1 目 錄 1緒論 2硬件結(jié)構(gòu) 2.1 核心元件 單片機(jī) 2.2超聲波探頭結(jié) 構(gòu)與測(cè)距原理 3.課題設(shè)計(jì)過(guò)程 3.1課題分析 3.2方法論證 3.2.1 鍵盤(pán)模塊論證 3.2.2 發(fā)射、接受模塊論證 3.2.3 驅(qū)動(dòng)和動(dòng)態(tài)顯示模塊論證 3.2.4 驅(qū)動(dòng)水泵模塊論證 3.2.5 單片機(jī)模塊論證 3.3方案實(shí)現(xiàn) 3.3.1 鍵盤(pán)模塊設(shè)計(jì) 3.3.2 發(fā)射、接受模塊設(shè)計(jì) 3.3.3 驅(qū)動(dòng)和動(dòng)態(tài)顯示模塊設(shè)計(jì) 3.3.4 驅(qū)動(dòng)水泵模塊設(shè)計(jì) 3.4調(diào)式 3.4.1硬件電路調(diào)試 3.4.2系統(tǒng)軟件調(diào)試 3.4.3系統(tǒng)綜合調(diào)試 4.總結(jié) 4.1提出常遇到的問(wèn)題 4.2如何解決問(wèn)題 結(jié)論 謝辭 參考文獻(xiàn) 附錄 附錄 附錄 C 2 超聲波液位控制系統(tǒng) 摘要： 本設(shè)計(jì)利用超聲波指向性強(qiáng)，能力消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播距離較遠(yuǎn)，利用超聲波檢測(cè)往往速度比較快，方便、計(jì)算簡(jiǎn)單、精度高、性能強(qiáng)、易于做到實(shí)時(shí)控制。本超聲波液位控制系統(tǒng)采用了 89C51單片機(jī)為核心，利用它直接產(chǎn)生 40Khz的超聲波振蕩，經(jīng)三極管放大，驅(qū)動(dòng)超聲波發(fā)射器，由接收放大電路放大，送 89C51 檢測(cè)回波，計(jì)算收發(fā)的時(shí)間差，算出距離，處理后送顯示電路顯示液位高 度，同時(shí)控制繼電器驅(qū)動(dòng)泵電路，從而驅(qū)動(dòng)水泵，使液位得到合適的位置。本超聲波液位控制系統(tǒng)還有個(gè)最大的特點(diǎn)，能可以用鍵盤(pán)來(lái)設(shè)置你所要的高度，而且體積小、重量輕、拆裝方便，可以適應(yīng)各種各樣的場(chǎng)合。 關(guān)鍵詞： 單片機(jī) ;超聲波 ;液位控制 3 1.緒 論 在這個(gè)高科技、高信息的時(shí)代里，科技是主流，信息是源泉。為了能適宜這個(gè)社會(huì)，高科技的產(chǎn)品就不斷誕生。因此要大量的人才，去開(kāi)發(fā)和創(chuàng)造高科技產(chǎn)品。 隨著時(shí)代的不斷進(jìn)步， 液位控制系統(tǒng)也 迅速地得到應(yīng)用和提高，在目前也基本完善，大到工業(yè)、農(nóng) 業(yè)，小到小區(qū)、家庭。超聲波液位控制系統(tǒng)解決了以往做不到的事，節(jié)省了大量的時(shí)間，節(jié)約了寶貴資源，保證了國(guó)家財(cái)產(chǎn)，如水庫(kù)、水塔、煉油等應(yīng)用領(lǐng)域。為了讓更多的人掌握和應(yīng)用該系統(tǒng)，本課題提出以基礎(chǔ)為準(zhǔn)，單片機(jī)為核心內(nèi)容，掌握超聲波的測(cè)距原理和超聲波內(nèi)部結(jié)構(gòu)，通過(guò)超聲波測(cè)距原理，在深入掌握液位控制系統(tǒng)，最后綜合整個(gè)液位控制系統(tǒng)，熟練掌握超聲波液位控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)與設(shè)置。 2.硬件結(jié)構(gòu) 2.1 核心元件 單片機(jī) 整個(gè)的電路都由單片機(jī)來(lái)控制實(shí)現(xiàn)。 所謂單片機(jī)就是單片微型計(jì)算機(jī)，是將微機(jī)的主要組成部分（包括中央處理器 CPU、一定容量的存儲(chǔ)器 RAM和 ROM，以及輸入輸出 I/O接口電路等）集成在一塊芯片上的計(jì)算機(jī) AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（ FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS8 位微處理器，俗稱(chēng)單片機(jī)。 AT89C51具有下列主要性能 ： 。 4KB可改編程序 Flash存儲(chǔ)器 （可經(jīng)受 1， 000次的寫(xiě)入 /擦除周期） 。全靜態(tài)工作： 0Hz24MHz 。三級(jí)程序存儲(chǔ)保密 。 128*8字節(jié)內(nèi)部 RAM 。 32條可編程 I/O線 。 2個(gè) 16位定時(shí)器 /計(jì)時(shí)器 。 6個(gè)中斷源 ?？删幊檀型ǖ?。片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器 另外， AT89C51是用靜態(tài)邏輯來(lái)設(shè)計(jì)的其工作頻率可下降到 0Hz,并提供兩種可用軟件來(lái)先擇的省電方式 空閑方式（ Idle Mode）和掉電方式（ Power Down Mode）。在空閑方式中， CPU停止工作，而 RAM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串行口和中斷系統(tǒng)都繼續(xù)工作，在掉電方式中，片內(nèi)振蕩器停止工作，由于時(shí)鐘被 “凍結(jié) ”，使一切功能都暫停，只保存片內(nèi) RAM中的內(nèi)容，真到下次硬件復(fù)位為止。 