#基于STC89C52的超声波测距系统设计

接口实验报告

题目：基于STC89C52的超声波测距系统设计

一．实验目的

通过本次实验，掌握单片机的C语言程序设计，利用VC设计界面程序，实现单片机和PC机的通信。深入了解单片机内部结构，增强分析能力，并在实践过程中发现问题、解决问题，提高设计和调试微机应用系统的能力。

二．实验方案论证

本实验采用了三个定时器和串口直接下载，在本科使用过的AT89S52只要两个定时器，并且只能用专门的下载器去下载程序，所以它已经不能满足本次实验所设计的系统的要求。而微处理器STC89C52单片机内部有三个定时器。还支持ISP下载，只要一个MAX232和一些廉价的元件就能写程序，就不用专门的下载口和下载器，直接用串口下载。并且它是一款增强型51单片机，完全兼容MCS-51，价格较低，还增加了新的功能，比如新增两级中断优先级，多一个外中断，内置EEPROM，硬件看门狗，具有掉电模式，512B数据存储器，8K程序存储器等，这大大方便了本系统的设计。

本实验设计的系统选用的超声波传感器为T/R40，可以通过控制产生40kHz 的方波，来人工控制超声波传感器对超声波的收发。产生40kHz的方波我首先想到的是用NE555产出，经过实践调试特难。通过在网上查阅资料，发现用单片机的定时器产生既避免了调试困难，又精确。所以本系统由单片机使用定时器1编程产生40kHz的方波。由P1.6口输出，再经过74LS04驱动超声波传感器T40发

四．系统软硬件设计

1 系统硬件设计

1.1 RS232电平转换电路

52单片机的串口是RS-232C标准串口.RS-232标准时在RS-232标准的基础上经过改进形成的。其适合于数据速率在0至20kb/s范围内的通信，本次实验传送数据时波特率为9600，8位数据，无校验。

具体电路图如下：

图1 RS232电平转换电路

1.2 单片机及电源接口部分电路

单片机部分的复位及晶振电路都是常见的接法，电源用一个按键控制接通与断开，使得程序下载变得方便。

具体电路如下：

图2 单片机部分电路

图3电源部分电路

1.3超声波发射电路

为了提高发射强度，发射电路由反相器74LS04和超声波换能器构成，用推免形式将方波信号加到超声波换能器两端，可以提高超声波的发射强度。输出端采用两个反相器并联，用于提高驱动能力。图4是数字电路构成的超声波发射电路，它有单片机输出的40KHZ的方波信号一路径一级反相器后送到超声波换能器的一个电极，另一路径两级反相器后送到超声波换能器的另一个电极。

具体电路如下：

图4超声波发射电路

1.4超声波接收电路

超声波接收电路主要由CX20106A构成。集成电路CX20106A是日本索尼公司的一款红外线检波接收的专用芯片，常用于电视机红外遥控接收器。CX20106A用于在输入信号过强时防止前置放大器过载，内部设有带通滤波器，频率f0可由5脚的外接电阻或电位器调节。使用时调节方便，抗电磁干扰能力强。考虑到红外遥控常用的载波频率38kHz与测距的超声波频率40kHz较为接近，可以利用它制作超声波检测接收电路，实验证明，用CX20106A接收超声波（无信号时输出高电平）具有很高的灵敏度和抗干扰能力。适当的更改电容C11的大小，可以改变接收电路的灵敏度和抗干扰能力。具体电路如下：

图5超声波接收电路

1.5温度修正电路

电路主要采用MAXIM 公司的DS18B20作为温度传感和测量装置，测量分辨率可选9位或12位。因此完全可以满足普通条件下的测温要求。DS18B20采TO 一92型封装只有3个引脚，一根电源线，一根地线，一根数据线，每片DS18B20有一个64位串行代码存储器。这里用P3.6口作为与DS18B20的数据输入输出口。

具体电路如下：

图6温度修正电路

1.5出错报警电路

若上位机和下位机传输数据时出错则通过P1.7控制蜂鸣器产生报警。

具体电路如下：

图7出错报警电路

2. 系统软件设计

软件设计主要包括两个部分，一是单片机程序设计，二是上位机程序设计。单片机部分主要包括两部分，一是超声波发射程序的设计；二是超声波接收程序的设计。

2.1.1超声波发射程序的设计

超声波发射所需的40KHZ的方波脉冲是通过单片机定时器/计数器T1工作在定时器工作方式2下产生的。定时器/计数器工作方式2具有自动重装计数初值的功能。不但省去了用户程序中的重装指令，而且也有利于提高计时精度，非常实用与循环定时或循环计数的应用。超声波的发射频率f0=40KHZ即周期T=1/f0=25us 那么超声波发射口P1.6口的输出电平经过1/2T即1/2*25us=12us就要跳变一次，可以使用定时器/计数器T1定时12us产生中断，在中断程序中改变P1.6口的输出电平。正因为在工作方式2下当计数溢出后可以将计数初值重新加载到TL0中重新计数，所以可以通过软件对超声波脉冲数进行控制，产生一串符合要

求的超声波脉冲。

2.1.2超声波接收中断程序的设计

与超声波发射程序相比，接收程序的设计要简单的多。主程序用外部中断0检测超声波返回信号，一旦接收到返回的超声波(P3.2引脚出现低电平)，立即进入中断程序。进入该中断后就立即关闭计时器T0，T1停止计时，并将计数值赋给

1.如果当回信号，闭，

波的

下位

集超

温

将数

上位

保数

系统

值，

最后

送过程中单片机先发送0xff、0xaa作为握手信号，然后再将两字节定时器定时数据和两字节温度数据进行传送，最后传送校验和。系统运行中，单片机还要接收来自PC机的报警控制信息以及校验出错重传信息。单片机串口接收采用中断方式。下位机软件主流程图如下图7所示：

2.2 上位机程序设计