1
嵌入式系统开发与应用综
合实验
学 院 电子信息学院
专 业 电子信息工程
定稿日期： 2023 年 11 月 9 日
2
目录
一 题目名称......................................................................................................................................3
二 设计任务及主要技术指标和要求..............................................................................................3
三 项目组成员及成员分工..............................................................................................................3
四 设计背景......................................................................................................................................3
五 课题研究的目的和意义..............................................................................................................4
六 实验原理......................................................................................................................................4
七 硬件选择与设计..........................................................................................................................4
八 程序设计......................................................................................................................................4
九 实验成果测试方案与结果展示..................................................................................................4
十 创新点..........................................................................................................................................4
十一 收获和体会..............................................................................................................................4
十二 参考文献..................................................................................................................................4
附件（源程序）................................................................................................................................5
3
正文
一 题目名称
基于 51 单片机的超声波测距系统
二 设计任务及主要技术指标和要求
设计任务： 利用 51 单片机实现超声波测距功能。利用单片机控制超声波的发射
和对超声波自发射至接收往返时间的计时。
设计要求：
① 系统定时发射超声波，在启动发射电路的同时启动单片机内部的定时器，
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
② 当收到超声波的反射波时，接收电路输出端产生一个负跳变，单片机检
测到这个负跳变信号后，停止内部计时器计时，读取时间，计算距离，
测量结果输出给数码管显示。
③ 可以通过按键设定报警距离，如果距离过大或者过小，蜂鸣器都会报警。
三 项目组成员及成员分工
四 设计背景
超声波测距是一种常见的非接触式测量技术，能够在工业、医疗、自动化等领域中
发挥重要的作用。超声波测距系统在许多领域中都发挥着重要的作用，帮助实现更
好的安全、精确和自动化。通过设计和实现超声波测距系统，我们可以应用超声波
4
技术解决实际问题，并提高工作效率和质量。本课题设计了一种超声波测距系统，
能够实现超声波传感器对障碍物的距离测量。硬件电路以AT89C51为核心芯片，
用C语言进行设计，系统主要由超声波模块、数码管显示模块和距离报警等模块
组成。在Keil平台上，软件设计、编译、仿真、下载和调试。基本上实现了超声
波测量距离的功能。
五 课题研究的目的和意义
目的：利用51单片机实现超声波测距功能。利用单片机控制超声波的发射和对超
声波自发射至接收往返时间的计时。
意义：超声波测距功能是一种应用广泛的技术，可以应用在很多领域。如工业领
域中，主要用于测量物体的距离、位置和速度等，例如在自动生产线上，超声波
测距技术可用于检测生产过程中的物体位置，确保生产过程稳定可靠，在机器人
应用中，超声波测距可用于测量机器与物体的距离，从而实现机器人的自主导航
和避障。
还可用于车辆领域，例如在汽车倒车雷达中，其可用于测量车辆与障碍物的距离，
从而帮助司机安全倒车。在智能驾驶系统中，可用于测量车辆与前方障碍物的距
离，从而实现车辆的自动避障和自动驾驶。
我们进行此课题的研究是因为这些领域的应用广泛运用于我们的生活中，所以我
们产生了浓厚的兴趣，并想探究其所，从中学会超声波测距功能的原理等。
5
六 实验原理
该方案采用 AT89C51 芯片作为主控芯片，AT89C51 是一种带 4K 字节 FLASH
存储器的低电压、高性能 CMOS 8 位微处理器，在众多嵌入式控制应用系统中得
到广泛应用。AT89C51 的基本结构包括中央处理器(CPU) 、存储器、定时/计数
器、输入输出接口、中断控制系统和时钟电路六部分。然后，我们使用数码管模
块、超声波模块等几部分完成超声波测距的基本逻辑设计。数码管是一种半导体
发光器件，其基本单元是发光二极管。数码管实际上是由七个发光管组成 8 字形
而构成的，加上小数点就是 8 个。我们分别控制它的 8 个段选引脚和 1 个位选引
脚来进行控制。我们使用超声波模块捕捉到单片机与障碍物之间的距离，再用数
码管进行显示。超声波收发模块可产生 40kHz 的方波，经放大电路驱动后超声
波发射探头发射超声波，发射出去的超声波经障碍物反射后由超声波接收探头接
收。当没有发送超声波时 ECHO 引脚输出低电平。从开始发送超声波到街道回
