毕业论文文章修改部分--修改完成稿.doc

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1、广西科技大学鹿山学院毕业设计（论文）4.2 HC-SR04超声波测距模块在性能上的特点HC-SR04超声波测距模块作用是对2cm-400cm的非接触式距离感展开测试，因此该测试的距离结果能够达到3mm，超声波发射器、接收器以及控制电路均为该模块中的内容。该基本工作原理如下：（1） IO口TRIG作为触发测距，因此针对高电平信号中的需求要在10us中；（2） 其中属于自动传输的模块方波为8个40khz的，并且信号在不断重复测量中是不需要人为掌控；（3） 一旦存在信号返回，借助IO口ECH0传输出一个高电平，在发射与返回环节中的超声波里所消耗时间等于高电平持续时间。高电平时间乘以声速的积然后除以3

2、40M/S再除以2最有所获得的结果就是测试距离。（4） 在TRIG从0走向1后，主控制板开始运行，而大于10ms后该ECH0中依旧不存在150us所发出的0信号，因此不存在障碍。本模块性能稳定，所获得的距离测量准确，具备的特性如下：（1） 微小型，等同于两个发射，其接收头面积没有在缩小的可能性；（2） 其中没有盲区存在（10mm中形成三角形误差显著，方便能够视为0处理）；（3） 发射头，接收头距离短，与被测目标构成了直线；（4） 模块中具备LED指示，观察与测试十分容易。4.3 HC-SR04的管脚排列和电气参数4.3.1 管脚简介HC-SR04的外形及管脚排列如图4.2所示。（1）VCC为5

3、V电源；（2）GND为地线；（3）TRIG触发控制信号输入；（4）ECH0回响信号输出。VCCTRIGECH0HC-SR04GND 图4.2外形及管脚排列图4.3.2 HC-SR04的电气参数 电气参数如表4.1所示：表4.1 电气参数表电气参数HC-SR04超声波模块工作电压DC 5V工作电流15mA工作频率40Hz最远射程4m最近射程2cm测量角度15度输入触发信号10us的TTL脉冲输出回响信号输出TTL电平信号，与射程成比例规格尺寸45*20*15mm4.4超声波时序图图4.3超声波时序图此图里展示了整个过程，上面的上脉冲触发信号是10us的，所以在模块内在中展开回波检测的将会有8个4

4、0kHz周期的电平。右回波新作为输出过程中的回响信号，在监测后，回响信号的脉冲宽度与测试的距离是处于正比。因此回响信号时间在发生信号中被区分开，进一步达到对距离的核算。该公式如下：uS/58=厘米或者uS/148=英寸；或：高电平时间和声速（340M/S）做乘法运算的积除以2就是距离；所以测量周期要大于60ms，防止回响信号受到发射信号的局限。5系统硬件电路设计5.1单片机最小系统5.1.1 STC89C51芯片STC89C51是此次设计中我们运用的单片机型号，作为有4k字节性能的闪烁能够编程、擦除以及读的存储器，其电压不高、性能优异的COMOS8微处理器，此器件的引脚为40，速度十分快，价格

5、合理，烧录便捷，借助串口能够实现下载，并且能够进一步展开在线编程，采取 ATMEL高密度非易失存储技术制作，与工业标准里的MCS-51指令集中的输出管脚能够同时工作。5.1.2 复位电路为了进一步肯定微机系统里电路工作是处于稳定状态的，复位电路的功能显得十分关键，该作用是：系统中通电后将复位信号传递出来，复位信号停止是在电源并未受到任何影响。为了安全度，电源稳定后需要将时间延长，这样复位就能停止，主要是避免电源开关或插头中分-合环节出现抖动让复位受到制约。在高电平中单片机复位引脚里机器周期共有2个，单片机中的复位操作需要即可展开。倘若RST一直处于高电平状态，那单片机则在复位循环中。所以复位引

