基于52单片机超声波测距系统的设计说明.doc资源-CSDN文库

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基于 52 单片机的超声波测距系统

[课设名称]

基于 52 单片机的超声波测距系统

[课设目的]

通过设计此系统对大学所学习的单片机系统、Keil 软件和电路板焊接测试方法步骤进

行综合应用和复习，了解设计一个简单硬件系统的基本步骤，为今后就业打好基础。

[实验器材和工具]

器材：PC 机，电路板，示波器，各种连线转接口等，单片机最小系统

工具：Keil 软件

[工作原理]

1.物理学原理

超声波的频率高于声波，这种机械波与声波相比具有很强的指向性，并且由于其波长较

短，其绕射能力较差，反射能力较强。在遇到障碍物的情况下，超声波会被反射回来。根据

发射波和反射波的时间差，就可以计算出探头与障碍物之间的距离。在实际的电路中，使用

单片机控制传感器发射和判断反射波。（原理如图 1-1）

图 1-1：超声波测距物理原理图

. . .

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超声波测距系统是由硬件和软件两部分组成。硬件主要包括 STC89C52RC 单片机最小系

统，超声波发射电路、超声波接收电路、温度检测电路、显示电路；软件部分主要包括系统

初始化模块、超声波驱动与信号处理模块、显示模块等，软件采用模块化设计思想，可使程

序设计思路消晰，便于调试。

启动超声波测距系统进行测距时，首先由单片机发出 38KHz 的脉冲串，脉冲通过超声波

发射电路驱动超声波发射换能器发出超声波。单片机在发送脉冲的同时开始计时：超声波遇

到障碍物后的回波被超声波接收换能器接收，其输出的 CX20106A 处理后产生中断信号中断

单片机的计时，这样就得到了超声波的传输时间，然后在中断服务程序中根据测出的时间计

算出距离并将标志位置 1。中断返回后再发送下一串脉冲，如此反复。

[系统设计]

1.硬件设计部分

本设计所做的超声液位测量系统以 STC89C52RC 型单片机为控制核心，其外围硬件电路

包括超声波发射电路、超声波接收电路、显示电路、温度补偿电路等。它的各部分说明如下：

（1）STC89C52RC 单片机最小系统是超声波液位计的核心部分，其主要任务是：

①发出 38KHz 的脉冲串用来驱动超声波发射换能器发出超声波；

②通过定时器 T0 对超声波的传输时间进行计时；

③根据测出的时间从而计算与障碍物的距离。

④控制数据的显示。

（2）超声波发送器包括超声波产生电路和超声波发射控制电路两个部分，超声波探头

选用 CSB40T，可采用软件发生法和硬件发生法产生超声波。本设计利用单片机直接软件产

生 38kHz 的超声波信号，通过输出引脚输入至比较器，经比较器推动探头产生超声波。

（3）超声波接收电路的核心器件是红外解码芯片 CX20106A。它是用来对接收到的回波

进行放大和整形，并产生一个负跳变作为单片机的中断信号。

（4）超声波温度补偿电路主要是由温度传感器 DS18B20 测量当前温度，并将采集到的

数字信号直接传送到单片机中；然后单片机将该数值代入公式算法中进行相应的计算，从而

输出经过温度补偿的较为准确的数值。

（5）显示电路采用单片机直接驱动 LED 的方式。单片机将其计算好的数据，通过软件

转换为 BCD 码直接输出到 LED 上，这样做比较方便，而且可以减少制作成本。

发射电路的设计

发射电路的主要目的是驱动超声波发射探头的压电晶片振动，使之发出超声波，并且发

射的超声波具有一定的能量，可传播较远的距离，实现测量的目的。驱动超声发射探头工作

的方式很多，只要在探头上施加一串其频率与探头中心频率一致且能量足够大的脉冲即可。

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