引腳說(shuō)明 如圖 2.1 EA/ VP31X119X218R ES ET9RD17WR16IN T012IN T113T014T115P 101P 112P 123P 134P 145P 156P 167P 178P 0039P 0138P 0237P 0336P 0435P 0534P 0633P 0732P 2021P 2122P 2223P 2324P 2425P 2526P 2627P 2728P SEN29A LE/P30TXD11R XD10 4 VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0口：分時(shí)復(fù)用的地址 /數(shù)據(jù)總線 P1口： P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8位雙向 I/O口。 P2口：地址總線。 P3口：雙功能總線即地址總線和控制總線。 在 AT89C51中， P3端口還用于一些專(zhuān)門(mén)功能，這些兼用功能見(jiàn)表一。 表 2.1 端口引腳 兼用功能 P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7 RXD(串行輸入口 ) TXD(串行輸出口 ) INT0(外部中斷 0) INT1(外部中斷 1) T0(定時(shí)器 0的外部 輸入 ) T1(定時(shí)器 1的外部輸入 ) WR(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選項(xiàng) ) RD(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通 ) 在對(duì) Flash編程或程序驗(yàn)證時(shí)， P3還接收一些控制信號(hào)。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。 2.2 超聲波探頭結(jié)構(gòu)與測(cè)距原理 2.2.1 超聲波發(fā)生器 為了研究和利用超聲波 ,人們已經(jīng)設(shè)計(jì)和制造了許多超聲波發(fā)生器?？傮w上講 ,超聲波發(fā)生器可以分兩類(lèi) :一類(lèi)是用電氣方式和產(chǎn)生超聲波 ,另一類(lèi)是用機(jī)械產(chǎn)生超聲波。電氣方式包括壓電型、磁致伸縮型和電動(dòng)型；機(jī)械方式有加爾統(tǒng)笛、液哨和氣流旋笛等。他們所產(chǎn)生的超聲波的頻率、功率和聲波特性各不相同，因而用途也各不相同。目前較為常見(jiàn)的是壓電式超聲波發(fā)生器。 2.2.2 壓電式超聲波發(fā)生器原理 壓電式超聲波發(fā)生器實(shí)際上是利用壓電晶體的諧振來(lái)工作的。超聲波發(fā)生器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 1 所示，它有兩個(gè)壓電晶體片和一個(gè)共振 板。當(dāng)它的兩極外加脈沖信號(hào)，其頻率等于壓電晶體片的固有振動(dòng)頻率時(shí)，壓電晶體片將會(huì)發(fā)生共振，并帶動(dòng)共振板振動(dòng)，便產(chǎn)生超聲波。反之，如果兩電極間未外加電壓，當(dāng)共振板接收到超聲波時(shí)，將壓迫壓電晶體片作振動(dòng)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，這時(shí)它就成為超聲波接收器了 5 2.2.3 超聲波測(cè)距原理 超聲波發(fā)生器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時(shí)刻的同時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來(lái)，超聲波接收器收到反射波就立即停 止計(jì)時(shí)。超聲波在空氣中傳播速度為 340m/s，根據(jù)計(jì)時(shí)器記錄的時(shí)間 t，就可以算出發(fā)射點(diǎn)的距障礙物的距離（ s），即 s=340t/2，這 就是所謂的時(shí)間測(cè)距法。（渡越時(shí)間法 ） 3.系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3.1 課題分析 本課題主要的核心是單片機(jī)，根據(jù)超聲波測(cè)距的原理，再加上一些外部元件和相應(yīng)的程序即可實(shí)現(xiàn)。見(jiàn)框圖 4.1和原理圖 4.2 圖 4.1 超聲波液位控制系統(tǒng)框圖 單片機(jī) 鍵盤(pán) 接收 發(fā)射 驅(qū)動(dòng)顯示 驅(qū)動(dòng)水泵 6 E A / V P31X119X218R E S E T9RD17WR16I N T 012I N T 113T014T115P 1 01P 1 12P 1 23P 1 34P 1 45P 1 56P 1 67P 1 78P 0 039P 0 138P 0 237P 0 336P 0 435P 0 534P 0 633P 0 732P 2 021P 2 122P 2 223P 2 324P 2 425P 2 526P 2 627P 2 728P S E N29A L E / P30T X D11R X D10U18 0 5 1 A HD12D23D34D45D56D67D78D89Q118Q217Q316Q415Q514Q613Q712Q811E11E219U37 4 L S 5 4 1R 1 01 0 0R 1 11 0 0R 1 21 0 0R 1 31 0 0R 1 41 0 0R 1 51 0 0R91 0 