在空氣介質(zhì)中超聲測(cè)距傳感器因其性能好，價(jià)格低廉、使用方便，在現(xiàn)場(chǎng)機(jī)器人定位系統(tǒng)、車輛自動(dòng)導(dǎo)航、車輛安全行駛輔助系統(tǒng)、城市交通管理和高速公路管理監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以及河道、油井和倉(cāng)庫(kù)及料位的探測(cè)中都有應(yīng)用。由于超聲波傳播不易受干擾，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離較遠(yuǎn)，因而超聲波經(jīng)常用于距離的測(cè)量，如測(cè)距和物位測(cè)量等都可以通過(guò)超聲波來(lái)實(shí)現(xiàn)。為此，深入研究超聲波的產(chǎn)生與傳播規(guī)律、開(kāi)發(fā)高性能超聲波換能器及其收發(fā)電路，對(duì)于超聲波檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

本設(shè)計(jì)介紹了基于單片機(jī)控制的超聲測(cè)距的原理：由STC89C52控制定時(shí)器產(chǎn)生一定頻率脈沖，計(jì)算從發(fā)射到接收回波時(shí)間，從而得到實(shí)測(cè)距離，數(shù)據(jù)處理采用，lcd1602顯示距離，WTD588D語(yǔ)音播報(bào)。

第一章 緒論

1.1 課題設(shè)計(jì)目的及意義

1.1.1設(shè)計(jì)的目的

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，超聲波在測(cè)距中的應(yīng)用越來(lái)越廣。但就目前的急速水平來(lái)說(shuō)，人們可以具體利用的測(cè)距技術(shù)還十分有限，因此，這是一個(gè)正在蓬勃發(fā)展而又有無(wú)限前景的技術(shù)及產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。由于超聲波指向性強(qiáng)，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離較遠(yuǎn)，因此超聲波經(jīng)常用于距離測(cè)量，如超聲波測(cè)距和物位測(cè)量等都可以通過(guò)超聲波來(lái)實(shí)現(xiàn)。利用超聲波檢測(cè)往往比較迅速、方便、計(jì)算簡(jiǎn)單、易于做到實(shí)時(shí)控制。為了研究和利用超聲波，人們已經(jīng)設(shè)計(jì)和制成了許多超聲波發(fā)生器。研制具有更高定位精度的被動(dòng)測(cè)距聲納，以滿足水中武器實(shí)施全隱蔽攻擊的需求；繼續(xù)發(fā)展采用低頻線譜檢測(cè)的潛艇拖拽線列陣聲納，實(shí)現(xiàn)超遠(yuǎn)程的被動(dòng)探測(cè)和識(shí)別；研制更適合與前還工作的潛艇聲納，特別是解決淺海水中目標(biāo)識(shí)別問(wèn)題；搭理降低潛艇自噪聲，改善潛艇聲納的工作環(huán)境。毋庸置疑，無(wú)線的超聲波測(cè)距將于自動(dòng)化智能化接軌，與其他的測(cè)距儀集成和融合，形成多測(cè)距。隨著測(cè)距儀的技術(shù)進(jìn)步，測(cè)距儀將從具有單純判斷功能發(fā)展到具有學(xué)習(xí)功能，最終發(fā)展到具有創(chuàng)造力。在新的世紀(jì)里，面貌一新的測(cè)距儀將發(fā)揮更大的作用。

1.1.2設(shè)計(jì)的意義

由于超聲測(cè)距是一種非接觸檢測(cè)技術(shù)，不受光線、被測(cè)對(duì)象顏色等的影響，較其它儀器更衛(wèi)生，更耐潮濕、粉塵、高溫、腐蝕氣體等惡劣環(huán)境，具有少維護(hù)、不污染、高可靠、長(zhǎng)壽命等特點(diǎn)，所以超聲波測(cè)距系統(tǒng)主要應(yīng)用于汽車的倒車?yán)走_(dá)、機(jī)器人自動(dòng)避障行走、建筑施工工地以及一些工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中的液位、井深、管進(jìn)長(zhǎng)度測(cè)量等場(chǎng)合。因此研究超聲波測(cè)距系統(tǒng)有著很大的現(xiàn)實(shí)意義。對(duì)本課題的研究與設(shè)計(jì)，還能進(jìn)一步提高自己的電路設(shè)計(jì)水平，深入對(duì)單片機(jī)的理解和應(yīng)用。

1.2 國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)

    國(guó)外在提高超聲波測(cè)距方面做了大量的研究，國(guó)內(nèi)一些學(xué)者也作了相關(guān)的研究。目前超聲波測(cè)距方法主要有三種：（1）相位檢測(cè)法：精度高，但檢測(cè)范圍有限；（2）聲波幅值檢測(cè)法：易受反射波的影響；（3）渡越時(shí)間法：工作方式簡(jiǎn)單，直觀。現(xiàn)在對(duì)超聲波測(cè)距的精度主要取決于所測(cè)的超聲波傳輸時(shí)間和超聲波在介質(zhì)中的傳輸速度，二者中以傳輸時(shí)間的精度影響較大，所以大部分文獻(xiàn)采用降低傳輸時(shí)間的不確定度來(lái)提高測(cè)距精度。溫度對(duì)傳感器的影響也很大，因此，需要用溫度傳感器進(jìn)行校正，目前相位探測(cè)法和聲譜輪廓分析法或二者結(jié)合起來(lái)的方法是主要的降低探測(cè)傳輸不確定度的方法。

1.3 本課題研究的主要內(nèi)容

    a、單片機(jī)技術(shù)：STC89C52系列的單片機(jī)具有體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，成本低廉，可以實(shí)現(xiàn)一般的控制功能的優(yōu)點(diǎn)。而且單片機(jī)更適用應(yīng)用于小型的嵌入式系統(tǒng)，因此它得到了廣泛的應(yīng)用。現(xiàn)代人類生活大部分電子和機(jī)械產(chǎn)品中都會(huì)集成有單片機(jī)。

    b、超聲波測(cè)距技術(shù)：超聲波測(cè)距技術(shù)與一般測(cè)距技術(shù)相比，具有操作方便、系統(tǒng)簡(jiǎn)單以及計(jì)算簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。

    c、顯示技術(shù)：數(shù)據(jù)處理，數(shù)碼管顯示測(cè)出與物體之間的距離。

    d、語(yǔ)音模塊技術(shù)：ISD1730A芯片來(lái)語(yǔ)音播報(bào)距離。

2.1 方案選擇

采用單片機(jī)來(lái)控制超聲波測(cè)距，信號(hào)線發(fā)射到與超聲波發(fā)射器相連的信號(hào)端，超聲波發(fā)射器向既定方向發(fā)射，在發(fā)射的同時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物將產(chǎn)生回波。

超聲波測(cè)距的方法有多種,如相位檢測(cè)法、聲波幅值檢測(cè)法和渡越時(shí)間檢測(cè)法等。相位檢測(cè)法雖然精度高，但檢測(cè)范圍有限，聲波幅值檢測(cè)法易受反射波的影響。

本測(cè)距系統(tǒng)采用超聲波渡越時(shí)間檢測(cè)法。其原理為：檢測(cè)從發(fā)射傳感器發(fā)射的超聲波經(jīng)氣體介質(zhì)傳播到接收傳感器的時(shí)間t，這個(gè)時(shí)間就是渡越時(shí)間，然后求出距離l。設(shè)l為測(cè)量距離，t為往返時(shí)間差，超聲波的傳播速度為c，則有l(wèi)=ct/2。超聲波接收器收到反射波就立即停止計(jì)時(shí)。再由單機(jī)計(jì)算出距離，送數(shù)碼管顯示測(cè)量結(jié)果。

