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超聲測(cè)距單片機(jī)課程設(shè)計(jì)報(bào)告書

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ID:290947 發(fā)表于 2018-3-12 19:54 | 只看該作者 回帖獎(jiǎng)勵(lì) |倒序?yàn)g覽 |閱讀模式
單片機(jī)課程設(shè)計(jì)報(bào)告書



課題名稱：
超聲波測(cè)距設(shè)計(jì)
姓    名：
張周靜
學(xué)    號(hào)：
2014022063
學(xué)    院：
電子與信息工程學(xué)院
專    業(yè)：
電子信息工程
指導(dǎo)教師：
米曉超(尚觀科技)

張興輝(講  師)
時(shí)    間：
2018年12月



課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目成績(jī)?cè)u(píng)定表
一、設(shè)計(jì)任務(wù)及要求：
1、設(shè)計(jì)任務(wù)：
設(shè)計(jì)一個(gè)倒車距離顯示及報(bào)警提醒系統(tǒng)。


2、要   求：
1> 用超聲波測(cè)距傳感器實(shí)現(xiàn)采集距離并在 LCD 屏上顯示。

2> 當(dāng)小于閾值距離時(shí)報(bào)警，大于閾值距離時(shí)消警。




指導(dǎo)教師簽名：

年   月    日  

二、指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)：

項(xiàng)目成績(jī)：


指導(dǎo)教師簽名：

年   月    日


課程設(shè)計(jì)報(bào)告書目錄
設(shè)計(jì)報(bào)告書目錄

一、設(shè)計(jì)目的
二、設(shè)計(jì)思路
三、設(shè)計(jì)過(guò)程
3.1、系統(tǒng)總體方案
3.2、模塊電路設(shè)計(jì)
四、系統(tǒng)調(diào)試與結(jié)果
五、主要元器件與設(shè)備
六、課程設(shè)計(jì)體會(huì)與建議
6.1、設(shè)計(jì)體會(huì)
6.2、設(shè)計(jì)建議
七、參考文獻(xiàn)
八、附件

單片機(jī)開發(fā)課程設(shè)計(jì)
一、設(shè)計(jì)目的

1、熟悉單片機(jī)開發(fā)試驗(yàn)儀的工作原理.

2、掌握C51語(yǔ)言編程方法。

3、熟悉超聲波測(cè)距模塊工作原理。

4、熟悉LCD顯示屏使用方法。

5、熟悉超聲波傳感器、蜂鳴器的原理及使用方法。

2、設(shè)計(jì)思路1、整體設(shè)計(jì)思路


圖1 整體設(shè)計(jì)思路圖（見(jiàn)51hei附件）
2、模塊設(shè)計(jì)思路
1、編寫LCD1602驅(qū)動(dòng)模塊相關(guān)程序思路；

在LCD1602程序中，要寫入寫、讀、顯示數(shù)據(jù)函數(shù)模塊。

1、寫數(shù)據(jù)模塊：

圖2 數(shù)據(jù)傳輸圖
2、讀數(shù)據(jù)模塊：
圖3 數(shù)據(jù)傳輸圖
3、顯示模塊：
圖4 顯示原理圖

3、編寫蜂鳴器驅(qū)動(dòng)模塊相關(guān)程序思路；

用P1^5口接入蜂鳴器，設(shè)計(jì)兩個(gè)不同頻率的延時(shí)模塊。

當(dāng)距離不同時(shí)，分別調(diào)用不同頻率的蜂鳴器驅(qū)動(dòng)函數(shù)。

4、編寫超聲波傳感器測(cè)距模塊相關(guān)程序思路。

高電平持續(xù)時(shí)間為超聲波發(fā)出到返回接收到一個(gè)往返的時(shí)間。

圖5 超聲波時(shí)序圖

三、設(shè)計(jì)過(guò)程1、總體設(shè)計(jì)方案

1、超聲波測(cè)距傳感器的使用：

控制口發(fā)一個(gè) 10US 以上的高電平,就可以在接收口等待高電平輸出.一有輸出就可以開定時(shí)器計(jì)時(shí),當(dāng)此口變?yōu)榈碗娖綍r(shí)就可以讀定時(shí)器的值,此時(shí)就為此次測(cè)距的時(shí)間,方可算出距離.如此不斷的周期測(cè),就可以達(dá)到你移動(dòng)測(cè)量的值了。

  • 超聲波模塊工作原理：

圖6超聲波傳感器實(shí)物圖

如上實(shí)物圖示，超聲波傳感器有4個(gè)引腳，VCC電源端、GND接地端、TRIG發(fā)送端、ECHO接收端。

超聲波傳感器采用IO觸發(fā)測(cè)距，trig端發(fā)出超聲波，模塊自動(dòng)發(fā)送8個(gè)40Khz的方波，自動(dòng)檢測(cè)是否有信號(hào)返回，到echo端接收到超聲波，在此過(guò)程中一直持續(xù)高電平信號(hào)，高點(diǎn)平的持續(xù)時(shí)間就是超聲波從發(fā)出到接收到這一過(guò)程的時(shí)間。