0abfcgdeV C C1234567abcdefg8dpdp9D S 2R E D C AabfcgdeV C C1234567abcdefg8dpdp9D S 3R E D C AabfcgdeV C C1234567abcdefg8dpdp9D S 1R E D C AS1S W - P BS2S W - P BS3S W - P BS4S W - P BS9S W - P BS5S W - P BS6S W - P BS7S W - P BS8S W - P BS 1 2S W - P BS 1 1S W - P BS 1 0S W - P BS 1 3S W - P BS 1 4S W - P BS 1 5S W - P BS 1 6S W - P BY12 4 MC13 3 PC23 3 PQ19 0 1 3Q29 0 1 3K1R E L A Y - S P D TV C CR 1 71K+ C31 0 uR 1 62 0 0S 1 7S W - P BV C C1 2U 2 A7 4 F 0 41110U 2 E7 4 F 0 41312U 2 F7 4 F 0 43 4U 2 B7 4 F 0 456U 2 C7 4 F 0 498U 2 D7 4 F 0 4R 1 91 0 0 KR 2 01 0 0 KR 2 11KR 2 21KR 2 32 0 KR 2 41 0 KV C C1234J1C O N 4C4 1 0 0 0 u F1 32V VG N DIN O U TU47 8 L 0 5C71 0 0 u FV C CD0D1D2D3D4D5D6D0D1D2D3D4D5D6R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7D7 D7R81 0 K x 8V C CC94 7 u FC84 7 u FR 1 86 8 0D11 N 4 0 0 1D31 N 4 0 0 1D51 N 4 0 0 1D41 N 4 0 0 1D21 N 4 0 0 1D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7D1D2D3D4D5D6D7D1D2D3D4D5D6D7D1D2D3D4D5D6D7123J4C O N 3C50 .1 u FC60 .1 u F11221122C 1 04 7 u F圖 4.2 超聲波液位控制系統(tǒng)原理圖 3.2 方案論證 通過(guò)圖 4.1 所示分析該電路有鍵盤(pán)、發(fā)射、接 受、單片機(jī)、驅(qū)動(dòng)顯示、驅(qū)動(dòng)水泵等 6 個(gè)模塊組成超聲波液位控制系統(tǒng)，各部分的功能分析如下。 3.2.1 鍵盤(pán)模塊論證 鍵盤(pán)的任務(wù)是用來(lái)設(shè)定液位的最高點(diǎn)和最低點(diǎn)的值。如果不用鍵盤(pán)設(shè)置固定參數(shù)，那么就談不上是液位控制了。所以說(shuō)鍵盤(pán)設(shè)置絕定整個(gè)系統(tǒng)好壞的關(guān)鍵。設(shè)高了，那就等于沒(méi)設(shè)，等液體到最高的時(shí)候就漏出了；設(shè)低了，當(dāng)液體排泄完了還不能準(zhǔn)確的給容器罐水。那如何準(zhǔn)確的設(shè)定呢？其實(shí)要看容器高低了，還要看你所需的高度，不能超過(guò)容器的高度。用 16個(gè)按鍵組成來(lái)實(shí)現(xiàn)鍵盤(pán)。見(jiàn)圖 4.3所示 3.2.2 發(fā)射、接受模塊論證 它們是整個(gè)系統(tǒng)中的眼睛，能準(zhǔn)確無(wú)誤的看出液位的高度。發(fā)射模塊任務(wù)是發(fā)出 40KHZ頻率的超聲波；接收模塊任務(wù)是接收發(fā)來(lái)的超聲波，一般采用壓電式超聲波發(fā)生器?？梢赃x一對(duì) UCM40T UCM40R配對(duì)超聲波發(fā)生器在加上非門(mén)來(lái)實(shí)現(xiàn)。接收模塊還采用了三級(jí)放大電路，能夠放大 1000倍，使微弱的信號(hào)得到放大，來(lái)符合單片機(jī)要求的信號(hào)。見(jiàn)圖 4.4所示 3.2.3 驅(qū)動(dòng)和動(dòng)態(tài)顯示論證 它可是一個(gè)不普通的鏡子，可以照出最后的結(jié)果，能讓人直接醒目的看到他的結(jié)果，這就是它的任務(wù)。它采用了驅(qū)動(dòng)集成塊 74HC54和 3個(gè)數(shù)碼管來(lái)實(shí)現(xiàn)。他顯示的最大值、最小值不會(huì)超過(guò)鍵盤(pán)設(shè) 7 置的最大值、最小值。這里還要要特別主要數(shù)碼管是共陰，還是共陽(yáng)。見(jiàn)圖 4.5 所示 3.2.4 驅(qū)動(dòng)水泵論證 他的任務(wù)是驅(qū)動(dòng)水泵開(kāi)關(guān)，是容器里的液體得到平衡狀態(tài)。它可是整個(gè)系統(tǒng)中的手足，采用一個(gè)繼電器和一個(gè)三級(jí)管來(lái)實(shí)現(xiàn)，這里的續(xù)流二級(jí)管要特別注意，它是來(lái)保護(hù)繼電器，消除浪涌電流。如圖 4.6所示。 其接口電路是把所有顯示器的 8個(gè)筆劃段 a-h同名端連在一起，而每一個(gè)顯示器的公共極 COM是各自獨(dú)立地受 I/O線控制。 CPU向字段輸出口送出字形碼時(shí)，所有顯示器接 收到相同的字形碼，但究竟是那個(gè)顯示器亮，則取決于 COM端，而這一端是由 I/O控制的，所以我們就可以自行決定何時(shí)顯示哪一位了。而所謂動(dòng)態(tài)掃描就是指我們采用分時(shí)的方法，輪流控制各個(gè)顯示器的 COM端，使各個(gè)顯示器輪流點(diǎn)亮。