超聲波測(cè)距的算法設(shè)計(jì): 超聲波在空氣中傳播速度為每秒鐘340米（15℃時(shí)）。t2是接收超聲波時(shí)刻，t1是超聲波聲波發(fā)射時(shí)刻，t2-t1得出的是一個(gè)時(shí)間差的絕對(duì)值，假定t2-t1=0.03S，則有340m×0.03S=10.2m。由于在這10.2m的時(shí)間里，超聲波發(fā)出到遇到返射物返回的距離如下： 如圖2-2-1為測(cè)距原理[4]

圖2-1測(cè)距原理

因?yàn)棣?2角度較小,可以忽略不計(jì)，所以L≈S。

超聲波發(fā)出到遇到返射物返回的距離如下：

L=C x ( t2 -t1 )/ 2

由于超聲波也是一種聲波，其聲速c與空氣溫度有關(guān)，一般來(lái)說(shuō)，溫度每升高1攝氏度，聲速增加0.6米／秒。表2-1列出了幾種溫度下的聲速。

表2-1  聲速與溫度的關(guān)系表

在使用時(shí)，如果溫度變化不大，則可認(rèn)為聲速c是基本不變的，計(jì)算時(shí)取c為340m/s。如果測(cè)距精度要求很高，則可通過(guò)改變硬件電路增加溫度補(bǔ)償電路的方法或者在硬件電路基本不變的情況下通過(guò)軟件改進(jìn)算法的方法來(lái)加以校正。

     超聲波測(cè)距模塊用HC-SR04，溫度傳感器使用DS18B20，微處理器使用STC89C52單片機(jī)，顯示部分采用共陽(yáng)數(shù)碼管。HC-SR04集成的發(fā)射電路模塊發(fā)出超聲波，遇到障礙物產(chǎn)生回波，被接收電路模塊接收，STC89C52單片機(jī)統(tǒng)計(jì)出聲波傳輸所用時(shí)間，經(jīng)過(guò)溫度補(bǔ)償溫，計(jì)算出正確的待測(cè)距離，同時(shí)ISD1730A根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)處理進(jìn)行組合播報(bào)當(dāng)前測(cè)試距離，并且由數(shù)碼管顯示。

圖2-2 超聲波測(cè)距系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

由于測(cè)量距離的精度和長(zhǎng)度要求不是很高，精度達(dá)到2cm，測(cè)量距離達(dá)到2m即可，因此超聲波模塊選用價(jià)格低廉且實(shí)用的HC-SR04即可。

    控制核心部分選擇實(shí)用的STC89C52單片機(jī)即可滿足計(jì)算和控制要求。

溫度補(bǔ)償?shù)臏囟葌鞲衅鬟x擇普遍且實(shí)用的DS18B20。

    語(yǔ)音播報(bào):ISD1730A是華邦公司新推出的語(yǔ)音芯片，用來(lái)替代已經(jīng)停產(chǎn)的ISD1400 系列及ISD2500 系列芯片。ISD1730A不僅在錄音時(shí)間上有更多的選擇（從20秒到240 秒），而且在功能上繼承14及25系列的所有錄放功能，并增加了一些更加人性化的提示功能及對(duì)存儲(chǔ)地址的精確操作。根據(jù)我們經(jīng)營(yíng) ISD 系列芯片多年的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，ISD1700 的音質(zhì)也較14及25系列有明顯的提高

ISD1700 系列芯片是華邦公司新推出的單片優(yōu)質(zhì)語(yǔ)音錄放電路，該芯片提供多項(xiàng)新功能，包括內(nèi)置專利的多信息管理系統(tǒng)，新信息提示（vAlert ）,雙運(yùn)作模式（獨(dú)立&嵌入式），以及可定制的信息操作指示音效。芯片內(nèi)部包含有自動(dòng)增益控制、麥克風(fēng)前置擴(kuò)大器、揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)線路、振蕩器與內(nèi)

存等的全方位整合系統(tǒng)功能。。

    顯示部分:選擇了四位數(shù)碼管。

    STC89C52單片機(jī)是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051 單片機(jī)，12 時(shí)鐘/機(jī)器周期和 6 時(shí)鐘/機(jī)器周 期可以任意選擇。

    主要特性如下：

    增強(qiáng)型 8051 單片機(jī)，6 時(shí)鐘/機(jī)器周期和 12 時(shí)鐘/機(jī)器周期可以任 意選擇，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051.

    工作電壓：5.5V～3.3V（5V 單片機(jī)）/3.8V～2.0V（3V 單片機(jī)）

    工作頻率范圍：0～40MHz，相當(dāng)于普通 8051 的 0～80MHz，實(shí)際工 作頻率可達(dá) 48MHz

    用戶應(yīng)用程序空間為 8K 字節(jié)

    片上集成 512 字節(jié) RAM

    通用 I/O 口(32 個(gè))復(fù)位后為:P1/P2/P3/P4 是準(zhǔn)雙向口/弱上拉,P0口是漏極開(kāi)路輸出，作為總線擴(kuò)展用時(shí)，不用加上拉電阻，作為 I/O 口用時(shí)，需加上拉電阻。

    ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應(yīng)用可編程） ，無(wú)需專用編程器，無(wú) 需專用仿真器，可通過(guò)串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下載用戶程 序，數(shù)秒即可完成一片

    具有 EEPROM 功能

    具有看門狗功能

    共 3 個(gè) 16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。即定時(shí)器 T0、T1、T2

    外部中斷 4 路,下降沿中斷或低電平觸發(fā)電路，Power Down 模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒

    通用異步串行口（UART）,還可用定時(shí)器軟件實(shí)現(xiàn)多個(gè)UART

    工作溫度范圍：-40～+85℃（工業(yè)級(jí)）/0～75℃（商業(yè)級(jí)）

STC89C52RC單片機(jī)的工作模式

掉電模式：典型功耗<0.1μA,可由外部中斷喚醒，中斷返回后，繼續(xù)執(zhí)行原 程序
    空閑模式：典型功耗 2mA 典型功耗

正常工作模式：典型功耗 4Ma～7mA 典型功耗

掉電模式可由外部中斷喚醒，適用于水表、氣表等電池供電系統(tǒng)及便攜設(shè)備
    STC89C52RC 引腳功能說(shuō)明

    VCC（40 引腳）：電源電壓

VSS（20 引腳）：接地

    P0 端口（P0.0～P0.7 P0.7，39～32 引腳） ：P0口是一個(gè)漏極開(kāi)路的 8 位雙向 I/O 口。作為輸出端口，每個(gè)引腳能驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL 負(fù)載，對(duì)端口 P0 寫入 每個(gè)引腳能驅(qū)動(dòng) 寫入“1”時(shí)，可 以作為高阻抗輸入。在訪問(wèn)外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí) 在訪問(wèn)外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P0 口也可以提供低 8 位 地址和 8 位數(shù)據(jù)的復(fù)用總線 位數(shù)據(jù)的復(fù)用總線。此時(shí)，P0 口內(nèi)部上拉電阻有效。在 Flash ROM編在程時(shí)，P0 端口接收指令字節(jié) 端口接收指令字節(jié)；而在校驗(yàn)程序時(shí)，則輸出指令字節(jié) 則輸出指令字節(jié)。驗(yàn)證時(shí)，要求外接上拉電阻。

P1 端口（P1.0～P1.7，1～8 引腳） ：P1口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。P1 的輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng)（吸收或者輸出電流方式）4 個(gè) TTL 輸入。對(duì)端 口寫入 1 時(shí)，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這是可用作輸入口。P1 口作輸入口使用時(shí)，因?yàn)橛袃?nèi)部上拉電阻，那些被外部拉低的引腳會(huì)輸出一個(gè)電 流（ ） 。