測(cè)試距離=（高電平時(shí)間*聲速（340m/s））/2

2、模塊電路

1、超聲波測(cè)距模塊工作原理（程序見(jiàn)附件）：

(1)采用 IO 觸發(fā)測(cè)距，給至少 10us 的高電平信號(hào);

(2)模塊自動(dòng)發(fā)送 8 個(gè) 40khz 的方波，自動(dòng)檢測(cè)是否有信號(hào)返回；

(3)有信號(hào)返回，通過(guò) IO 輸出一高電平，高電平持續(xù)的時(shí)間就是超聲波從發(fā)射到返回的時(shí)間．測(cè)試距離=(高電平時(shí)間*聲速(340M/S))/2;

  • 最遠(yuǎn)探測(cè)距離調(diào)節(jié)



圖7 超聲波模塊圖

上圖標(biāo)志電阻即 R3,可以調(diào)節(jié)最大探測(cè)距離。R3 電阻為 392，探測(cè)距離最大 4.5M 左右，探測(cè)角度小于15度；R3電阻為472，探測(cè)距離最大7M 左右，盲區(qū)在2CM左右，探測(cè)角度小于30度；出廠默認(rèn)392，即最大探測(cè)距離4.5M左右。R3電阻大，接收部分增益高，檢測(cè)距離大，但檢測(cè)角度會(huì)相應(yīng)變大，容易檢測(cè)到前方旁邊的物體。當(dāng)然,客戶在不要求很高的測(cè)試距離的條件下,可以改小R3來(lái)減小探測(cè)角度，這時(shí)最大測(cè)距會(huì)減小。超聲波模塊測(cè)距接口：

          圖8 超聲波模塊測(cè)距接口圖

  • LCD1602模塊工作原理（程序見(jiàn)附件）：

字符的顯示 ：
    用LCD顯示一個(gè)字符時(shí)比較復(fù)雜，因?yàn)橐粋�(gè)字符由6×8或8×8點(diǎn)陣組成，既要找到和顯示屏幕上某幾個(gè)位置對(duì)應(yīng)的顯示RAM區(qū)的8字節(jié)，還要使每字節(jié)的不同位為“1”，其它的為“0”，為“1”的點(diǎn)亮，為“0”的不亮。這樣一來(lái)就組成某個(gè)字符。但由于內(nèi)帶字符發(fā)生器的控制器來(lái)說(shuō)，顯示字符就比較簡(jiǎn)單了，可以讓控制器工作在文本方式，根據(jù)在LCD上開始顯示的行列號(hào)及每行的列數(shù)找出顯示RAM對(duì)應(yīng)的地址，設(shè)立光標(biāo)，在此送上該字符對(duì)應(yīng)的代碼即可。

圖9 LCD1602模塊接口電路圖

  • 蜂鳴器模塊工作原理（程序見(jiàn)附件）：

            

圖10 蜂鳴器模塊接口電路圖

蜂鳴器的BZ接到單片機(jī)的P1^5口上，當(dāng)接收到低電平是低電平是，蜂鳴器報(bào)警，當(dāng)是高電平蜂鳴器不響應(yīng)。

四、系統(tǒng)調(diào)試與結(jié)果

程序調(diào)試：

在Keil-uVision4軟件中對(duì)程序進(jìn)行編譯，如下圖所示，在調(diào)試的過(guò)程中，蜂鳴器在不同的測(cè)試距離下應(yīng)該發(fā)出不同頻率的報(bào)警聲。期初，我未能透徹理解蜂鳴器發(fā)聲原理，所以在寫蜂鳴器報(bào)警程序時(shí)，遇到了很多問(wèn)題，很長(zhǎng)時(shí)間都不能發(fā)出不同頻率的聲音。最后經(jīng)過(guò)查看資料、研究它的發(fā)聲原理，

圖11 程序調(diào)試顯示圖

功能調(diào)試：

（1）當(dāng)超聲波測(cè)距傳感器此時(shí)與物體距離為0.13m,當(dāng)超聲波測(cè)距傳感器與物體距離小于10時(shí),蜂鳴器報(bào)警會(huì)發(fā)出滴---滴---滴---的聲音。

圖12 功能調(diào)試圖

（2）當(dāng)超聲波測(cè)距傳感器與物體距離為0.13,當(dāng)超聲波測(cè)距傳感器與物體距離在10~30cm之間時(shí),蜂鳴器報(bào)警會(huì)發(fā)出滴滴滴滴滴滴的聲音。

