单片机与DSP中的基于51单片机超声波测距器设计

一、设计要求 　　   设计一个超声波测距器，可以应用于汽车倒车、建筑施工工地以及一些工业现场的位置监控，也可用于如液位、井深、管道长度的测量等场合。要求测量范围在0.10-3.00m，测量精度1cm，测量时与被测物体无直接接触，能够清晰稳定地显示测量结果。 　　   二、设计思路 　　    超声波传感器及其测距原理  　　    超声波是指频率高于20KHz的机械波。为了以超声波作为检测手段，必须产生超生波和接收超声波。完成这种功能的装置就是超声波传感器，习惯上称为超声波换能器或超声波探头。超声波传感器有发送器和接收器，但一个超声波传感器也可具有发送和接收声波的双重作用。超 随着科技的不断发展，超声波测距器在工业和日常生活中的应用越来越广泛。单片机作为一种功能强大的微型计算机，为超声波测距器的设计提供了多种可能。本文将重点探讨如何基于51单片机设计一个满足特定要求的超声波测距器。 超声波测距器的基本工作原理是利用超声波的特性进行距离测量。超声波是一种频率高于20kHz的机械波，它的传播速度已知，且在介质中传播时遇到障碍物会反射回来。超声波测距器通过测量超声波发射后接收反射波的时间间隔，再结合声速，便能计算出距离。在本设计中，系统必须满足0.10-3.00m的测量范围和1cm的精度要求。 为了实现这一目标，设计采用AT89S51单片机作为主控制器。AT89S51是基于51内核的单片机，具有丰富的指令集和良好的性能，适合于复杂控制程序的运行。系统中的超声波传感器负责发射和接收超声波信号，传感器通过压电效应转换能量，完成电能与声波之间的相互转换。发射时，AT89S51单片机控制超声波传感器产生40kHz的超声波信号，而在接收时，传感器捕获反射波并转换成电信号，由单片机的定时器和外部中断功能进行计时处理。 系统硬件部分主要包含三个模块：单片机系统及显示电路、超声波发射电路和超声波检测接收电路。在显示电路中，采用4位共阳LED数码管显示测量结果，由74LS244驱动段码，PNP三极管驱动位码。超声波的发射电路设计复杂，需要通过功率放大和调制电路，确保超声波能够有效发射出去。此外，单片机系统需要具备动态扫描功能，以便能够正确驱动LED显示模块。 在软件设计方面，程序主要由几个部分组成：主程序、超声波发射子程序、超声波接收中断程序和显示子程序。主程序负责整个测距器的初始化和流程控制，确保在适当的时间点激活各个子程序。超声波发射子程序负责生成发射超声波所需要的控制信号。当传感器接收到反射回来的超声波时，中断程序会开始计时，以此计算出超声波的渡越时间。显示子程序将计算结果转换为可显示的格式，并更新到LED数码管上。 为了确保测距器的性能满足设计要求，硬件的制作和调试需要精心完成。超声波发射的频率稳定性、电路板的布局和布线、以及单片机编程的准确性都会直接影响到测量结果的精确性和稳定性。而为了获得更高的精度，除了在硬件上做文章外，软件算法的优化也是必不可少的。通过算法的优化，可以过滤干扰信号，提高系统的抗干扰能力，从而提升测量精度。 基于51单片机的超声波测距器设计是一个集成电子技术、声学物理原理和嵌入式系统编程的综合性工程实践。通过精心设计和调整，所设计的测距器在汽车倒车、建筑工地、工业现场位置监控等领域具有广泛的应用潜力。更重要的是，通过不断的测试和优化，我们可以保证测距器的性能和可靠性，以满足实际应用中的各种需要。