此外，P1.0 和 P1.1 還可以作為定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 2 的外部技術(shù)輸入（P1.0/T2）和定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 2 的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX），具體參見(jiàn)下表：

在對(duì) Flash ROM 編程和程序校驗(yàn)時(shí),P1接收低 8 位地址。

表 XX P1.0 和 P1.1引腳復(fù)用功能

P2 端口（P2.0～P2.7，21～28 引腳） ：P2 口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 端口。P2 的輸出緩沖器可以驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流方式）4個(gè)TTL輸入。對(duì)端口寫入 1 時(shí)，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，這時(shí)可用作輸入口。P2 作為輸入口使用時(shí)，因?yàn)橛袃?nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號(hào)拉低的引腳會(huì) 輸出一個(gè)電流（I） 。

    在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器和16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（如執(zhí)行“MOVX @DPTR”指令）時(shí)，P2 送出高 8 位地址。在訪問(wèn) 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（如 執(zhí)行“MOVX @R1”指令）時(shí)，P2口引腳上的內(nèi)容（就是專用寄存器（SFR）區(qū) 中的 P2 寄存器的內(nèi)容），在整個(gè)訪問(wèn)期間不會(huì)改變。

    在對(duì) Flash ROM 編程和程序校驗(yàn)期間，P2也接收高位地址和一些控制信號(hào)。

    P3 端口（P3.0～P3.7，10～17 引腳） ：P3 是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 端口。P3 的輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流方式）4 個(gè) TTL 輸入。對(duì)端 口寫入 1 時(shí)，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這時(shí)可用作輸入口。P3 做輸入口使用時(shí)，因?yàn)橛袃?nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號(hào)拉低的引腳會(huì)輸入一 個(gè)電流（ ） 。
    在對(duì) Flash ROM 編程或程序校驗(yàn)時(shí)，P3 還接收一些控制信號(hào)。
    P3 口除作為一般 I/O 口外，還有其他一些復(fù)用功能，如下表所示：

表XX P3口引腳復(fù)用功能 復(fù)用功能

    RST（9 引腳） ：復(fù)位輸入。當(dāng)輸入連續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平時(shí)為有效，用來(lái)完成單片機(jī)單片機(jī)的復(fù)位初始化操作。看門狗計(jì)時(shí)完成后，RST 引腳輸出 96 個(gè)晶振周期的高電平。特殊寄存器 AUXR（地址 8EH）上的 DISRTO 位可以使此功 能無(wú)效。DISRTO 默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。

    ALE/ ROG（30 引腳） 地址鎖存控制信號(hào) ：（ALE）是訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)， 鎖存低 8 位地址的輸出脈沖。在 Flash 編程時(shí)，此引腳（ ROG）也用作編程輸入 脈沖。

    在一般情況下，ALE 以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來(lái)作為外部 定時(shí)器或時(shí)鐘使用。然而，特別強(qiáng)調(diào)，在每次訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE 脈沖 將會(huì)跳過(guò)。

    如果需要，通過(guò)將地址位 8EH 的 SFR 的第 0 位置“1”，ALE 操作將無(wú)效。這 一位置“1”，ALE 僅在執(zhí)行 MOVX 或 MOV 指令時(shí)有效。否則，ALE 將被微弱拉 高。這個(gè) ALE 使能標(biāo)志位（地址位 8EH 的 SFR 的第 0 位）的設(shè)置對(duì)微控制器處于 外部執(zhí)行模式下無(wú)效。
    外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)（SEN）是外部程序存儲(chǔ)器選 SEN（29引腳）
通信號(hào)。當(dāng) STC89C52RC 從外部程序存儲(chǔ)器執(zhí)行外部代碼時(shí)，SEN在每個(gè)機(jī)器周 期被激活兩次，而訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， SEN將不被激活。A/VPP（31引腳） 訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)。為使能從 0000H 到 FFFFH 的外部程序存儲(chǔ)器讀取指令，A必須接 GND。注意加密方式 1 時(shí)， A將內(nèi)部鎖 定位 RESET。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令， A應(yīng)該接 VCC。在 Flash 編程期間， A也接收 12 伏 VPP 電壓。 XTAL1（19 引腳） ：振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。 XTAL2（18 引腳）：振蕩器反相放大器的輸入端。

圖3-1 STC89C52引腳圖

    單片機(jī)最小系統(tǒng),或者稱為最小應(yīng)用系統(tǒng),是指用最少的元件組成的單片機(jī)可以工作的系統(tǒng).
    對(duì)52系列單片機(jī)來(lái)說(shuō),最小系統(tǒng)一般應(yīng)該包括:單片機(jī)、晶振電路、復(fù)位電路.

    單片機(jī)最小系統(tǒng)電路介紹
    52單片機(jī)最小系統(tǒng)復(fù)位電路的極性電容C1的大小直接影響單片機(jī)的復(fù)位時(shí)間，一般采用10~30uF，51單片機(jī)最小系統(tǒng)容值越大需要的復(fù)位時(shí)間越短。
    52單片機(jī)最小系統(tǒng)晶振Y1也可以采用12MHz，在正常工作的情況下可以采用更高頻率的晶振，51單片機(jī)最小系統(tǒng)晶振的振蕩頻率直接影響單片機(jī)的處理速度，頻率越大處理速度越快。
    52單片機(jī)最小系統(tǒng)起振電容C2、C3一般采用15~33pF，并且電容離晶振越近越好，晶振離單片機(jī)越近越好4.P0口為開(kāi)漏輸出，作為輸出口時(shí)需加上拉電阻，阻值一般為10k。
    設(shè)置為定時(shí)器模式時(shí)，加1計(jì)數(shù)器是對(duì)內(nèi)部機(jī)器周期計(jì)數(shù)（1個(gè)機(jī)器周期等于12個(gè)振蕩周期，即計(jì)數(shù)頻率為晶振頻率的1/12）。計(jì)數(shù)值N乘以機(jī)器周期Tcy就是定時(shí)時(shí)間t。
    設(shè)置為計(jì)數(shù)器模式時(shí)，外部事件計(jì)數(shù)脈沖由T0或T1引腳輸入到計(jì)數(shù)器。在每個(gè)機(jī)器周期的S5P2期間采樣T0、T1引腳電平。當(dāng)某周期采樣到一高電平輸入，而下一周期又采樣到一低電平時(shí)，則計(jì)數(shù)器加1，更新的計(jì)數(shù)值在下一個(gè)機(jī)器周期的S3P1期間裝入計(jì)數(shù)器。由于檢測(cè)一個(gè)從1到0的下降沿需要2個(gè)機(jī)器周期，因此要求被采樣的電平至少要維持一個(gè)機(jī)器周期。當(dāng)晶振頻率為12MHz時(shí)，最高計(jì)數(shù)頻率不超過(guò)1/12MHz，即計(jì)數(shù)脈沖的周期要大于2 ms。

圖3-2單片機(jī)最小系統(tǒng)

圖3-3 語(yǔ)音播報(bào)電路

圖3-6 顯示電路圖

第四章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

超聲波測(cè)距儀的軟件設(shè)計(jì)主要有主程序、超聲波發(fā)生程序、超聲波接收中斷程序及顯示子程序組成。我們知道C語(yǔ)言程序有利于實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的算法，匯編語(yǔ)言程序則具有較高的效率且容易精細(xì)計(jì)算程序運(yùn)行的時(shí)間，而超聲波測(cè)距儀的程序需要有較復(fù)雜的計(jì)算（計(jì)算距離時(shí)），所以控制程序可采用C語(yǔ)言編程。

軟件分為兩部分，主程序和中斷服務(wù)程序，如圖4-1、圖4-2、圖4-3所示。主程序完成初始化工作、各路超聲波發(fā)射和接收順序的控制。

定時(shí)中斷服務(wù)子程序完成單方向超聲波的發(fā)射，外部中斷服務(wù)子程序主要完成時(shí)間值的讀取、距離計(jì)算、結(jié)果的輸出等工作。

主程序首先是對(duì)系統(tǒng)環(huán)境初始化，設(shè)置定時(shí)器T0工作模式為16位定時(shí)計(jì)數(shù)器模式。置位總中斷允許位EA并給顯示端口P0和P1清0。然后調(diào)用超聲波發(fā)生子程序送出一個(gè)超聲波脈沖，為了避免超聲波從發(fā)射器直接傳送到接收器引起的直射波觸發(fā)，需要延時(shí)約0.1ms（這也就是超聲波測(cè)距儀會(huì)有一個(gè)最小可測(cè)距離的原因）后，才打開(kāi)外中斷1接收返回的超聲波信號(hào).