6、脚的电容上升并不会造成任何制约，一般最常见的是复位时间长；在电容并不大的情况中，高电平中耗费的时间并不多，让单片机复位无法在正常状态中运作，不符合工作条件，所以此刻电容采取10UF或22UF的铝电解电容。单片机复位电路在最初通电过程中，最初的电容中并未有电，电容中电阻并不高，通电后，5V的电源在电阻展开电解电容后出现充电，两端的电容会慢慢增加，从0V提高到4V（该时间大约在0.3秒范围中），因此，复位脚从小电位过渡到高电位中，促使内部电路的复位工作运转；复位键按下后，电容两边会有放电出现，一直到电容回到0V中，开始展开新的复位。电路图详见5.1。图5.1 复位电路5.1.3 晶振电路这是保障单

7、片机系统运转的基础，若振荡器失去了震荡工作，此系统工作将会停止。若振荡器运作阶段并不存在规律性，系统程序中执行会有时间中的误差，尤其是在通信环节中最突出：电路的通信功能无法实现。一个晶振与两个磁片电容构成其电路，晶振与瓷片电容并不存在正负之分，两个磁片电容连接点中需要接地，详见5.2。图5.2 晶振电路通常单片机的晶振工作都是属于联谐振状态，也能被视为是谐振电容中的一部分。一般厂家做的晶振要符合电容选值，换句话说，晶振的频率一般是对电容负债给予检测，最大程度的对频率值误差给予保障，进一步保障了温漂等偏差。机器周期：一般在内存中将一个指令字最小时间中将CPU周期完成进行读取，（计算机运用内部或外

8、部总线展开一次信息传输进一步达到一个或几个微操作需要的时间），常见的是12个时间建立成，所以在1秒下时钟周期和晶振的频率一致，因此单片机的机器周期与12秒中的晶振频率相同，如下概述其余周期情况：指令周期（Instruction Cycle）：把实施命令的时间选拿出。总线周期（BUS Cycle）作为访存器或I/O端口进行中对时间的需求。时钟周期（Clock Cycle）：也被叫做节拍周期，主要对运作的基础性单位展开处理。（T状态就是晶振频率倒数）指令、总线、时间三个周期中存在的关联：通过大部分的周期形成指令周期，而单个的总线周期中存在很多个时钟周期。一般处理器中具备的一个机器周期为12个时钟周

9、期组成。所以单片机运用的晶振为12个，操作速率为1M。负载电容等于(Cd*Cg)/(Cd+Cg)+Cic+C6 ，与晶振特征、单片机内在时钟电路等高效电容具有相关性。两个电容的取值在一直状态或之间的悬殊并不突出，若差距过大，会导致谐振失衡，促使停振或不起振。与并联谐振中存在相关性，进一步保障脉冲的稳定性与协调。5.2 驱动显示电路及报警电路在显示电路中运用LED数码管显示，大于所设置的距离后，蜂鸣器与LED所具备的报警作用能够在按键中展开距离的调节。5.2.1 LED数码管显示电路本电路里的显示模块主要构成元件为4位一体的7段LED数码管组成，该功能是检测电压值。是共阳极中的数码管，每个数码管

10、中a，b，c，d，e，f，g和dp端是属于连接状态，接受单片机状态了构成P1口的段码。引脚端S1，S2，S3，S4变为改位选端，在P2口中对单品机接收下构成了位选码。该系统一般采取动态扫描手段。扫描方式一般是和接口电路里把所有的数码管8个比化段ag和dp同名端连接上，每个数码管里COM公共级主要被单独的I/O线控制。在字段输出口作用中CUP把字型码传递出来，在数码管中接收到的字型码都是相同的，但其中数码管具体有哪个亮并不清楚，决定权在COM手中。COM端与单片机I.O接口相连，I/O接口作为单片机输出位选码中，进一步控制数码管点亮时间。在扫描阶段数码管点亮时间并不多。受到人的视觉暂留迹象的制约

