基于单片机的数字式超声波测距仪设计文档.doc

河南机电高等专科学校 课程设计报告 课程名称： 《计算机控制技术》 题 目：基于单片机的数字式超声波测距仪设计 系部名称： 自动控制系 专业班级： 电气自动化技术 姓 名： 学 号： 2014年12 月24日 目录 第一章 系统分析 1 1.1 功能简介 1 1.2 方案选择 1 1.2.1?超声波发射电路 1 1.2.2超声波接收电路? 3 第二章 硬件电路设计 6 2.1 系统总体框图 6 2.2 各部分电路图 6 2.2.1单片机电路 6 2.2.2 超声波发射电路 7 2.2.3 超声波接收电路 7 2.2.4 LCD液晶显示电路 8 第三章 软件设计 9 3.1 主程序流程图 9 3.2 各主要功能子程序流程图 9 第四章 总结 11 4.1 设计中的优缺点 11 4.1.1优点 11 4.1.2缺点 11 4.2 系统性能分析 11 参考文献 12 第一章 系统分析 1.1 功能简介 超声波测距的原理为超声波发生器T在某一时刻发出一个超声波信号，当这个超声波遇到被测物体后反射回来，就被超声波接收器R所接收到。这样只要计算出从发出超声波信号到接收到返回信号所用的时间，就可算出超声波发生器与反射物体的距离。距离的计算公式为：d=s/2=(c×t)/2 其中，d为被测物与测距仪的距离，s为声波的来回的路程，c为声速，t为声波来回所用的时间。 在启动发射电路的同时启动单片机内部的定时器T0，利用定时器的计数功能记录超声波发射的时间和收到反射波的时间。当收到超声波反射波时，接收电路输出端产生一个跳变信号，在INT0或INT1端产生一个中断请求信号，单片机响应外部中断请求，执行外部中断服务子程序，读取时间差，计算距离。 1.2 方案选择 1.2.1?超声波发射电路 （1）分立元件构成的发射电路 图1-2-1分立元件构成的超声波发射电路 图1-2-1是由两只普通低频小功率三极管C9013构成的振荡、驱动电路，三极管T1、T2构成两级放大器，但是由于超声波发射头的正反馈作用，这个原本是放大器的电路变成了振荡器。超声波发射器的压电晶片可等效于一个串联LC谐振电路，具有选频作用，因此该振荡器只能振荡在超声波发射头的固有谐振频率0f。第二个图中用电感L替代3R这样可以增大激励电压，使其具有较大的功率输出。 （2）由集成电路构成的发射电路 图1-2-2 555构成的超声波发射电路 图1-2-2为由555集成芯片构成的振荡、调制、激励电路。该电路应使用双极型555（内部电路由普通三极管构成），不宜使用单极型7555（内部电路由CMOS电路构成，外部引脚与555相同），其原因是7555带负载能力小。 （3）超声波接收电路 图1-2-3 由非门构成的超声波发射电路 图1-2-3是由非门构成的一个振荡器发送电路，用非门构成的电路简单，调试容易。很容易通过软件控制。图中把两个非门的输出接到一起的目的是为了提高其吸入电流，电路驱动能力提高。 1.2.2超声波接收电路? （1）由分立元件构成的接收电路 ? ? 图1-2-4分立元件构成的超声波接收电路 图1-2-4为由三极管T1,T2和若干电阻电容组成的两级阻容耦合交流放大电路。第一级中3R为集电极负载电阻；2R为偏流电阻，同时引入了交直流并联电压负反馈，可以较有效的稳定静态工作点，改善非线性失真以及增益的稳定性；4R是发射极负反馈电阻，引入直、交流串联电流负反馈，具有稳定工作点、增益、改善失真、提高输入阻抗等作用。 （2）由运算放大器构成的接收电路 图1-2-5运放构成的超声波接收电路 图1-2-5是由运放构成的超声波放大电路，该电路的形式在其他应用中经常遇到，特点如下：? 1）一般式用运放组成的放大电路都要求对称的正负电源供电，这里以单电源供电，输出端的静态电位必须设置在1/2的电源电压，这由同相输入端的点位来确定，1R和2R分压取得1/2的电源电压加到运放的同相输入端，使其电位1/2电源电压。? 2）采用同相端输入方式其输入阻抗高，超声波接收传感器的输出信号接到放大器的同相端，有利于超声波传感器充分发挥接收灵敏度和自生的选频作用。 3）反相端对地不提供直流通路，因此通过隔直电容2C提供直流通 （3)LM1812收发集成电路构成? LM1812是一种专用于超声波接收和发送的集成电路，它即可做发送电路，又可以做接收电路使用。如下图所示： 图1-2-6由LM1812构成的接收电路 ???? (4)?CX20106构成的接收电路 图1-2-7 CX20106构成的