圖4-1主程序流程

由于采用的是12MHz的晶振，計(jì)數(shù)器每計(jì)一個(gè)數(shù)就是1μs，當(dāng)主程序檢測(cè)到接收成功的標(biāo)志位后，將計(jì)數(shù)器T0中的數(shù)（即超聲波來(lái)回所用的時(shí)間）按式（4-1）計(jì)算，即可得被測(cè)物體與測(cè)距儀之間的距離，設(shè)計(jì)時(shí)取20℃時(shí)的聲速為344m/s則有：

d=(ct)/2=172T0/10000cm                     （4-1）

其中，T0為計(jì)數(shù)器T0的計(jì)算值。

測(cè)出距離后結(jié)果將傳給LCD數(shù)碼顯示約5s，同時(shí)測(cè)量距離送語(yǔ)音模塊播報(bào)。然后再發(fā)超聲波脈沖重復(fù)測(cè)量過(guò)程。為了有利于程序結(jié)構(gòu)化和容易計(jì)算出距離，主程序采用C語(yǔ)言編寫。

超聲波發(fā)生子程序的作用是通過(guò)P1.1端口發(fā)送2個(gè)左右超聲波脈沖信號(hào)（頻率約40kHz的方波），脈沖寬度為20μs左右，同時(shí)把計(jì)數(shù)器T0打開(kāi)進(jìn)行計(jì)時(shí)。超聲波發(fā)生子程序較簡(jiǎn)單，但要求程序運(yùn)行準(zhǔn)確。

圖4-2 定時(shí)中斷服務(wù)子程序

圖4-3 外部中斷服務(wù)子程序

超聲波測(cè)距儀主程序利用外中斷1檢測(cè)返回超聲波信號(hào)，一旦接收到返回超聲波信號(hào)（即INT1引腳出現(xiàn)低電平），立即進(jìn)入中斷程序。進(jìn)入中斷后就立即關(guān)閉計(jì)時(shí)器T0停止計(jì)時(shí)，并將測(cè)距成功標(biāo)志字賦值1。如果當(dāng)計(jì)時(shí)器溢出時(shí)還未檢測(cè)到超聲波返回信號(hào)，則定時(shí)器T0溢出中斷將外中斷1關(guān)閉，并將測(cè)距成功標(biāo)志字賦值2以表示此次測(cè)距不成功。

第五章超聲波測(cè)距接收

HC-SR04超聲波測(cè)距模塊可提供2cm-400cm的非接觸式距離感測(cè)功能，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用單片機(jī)控制電路簡(jiǎn)單容易，而且價(jià)格便宜。該模塊包括超聲波發(fā)射、接收與控制電路。實(shí)物如圖5-1。

圖5-1  HC-SR04模塊實(shí)物圖

基本工作原理

①采用IO口TRIG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口ECHO輸出一個(gè)高電平，高電平持續(xù)時(shí)間就是超

聲波從發(fā)射到返回的時(shí)間。

電氣參數(shù)

HC-SR04模塊參數(shù)如下表5-1所示。

圖5-2超聲波時(shí)序圖

以上時(shí)序圖表明只需要提供一個(gè)10us以上脈沖信號(hào)，該模塊內(nèi)部將發(fā)出8個(gè)40khz周期電平并檢測(cè)回波。一旦檢測(cè)到有回波信號(hào)則輸出回響信號(hào)。回響信號(hào)的脈沖寬度與測(cè)量的距離成正比。由此通過(guò)發(fā)射信號(hào)到收到的回響信號(hào)時(shí)間間隔可以計(jì)算得到距離：

距離=高電平時(shí)間*聲速（340m/s）/2。

為防止發(fā)射信號(hào)對(duì)回響信號(hào)的影響，測(cè)量周期一般要60ms以上。

模塊主要由Em78p153單片機(jī)、MAX232、TL074、超聲波傳感器：T40-16、R40-16組成。

Em78p153單片機(jī)

①概況描述

Em78p153是采用高速CMOS工藝制造的8位單片機(jī)。其內(nèi)部有512*13位一次性ROM(OTPROM)。因此，用戶可以方便改進(jìn)完善程序。程序代碼可用EMC編程器寫入芯片。有13位選項(xiàng)位可滿足用戶要求，其中的保護(hù)位可用來(lái)防止程序被讀出。

②功能特點(diǎn)

工作電壓范圍：2.0V~6.0V；

工作溫度范圍：0℃~70℃；

工作頻率范圍：DC~8MHz；

512×13位片內(nèi)ROM；32×8位片內(nèi)寄存器（SDRAM）；

片內(nèi)有4MHz校準(zhǔn)RC振蕩器；

2個(gè)雙向I/O端口；

8位實(shí)時(shí)定時(shí)/計(jì)數(shù)器（TCC），信號(hào)源、觸發(fā)沿可編程選擇，溢出產(chǎn)生中斷；

掉電模式(SLEEP模式)；

3個(gè)中斷源：TCC溢出中斷、輸入引腳狀態(tài)變化中斷、外部中斷；

EM78P153為14腳封裝；封裝形式：SOP、SSOP和DIP。

③引腳分配

Em78p153單片機(jī)引腳分配如圖5-3。

圖5-3 Em78p153引腳圖

MAX232

MAX232芯片是美信公司專門為電腦的RS-232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計(jì)的單電源電平轉(zhuǎn)換芯片,使用+5v單電源供電。MAX232多用于串口通信，起到電平轉(zhuǎn)換的作用，而本設(shè)計(jì)只用到其電平轉(zhuǎn)換，將40kHz的方波由5V轉(zhuǎn)換成20V，提高發(fā)射功率。超聲波發(fā)射頭采用共振頻率為40kHz的TCT40-16探頭，接收頭采用RCT40-16。

①M(fèi)AX232引腳圖

芯片引腳如圖5-4。

圖5-4 MAX232引腳圖

圖5-5 TL074引腳圖

1、2、3腳是通道1的輸出端、反相輸入端、同相輸入端，5、6、7腳是通道2的同相輸入端、反相輸入端、輸出端，8、9、10腳是通道3的輸出端、反相輸入端、同相輸入端，12、13、14腳是通道4的同相輸入端、反相輸入端、輸出端，4腳是正電源，11腳是負(fù)電源。TL074內(nèi)部組件數(shù)量如下表5-2所示

