单片机课程设计报告模板

单片机系统课程设计报告专业：学生姓名：学号：指导教师：完成日期：年月日目录1设计任务和性能指标...............................................................................................11.1设计任务..............................................................................................................11.2性能指标..............................................................................................................12设计方案...................................................................................................................12.1任务分析..............................................................................................................12.2方案设计..............................................................................................................13系统硬件设计...........................................................................................................23.1单片机的最小系统..............................................................................................23.2超声波发射电路设计..........................................................................................33.3超声波检测接收电路设计..................................................................................43.4温度采集电路......................................................................................................43.5LCD液晶显示.....................................................................................................54系统软件设计...........................................................................................................64.1主程序设计.........................................................................................................64.2DS18B20测温及显示程序设计.........................................................................64.3超声波发射及接收程序设计.............................................................................74.4计算距离子程序设计.........................................................................................75调试及性能分析.......................................................................................................85.1调试分析............................................................................................................85.1.1软件调试.......................................................................................................85.1.2硬件调试.......................................................................................................85.1.3系统功能调试...............................................................................................85.2性能分析............................................................................................................96心得体会...................................................................................................................9参考文献.....................................................................................................................11附录1系统原理图....................................................................................................12附录2程序清单........................................................................................................1311设计任务和性能指标1.1设计任务设计一个超声波测距器，可应用在汽车倒车、建筑施工工地以及一些工业现场的位置测控，也可用于如液位、井深、管道长度的测量等场合。1.2性能指标⑴测量范围10—80cm；⑵测量精度1cm；⑶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。选做⑴测量范围扩展为10cm—4m，提高测量精度；⑵语音播报测量结果。2设计方案2.1任务分析超声波测距仪是利用超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。超声波在空气中的传播速度为340m/s，根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物的距离(s)，即：s=340t/2。超声波测距主要应用于倒车雷达、建筑施工工地以及一些工业现场，例如：液位、井深、管道长度等场合。目前国内一般使用专用集成电路设计超声波测距仪，但是专用集成电路的成本很高，并且没有显示，操作使用很不方便。超声波指向性强,穿透能力强,能量消耗缓慢,在介质中传播的距离较远,因而超声波经常用于距离的测量。如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。但由于超声波传感器的成本较高,所以一般运用于专业领域,民用产品中运用较少。考虑到一般情况下对测距的要求较低,可在一定程度上牺牲其精确度和测距范围,从而降低成本,使其运用范围大大扩展。超声波测距系统主要由声波发射电路、回波接收电路以及信号采集电路、温度补偿电路等组成。2.2方案设计按照系统设计的功能的要求，初步确定设计系统由主控模块、超声波发送模2块、超声波接收模块、测温模块、显示模块共五个模块组成，电路系统构成框图如图2.1所示。主控芯片使用51系列AT89C52单片机，采用高性能的静态80C51设计，由先进工艺制造，并带有非易失性Flash程序存储器。它是一种高性能、低功耗的8位COMS微处理芯片，市场应用最多。⑴超声波发射电路本设计中用到的压电式超声波发生器是利用内藏的压电晶体的压电效应。压电晶体在外电场作用下会产生机械变形，或者使压电晶体变形也会产生电压，前者称为逆压电效应，后者称为正压电效应。利用压电晶体的逆压电效应，电路的高频电压会转换为高频机械振动，以产生超声波，作为超声波发生探头，利用压电晶体的正压电效应可将接收的超声波振动转换成电信号，作为超声波接收探头。⑵超声波接收电路超声波接收电路的作用是对接收的超声波信号进行放大，并将放大后的信号处理成系统可以处理的电平信号。⑶温度补偿电路超声波是一种声波，其声速c与温度有关。如果测距精度要求很高时，则应通过温度补偿的方法加以校正。温度测量可以使用数字温度传感器DS18B20。⑷超声波测距器的算法设计超声波测距的原理即超声波发生器T在某一时刻发出一个超声波信号，当这个超声波遇到被测物体后发射回来，就被超声波接收器R所接收到。这样只要计算出从发出超声波信号到返回信号所用的时间，就可以算出超声波发生器与反射物体的距离。距离的计算公式为：22tcsd其中d为被测物体与测距器的距离，s为声波来回的路程，c为声速，t为声波来回所用的时间。单片机最小系统超声波接收电路超声波发送电路温度检测电路显示电路图2.1系统硬件框图3系统硬件设计3.1单片机的最小系统ATMEL公司生产的AT89C52单片机它是硬件电路的核心部分，时钟电路晶振3使用12MHz，复位电路采取按键复位方式。具体连接图3.1和图3.2。图3.1单片机系统的时钟电路图3.2单片机系统的复位电路3.2超声波发射电路设计发射电路主要由反相器74LS04和超声波发射换能器T构成，单片机P0.7端口输出的40kHz方波信号一路经一级反相器后送到超声波换能器的一个电极，另一路经两级反相器后送到超声波换能器的另一个电极。用这种推挽形式将方波信号加到超声波换能器两端，可以提高超声波的发射强度。输出端采用两个反向器并联，用以提高驱动能力。上拉电阻5R、6R一方面可以提高反向器74LS04输出高电平的驱动能力，另一方面可以增加超声波换能器的阻尼效果，缩短其自由振荡的时间。电路接线图如图3.3。4图3.3超声波发射电路原理图3.3超声波检测接收电路设计集成电路CX20106A是一款红外线检波接收的专用芯片，常用于电视机红外遥控接收器。考虑到红外遥控常用的载波频率kHz较为接近，可以利用它制作检测接收电路。用CX20106A接收超声波，具有很高的灵敏度和较强的抗干扰能力。接线图如3.4图3.4超声波检测接收电路图3.4温度采集电路温度采集电路采用DS18B20温度传感器，内部结构如图3.5。该温度传感器是美国DALLAS半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器，与