1、成绩 课程设计报告题 目 超声波测距系统设计 课 程 名 称 单片机原理及应用 院 部 名 称 机电工程学院 专 业 电气工程及其自动化 班 级 12电气工程及其自动化（单） 学 生 姓 名 学 号 课程设计地点 工科楼 C304 课程设计学时 20 指 导 教 师 金陵科技学院教务处制目 录一 、概述31.1课程设计应达到的目的4 1.2 超声波测距系统设计4二、总体设计方案及说明42.1系统总体设计思路42.2系统总体设计框图5三、系统硬件电路设计5 3.1 单片机的最小系统6 3.1.1AT89C51单片机的功能与特点6 3.2系统原理分析6 3.2.1超声波测距原理6 3.3 超声波传
2、感器检测电路6 3.3.1超声波检测电路图7 3.3.2 超声波发生及感应过程7 3.4 超声波测距接收7 3.4.1 HC-SR04模块7 3.4.2 T40、R40超声波传感装置介绍7 3.5 SCM1602显示模块9四 、系统软件部分设计11 4.1 软件流程图11 4.1.1主程序流程图11 4.1.2超声波发生子程序11 4.2 系统源程序12五、系统仿真过程与结果13 5.1 Proteus仿真软件14 5.2仿真编译过程14 5.3仿真效果图15六 、实物展示166.1实物元件与过程16 6.2实物运行与调试15 6.3实物总结15七、总结18八 、参考文献19附录，原理图20摘
3、 要本设计采用了AT89C51作为中心处理器，HC-SR04模块进行超声波方面的发生与感应。然后介绍了总体的系统设计框图、思路及元件选型。接下来，分硬件和软件两部分进行了设计的分析。硬件方面首先构建了一单片机最小系统，然后集成各芯片完成设计。软件方面通过外部中断，定时器中断等完成开发的子程序的调用。最后重点详细地讲述了关于超声波模块的电路及收发过程。最后进行了系统仿真，仿真结果表明，所设计的系统能够满足要求。本系统具有成本低，可靠性高和安全实用等特点，广泛应用于社会生活的各个领域。 关键词：AT89C51单片机；超声波模块；最小系统一、概述1.1课程设计应达到的目的通过本课程设计，使学生掌握控
4、制系统设计的一般步骤，掌握系统总体控制方案的设计方法。使学生进一步掌握微型计算机应用系统的硬、软件开发方法，输入/输出(I/O)接口技术，应用程序设计技术，并能结合专业设计简单实用的单片机应用系统。针对课堂重点讲授内容使学生加深对单片机硬件原理的理解及提高C51语言程序设计的能力，为以后的毕业设计搭建了单片机系统应用平台，提高学生的开发创新能力。1.2超声波测距系统设计设计一个基于单片机的超声波测距系统，要求：（1）系统功能：测距范围：3cm-450cm，通过LCD1602显示距离。（2）给出系统设计方案，画出硬件连线图，并说明工作原理；（3）画出程序框图并编写程序。二、系统总体方案设计2.1
5、 系统总体设计思路本设计的构建是基于89C51单片机外围芯片的超声信号检测的。超声波发生模块送出片刻的40KHz的矩形波信号，遇物体反射后，被超声波接收模块接收并作为本设计的Input，单片机对此信号进行判断加工处理后，把计算出的距离结果传到LCD显示屏上，当检测距离小于预设值时报警模块工作。本设计的硬件部分主要由AT89C51单片机控制模块、超声波发出和接收模块、预警模块以及LCD显示模块等几部分组成。系统的总体结构设计框图如图1.1所示。本设计的软件部分由C语言编写，程序采用模块化设计思想，将各功能单独程序化成子程序块并进行debug，在完成主程序段的编写和子程序的调用。系统软件部分主要i
6、nclude主程序段、delay子程序块、超声波发生与感应子程序块等。2.2 系统总体设计框图本设计采用AT89C51为控制核心，由电源电路、单片机外围电路、发射电路、接收电路、显示电路、报警电路等部分组成，系统设计框图如图1.1所示。其主要需完成任务是对传感器到障碍物中间的距离的测量及对测出距离的显示以及小于预设值时的报警。图1.1 系统总体设计框图三、系统硬件部分设计3.1单片机最小系统单片机最小系统：能让单片机regular work的最小硬件单元系统，如图3.4所示。 一般具有:复位circuit;时钟震荡circuit。此外，ISP下载口也belong单片机最小系统。 复位电路如图2