在輪流點(diǎn)亮掃描過(guò)程中，每位顯示器的點(diǎn)亮?xí)r間是極為短暫的（約 1ms），但由于人的視覺(jué)暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位顯示器并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會(huì)有閃爍感。 3.2.5 單片機(jī)模塊論證 它是整個(gè)系統(tǒng)中的核心，也是整個(gè)系統(tǒng)的大腦。他是 處理整個(gè)系統(tǒng)的所以問(wèn)題，前面的什么眼睛、手足等都是受它支配的，它用儲(chǔ)存和運(yùn)算、控制功能。采用一塊 MCS-51 單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。見(jiàn)圖2.1所示 3.3 方案實(shí)現(xiàn) 3.3.1 鍵盤(pán)程序設(shè)計(jì) 鍵盤(pán)的結(jié)構(gòu)有行列式、獨(dú)立式兩種。見(jiàn)圖 4.3 鍵盤(pán)電路采用的是行列式。鍵盤(pán)怎樣去鍵值的呢？鍵值 =列值 *行值 如 0=11101110 1=11011110 2=10111110 程序如下： MOV P1， #0FOH MOV A， P1 MOV 50H， A MOV P1， #0FH MOV A， P1 ORL A， 50H MOV R0， #16 MOV R1， #00 MOV 50H， A MOV A， #0 MOV DPTR， #L1 L2： MOVC A， A+DPTR E A / V P31X119X218R E S E T9RD17WR16I N T 012I N T 113T014T115P 1 01P 1 12P 1 23P 1 34P 1 45P 1 56P 1 67P 1 78P 0 039P 0 138P 0 237P 0 336P 0 435P 0 534P 0 633P 0 732P 2 021P 2 122P 2 223P 2 324P 2 425P 2 526P 2 627P 2 728P S E N29A L E / P30T X D11R X D10U18 0 5 1 A HS1S W - P BS2S W - P BS3S W - P BS4S W - P BS9S W - P BS5S W - P BS6S W - P BS7S W - P BS8S W - P BS 1 2S W - P BS 1 1S W - P BS 1 0S W - P BS 1 3S W - P BS 1 4S W - P BS 1 5S W - P BS 1 6S W - P B 8 CJNE A， 50H， L1 MOV A， R1 RET L1： INC R1 MOV A， R1 DJNZ R0， L2 RET 3.3.2 發(fā)射、接受程序設(shè)計(jì) 超聲波 頻率為 40kHz 左右的超聲波在空氣中傳播的效率最佳；同時(shí)，為了方便處理，發(fā)射的超聲 波 被調(diào)制成 40kHz 左右、具有一定間隔的調(diào)制脈沖波信號(hào)。 該測(cè)距系統(tǒng) 見(jiàn) 圖 4.3 所示。由圖 可見(jiàn)，測(cè)距系統(tǒng)由超聲波發(fā)送、接收、時(shí)間計(jì)測(cè) 三 個(gè)部分組成。 超聲波發(fā)送脈沖如圖 2 所示。 40kHz 的超聲波發(fā)送脈沖信號(hào)由單片機(jī) MCS-51 的 P2.5 口送出，其脈沖寬度及脈沖間隔均由軟件控制。脈沖寬度約為 125s 200s，即在一個(gè)調(diào)制脈沖內(nèi)包 5 8個(gè) 40kHz 的方波 。 超聲波在空氣中的傳播速度為 340m/s，根據(jù)計(jì)時(shí)器記錄的時(shí)間 t，就可以計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)距障礙物的距離（ s） ,即 s=340t/2。圖 4.4 就是超聲波測(cè)距電路，設(shè) L為容器的高， Z為容器底到液位的高度，也就是 Z=L-S 超聲波接收有三級(jí)管和非門(mén)組的放大電路，因?yàn)?聲的回波很弱，因而轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的 幅值也較小，為此要求將信號(hào)放大 1000 倍左右。采有三級(jí)放大 ，將放大的信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)給單片機(jī) P2.7口，在這時(shí)候，單片機(jī)停止計(jì)時(shí)，這樣不斷的循環(huán)，當(dāng)液位到達(dá)最高或最低時(shí)，停止工作。見(jiàn)圖 .所示 9 超過(guò)波從發(fā)射到接收的間隔時(shí)間的測(cè)定是由單片機(jī)內(nèi)部的計(jì)數(shù)器 T1 來(lái)完成的。在調(diào)試過(guò)程中出現(xiàn)的發(fā)送部分與接收部分的直接串?dāng)_問(wèn)題是由于換能器之間的距離不大，有部分聲波未經(jīng)被測(cè)物就 直接繞射到接收換能器上。從發(fā)射開(kāi)始一直到 “虛假反射波 ”結(jié)束這段時(shí)間，通 過(guò)控制觸發(fā)器 (74LS74) 不能觸發(fā)，從而不會(huì)發(fā)中斷申請(qǐng)，可有效躲避干擾，但也會(huì)形成所謂的 “盲區(qū) ”。本系統(tǒng)的盲區(qū)約為20cm 左右。 系統(tǒng)最大測(cè)距誤差在 8cm 左右，測(cè)距的盲區(qū)為 20cm。