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基于单片机的超声波测距仪的设计与实现可行性研究报告 目 录 摘要 4 1 绪论 5 1.1 课题背景，目的和意义 5 1.2现阶段本课题相关研究现状 5 1.3 方案论证 7 1.4本设计相关说明 8 1.5基于单片机的超声波测距系统 8 1.6硬件的设计 9 1.7论文结构的设计 10 1.8本章小结 10 2 超声波测距仪的发射与接收系统 11 2.1发射系统 11 2.1.1超声波发射器 12 2.1.2六位反向放大器74LS04 12 2.1.3超声波发射电路设计 12 2.2 接收系统 13 2.2.1接收前置放大电路CX20106 14 2.2.2 CX20106A的引脚注释 14 2.2.3超声波接收电路设计 15 2.3 发射与接收系统产品装配 16 2.4本章小结 16 3 信号的处理、控制与输出显示 17 3.1 信号的处理与控制 17 3.1.1 微处理器的介绍 17 3.1.2微处理器AT89S52 18 3.1.3 最小系统和复位电路 19 3.2输出与显示 20 3.2.1 LED数码管显示原理 20 3.2.2 LED数码管驱动显示原理 22 3.3信号的处理、控制与输出显示产品装配 23 3.4本章小结 24 4 系统软件的设计 25 4.1超声波测距仪的算法设计 25 4.2主程序 25 4.3超声波发射子程序和超声波接收中断程序 26 4.4.显示子程序 27 4.5 本章小结 28 5 电路调试及误差分析 28 5.1电路的调试 28 5.2系统的误差分析 29 5.2.1声速引起的误差 29 5.2.2单片机时间分辨率的影响 30 5.3 展望设计 31 5.4本章小结 31 结 论 32 致 谢 33 附录 35 附录一 超声波测系统原理图 35 附录二 超声波测系统原理图安装图 35 附录三 超声波测系统原理图PCB图 36 附录四 超声波测距仪产品图 36 附录五 元器件清单 37 附录六 超声波测系统原理图C语言原程序 37 摘要： 超声波是指频率在20kHz以上的声波，它属于机械波的范畴。超声波也遵循一般机械波在弹性介质中的传播规律，如在介质的分界面处发生反射和折射现象，在进入介质后被介质吸收而发生衰减等。正是因为具有这些性质，使得超声波可以用于距离的测量中。随着科技水平的不断提高，超声波测距技术被广泛应用于人们日常工作和生活之中。 本设计利用超声波在空气中的传播速度以及在发射器、障碍物和接收器之间传播的时间计算出障碍物的距离，通过一个四位的七段数码管显示出来。系统的设计主要包括两部分，即硬件电路和软件程序。硬件电路主要包括单片机电路、发射电路、接收电路、显示电路和复位电路等。硬件电路以AT89S52单片机为核心，并具有低成本、微型化等特点。软件程序主要由主程序、预置子程序、发射子程序、接收子程序、显示子程序等模块组成。硬件电路和软件程序的有序配合，完善了整个超声波测距系统。 关键词：AT89S52，超声波，测距仪，硬件，软件 1 绪论 1.1 课题背景，目的和意义 超声波测距是一种传统而实用的非接触测量方法，和激光、涡流和无线电测距方法相比，具有不受外界光及电磁场等因素的影响的优点，在比较恶劣的环境中也具有一定的适应能力，且结构简单，成本低，因此在工业控制、建筑测量、机器人定位方面得到了广泛的应用。但由于超声波传播声时难于精确捕捉，温度对声速的影响等原因，使得超声波测距的精度受到了很大的影响，限制了超声测距系统在测量精度要求更高的场合下的应用。距离是在不同的场合和控制中需要检测的一个参数，测距成为数据采集中要解决的一个问题。而由于超声波的速度相对光速小的多，其传播时间比较容易检测，并且易于定向发射，方向性好，强度好控制，因而人类采用仿真技能利用超声波测距。超声波测距是一种利用超声波特性、电子技术、光电开关相结合来实现非接触式距离测量的方法。因为它是非接触式的，所以它就能够在某些特定场合或环境比较恶劣的情况下使用。比如要测量有毒或有腐蚀性化学物质的液面高度或高速公路上快速行驶汽车之间的距离。目前基于超声波测距的精度需求和盲区减小的需求也越来越大，如油库和水箱液面的精确测量和控制，物体内气孔大小的检测和机械内部损伤的检测等。本文结合超声波精确测距的需要，进行了系统的硬件和软件设计，分析了影响超声测距精确度的多种因素，来有效提高测距系统的精度。 1.2 现阶段本课题相关研究现状 F.GALton在1876年进行了气哨实验，代表着人类第一次产生的高频声波。而我国于1956年开始超声的大规模研究。迄今，我国对超声已经广泛地在的各个领域得到发展和应用，特别要提出的是，其中一些项目能够与国际水平