圖13 功能調(diào)試圖

（3）當(dāng)物體與超聲波傳感器的距離超過(guò)30cm時(shí)，不發(fā)生報(bào)警。

圖14 功能調(diào)試圖

五、主要元器件與設(shè)備開發(fā)平臺(tái)：X86-PC              windows

開發(fā)工具：Keil uVersion4

目標(biāo)平臺(tái)：STC89C52RC 單片機(jī)

主要元器件：

單片機(jī)開發(fā)試驗(yàn)儀：

板載硬件：STC89C52RC、DS1302、LED 數(shù)碼管、蜂鳴器、LCD1602、8*8 LED 矩陣、矩陣鍵盤、獨(dú)立按鍵、74LS138 等；

超聲波測(cè)距傳感器

六、課程設(shè)計(jì)體會(huì)與建議6.1、設(shè)計(jì)體會(huì)

   通過(guò)這四天的課程設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)，不僅加強(qiáng)了我的學(xué)習(xí)理論的能力，而且也增強(qiáng)了我的動(dòng)手寫程序，也讓我更深一步的認(rèn)識(shí)了單片機(jī)，當(dāng)然，遇到問(wèn)題是在所難免的，有了問(wèn)題才有進(jìn)步的空間，也只有發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，才知道自己的水平是怎樣的，才會(huì)讓自己沉下心去認(rèn)真分析與反思，細(xì)心總結(jié)，在學(xué)習(xí)中進(jìn)步。

在項(xiàng)目中，我們要編寫代碼，進(jìn)行功能的測(cè)試。在寫程序時(shí)，老師帶著我們寫了主要的部分，讓我們做擴(kuò)展功能，在寫的時(shí)后我犯了不少錯(cuò)誤。C語(yǔ)言語(yǔ)法運(yùn)用的不夠熟練，會(huì)犯很基礎(chǔ)的低級(jí)錯(cuò)誤。

總之，在經(jīng)歷了這次課程設(shè)計(jì)工作之后，讓我明白，不管遇到什么問(wèn)題都要認(rèn)證分析，堅(jiān)持嘗試，不斷的努力去此外，對(duì)于問(wèn)題要認(rèn)真分析，仔細(xì)考慮有關(guān)的方方面面，才能解決問(wèn)題。更要多去練習(xí)，相信孰能生巧。

6.2、設(shè)計(jì)建議

我還是比較喜歡課程設(shè)計(jì)這一教學(xué)模式，因?yàn)檫@不僅是一個(gè)課程設(shè)計(jì)，在做一個(gè)實(shí)際的項(xiàng)目中所面臨的問(wèn)題遠(yuǎn)超于課本。

在這次單片機(jī)課程設(shè)計(jì)讓我學(xué)到了很多東西，認(rèn)識(shí)到了動(dòng)手寫程序的重要性，希望學(xué)校可以安排多次這樣的課程設(shè)計(jì)，多讓我們做一些有意義的設(shè)計(jì)，希望老師也能多發(fā)一些這樣的課題讓我們一起討論、學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)。

七、參考文獻(xiàn)

[1] 康華光. 電子技術(shù)基礎(chǔ). 北京：高等教育出版社，1999年；

[2] 彭華林等編. 數(shù)字電子技術(shù). 長(zhǎng)沙：湖南大學(xué)出版社，2004年；

[3] 金唯香等編. 電子測(cè)試技術(shù). 長(zhǎng)沙：湖南大學(xué)出版社，2004年；

[4] 侯建軍. 數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)一體化教程. 北京：清華大學(xué)出版社，北京交通大學(xué)出版社，2005年；

[5] 閻石. 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ). 北京：高等教育出版社，2001年；

[6] 趙春華、張學(xué)軍.電子技術(shù)基礎(chǔ)仿真實(shí)驗(yàn). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社出版社，2007年；

