大学本科生毕业设计（论文）
摘 要
超声波具有指向性强，能量消耗缓慢，传播距离较远等优点，所以，在利用传感器技术和自动控制技术相结合的测距方案中，超声波测距是目前应用最普遍的一种，它广泛应用于防盗、倒车雷达、水位测量、建筑施工工地以及一些工业现场。
本课题详细介绍了超声波传感器的原理和特性，以及Atmel公司的AT89C51单片机的性能和特点，并在分析了超声波测距的原理的基础上，指出了设计测距系统的思路和所需考虑的问题，给出了以AT89C51单片机为核心的低成本、高精度、微型化数字显示超声波测距仪的硬件电路和软件设计方法。该系统电路设计合理、工作稳定、性能良好、检测速度快、计算简单、易于做到实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求。
关键词：超声波；单片机；测距；AT89C51
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Abstract
Ultrasonic wave has strong pointing to nature, slowly energy consumption, propagating distance farther ,so ,in utilizing the scheme of distance finding that sensor technology automatic control technology combine together ,ultrasonic wave finds range to use the most general one at present ,it applies to guard against theft ,move backward the radar ,water level measuring ,building construction site and some industrial scenes extensively
This subject has introduced principle and characteristic of the ultrasonic sensor in detail ,and the performance and characteristic of one-chip computer AT89C51 of Atmel Company ,and on the basis of analyzing principle that ultrasonic wave finds range ,the systematic thinking and questions needed to consider that have pointed out that designs and finds range ,provide low cost , the hardware circuit of high accuracy , ultrasonic range finder of miniature digital display and software design method taking AT89C51 as the core ,this circuit of system is reasonable in design, working stability, performance good measuring speeding soon , calculating simple , apt to accomplish real-time control ,and can reach industry's practical demand in measuring the precision .
Key Words: Ultrasonic wave；One-chip computer；Range finding；AT89C51
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目 录
第1章 概 述 .................................................................................................................. 1
1.1 单片机应用系统概述 ............................................................................... 1 1.2 超声波测距系统的研究背景与意义 ....................................................... 2
第2章 超声波测距的原理 ............................................................................................ 3
2.1 超声波的基本理论 ................................................................................... 3 2.2 超声波测距系统原理 ............................................................................... 4
第3章 系统主要硬件设计 ............................................................................................ 7
3.1 方案论证与比较 ....................................................................................... 7 3.2 单片机基础知识 ..................................................................................... 11 3.3 单片机主机系统电路 ............................................................................. 18 3.4 温度采集DS18B20电路 ........................................................................ 20 3.5 LED数码管显示电路 .............................................................................. 21 3.6 超声测距系统软件实现 ......................................................................... 21
第4章 系统软件设计 .................................................................................................. 23
4.1 系统程序的结构 ..................................................................................... 23 4.2 系统主程序 ............................................................................................. 25 4.3 40KHZ超声波发生及中断子程序 ......................................................... 26 4.4 DS18B20温度采集程序 .......................................................................... 27 4.5 距离计算程序 ......................................................................................... 30 4.6 LCD显示程序 ......................................................................................... 31
第5章 试验分析 .......................................................................................................... 33
5.1 实验测试 ................................................................................................. 33 5.2 试验数据 ................................................................................................. 33 5.3 误差分析 ................................................................................................. 33 5.4 系统改进 ................................................................................................. 34
总 结 .............................................................................................................................. 35
I
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参考文献 ........................................................................................................................ 36 致 谢 .............................................................................................................................. 37 附录1 超声波测距系统原理图 ................................................................................... 38 附录2 实验源程序 ....................................................................................................... 39
II
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第1章 概 述
1.1 单片机应用系统概述
单片机是一个单芯片形态、面向控制对象的嵌入式应用计算机系统。它的出现及发展使计算机技术从通用型数值计算领域进入到智能化的控制领域。从此，计算机技术在两个重要领域——通用计算机领域和嵌入式计算机领域都得到了极其重要的发展,并正在深深地改变着我们的社会。
嵌入式系统无疑是当前最热门、最具有发展前景的IT应用之一。嵌入式系统的应用可以使传统的电子系统升级成为智能化的电子产品，使其成为具有“生命”的现代化智能系统。嵌入式系统一般应用于对实时响应要求较高的设备中，单片机作为嵌入式系统的核心部件，其应用使电子系统的智能化出现了意想不到的效果，常常无需对硬件资源做任何改动，只需更新系统软件就能使系统功能升级。现代社会中嵌入式系统无处不在，早已被应用在国防、国民经济、以及人们日常生活的各个领域，主要可以归纳为以下几个方面。
（1）军事装备：各种武器控制（火炮控制、弹道控制、炮弹引信等），坦克、舰船、轰炸等各种电子装备，雷达、电子对抗、军事通讯装备等。
（2）家用电器：各种家电产品，如数字电视、机顶盒、数码相机、VCD、DVD、可视电话、洗衣机、电冰箱、手机、智能玩具等。
（3）工业控制：各种智能仪器仪表、数控装置、可编程控制器、分布式控制系统、工业机器人、机电一体化设备、汽车电子设备等。
（4）商用设备：各种收款机、POS系统、电子秤、条形码阅读器、商务终端、IC卡输入设备、自动柜员机、防盗系统等。
（5）办公用品：复印机、打印机、传真机、扫描仪、手机、个人数字助理（PDA）、变频空调设备、通信终端、程控变换机、网络设备等。
（6）医疗电子设备：各种医疗电子仪器，如X光机、超声诊断仪、心脏起搏器、监护仪器等，以及辅助诊断系统、专家系统等。
单片机应用系统的设计包括单片机基本扩展、外围电路设计和程序设计、单片机应用系统开发环境、系统可靠性设计、电磁兼容性设计等内容。通常开发一个单片机系统的步骤如下：
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