T40-16與R40-16

為了研究和利用超聲波，人們已經(jīng)設(shè)計(jì)和制成了許多超聲波發(fā)生器。總體上講，超聲波發(fā)生器可以分為兩大類：

電氣方式產(chǎn)生超聲波, 主要包括壓電型、磁致伸縮型和電動(dòng)型等；

機(jī)械方式產(chǎn)生超聲波，主要包括加爾統(tǒng)笛、液哨和氣流旋笛等。

    它們所產(chǎn)生的超聲波的頻率、功率和聲波特性各不相同，因而用途也各不相同。目前較為常用的是壓電式超聲波發(fā)生器。

壓電式超聲波發(fā)生器實(shí)際上是利用壓電晶體的諧振來(lái)工作的。其內(nèi)部有兩個(gè)壓電晶片和一個(gè)共振板。當(dāng)它的兩極外加脈沖信號(hào)，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時(shí)，壓電晶片發(fā)生共振，帶動(dòng)共振板振動(dòng)，便產(chǎn)生超聲波。反之，如果兩電極間未外加電壓，當(dāng)共振板接收到超聲波時(shí)，將壓迫壓電晶片作振動(dòng)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，這時(shí)它就成為超聲波接收器了。模塊使用T40-16T/R超聲波換能器即為壓電型。

①器件說(shuō)明

名 稱：壓電陶瓷超聲波傳感器；

型 號(hào)：T40-16T/R；

類 別：通用型；

中心頻率：40KHZ；

外 徑：16mm；

使用方式：T為發(fā)射頭，R為接收頭，TR為收發(fā)兼用；

適用范圍：家用電器及其它電子設(shè)備的超聲波遙控裝置；超聲波測(cè)距及汽車倒車防撞裝置；液面探測(cè)；超聲波接近開(kāi)關(guān)及其它應(yīng)用的超聲波發(fā)射與接收。

②器件性能

1.標(biāo)稱頻率(KHz)：40KHz；

2.發(fā)射電壓at10V(0dB=0.02mPa)：≥110dB；

3.接收靈敏度at40KHz(0dB=V/ubar)：≥-70dB；

4.靜電容量at1KHz,<1V(PF)：2000±30%；

5.探測(cè)距離(m)：0.02-10。

傳感器實(shí)物如圖5-5 所示。

圖5-6 傳感器實(shí)物圖

HC-SR04模塊集成了發(fā)射和接受電路，硬件上不必再自行設(shè)計(jì)繁復(fù)的發(fā)射及接收電路，軟件上也無(wú)需再通過(guò)定時(shí)器產(chǎn)生40Khz的方波引起壓電陶瓷共振從而產(chǎn)生超聲波。使用時(shí)，只要在控制端‘Trig’發(fā)一個(gè)大于10us寬度的高電平,就可以在接收端‘Echo’等待高電平輸出。單片機(jī)一旦檢測(cè)到有輸出就打開(kāi)定時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)。當(dāng)此口變?yōu)榈碗娖綍r(shí)就停止計(jì)時(shí)并讀出定時(shí)器的值，此值就為此次測(cè)距的時(shí)間，再根據(jù)傳播速度方可算出障礙物的距離。

5-7 元件內(nèi)部結(jié)構(gòu)	5-8 元件外部結(jié)構(gòu)

超聲波測(cè)距換能器是利用超聲波的特性研制而成的換能器。超聲波是一種振動(dòng)頻率高于聲波的機(jī)械波，由換能晶片在電壓的激勵(lì)下發(fā)生振動(dòng)產(chǎn)生的，它具有頻率高、波長(zhǎng)短、繞射現(xiàn)象小，特別是方向性好、能夠成為射線而定向傳播等特點(diǎn)。超聲波對(duì)液體、固體的穿透本領(lǐng)很大，尤其是在陽(yáng)光不透明的固體中，它可穿透幾十米的深度。超聲波碰到雜質(zhì)或分界面會(huì)產(chǎn)生顯著反射形成反射成回波，碰到活動(dòng)物體能產(chǎn)生多普勒效應(yīng)。因此超聲波檢測(cè)廣泛應(yīng)用在工業(yè)、國(guó)防、生物醫(yī)學(xué)等方面。

以超聲波作為檢測(cè)手段，必須產(chǎn)生超聲波和接收超聲波。完成這種功能的裝置就是超聲波換能器，或者探頭。

超聲波換能器主要由壓電晶片組成，既可以發(fā)射超聲波，也可以接收超聲波。小功率超聲探頭多作探測(cè)作用。它有許多不同的結(jié)構(gòu)，可分直探頭（縱波）、斜探頭（橫波）、表面波探頭（表面波）、蘭姆波探頭（蘭姆波）、雙探頭（一個(gè)探頭反射、一個(gè)探頭接收）等。

超聲波傳感技術(shù)應(yīng)用在生產(chǎn)實(shí)踐的不同方面，而醫(yī)學(xué)應(yīng)用是其最主要的應(yīng)用之一，下面以醫(yī)學(xué)為例子說(shuō)明超聲波傳感技術(shù)的應(yīng)用。超聲波在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用主要是診斷疾病，它已經(jīng)成為了臨床醫(yī)學(xué)中不可缺少的診斷方法。超聲波診斷的優(yōu)點(diǎn)是：對(duì)受檢者無(wú)痛苦、無(wú)損害、方法簡(jiǎn)便、顯像清晰、診斷的準(zhǔn)確率高等。因而推廣容易，受到醫(yī)務(wù)工作者和患者的歡迎。超聲波診斷可以基于不同的醫(yī)學(xué)原理，我們來(lái)看看其中有代表性的一種所謂的A型方法。這個(gè)方法是利用超聲波的反射。當(dāng)超聲波在人體組織中傳播遇到兩層聲阻抗不同的介質(zhì)界面是，在該界面就產(chǎn)生反射回聲。每遇到一個(gè)反射面時(shí)，回聲在示波器的屏幕上顯示出來(lái)，而兩個(gè)界面的阻抗差值也決定了回聲的振幅的高低。

在工業(yè)方面，超聲波的典型應(yīng)用是對(duì)金屬的無(wú)損探傷和超聲波測(cè)厚兩種。過(guò)去，許多技術(shù)因?yàn)闊o(wú)法探測(cè)到物體組織內(nèi)部而受到阻礙，超聲波傳感技術(shù)的出現(xiàn)改變了這種狀況。當(dāng)然更多的超聲波傳感器是固定地安裝在不同的裝置上，“悄無(wú)聲息”地探測(cè)人們所需要的信號(hào)。在未來(lái)的應(yīng)用中，超聲波將與信息技術(shù)、新材料技術(shù)結(jié)合起來(lái)，將出現(xiàn)更多的智能化、高靈敏度的超聲波傳感器。

超聲波距離傳感器技術(shù)應(yīng)用

超聲波對(duì)液體、固體的穿透本領(lǐng)很大，尤其是在陽(yáng)光不透明的固體中，它可穿透幾十米的深度。

超聲波碰到雜質(zhì)或分界面會(huì)產(chǎn)生顯著反射形成反射成回波，碰到活動(dòng)物體能產(chǎn)生多普勒效應(yīng)。因此超聲波檢測(cè)廣泛應(yīng)用在工業(yè)、國(guó)防、生物醫(yī)學(xué)等方面。超聲波距離傳感器可以廣泛應(yīng)用在物位（液位）監(jiān)測(cè)，機(jī)器人防撞，各種超聲波接近開(kāi)關(guān)，以及防盜報(bào)警等相關(guān)領(lǐng)域，工作可靠，安裝方便， 防水型，發(fā)射夾角較小，靈敏度高，方便與工業(yè)顯示儀表連接，也提供發(fā)射夾角較大的探頭。