測(cè)距誤差主要來(lái)源于以下幾個(gè)方面 。 超聲波波束對(duì)探測(cè)目標(biāo)的入射角的影響； 超聲波回波聲強(qiáng)與待測(cè)距離的遠(yuǎn)近有直接關(guān)系，所以實(shí)際測(cè)量時(shí)，不一定是第 一 回波的過(guò)零點(diǎn)觸發(fā)； 超聲波傳播速度對(duì)測(cè)距的影響。穩(wěn)定準(zhǔn)確的超聲波傳播速度是保證測(cè)量精度的必要條件，波的傳播速度取決于傳播媒質(zhì)的特性。傳播媒質(zhì)的溫度、壓力、密度對(duì)聲速都將產(chǎn)生 直接的影響。因此需對(duì)聲速加以修正。對(duì)于測(cè)距而言，引起聲速變化的主要原因是媒質(zhì)溫度的變化。本文采用聲速預(yù)置和媒質(zhì)溫度測(cè)量結(jié)合的方法對(duì)聲速進(jìn)行修正，可有效地消除溫度變化對(duì)精度的影響 。 影響測(cè)量誤差的因素很多，還包括現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境干擾、時(shí)基脈沖頻率等 。 本系統(tǒng)硬件簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)、測(cè)距范圍比較大、測(cè)量誤差可以控制在 4cm 左右。超聲測(cè)距系統(tǒng)向上位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)和下位機(jī)的數(shù)據(jù)采集相互獨(dú)立，可以同時(shí)進(jìn)行，保證了測(cè)距數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性。 本系統(tǒng) 軟件分兩部分：主程序和中斷服務(wù)程序 E A / V P31X119X218R E S E T9RD17WR16I N T 012I N T 113T014T115P 1 01P 1 12P 1 23P 1 34P 1 45P 1 56P 1 67P 1 78P 0 039P 0 138P 0 237P 0 336P 0 435P 0 534P 0 633P 0 732P 2 021P 2 122P 2 223P 2 324P 2 425P 2 526P 2 627P 2 728P S E N29A L E / P30T X D11R X D10U18 0 5 1 A HQ29 0 1 31 2U 2 A7 4 F 0 41110U 2 E7 4 F 0 41312U 2 F7 4 F 0 43 4U 2 B7 4 F 0 456U 2 C7 4 F 0 498U 2 D7 4 F 0 4R 1 91 0 0 KR 2 01 0 0 KR 2 11KR 2 21KR 2 32 0 KR 2 41 0 KV C CC94 7 u FC84 7 u F11221122C 1 04 7 u F 10 發(fā)射超聲波程序 ： SETB P2.6 NOP ACALL CSB NOP CLR P2.6 NOP CSB: NOP NOP NOP NOP L1: NOP NOP NOP NOP NOP NOP NOP NOP NOP NOP NOP CPL TX NOP DJNZ R0,L1 NOP RET NOP NOP NOP NOP 超聲波接受信號(hào)是由以下程序執(zhí)行的： RECEIVE:CLR TR1 11 MOV 36H,TH1 MOV 37H,TL1 MOV A,37H SUBB A,0F0H JC LL LL: MOV 3EH,99H RET 3.3.3 驅(qū)動(dòng)和動(dòng)態(tài)顯示設(shè)計(jì) 驅(qū)動(dòng)有 74HC54集成塊實(shí)現(xiàn)， D1 D8 跟單片機(jī) P0口連，每個(gè)腳加上一個(gè) 上拉電阻， Q1 Q7 通過(guò)電阻 100分別接到每個(gè)數(shù)碼管相應(yīng)的腳上。見(jiàn)圖 4.5所示 。顯示數(shù)字采用查表方式 。本設(shè)計(jì)采用的是動(dòng)態(tài)顯示 采用 3個(gè)數(shù)碼管，可以存放 3個(gè) BCD碼， BCD碼顯示存放在 30H。 程序如下： ORG 30H MOV A， 30H DISP: MOV DPTR， #TAB MOVC A， A+DPTR MOV P0， A SETB P2.4 ACALL D0.2S CLR P2.4 MOVC A,A+DPTR MOV P0,A SETB P2.3 ACALL D0.2S CLR P2.3 MOVC A,A+DPTR MOV P0,A SETB P2.2 ACALL D0.2S CLR P2.2 D0.2S: PUS MOV R0,#200 L1: MOV R1,125 L2: DJNZ R1,L2 E A / V P31X119X218R E S E T9RD17WR16I N T 012I N T 113T014T115P 1 01P 1 12P 1 23P 1 34P 1 45P 1 56P 1 67P 1 78P 0 039P 0 138P 0 237P 0 336P 0 435P 0 534P 0 633P 0 732P 2 021P 2 122P 2 223P 2 324P 2 425P 2 526P 2 627P 2 728P S E N29A L E / P30T X D11R X D10U18 0 5 1 A HD12D23D34D45D56D67D78D89Q118Q217Q316Q415Q514Q613Q712Q811E11E219U37 4 L S 5 4 1R 1 01 0 0R 1 11 0 0R 1 21 0 0R 1 31 0 0R 1 41 0 