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 PAGE \* MERGEFORMAT 7 1 超声波测距的制作 一、 教学内容：超声波测距 二、 教学目标 1、 知识目标 ① 理解测距的条件，理解并熟悉使用单片机I/O口点亮发光二极管的硬件接法及软件编程方法。 ② 读懂超声波测距的程序，学会用Keil和Proteus软件仿真。 2、 能力目标 ① 能模仿实例，结合实际独立各种变化的程序，并实现仿真。 ② 能初步综合实现超声波测距。 3、 情感目标 ① 提高学生对单片机的学习兴趣，树立学习单片机的信心。 ② 培养学生爱动手，勤思考的能力，并养成积极主动的习惯。 三、重点、难点 1、 重点 ① 读懂超声波测距的程序。 ② 结合实际独立设计超声波测距变化的程序，并实现仿真。 2、 难点 ① 结合实际独立设计超声波测距的程序，并实现仿真 ② 综合实现超声波测距。 四、教法、学法指导 1、 教法 主要采用演示教学法，辅助讲解、引导教学及任务教学法。 2、 学法 学生在老师的引导下，积极主动地动手操作。多联系实际勤于思考，对不明白的问题要及时主动请教老师和同学。 五、课时 8课时 六、教学过程 总体方案设计 本设计包括硬件和软件设计两个部分。模块划分为数据采集、按键控制、四位数码管显示、报警等子模块。电路结构可划分为：超声波传感器、蜂鸣器、单片机控制电路。系统总体的设计方框图如图1所示。 电源 STC89C52主控制器模块 超声波传感器模块 按键控制 4位数码管显示模块 蜂鸣器报警模块 图1 系统方框图 主控制最小系统电路如图2所示。 图2 最小系统 硬件电路总设计见图3，从以上的分析可知在本设计中要用到如下器件： STC89C52、超声波传感器、按键、四位数码管、蜂鸣器等一些单片机外围应用电路。其中D1为电源工作指示灯。电路中用到3个按键，一个是设定键, 一个加键，一个减键。 图3 总设计电路图 超声波测试模块 超声波模块采用现成的ＨＣ－ＳＲ０４超声波模块，该模块可提供 2cm-400cm 的非接触式距离感测功能，测距精度可达高到 3mm。 超声波探测模块HC-SR04的使用方法如下：IO口触发，给Trig口至少10us的高电平，启动测量；模块自动发送8个40Khz的方波，自动检测是否有信号返回；有信号返回，通过IO口Echo输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间，测试距离=（高电平时间*340）/ 2，单位为m。程序中测试功能主要由两个函数完成。 实现中采用定时器0进行定时测量，8分频，TCNTT0预设值0XCE，当timer0溢出中断发生2500次时为125ms，计算公式为（单位：ms）： T = （定时器0溢出次数 * （0XFF - 0XCE））/ 1000 其中定时器0初值计算依据分频不同而有差异。 时钟电路的设计 XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。 因为一个机器周期含有6个状态周期，而每个状态周期为2个振荡周期，所以一个机器周期共有12个振荡周期，如果外接石英晶体振荡器的振荡频率为12MHZ，一个振荡周期为1/12us，故而一个机器周期为1us。如图4所示为时钟电路。 图4时钟电路图 复位电路的设计 复位方法一般有上电自动复位和外部按键手动复位，单片机在时钟电路工作以后, 在RESET端持续给出2个机器周期的高电平时就可以完成复位操作。例如使用晶振频率为12MHz时，则复位信号持续时间应不小于2us。本设计采用的是自动复位电路。如图5示为复位电路。 图5 复位电路图 声音报警电路的设计 如下图所示，用一个Speaker和三极管、电阻接到单片机的P13引脚上，构成声音报警电路，如图6示为声音报警电路。 图6 声音报警电路图 显示模块 显示模块采用数码管显示接口电路如图7 图7 数码管电路 主程序工作流程图 按上述工作原理和硬件结构分析可知系统主程序工作流程图如下图8所示； 系统初始化 报警结束 测得距离与设定值比较，小于 距离比较，报警是否持续 开始 启动报警电路开始报警 再次检测等待下次报警 结束 Y N N Y Y N 图8主程序工作流程图 附件3：元件清单 CommentDesignatorLibRefQuantity10K 电阻R14RES2110uF 电容C1Cap Pol1112M 晶振Y116M1D 指示灯D1D1DS04 数码管DS1DS041Header 2 电源接口P2Header 21sw-灰色 电源开关SW1sw-灰色1U1 单片机U1U1