('m');state=n1;while(1){Write_Comm(0x80); //确定显示位置，第1行第3列Write_Chr('0');Write_Chr(aa[distance/1000]);Write_Chr('.');Write_Chr(aa[distance/100%10]);Write_Chr(aa[distance%100/10]);Write_Chr(aa[distance%10]);Write_Chr('m');Delayms(100); //LCD刷新时间 100 90switch (state){case n1: //等待状态Init_Parameter(); //清零state=n2;break;case n2:Trig_SuperSonic(); //发射超声波state=n3;break;case n3:Delayms(10);Measure_Distance(); //有接收到，就显示出距离，没有就显示0state=n1;Delayms(200);break;}}}延时程序#include "reg52.h"#define uchar unsigned char //1ms延时函数，void Delayms(uchar ms){uchar i;while(ms--!=0)for(i=0;i<125;i++);}//1us延时函数void Delayus(uchar us){while(us--!=0);}。