0R 1 51 0 0R91 0 0abfcgdeV C C1234567abcdefg8dpdp9D S 2R E D C AabfcgdeV C C1234567abcdefg8dpdp9D S 3R E D C AabfcgdeV C C1234567abcdefg8dpdp9D S 1R E D C AD0D1D2D3D4D5D6D0D1D2D3D4D5D6R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7D7 D7R81 0 K x 8V C CD1 D2 D3 D4 D5 D6 D7D1D2D3D4D5D6D7D1D2D3D4D5D6D7D1D2D3D4D5D6D7 12 DJNZ R0,L1 POP RET TAB: DB COH,F9H,A4H,B0H,99H,92H,82H,F8H,80H DB 90H,88H,83H,C6H,A1H,86H,8EH,89H,FFH 3.3.4 驅(qū)動(dòng)水泵設(shè)計(jì) 如圖 .所示，使繼電器觸頂導(dǎo)通，必須三級(jí)管的基極為高電平，所以 P3.7口輸出高電平，水泵就打開(kāi)；當(dāng) P3.7 口輸出為低電平，三級(jí)管截止，繼電器觸點(diǎn)斷開(kāi)，水泵關(guān)閉。要打開(kāi)和關(guān)閉水泵的前提， P2.6口必須有動(dòng)作，還要看 P1口，如果當(dāng)顯示到達(dá)設(shè)定的最大值，水泵要關(guān)閉，當(dāng) 顯示到達(dá)設(shè)定的最小值，水泵要打開(kāi)了 。 30H是顯示內(nèi)容 程序如下： ORG 000H LOOR： SETB P2.6 MOV P1， 30H MOV 30H,MAX CJNE 30H,P1,LOOP CLR P3.7 LOOP: JC LOOP1 CLR P3.7 LOOP1: SETB P3.7 MOV P1,30H CLR P3.7 MOV 30H,MIN CJNZ 30H,P1,LOOP2 SJMP LOOP1 LOOP2: JNC LOOP1 CLR P3.7 CLR P2.6 CLR P3.7 SJMP LOOR 3.4 調(diào)試 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件和軟件初步設(shè)計(jì)完成的基礎(chǔ)上，我們這次親手焊制了電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的微機(jī)測(cè)量系統(tǒng)的電路實(shí)物，及編制系統(tǒng)控制程序，并進(jìn)行了此次調(diào)試。在調(diào)試的時(shí)候我們把功能互相Q19 0 1 3K1R E L A Y - S P D TV C CR 1 86 8 0D11 N 4 0 0 1 13 獨(dú)立的的模塊一部分一部分調(diào)試成功之后再將它們組合起來(lái)調(diào)試。下面就將硬件調(diào)試和軟件調(diào)試分別進(jìn)行介紹。 3.4.1 硬件電路調(diào)式 對(duì)于系統(tǒng)硬件電路的焊接是有所復(fù)雜的，在電路板的焊接過(guò)程中讓我們學(xué)會(huì)了很多新的東西，雖然焊接電路板的過(guò)程是十分艱難的，但終于完成了硬件電路的焊接，開(kāi)始了對(duì)硬件調(diào)試。硬件調(diào)試是利用各種測(cè)試器件 ,檢查系統(tǒng)硬件中存 在的故障。 對(duì)硬件電路的調(diào)試過(guò)程及其基本步驟如下： 檢查系統(tǒng)原理圖連接是否正確。 檢查焊接板圖與原理圖是否一致。 在安裝元器件的時(shí)候?qū)υ骷欠駬p壞以及性能是不是符合系統(tǒng)的要求，檢查電解電容、二極管及其它芯片的極性是否有極性反接的情況。 檢查原理圖與器件的 DATASHEET上引腳是否一致。 對(duì)焊接好的電路板先進(jìn)行目測(cè)，然后進(jìn)行仔細(xì)的檢查，看焊接電路板的時(shí)候是否存在連線錯(cuò)誤、開(kāi)路 、短路現(xiàn)象，尤其對(duì)電路板是否存在短路問(wèn)題進(jìn)行了認(rèn)真的檢查。在設(shè)計(jì)電路板的時(shí)候我們還考慮到可靠性問(wèn)題如 器件的負(fù)載問(wèn)題、電源電壓的濾波問(wèn)題、走線和布局是否合理。 完成檢測(cè)后，先空載上電，檢測(cè)電路板各引腳及插件上的電位是否正常，特別是單片機(jī)引腳上的各點(diǎn)電位，若一切正常將芯片插入各管座，再通電檢查各點(diǎn)電壓是否達(dá)到要求，邏輯電平是否符合電路或器件的邏輯關(guān)系。 3.4.2 系統(tǒng)軟件調(diào)試 系統(tǒng)軟件調(diào)試是在偉福 6000軟件模擬器上先通過(guò)單步調(diào)試然后進(jìn)行連續(xù)調(diào)試完成的，通過(guò)單步調(diào)試了解被調(diào)試程序中每條指令的執(zhí)行情況，通過(guò)分析指令的運(yùn)行結(jié)果判斷該指令執(zhí)行的正確性，并進(jìn)一步確定是由于硬件電路錯(cuò)誤、數(shù)據(jù)錯(cuò)誤還是程序設(shè) 計(jì)錯(cuò)誤等引起的指令的執(zhí)行錯(cuò)誤，從而發(fā)現(xiàn)排除錯(cuò)誤。 最后當(dāng)系統(tǒng)軟件調(diào)試完成后 ,將程序固化到芯片中 。 3.4.3 系統(tǒng)綜合調(diào)試 綜合調(diào)試就是讓用戶(hù)系統(tǒng)的軟件在其硬件上實(shí)際運(yùn)行，軟件與硬件進(jìn)行聯(lián)合調(diào)試，從中發(fā)現(xiàn)硬件故障或軟硬件錯(cuò)誤。