超聲波是一種在彈性介質(zhì)中的機(jī)械振蕩，有兩種形式：橫向振蕩（橫波）及縱向振蕩（縱波）。在工業(yè)中應(yīng)用主要采用縱向振蕩。超聲波可以在氣體、液體及固體中傳播，其傳播速度不同。另外，它也有折射和反射現(xiàn)象，并且在傳播過(guò)程中有衰減。在空氣中傳播超聲波，其頻率較低，一般為幾十KHZ，而在固體、液體中則頻率可用得較高。在空氣中衰減較快，而在液體及固體中傳播，衰減較小，傳播較遠(yuǎn)。利用超聲波的特性，可做成各種超聲傳感器，配上不同的電路，制成各種超聲測(cè)量?jī)x器及裝置，并在通迅，醫(yī)療家電等各方面得到廣泛應(yīng)用。

超聲波傳感器主要材料有壓電晶體（電致伸縮）及鎳鐵鋁合金（磁致伸縮）兩類。電致伸縮的材料有鋯鈦酸鉛（PZT）等。壓電晶體組成的超聲波傳感器是一種可逆?zhèn)鞲衅鳎�它可以將電能轉(zhuǎn)變成機(jī)械振蕩而產(chǎn)生超聲波，同時(shí)它接收到超聲波時(shí)，也能轉(zhuǎn)變成電能，所以它可以分成發(fā)送器或接收器。有的超聲波傳感器既作發(fā)送，也能作接收。這里僅介紹小型超聲波傳感器，發(fā)送與接收略有差別，它適用于在空氣中傳播，工作頻率一般為23-25KHZ及40-45KHZ。這類傳感器適用于測(cè)距、遙控、防盜等用途。該種有T/R-40-60，T/R-40-12等（其中T表示發(fā)送，R表示接收，40表示頻率為40KHZ，16及12表示其外徑尺寸，以毫米計(jì)）。另有一種密封式超聲波傳感器（MA40EI型）。它的特點(diǎn)是具有防水作用（但不能放入水中），可以作料位及接近開(kāi)關(guān)用，它的性能較好。超聲波應(yīng)用有三種基本類型，透射型用于遙控器，防盜報(bào)警器、自動(dòng)門、接近開(kāi)關(guān)等；分離式反射型用于測(cè)距、液位或料位；反射型用于材料探傷、測(cè)厚等。

由發(fā)送傳感器(或稱波發(fā)送器)、接收傳感器(或稱波接收器)、控制部分與電源部分組成。發(fā)送器傳感器由發(fā)送器與使用直徑為15mm左右的陶瓷振子換能器組成，換能器作用是將陶瓷振子的電振動(dòng)能量轉(zhuǎn)換成超能量并向空中輻射；而接收傳感器由陶瓷振子換能器與放大電路組成，換能器接收波產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，將其變換成電能量，作為傳感器接收器的輸出，從而對(duì)發(fā)送的超進(jìn)行檢測(cè).而實(shí)際使用中，用發(fā)送傳感器的陶瓷振子的也可以用做接收器傳感器社的陶瓷振子。控制部分主要對(duì)發(fā)送器發(fā)出的脈沖鏈頻率、占空比及稀疏調(diào)制和計(jì)數(shù)及探測(cè)距離等進(jìn)行控制

HC-SR04模塊內(nèi)部超聲波發(fā)射電路如圖5-6所示，主要由Em78p153單片機(jī)、MAX232及超聲波發(fā)射換能器T40組成。

圖5-9 超聲波發(fā)射電路

圖5-10 超聲波接收電路

5.5 超聲波接收過(guò)程

    單片機(jī)初始化，HC-SR04內(nèi)部ECHO接口與單片機(jī)P1.1的引腳相連，發(fā)射接口TRIG與單片機(jī)的P1.2引腳相接。

單片機(jī)開(kāi)啟中斷，單片機(jī)P1.1給“Trig”接口一個(gè)約為20us的高電平，經(jīng)過(guò)HC-SR04模塊內(nèi)EM78P153發(fā)送8個(gè)連續(xù)的40KHz脈沖的信號(hào)，經(jīng)過(guò)MAX232電平轉(zhuǎn)換，提高發(fā)射功率。換能器將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為超聲波發(fā)射。

    當(dāng)單片機(jī)的給一個(gè)20us的觸發(fā)信號(hào)時(shí)，TRIG由低電平轉(zhuǎn)換為高電平，TRIG=1，

單片機(jī)開(kāi)時(shí)計(jì)時(shí)，開(kāi)啟中斷，并記錄時(shí)間為T1，接收換能器等待接收回波，ECHO持續(xù)為高電平的時(shí)間為發(fā)射時(shí)間。換能器接收回波將超聲波轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，送至單片機(jī)，記錄時(shí)間為T2。超聲波發(fā)射的時(shí)間為：T2-T1,

計(jì)算發(fā)射距離為：

L = (T2-T1)xC/2

如果等待回波時(shí)間超過(guò)65ms時(shí)，則無(wú)法接收到回波，單片機(jī)初始化，重新發(fā)射接收下一次回波。

5.6 接收數(shù)據(jù)處理

5-11程序流程圖

接收過(guò)程：上電后先進(jìn)行初始化，主要是對(duì)各變量即定時(shí)器0進(jìn)行初始化，然后單片機(jī)給‘Trig’端一個(gè)約為20us的高電平，此后在‘Echo’端等待一個(gè)高電平，一旦檢測(cè)到高電平，則立即打開(kāi)定時(shí)器，開(kāi)始計(jì)時(shí)。此后只要定時(shí)器0中的值不超過(guò)約為65ms（65.5536ms）的計(jì)時(shí)上限，則認(rèn)為仍處在有效測(cè)量范圍內(nèi)，并未進(jìn)入盲區(qū)，則在‘Echo’等待低電平的產(chǎn)生，一旦檢測(cè)到低電平，立即讀出此時(shí)的TH0和TL0，并關(guān)閉定時(shí)器0。則超聲波從發(fā)射到返回總共所用時(shí)間為：time=TH0*256+TL0(us),再根據(jù)超聲波常溫下(27℃)在空氣中的傳播速度，(約為344m/s)計(jì)算出障礙物的距離，在數(shù)碼管上進(jìn)行動(dòng)態(tài)的實(shí)時(shí)顯示即可。

接收數(shù)據(jù)處理子程序如下：

本次設(shè)計(jì)介紹了一種基于單片機(jī)的超聲波測(cè)距系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，給出了相應(yīng)的軟件和硬件的設(shè)計(jì)方案。

超聲波測(cè)距的原理與雷達(dá)測(cè)距原理相似，通過(guò)超聲波發(fā)射裝置發(fā)出超聲波，根據(jù)接收器接到超聲波時(shí)的時(shí)間差就可以知道距離，也就是說(shuō)超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時(shí)刻的同時(shí)單片機(jī)開(kāi)始計(jì)時(shí)，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來(lái)，超聲波接收器收到反射波單片機(jī)就立即停止計(jì)時(shí)，再利用對(duì)應(yīng)的計(jì)算公式就可以求出物體間的間距，這是根據(jù)反射原理利用了超聲波指向性強(qiáng)，在介質(zhì)中傳播距離較遠(yuǎn)的特性。

超聲波測(cè)距儀硬件電路的設(shè)計(jì)主要包括單片機(jī)的基本電路、超聲波發(fā)射接收模塊控制電路、顯示電路、語(yǔ)音模塊，溫度補(bǔ)償五部分部分組成。單片機(jī)采用了STC89C52，晶振為12MHz，單片機(jī)P1.3端口輸出10us的觸發(fā)信號(hào)，由定時(shí)器T0計(jì)得時(shí)間間隔，顯示電路采用1602，語(yǔ)音芯片WTD588D。

本次設(shè)計(jì)的超聲波測(cè)距系統(tǒng)滿足倒車測(cè)距等所需的測(cè)量精度，而且反映速度快、控制簡(jiǎn)單、成本低廉等，測(cè)距范圍為2cm到350cm。但由于經(jīng)驗(yàn)不足還有些地方有待完善。在要求精度較高的地方時(shí)，由于超聲波在空氣中的傳播速度受溫度影響有點(diǎn)大，則需考慮到不同溫度時(shí)超聲波的傳播速度變換。

總體來(lái)說(shuō)，經(jīng)過(guò)本次設(shè)計(jì)讓我學(xué)到了很多，從中受益匪淺。了解了超聲波測(cè)距的原理，并對(duì)單片機(jī)的開(kāi)發(fā)和電路設(shè)計(jì)有了更進(jìn)一步的了解。

附錄1原理圖

1. #include <reg52.h>                       //調(diào)用單片機(jī)頭文件
   
2. #define uchar unsigned char  //無(wú)符號(hào)字符型 宏定義              變量范圍0~255
   
3. #define uint  unsigned int              //無(wú)符號(hào)整型 宏定義              變量范圍0~65535
   
4. #include <intrins.h>
   
5. 
   
