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超声测距单片机课程设计报告书

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楼主
ID:290947 发表于 2018-3-12 19:54 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
单片机课程设计报告书



课题名称：
超声波测距设计
姓    名：
张周静
学    号：
2014022063
学    院：
电子与信息工程学院
专    业：
电子信息工程
指导教师：
米晓超(尚观科技)

张兴辉(讲  师)
时    间：
2018年12月



课程设计项目成绩评定表
一、设计任务及要求：
1、设计任务：
设计一个倒车距离显示及报警提醒系统。


2、要   求：
1> 用超声波测距传感器实现采集距离并在 LCD 屏上显示。

2> 当小于阈值距离时报警，大于阈值距离时消警。




指导教师签名：

年   月    日  

二、指导教师评语：

项目成绩：


指导教师签名：

年   月    日


课程设计报告书目录
设计报告书目录

一、设计目的
二、设计思路
三、设计过程
3.1、系统总体方案
3.2、模块电路设计
四、系统调试与结果
五、主要元器件与设备
六、课程设计体会与建议
6.1、设计体会
6.2、设计建议
七、参考文献
八、附件

单片机开发课程设计
一、设计目的

1、熟悉单片机开发试验仪的工作原理.

2、掌握C51语言编程方法。

3、熟悉超声波测距模块工作原理。

4、熟悉LCD显示屏使用方法。

5、熟悉超声波传感器、蜂鸣器的原理及使用方法。

2、设计思路1、整体设计思路


图1 整体设计思路图（见51hei附件）
2、模块设计思路
1、编写LCD1602驱动模块相关程序思路；

在LCD1602程序中，要写入写、读、显示数据函数模块。

1、写数据模块：

图2 数据传输图
2、读数据模块：
图3 数据传输图
3、显示模块：
图4 显示原理图

3、编写蜂鸣器驱动模块相关程序思路；

用P1^5口接入蜂鸣器，设计两个不同频率的延时模块。

当距离不同时，分别调用不同频率的蜂鸣器驱动函数。

4、编写超声波传感器测距模块相关程序思路。

高电平持续时间为超声波发出到返回接收到一个往返的时间。

图5 超声波时序图

三、设计过程1、总体设计方案

1、超声波测距传感器的使用：

控制口发一个 10US 以上的高电平,就可以在接收口等待高电平输出.一有输出就可以开定时器计时,当此口变为低电平时就可以读定时器的值,此时就为此次测距的时间,方可算出距离.如此不断的周期测,就可以达到你移动测量的值了。

  • 超声波模块工作原理：

图6超声波传感器实物图

如上实物图示，超声波传感器有4个引脚，VCC电源端、GND接地端、TRIG发送端、ECHO接收端。

超声波传感器采用IO触发测距，trig端发出超声波，模块自动发送8个40Khz的方波，自动检测是否有信号返回，到echo端接收到超声波，在此过程中一直持续高电平信号，高点平的持续时间就是超声波从发出到接收到这一过程的时间。

测试距离=（高电平时间*声速（340m/s））/2

2、模块电路

1、超声波测距模块工作原理（程序见附件）：

(1)采用 IO 触发测距，给至少 10us 的高电平信号;

(2)模块自动发送 8 个 40khz 的方波，自动检测是否有信号返回；

(3)有信号返回，通过 IO 输出一高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间．测试距离=(高电平时间*声速(340M/S))/2;

  • 最远探测距离调节



图7 超声波模块图

上图标志电阻即 R3,可以调节最大探测距离。R3 电阻为 392，探测距离最大 4.5M 左右，探测角度小于15度；R3电阻为472，探测距离最大7M 左右，盲区在2CM左右，探测角度小于30度；出厂默认392，即最大探测距离4.5M左右。R3电阻大，接收部分增益高，检测距离大，但检测角度会相应变大，容易检测到前方旁边的物体。当然,客户在不要求很高的测试距离的条件下,可以改小R3来减小探测角度，这时最大测距会减小。超声波模块测距接口：

          图8 超声波模块测距接口图

  • LCD1602模块工作原理（程序见附件）：

字符的显示 ：
    用LCD显示一个字符时比较复杂，因为一个字符由6×8或8×8点阵组成，既要找到和显示屏幕上某几个位置对应的显示RAM区的8字节，还要使每字节的不同位为“1”，其它的为“0”，为“1”的点亮，为“0”的不亮。这样一来就组成某个字符。但由于内带字符发生器的控制器来说，显示字符就比较简单了，可以让控制器工作在文本方式，根据在LCD上开始显示的行列号及每行的列数找出显示RAM对应的地址，设立光标，在此送上该字符对应的代码即可。