系統(tǒng)綜合調(diào)試組要解決的問(wèn)題： 軟硬件是否按預(yù)定要求正常工作。 系統(tǒng)運(yùn)行中是否有潛在的設(shè)計(jì)時(shí)難以預(yù)料的錯(cuò)誤，例如硬件延時(shí)過(guò)長(zhǎng)，布線不合理、時(shí)序不符合要求等。 系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)是否滿足設(shè)計(jì)要求。 LED顯示部分調(diào)試及性能分析 : 經(jīng)調(diào)試，我們此系統(tǒng)中所用的 LED 顯示屏硬件電路硬件質(zhì)量可靠，引腳焊接正確，工作正常。軟件部分需要調(diào)試的主要有顯示屏刷新頻率及顯示效果兩部分。顯示屏刷新頻率由定時(shí)器 T0的溢出率和單片機(jī)的晶振頻率決定。從理論上來(lái)說(shuō)， 50Hz以上的刷新率就能看到連續(xù)穩(wěn)定的顯示，刷新率越高，顯示越穩(wěn)定，同時(shí)刷新率越高，顯示驅(qū)動(dòng)程序占用的 CPU 時(shí)間也越多。試驗(yàn)證明，在目測(cè)條 14 件下刷新率 40Hz 以下的畫(huà)面看起來(lái)閃爍較嚴(yán)重，刷新率 50Hz 以上的已基本覺(jué)察不出畫(huà)面閃爍，刷新率達(dá)到 85Hz以上時(shí)再增加畫(huà)面閃爍沒(méi)有 明顯改善。 顯示效果處理程序的內(nèi)容及方法非常廣泛，其調(diào)試過(guò)程在此不作具體討論，讀者可對(duì)照源程序自行分析。 在此次調(diào)試中，可能由于焊制的系統(tǒng)實(shí)物圖是用手工焊制，所以在焊制過(guò)程中可能出現(xiàn)焊點(diǎn)的 接觸不良，或短路現(xiàn)象的出現(xiàn)，以及編制程序的經(jīng)驗(yàn)的不足，調(diào)試經(jīng)驗(yàn)的不足。導(dǎo)致了不少可以避 免的問(wèn)題而出現(xiàn)了。不過(guò)經(jīng)努力分析讓我們解決了這道問(wèn)題。 4 總 結(jié) 4.1 提出常遇到的問(wèn)題 在本次課題設(shè)計(jì)中遇到一些問(wèn)題，比如元器件的誤差，受環(huán)境的影響，溫度的影響，人為操作 不良導(dǎo)致的誤差，軟件導(dǎo)致的誤差，布線造成的誤差，總 體起來(lái)分為三類(lèi)。下面我來(lái)具體分析： 元器件本身誤差，最容易造成誤差的是超聲波發(fā)生器，選一個(gè)精確高的超聲波發(fā)生器也不是一個(gè)容易的事。當(dāng)本身參數(shù)不準(zhǔn)時(shí)，發(fā)射出超聲波頻率在受外界干擾，接收來(lái)頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)不準(zhǔn)。 環(huán)境、溫度造成誤差，任何一個(gè)元件都有自己的技術(shù)指標(biāo)和最大限制參數(shù)，如果當(dāng)溫度升高時(shí)，在加上元件本身工作溫度，兩者相加的溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)最大限制溫度，元件就很容易偏離正常的要求，甚至損害。所以一般耐溫差的都要配個(gè)散熱片。 人為造成的誤差，往往是我們的經(jīng)驗(yàn)不足和知識(shí)的缺乏。因?yàn)槌暡ㄊ歉哳l信號(hào) ，很容易引起自激現(xiàn)象，所以在布線時(shí)，高頻元件之間的連線越短越好，重量太大的元件應(yīng)要支架 固定，不宜安裝在電路上，還要注意發(fā)熱的元件不能跟熱敏元件放在一起 ；銅膜線應(yīng)該盡量短，拐彎處應(yīng)圓腳或斜腳，避免兩線相互平行，以減少寄生偶合。還有整個(gè)系統(tǒng)是靠軟件 來(lái)發(fā)揮的，編寫(xiě)軟件直接影響了精確度，因?yàn)槲覀兊哪芰€有限，但愿以后的努力。 4.2 如何解決問(wèn)題 元件本身的誤差是解決不了的，也只能找一個(gè)性能好的；環(huán)境、溫度造成的誤差也是一個(gè)比較難的解決問(wèn)題，我們只能加散熱片或者加風(fēng)扇來(lái)降溫；主要我 們要解決的問(wèn)題是人物造成誤差，上面也說(shuō)了我們經(jīng)驗(yàn)的不足和知識(shí)的缺乏，解決這類(lèi)問(wèn)題不是一件很難的事，大家都知道萬(wàn)事接頭難，只要有恒心，有報(bào)復(fù)，一切都有希望。 結(jié)論 通過(guò)本次課題設(shè)計(jì)，我對(duì)超聲波有了一定的掌握，運(yùn)用了單片機(jī)的技術(shù)，兩著結(jié)合得到很好的效果，更深入的掌握單片機(jī)編程，在這里老師的幫助也是很大的。總提上來(lái)講這次設(shè)計(jì)很成功，效 15 果也不錯(cuò)，但是還有很多不足之處，這是沒(méi)辦法的，畢竟經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)的缺乏，我今后還會(huì)更加努力，來(lái)完成今日的不足，讓這次課程有個(gè)完美的結(jié)局。 謝 辭 能成功的完成本次課題設(shè) 計(jì)，多虧指導(dǎo)老師的幫助和指導(dǎo)。 你的嚴(yán)謹(jǐn)學(xué)風(fēng)和淵博知識(shí)使本人受益匪淺，在此表示誠(chéng)摯的敬意和由衷的感謝，同時(shí)要感謝系領(lǐng)導(dǎo)和老師給我們提供了良好的環(huán)境和熱心指導(dǎo)。 在一次感謝各位領(lǐng)導(dǎo)和系老師在百忙中評(píng)閱我的論文，希望老師多多賜教。 