6. //數(shù)碼管段選定義      0     1    2    3    4    5              6              7                8                 9            
   
7. uchar code smg_du[]={0x25,0xee,0x37,0xa2,0xe2,0xa1,0x21,0xea,0x20,0xa0,
   
8.                                                                         0x60,0x25,0x39,0x26,0x31,0x71,0xff};              //斷碼
   
9. //數(shù)碼管位選定義
   
10. uchar code smg_we[]={0xe0,0xb0,0xd0,0x70};
    
11. uchar dis_smg[4]   ={0};
    
12. 
    
13. sbit smg_we1 = P3^4;                  //數(shù)碼管位選定義
    
14. sbit smg_we2 = P3^5;
    
15. sbit smg_we3 = P3^6;
    
16. sbit smg_we4 = P3^7;
    
17. 
    
18. sbit c_send   = P3^2;                            //超聲波發(fā)射
    
19. sbit c_recive = P3^3;                            //超聲波接收
    
20. 
    
21. sbit beep = P3^1;   //蜂鳴器IO口定義
    
22. 
    
23. uchar smg_i = 3;    //顯示數(shù)碼管的個(gè)位數(shù)
    
24. bit flag_300ms ;
    
25. 
    
26. long distance;                      //距離
    
27. uint set_d;                          //距離
    
28. uchar flag_csb_juli;    //超聲波超出量程
    
29. uint  flag_time0;       //用來(lái)保存定時(shí)器0的時(shí)候的
    
30. uchar menu_1;           //菜單設(shè)計(jì)的變量
    
31. 
    
32. 
    
33. 
    
34. /***********************語(yǔ)音模塊控制IO口的定義************************/
    
35. sbit  VRST = P2^3;
    
36. sbit  VBUSY= P2^7;            
    
37. sbit  VSDA = P2^6;
    
38. sbit  VCS  = P2^5;
    
39. sbit  VSCL = P2^4;
    
40. uchar yujing[3];
    
41. 
    
42. /***************************
    
43.                  語(yǔ)音地址的安排
    
44. 0 - 9 ：  對(duì)應(yīng)數(shù)字0到9
    
45. 0b    : 點(diǎn)
    
46. 0c    : 米
    
47. 0d    : 已超出量程
    
48.                                                                                                                               
    
49. **************************/
    
50. 
    
51. /***********************1ms延時(shí)函數(shù)*****************************/
    
52. void delay_1ms(uint q)
    
53. {
    
54.               uint i,j;
    
55.               for(i=0;i<q;i++)
    
56.                             for(j=0;j<120;j++);
    
57. }
    
58. 
    
59. 
    
60. /********************獨(dú)立按鍵程序*****************/
    
61. uchar key_can;              //按鍵值
    
62. 
    
63. void key()              //獨(dú)立按鍵程序
    
64. {
    
65.               static uchar key_new;
    
66.               key_can = 20;                   //按鍵值還原
    
67.               P2 |= 0x07;
    
68.               if((P2 & 0x07) != 0x06)                            //按鍵按下
    
69.               {
    
70.                             delay_1ms(1);                                 //按鍵消抖動(dòng)
    
71.                             if(((P2 & 0x07) != 0x07) && (key_new == 1))
    
72.                             {                                                                                    //確認(rèn)是按鍵按下
    
73.                                           key_new = 0;
    
74.                                           switch(P2 & 0x07)
    
75.                                           {
    
76.                                                         case 0x05: key_can = 1; break;                 //得到k2鍵值
    
77.                                                         case 0x04: key_can = 2; break;                 //得到k3鍵值
    
78.                                                         case 0x02: key_can = 3; break;                 //得到k4鍵值
    
79.                                           }
    
80.                             }                                         
    
81.               }
    
82.               else
    
83.                             key_new = 1;            
    
84. }
    
85. 
    
86. /****************按鍵處理顯示函數(shù)***************/
    
87. void key_with()
    
88. {
    
89.               if(key_can == 1)                            //設(shè)置鍵
    
90.               {
    
91.                             menu_1 ++;
    
92.                             if(menu_1 >= 2)
    
93.                             {
    
94.                                           menu_1 = 0;
    
95.                                           smg_i = 3;                            //只顯示3位數(shù)碼管
    
96.                             }
    
97.                             if(menu_1 == 1)
    
98.                             {
    
99.                                           smg_i = 4;                  //只顯示4位數(shù)碼管
    
100.                             }
     
101.               }
     
102.               if(menu_1 == 1)                                          //設(shè)置報(bào)警
     
103.               {
     
104.                             if(key_can == 2)
     
105.                             {
     
106.                                           set_d ++ ;                            //加1
     
107.                                           if(set_d > 400)
     
108.                                                         set_d = 400;
     
109.                             }
     
110.                             if(key_can == 3)
     
111.                             {
     
112.                                           set_d -- ;                            //減1
     
113.                                           if(set_d <= 1)
     
114.                                                         set_d = 1;
     
115.                             }
     
116.                             dis_smg[0] = smg_du[set_d % 10];                         //取小數(shù)顯示
     
117.                             dis_smg[1] = smg_du[set_d / 10 % 10] ;         //取個(gè)位顯示
     
118.                             dis_smg[2] = smg_du[set_d / 100 % 10] & 0xdf ; //取十位顯示
     
119.                             dis_smg[3] = smg_du[10];                      //a
     
120.               }            
     
121. }
     
122. 
     
123. /***********************語(yǔ)音子程序************************/
     
124. void Send_threelines(unsigned char addr)
     
125. {
     
126.    unsigned char i;
     
127.               VRST=0;
     
128.               delay_1ms(5);
     
129.               VRST=1;
     
130.               delay_1ms(10); /* 復(fù)位拉高10ms*/
     
131.               VCS=0;
     
132.               delay_1ms(5);  /* 片選拉低5ms */
     
133.     for(i=0;i<8;i++)
     
134.               {
     
135.                             VSCL=1;
     
136.                             if(addr&0x01 == 0x01)
     
137.                             {
     
138.                                           VSDA=1;
     
139.                             }
     
140.                             else
     
141.                                           VSDA=0;
     
142.                             addr<<=1;
     
143.                             VSCL=0;
     
144.               }
     
145.               VCS=1;
     
146.               while(VBUSY == 0);                //忙等待
     
147. }
     
148. 
     
149. 
     