7、.2所示。图2.2 复位电路图复位电路可将系统重置至一个已知的状态。从单片机内部来看，复位电路工作后，CPU将一些厂商早先设定的数载入至寄存器。该电路的principle是将Capacitance与Resistance接至复位引脚RST，组成Power on reset的功能。当Reset level持续两个machine cycle以上时，reset有效。具体数值需由RC电路计算出time constant t=RC1(t10ms)。复位电路包括Reset button和Power on reset。（1）Reset button：并联一开关在复位电容上。按下开关，电容释放之前的电量，同时，
8、复位引脚电压的拉高完成Reset。(2)Power on reset：在RST上外接一个RC充放电导电回路，即加入一个电容（一般为10uF）串联至电源+5v，再加入一个电阻器（一般为10K）串联至保护地。此外，要保证Reset成功，需使上电时复位引脚有足够时间的high level。振荡电路如图2.3所示。 图2.3 振荡电路图振荡电路也叫做晶振电路，任务是为CPU设定时钟频率。单片机运行所有语句的时间都由时钟频率决定。clock frequency越高，CPU运行越快。单片机一般从外部接入时钟频率，典型的clock frequency有11.0592MHz/12MHz。单片机通常共用一个晶体
9、振荡器来满足各部分同步运行。具体振荡器经常与锁相环回路一起工作，以方便为系统提供clock frequency。图2.4单片机最小系统3.1.1 AT89C51单片机的功能与特点AT89C51是一种具有low voltage、low power consumption且high-performance等优点的八位单片机。其内部的芯片包含了一个8位微处理器、一个二百五十六字节数据存储器及一个四千字节程序存储器。CMOS工艺与UNRAM技术在AT89C51的制作过程中被使用，且它的指令集合和输出引脚都与早期美国INTECo.于1980年研制的MCS-51单片机相兼容。AT89C51因将闪存与8位C
10、PU结合在一个芯片中而成为一款高性能单片机，89LV51是它的一个低电压版本。AT89C51单片机已成为一种灵活性高、功能强且价格实惠并在各种控制领域被普遍运用的方案。外型及管脚排列如图所示。 功能概述AT89C51 含满足国标的功能：片内振荡器及时钟发生电路、4KB程序存储器 Flash ROM（保留表格、数据及程序）、256B数据存储器RAM/SFR（保留可以READ/WRITE的数据）、两个16位定时/计数器、四个8位I/O 口线、一个五中断源二优先级中断系统、一个双向信号传输UART串行通信口。而且，AT89C51可以执行静态逻辑操作，此时最低的工作频率可为0Hz，并有两种省电运行模式
11、可供软件运行。Idle Mode可将CPU处于停止运行状态，但允许中断控制系统、串行通讯口、定时/计数器以及随机存取存储器持续运行。Power Mode直到下一次硬件复位都会停止运行振荡器并且不允许其它所有部件运行但会保留片内随机存取存储器中的数据。 AT89CA51 引脚功能说明VCC：供电电压。GND：接地。P0端：P0端为一组8位Open Drain型双向input/output端，也即地址/总线复位端。每端能驱动8位TTL逻辑门。当P0端被置为1时，其变便成为高阻抗输入端。P0端可被外部程序DATA存储器使用，此时，其被当作DATA/ADDRESS的低八位使用。在闪存（Flash）进行program工作时，P0 端输入命令，当闪存（Flash）运行check任务时，P0端输出命令，同时，确保P0端外部已连有pull-up resistor。P1端：P1端是一组配有内部pull-up resistor的双向input/output端，为功能最单一的一组端口。P2端：P2端也是一组配有内部上拉电阻的双向input/output端。当cpu访问外部存储器时，P2端输出