設(shè)計(jì)程序代碼：

main.c程序：

  1. <font style="font-size: 12pt">#include "sr04.h"
  2. #include "timer.h"
  3. #include "delay.h"
  4. #include "buzz.h"
  5. int main(void)
  6. {
  7.               lcd1602_init();
  8.               timer0_init();
  9.               while (1) {
  10.                             display_test_length();
  11.                             delay_ms(300);
  12.               //              sung_time();
  13.               //              delay_ms(300);
  14.               }
  15.               return 0;
  16. }
  17. Lcd1602.c程序：
  18. #include "lcd1602.h"
  19. #include "delay.h"
  20. static void write_cmd(u8 cmd)
  21. {
  22.               RS = 0; /*寫指令設(shè)置*/
  23.               RW = 0; /*設(shè)置寫*/
  24.               E  = 0;
  25.               delay_ms(1);
  26.               DB7_DB0 = cmd;
  27.               E  = 1;
  28.               delay_ms(1);
  29.               E = 0;
  30.               delay_ms(1);
  31. }
  32. static void write_data(u8 dat)
  33. {
  34.               RS = 1; /*寫數(shù)據(jù)設(shè)置*/
  35.               RW = 0; /*設(shè)置寫*/
  36.               E  = 0;
  37.               delay_ms(1);
  38.               DB7_DB0 = dat;
  39.               E  = 1;
  40.               delay_ms(1);
  41.               E = 0;
  42.               delay_ms(1);
  43. }
  44. void lcd1602_init(void)
  45. {
  46.                 delay_ms(15);
  47.               write_cmd(0x30);
  48.               delay_ms(5);
  49.               write_cmd(0x30);
  50.               delay_ms(1);
  51.               write_cmd(0x30);
  52.               write_cmd(0x38); /*顯示2行，每個(gè)字符是5*8, 數(shù)據(jù)線8位*/
  53.               write_cmd(0x0c); /*顯示開， 無(wú)光標(biāo)，不閃爍*/
  54.               write_cmd(0x01); /*清屏*/
  55.               write_cmd(0x06); /*寫入數(shù)據(jù)后光標(biāo)右移*/
  56. }
  57. void display_char(u8 x, u8 y, u8 ch)
  58. {
  59.               u8 addr;
  60.               if(y == 0) {
  61.                                addr = 0x80 |  x;
  62.               } else if (y == 1) {
  63.                             addr = 0x80 | x | 0x40;
  64.               } else {
  65.                             return;
  66.               }
  67.               write_cmd(addr);
  68.               write_data(ch);
  69. }
  70. void display_linechar(u8 raw, u8 *buf, u8 num)
  71. {
  72.               u8 i;
  73.               if ((raw != 0) && (raw != 1)) {
  74.                             return;
  75.               }              
  76.               for (i = 0; i < num; i++) {
  77.                             display_char(i, raw, buf[i]);
  78.               }
  79. }
  80. Sr04.c程序:
  81. #include "sr04.h"
  82. #include "delay.h"
  83. #include "buzz.h"
  84. static u8 length_flag = 0;
  85. u8 overflow = 0;
  86. static u8 logo[]   = "uplooking made"; //14
  87. static u8 result[] = "length: -.--m"; //8
  88. static void start_signal(void)
  89. {
  90.               TRIG = 1;
  91.               _nop_();
  92.               _nop_();
  93.               _nop_();
  94.               _nop_();
  95.               _nop_();
  96.               _nop_();
  97.               _nop_();
  98.               _nop_();
  99.               _nop_();
  100.               _nop_();
  101.               _nop_();
  102.               _nop_();
  103.               _nop_();
  104.               _nop_();
  105.               _nop_();
  106.               _nop_();
  107.               _nop_();
  108.               _nop_();
  109.               _nop_();
  110.               _nop_();
  111.               _nop_();
  112.               _nop_();
  113.               _nop_();
  114.               _nop_();
  115.               TRIG = 0;
  116. }

  118. static u16 start_test_length(void)
  119. {
  120.               u16 total_us;
  121.               u16 total_len;
  122.               start_signal();
  123.               /*等待ECHO變?yōu)楦唠娖?/
  124.               while (ECHO == 0){
  125.                             ;
  126.               }            
  127.               /*啟動(dòng)定時(shí)器0，開啟定時(shí)*/
  128.               start_timer0();
  129.               /*等待ECHO變?yōu)榈碗娖?/
  130.               while (ECHO == 1) {
  131.               ;
  132.               }
  133.               /*停止定時(shí)器0*/
  134.               stop_timer0();
  135.               total_us = TH0*256 + TL0; //us
  136.               TH0 = TL0 = 0;
  137.               total_len = total_us*1.7/100;   //cm
  138.               /*判斷測(cè)量長(zhǎng)度數(shù)據(jù)是否無(wú)效*/
  139.               if ((total_len > 700) || (overflow == 1)) {
  140.                             length_flag = 0;
  141.                             overflow = 0;
  142.                             return 0;
  143.               } else {
  144.                             length_flag = 1;
  145.               }
  146.               return total_len;
  147. }                                                                       
  148. void display_test_length(void)
  149. {
  150.               u16 len;
  151.               len = start_test_length();
  152.               if (length_flag == 1) {
  153.               /*if(len<50)
  154.                             {            
  155.                                           BU=0;
  156.                                           delay_10us(100000);            
  157.                             }else if(50<len<80)
  158.                             {                           
  159.                             BU = 0;
  160.                             delay_ms(100);            
  161.                             } */
  162.                             result[8]  = (len/100) + '0';              //m
  163.                             result[10] = ((len%100)/10) + '0'; //.m
  164.                             result[11] = (len%10) + '0';
  165. ……………………

  167. …………限于本文篇幅 余下代碼請(qǐng)從51黑下載附件…………
  168. </font>
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