150. /***********************數(shù)碼位選函數(shù)*****************************/
     
151. void smg_we_switch(uchar i)
     
152. {
     
153.               switch(i)
     
154.               {
     
155.                             case 0: smg_we1 = 0;  smg_we2 = 1; smg_we3 = 1;  smg_we4 = 1; break;
     
156.                             case 1: smg_we1 = 1;  smg_we2 = 0; smg_we3 = 1;  smg_we4 = 1; break;
     
157.                             case 2: smg_we1 = 1;  smg_we2 = 1; smg_we3 = 0;  smg_we4 = 1; break;
     
158.                             case 3: smg_we1 = 1;  smg_we2 = 1; smg_we3 = 1;  smg_we4 = 0; break;
     
159.               }            
     
160. }
     
161. 
     
162. 
     
163. /****************報(bào)警函數(shù)***************/
     
164. void clock_h_l()
     
165. {
     
166.               static uchar value;
     
167.               if(distance <= set_d)
     
168.               {
     
169.                             value ++;  //消除實(shí)際距離在設(shè)定距離左右變化時(shí)的干擾
     
170.                             if(value >= 2)
     
171.                             {
     
172.                                           beep = ~beep;                 //蜂鳴器報(bào)警            
     
173.                             }
     
174.               }
     
175.               else
     
176.               {
     
177.                             value = 0;
     
178.                             beep = 1;                            //取消報(bào)警
     
179.               }            
     
180. }
     
181. 
     
182. /***********************數(shù)碼顯示函數(shù)*****************************/
     
183. void display()
     
184. {
     
185.               static uchar i;  
     
186.               i++;
     
187.               if(i >= smg_i)
     
188.                             i = 0;            
     
189.               smg_we_switch(i);                            //位選
     
190.               P1 = dis_smg[i];                            //段選                     
     
191. }
     
192. 
     
193. /******************小延時(shí)函數(shù)*****************/
     
194. void delay()
     
195. {
     
196.               _nop_();                                        //執(zhí)行一條_nop_()指令就是1us
     
197.               _nop_();
     
198.               _nop_();
     
199.               _nop_();
     
200.               _nop_();
     
201.               _nop_();
     
202.               _nop_();
     
203.               _nop_();
     
204.               _nop_();
     
205.               _nop_();
     
206. }
     
207. 
     
208. 
     
209. /*********************超聲波測(cè)距程序*****************************/
     
210. void send_wave()
     
211. {
     
212.               c_send = 1;                                       //10us的高電平觸發(fā)
     
213.               delay();
     
214.               c_send = 0;            
     
215.               TH0 = 0;                                      //給定時(shí)器0清零
     
216.               TL0 = 0;
     
217.               TR0 = 0;                                                          //關(guān)定時(shí)器0定時(shí)
     
218.               while(!c_recive);                              //當(dāng)c_recive為零時(shí)等待
     
219.               TR0=1;
     
220.               while(c_recive)                                  //當(dāng)c_recive為1計(jì)數(shù)并等待
     
221.               {
     
222.                             flag_time0 = TH0 * 256 + TL0;
     
223.                             if((flag_time0 > 40000))      //當(dāng)超聲波超過(guò)測(cè)量范圍時(shí)，顯示3個(gè)888
     
224.                             {
     
225.                                           TR0 = 0;
     
226.                                           flag_csb_juli = 2;
     
227.                                           distance = 888;
     
228.                                           break ;                           
     
229.                             }
     
230.                             else
     
231.                             {
     
232.                                           flag_csb_juli = 1;            
     
233.                             }
     
234.               }
     
235.               if(flag_csb_juli == 1)
     
236.               {            
     
237.                             TR0=0;                                                                                                  //關(guān)定時(shí)器0定時(shí)
     
238.                             distance =flag_time0;                                          //讀出定時(shí)器0的時(shí)間
     
239.                             distance *= 0.017;               // 0.017 = 340M / 2 = 170M = 0.017M 算出來(lái)是米
     
240.                             if((distance > 500))                                                        //距離 = 速度 * 時(shí)間
     
241.                             {            
     
242.                                           distance = 888;                                                        //如果大于3.8m就超出超聲波的量程
     
243.                             }
     
244.               }
     
245. }
     
246. 
     
247. /***********************處理距離函數(shù)****************************/
     
248. void smg_display()
     
249. {
     
250.               dis_smg[0] = smg_du[distance % 10];                            //距離取出來(lái)放在緩沖區(qū)了
     
251.               dis_smg[1] = smg_du[distance / 10 % 10];
     
252.               dis_smg[2] = smg_du[distance / 100 % 10] & 0xdf;
     
253.               yujing[0] = distance % 10;                                            //距離放到語(yǔ)音的變量里
     
254.               yujing[1] = distance / 10 % 10;            
     
255.               yujing[2] = distance / 100 % 10;            
     
256. }
     
257. 
     
258. 
     
259. /*********************定時(shí)器0、定時(shí)器1初始化******************/
     
260. void time_init()               
     
261. {
     
262.               EA  = 1;                              //開(kāi)總中斷
     
263.               TMOD = 0X11;                //定時(shí)器0、定時(shí)器1工作方式1
     
264.               ET0 = 0;                              //關(guān)定時(shí)器0中斷
     
265.               TR0 = 1;                              //允許定時(shí)器0定時(shí)
     
266.               ET1 = 1;                              //開(kāi)定時(shí)器1中斷
     
267.               TR1 = 1;                              //允許定時(shí)器1定時(shí)            
     
268. }
     
269. 
     
270. 
     
271. 
     
272. /***************主函數(shù)*****************/
     
273. void main()
     
274. {
     
275.               static uchar value = 5;
     
276.               send_wave();              //測(cè)距離函數(shù)
     
277.               smg_display();              //處理距離顯示函數(shù)
     
278.               time_init();              //定時(shí)器初始化程序
     
279.               while(1)
     
280.               {                             
     
281.                             key();                                                                      //按鍵函數(shù)
     
282.                             if(key_can < 10)
     
283.                             {
     
284.                                           key_with();                                          //按鍵處理函數(shù)
     
285.                             }
     
286.                             if(flag_300ms == 1)
     
287.                             {                           
     
288.                                           flag_300ms = 0;
     
289.                                           send_wave();              //測(cè)距離函數(shù)
     
290.                                           if(menu_1 == 0)
     
291.                                           {            
     
292.                                                         smg_display();              //處理距離顯示函數(shù)
     
293.                                                         value ++;
     
294.                                                         if(value > 10)                            //3秒鐘自動(dòng)播放一次
     
295.                                                         {
     
296.                                                                       value = 0;
     
297.                                                                       if(distance == 888)
     
298.                                                                       {
     
299.                                                                                     Send_threelines(0x0d);                //可安全倒車
     
300.                                                                       }
     
301.                                                                       else
     
302.                                                                       {
     
303.                                                                                     Send_threelines(yujing[2]);                 //語(yǔ)音播放
     
304.                                                                                     Send_threelines(0x0b);
     
305.                                                                                     Send_threelines(yujing[1]);
     
306.                                                                                     Send_threelines(yujing[0]);
     
307.                                                                                     Send_threelines(0x0c);
     
308.                                                                       }
     
309.                                                         }
     
310.                                           }            
     
311.                             }
     
312.               }
     
313. }
     
314. 
     
315. /*********************定時(shí)器1中斷服務(wù)程序************************/
     
316. void time1_int() interrupt 3
     
317. {            
     
318.               static uchar value;                                          //定時(shí)2ms中斷一次
     
319.               TH1 = 0xf8;
     
320.               TL1 = 0x30;     //2ms
     
321.               display();                            //數(shù)碼管顯示函數(shù)
     
322.               value++;
     
323. 
     
324.               if(value >= 150)
     
325.               {
     
326.                             value = 0;
     
327.                             flag_300ms = 1;
     
328.                             clock_h_l();    //報(bào)警函數(shù)
     
329.               }
     
330. }

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2018-10-30 13:31 上傳

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