最后感謝母校能給我這樣一次機(jī)會(huì)。 參 考 文 獻(xiàn) 、 沈德金 、 陳粵初等 . MCS-51單片機(jī)接口電路與應(yīng)用程序?qū)嵗?.北京航空航天大學(xué)出版社 .1990.4 、 超聲波探 頭 原理及應(yīng)用 . 機(jī)械工業(yè)出版社 . 1995.6 、 付曉光單片機(jī)原理與實(shí)用技術(shù)北方交通大學(xué)出版社 2004.10 16 、石宗義電路原理圖與電路板設(shè)計(jì)教程北京北京希望電子出版社 2002.6 附錄 A： 元 件 清 單 序號(hào) 元 件 名 稱(chēng) 元 件 編 號(hào) 型號(hào)規(guī)格 數(shù) 量 備注 超 聲 波 K2， K3 UCM40T， UCM40R 2 電 阻 R1 R8 10K 8 R9 R15 100 7 17 R16 200 1 R17， R21， R22 1K 3 R18 680 1 R19,R20 100K 2 R23 20K 1 R24 10K 1 電 容 C1， C2 33P 2 C3 10u 1 C4 1000u 1 C5， C6 0.1 u 2 C7 100 u 1 C8， C9， C10 47 u 3 三 極 管 Q1， Q2 9013 2 按 鍵 S1 S17 SW-PB 17 單 片 機(jī) U1 MCS-51 1 六相輸入輸出非門(mén) U2 74F04 1 顯示驅(qū)動(dòng) U3 74LS541 1 集成穩(wěn)壓塊 U4 78L05 1 數(shù) 碼 管 DS1 DS3 REDCA 3 晶體振蕩器 Y1 24M 1 繼 電 器 K1 RELAY-SPDT 1 二 極 管 D1 D5 1N4001 5 附錄 B 電 路 原 理 圖 18 附錄 C 電 路 印 刷 板 123456ABCD654321D C B ATitleNumberRevisionSizeBDate:19-May-2006SheetofFile:F:EDA1111.ddbDrawnBy:EA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30TXD11RXD10U1 8051AHD12D23D34D45D56D67D78D89Q118Q217Q316Q415Q514Q613Q712Q811E11E219U3 74LS541R10100R11100R12100R13100R14100R15100R9 100abfcgdeVCC1 2 3 4 5 6 7a b c d e f g8dpdp9DS2REDCAabfcgdeVCC1 2 3 4 5 6 7a b c d e f g8dpdp9DS3REDCAabfcgdeVCC1 2 3 4 5 6 7a b c d e f g8dpdp9DS1REDCAS1 SW-PBS2 SW-PBS3 SW-PBS4 SW-PBS9 SW-PBS5 SW-PBS6 SW-PBS7 SW-PBS8 SW-PBS12SW-PBS11SW-PBS10SW-PBS13SW-PBS14SW-PBS15SW-PBS16SW-PBY1 24MC1 33PC2 33PQ1 9013Q2 9013K1RELAY-SPDTVCCR171K+C3 10uR16200S17SW-PBVCC12U2A74F041110U2E74F041312U2F74F0434U2B74F0456U2C74F0498U2D74F04R19100KR20100KR211K R221KR2320KR2410KVCC1234J1 CON4C41000uF132VVGNDINOUTU4 78L05C7 100uFVCCD0 D1 D2 D3 D4 D5 D6D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6R1R2R3R4R5R6R7D7D7R810Kx8VCCC947uFC8 47uFR18680D1 1N4001D31N4001D51N4001D4 1N4001D2 1N4001D1D2D3D4D5D6D7D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7123J4 CON3C5 0.1uFC6 0.1uF11221122C1047uF 19 20 單片機(jī)液位測(cè)量程序 ORG 0000H AJMP START ORG 0003H ;定義 70H-7DH為緩沖寄存區(qū) ;/主程序 / START: CLR ST; 關(guān)水泵 MOV SP,#40H MOV SETUP1,#00H; 預(yù)設(shè)高水位為 450MM MOV SETUP2,#05H MOV SETUP3,#04H MOV SETUP1_1,#00H; 預(yù)設(shè)高水位為 450MM MOV SETUP1_2,#00H MOV SETUP1_3,#05H MOV SETDW1,#00H; 預(yù)設(shè)低水位為 50MM MOV SETDW2,#05H MOV SETDW3,#00H MOV FLAG,#00H MOV COUNT2,#00H MOV TMOD,#01H; 設(shè)置定時(shí)模式及時(shí)間 MOV TH0,#3CH MOV TL0,#0B0H MOV R7,#00H ;控制定時(shí)時(shí)間 MOV R5,#00H MOV DPTR,#0BFFFH MOV P2,#0FH MOV A,#00H BEGIN:MOVX DPTR,A;初始化顯示 0-9,延時(shí)時(shí)間根據(jù)需要調(diào)整 LCALL DL1S LCALL DL1S LCALL DL1S LCALL DL1S ADD A,#01H MOVX DPTR,A LCALL DL1S LCALL DL1S LCALL DL1S 21 LCALL