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超聲測距單片機課程設(shè)計報告書

[復(fù)制鏈接]
ID:290947 發(fā)表于 2018-3-12 19:54 | 顯示全部樓層 |閱讀模式
單片機課程設(shè)計報告書



課題名稱：
超聲波測距設(shè)計
姓    名：
張周靜
學(xué)    號：
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    間：
2018年12月



課程設(shè)計項目成績評定表
一、設(shè)計任務(wù)及要求：
1、設(shè)計任務(wù)：
設(shè)計一個倒車距離顯示及報警提醒系統(tǒng)。


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

2> 當(dāng)小于閾值距離時報警，大于閾值距離時消警。




指導(dǎo)教師簽名：

年   月    日  

二、指導(dǎo)教師評語：

項目成績：


指導(dǎo)教師簽名：

年   月    日


課程設(shè)計報告書目錄
設(shè)計報告書目錄

一、設(shè)計目的
二、設(shè)計思路
三、設(shè)計過程
3.1、系統(tǒng)總體方案
3.2、模塊電路設(shè)計
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)計體會與建議
6.1、設(shè)計體會
6.2、設(shè)計建議
七、參考文獻(xiàn)
八、附件

單片機開發(fā)課程設(shè)計
一、設(shè)計目的

1、熟悉單片機開發(fā)試驗儀的工作原理.

2、掌握C51語言編程方法。

3、熟悉超聲波測距模塊工作原理。

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)計思路1、整體設(shè)計思路


圖1 整體設(shè)計思路圖（見51hei附件）
2、模塊設(shè)計思路
1、編寫LCD1602驅(qū)動模塊相關(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)動模塊相關(guān)程序思路；

用P1^5口接入蜂鳴器，設(shè)計兩個不同頻率的延時模塊。

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

4、編寫超聲波傳感器測距模塊相關(guān)程序思路。

高電平持續(xù)時間為超聲波發(fā)出到返回接收到一個往返的時間。

圖5 超聲波時序圖

三、設(shè)計過程1、總體設(shè)計方案

1、超聲波測距傳感器的使用：

控制口發(fā)一個 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器計時,當(dāng)此口變?yōu)榈碗娖綍r就可以讀定時器的值,此時就為此次測距的時間,方可算出距離.如此不斷的周期測,就可以達(dá)到你移動測量的值了。

  • 超聲波模塊工作原理：

圖6超聲波傳感器實物圖

如上實物圖示，超聲波傳感器有4個引腳，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)測距，trig端發(fā)出超聲波，模塊自動發(fā)送8個40Khz的方波，自動檢測是否有信號返回，到echo端接收到超聲波，在此過程中一直持續(xù)高電平信號，高點平的持續(xù)時間就是超聲波從發(fā)出到接收到這一過程的時間。

測試距離=（高電平時間*聲速（340m/s））/2

2、模塊電路

1、超聲波測距模塊工作原理（程序見附件）：

(1)采用 IO 觸發(fā)測距，給至少 10us 的高電平信號;

(2)模塊自動發(fā)送 8 個 40khz 的方波，自動檢測是否有信號返回；

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

  • 最遠(yuǎn)探測距離調(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)最大探測距離。R3 電阻為 392，探測距離最大 4.5M 左右，探測角度小于15度；R3電阻為472，探測距離最大7M 左右，盲區(qū)在2CM左右，探測角度小于30度；出廠默認(rèn)392，即最大探測距離4.5M左右。R3電阻大，接收部分增益高，檢測距離大，但檢測角度會相應(yīng)變大，容易檢測到前方旁邊的物體。當(dāng)然,客戶在不要求很高的測試距離的條件下,可以改小R3來減小探測角度，這時最大測距會減小。超聲波模塊測距接口：

          圖8 超聲波模塊測距接口圖

  • LCD1602模塊工作原理（程序見附件）：

字符的顯示 ：
    用LCD顯示一個字符時比較復(fù)雜，因為一個字符由6×8或8×8點陣組成，既要找到和顯示屏幕上某幾個位置對應(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”的點亮，為“0”的不亮。這樣一來就組成某個字符。但由于內(nèi)帶字符發(fā)生器的控制器來說，顯示字符就比較簡單了，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及每行的列數(shù)找出顯示RAM對應(yīng)的地址，設(shè)立光標(biāo)，在此送上該字符對應(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（程序見附件）：

            

圖10 蜂鳴器模塊接口電路圖

蜂鳴器的BZ接到單片機的P1^5口上，當(dāng)接收到低電平是低電平是，蜂鳴器報警，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軟件中對程序進(jìn)行編譯，如下圖所示，在調(diào)試的過程中，蜂鳴器在不同的測試距離下應(yīng)該發(fā)出不同頻率的報警聲。期初，我未能透徹理解蜂鳴器發(fā)聲原理，所以在寫蜂鳴器報警程序時，遇到了很多問題，很長時間都不能發(fā)出不同頻率的聲音。最后經(jīng)過查看資料、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)超聲波測距傳感器此時與物體距離為0.13m,當(dāng)超聲波測距傳感器與物體距離小于10時,蜂鳴器報警會發(fā)出滴---滴---滴---的聲音。

圖12 功能調(diào)試圖

（2）當(dāng)超聲波測距傳感器與物體距離為0.13,當(dāng)超聲波測距傳感器與物體距離在10~30cm之間時,蜂鳴器報警會發(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30cm時，不發(fā)生報警。

圖14 功能調(diào)試圖

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

開發(fā)工具：Keil uVersion4

目標(biāo)平臺：STC89C52RC 單片機

主要元器件：

單片機開發(fā)試驗儀：

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

超聲波測距傳感器

六、課程設(shè)計體會與建議6.1、設(shè)計體會

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

在項目中，我們要編寫代碼，進(jìn)行功能的測試。在寫程序時，老師帶著我們寫了主要的部分，讓我們做擴展功能，在寫的時后我犯了不少錯誤。C語言語法運用的不夠熟練，會犯很基礎(chǔ)的低級錯誤。

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

6.2、設(shè)計建議

我還是比較喜歡課程設(shè)計這一教學(xué)模式，因為這不僅是一個課程設(shè)計，在做一個實際的項目中所面臨的問題遠(yuǎn)超于課本。

在這次單片機課程設(shè)計讓我學(xué)到了很多東西，認(rèn)識到了動手寫程序的重要性，希望學(xué)校可以安排多次這樣的課程設(shè)計，多讓我們做一些有意義的設(shè)計，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。

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). 長沙：湖南大學(xué)出版社，2004年；

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

[4] 侯建軍. 數(shù)字電路實驗一體化教程. 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)仿真實驗. 北京：機械工業(yè)出版社出版社，2007年；

設(shè)計程序代碼：

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，每個字符是5*8, 數(shù)據(jù)線8位*/
  53.               write_cmd(0x0c); /*顯示開， 無光標(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.               /*啟動定時器0，開啟定時*/
  128.               start_timer0();
  129.               /*等待ECHO變?yōu)榈碗娖?/
  130.               while (ECHO == 1) {
  131.               ;
  132.               }
  133.               /*停止定時器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.               /*判斷測量長度數(shù)據(jù)是否無效*/
  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 余下代碼請從51黑下載附件…………
  168. </font>
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