图9 LCD1602模块接口电路图

  • 蜂鸣器模块工作原理（程序见附件）：

            

图10 蜂鸣器模块接口电路图

蜂鸣器的BZ接到单片机的P1^5口上，当接收到低电平是低电平是，蜂鸣器报警，当是高电平蜂鸣器不响应。

四、系统调试与结果

程序调试：

在Keil-uVision4软件中对程序进行编译，如下图所示，在调试的过程中，蜂鸣器在不同的测试距离下应该发出不同频率的报警声。期初，我未能透彻理解蜂鸣器发声原理，所以在写蜂鸣器报警程序时，遇到了很多问题，很长时间都不能发出不同频率的声音。最后经过查看资料、研究它的发声原理，

图11 程序调试显示图

功能调试：

（1）当超声波测距传感器此时与物体距离为0.13m,当超声波测距传感器与物体距离小于10时,蜂鸣器报警会发出滴---滴---滴---的声音。

图12 功能调试图

（2）当超声波测距传感器与物体距离为0.13,当超声波测距传感器与物体距离在10~30cm之间时,蜂鸣器报警会发出滴滴滴滴滴滴的声音。

图13 功能调试图

（3）当物体与超声波传感器的距离超过30cm时，不发生报警。

图14 功能调试图

五、主要元器件与设备开发平台：X86-PC              windows

开发工具：Keil uVersion4

目标平台：STC89C52RC 单片机

主要元器件：

单片机开发试验仪：

板载硬件：STC89C52RC、DS1302、LED 数码管、蜂鸣器、LCD1602、8*8 LED 矩阵、矩阵键盘、独立按键、74LS138 等；

超声波测距传感器

六、课程设计体会与建议6.1、设计体会

   通过这四天的课程设计学习，不仅加强了我的学习理论的能力，而且也增强了我的动手写程序，也让我更深一步的认识了单片机，当然，遇到问题是在所难免的，有了问题才有进步的空间，也只有发现问题，才知道自己的水平是怎样的，才会让自己沉下心去认真分析与反思，细心总结，在学习中进步。

在项目中，我们要编写代码，进行功能的测试。在写程序时，老师带着我们写了主要的部分，让我们做扩展功能，在写的时后我犯了不少错误。C语言语法运用的不够熟练，会犯很基础的低级错误。

总之，在经历了这次课程设计工作之后，让我明白，不管遇到什么问题都要认证分析，坚持尝试，不断的努力去此外，对于问题要认真分析，仔细考虑有关的方方面面，才能解决问题。更要多去练习，相信孰能生巧。

6.2、设计建议

我还是比较喜欢课程设计这一教学模式，因为这不仅是一个课程设计，在做一个实际的项目中所面临的问题远超于课本。

在这次单片机课程设计让我学到了很多东西，认识到了动手写程序的重要性，希望学校可以安排多次这样的课程设计，多让我们做一些有意义的设计，希望老师也能多发一些这样的课题让我们一起讨论、学习和设计。

七、参考文献

[1] 康华光. 电子技术基础. 北京：高等教育出版社，1999年；

[2] 彭华林等编. 数字电子技术. 长沙：湖南大学出版社，2004年；

[3] 金唯香等编. 电子测试技术. 长沙：湖南大学出版社，2004年；

[4] 侯建军. 数字电路实验一体化教程. 北京：清华大学出版社，北京交通大学出版社，2005年；

[5] 阎石. 数字电子技术基础. 北京：高等教育出版社，2001年；

[6] 赵春华、张学军.电子技术基础仿真实验. 北京：机械工业出版社出版社，2007年；

设计程序代码：

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; /*写指令设置*/
  23.               RW = 0; /*设置写*/
  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; /*写数据设置*/
  35.               RW = 0; /*设置写*/
  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); /*显示2行，每个字符是5*8, 数据线8位*/
  53.               write_cmd(0x0c); /*显示开， 无光标，不闪烁*/
  54.               write_cmd(0x01); /*清屏*/
  55.               write_cmd(0x06); /*写入数据后光标右移*/
  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变为高电平*/
  124.               while (ECHO == 0){
  125.                             ;
  126.               }            
  127.               /*启动定时器0，开启定时*/
  128.               start_timer0();
  129.               /*等待ECHO变为低电平*/
  130.               while (ECHO == 1) {
  131.               ;
  132.               }
  133.               /*停止定时器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.               /*判断测量长度数据是否无效*/
  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 余下代码请从51黑下载附件…………
  168. </font>
复制代码



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