11、，所以导致大家觉得稳定的数码只有一组在显示。动态手段的优势较为突出，也就是耗电省，在动态扫描环节里，数码管无时无刻都在工作中。详细原理间图5.3。图5.3 显示电路5.2.2 蜂鸣器和LED报警电子讯响器里有蜂鸣器存在，它作为一体化的结构，在电运环节中提供直流电压，通常情况下最常运用它的是：计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品，是电子产品的发声器件。蜂鸣器中主要有两种，分布是压电式蜂鸣器与电磁式蜂鸣器。多谐振荡器、压电峰鸣片、阻抗匹配器、共鸣箱以及外壳等元件组成了电式蜂鸣器。多谐振荡器一般由晶体管或集成电路构成，并在电流开始后（1.5-15V电流电压

12、中运行）多谐振荡器引起振动，音频信号为暑促1.52.5kHz，压电蜂鸣片有声音发出主要是阻抗匹配器中形成的。振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片与外壳构成。一旦电源流通开始，振荡器中有音频信号出现，指引电流围绕着电磁线圈，主要将电磁线圈磁场实现，同时电磁线圈和磁铁相互功能下，振动声音开始以周期性表达。本设计运用电磁式蜂鸣器，在距离大于所设定的值后，蜂鸣器会有警报出现。电磁线圈中有电流开始围绕走动，这就是电磁式蜂鸣器声音的主要过程，是电磁线圈中有磁场出现，让振动膜感知后开始由声音发出，因此一定要利用电流，单片机IO引脚输出的电流并不显著，在单片机输出下的蜂鸣器输送出的TTL电平不能开始运作，因此电路

13、的电路需要进一步增强，驱动蜂鸣器在PNP型三极管8550扩大化。原理详见图5.3。LED电路是在一个有发光功能的二极管与电阻中构成，所以LED通常工作处于5ma-20ma间，所以电流的限制采取的1K电阻展开。详见图5.4可知。图5.4 蜂鸣器驱动电路5.3 HC-RS04超声波测距原理利用超声脉冲回波渡越时间达到超声波测距，设定超声波脉冲主要从传感器输送到能够接收的整个时间过程称为t，c作为空气中对超声波速率传递的表达，D作为在传感器里目标物体中存在的距离，通过如下公式能够获得：D=ct/2。图5.5为该系统框图。定时器控制计算传输调制40k振荡超声波发射计时增益放大超声波接收障碍物图5.5

14、系统框图基本原理：6mm在发射器中射出，此频率的超声波信号主要为40khz。在物体中这类信号将会被发射，一直回到接收头里，它是压电效应中的换能器。在发现有信号回来后，会构成微弱电压信号mV级的。5.4 按键设置电路独立式与矩阵式两种键盘均为单片机键盘中的类别：独立键盘中各个I/O接口中的按键只有一个，按键的其余端口将电源接上或接地（通常为接地），此类接法过程难度不大，该系统的稳定性更好；其中矩阵式键盘接法程序并不简单，但对I/O的占用不显著。从本设计中的需求入手，在使用独立键盘接法中，是展开单片机I/O口电平大小读取，同时衡量有无按键。一般将经常运用按键的另一面和地连上，另一面接上I/O口，运

15、行环节中主要根据此I/O口展开，但在高电平里，不存在按键时期的时候，I/O口主要是发挥保护高电平的功能。当键被按下后，此I/O口还是在高电平状态里。所以我们要在这个程序里把I/O口电平状态掌控好，进一步摸清到底是否处于按键状态。利用单片机处理键盘，当中最核心的环节是消除键盘抖动。该处所设计的抖动完全是机械抖动内容，当键盘处于未按情况中，该临界点开始出现了电平不均衡，就算将关注力度放在按键里也不能改善。此类抖动通常在10200毫秒中，此类不具备稳定性的电平抖动时间针对人而言过快，但从时钟上而言，该时间十分长。硬件抖动主要是通过一些电路解决抖动部分，软件去抖动并不是真的将该情况消除，主要是回避了该部分的抖动时间，在键盘稳定后在展开处理。所以利用软件将抖动消除，实践中需要在按键处于低电平状态，第一时间中运用延时，在10200毫秒内和抖动时间分开（经典值为20毫秒），延时完成后，又一次读取I/O值，如果这次的值是1，那么不符合10200毫秒，被视为干扰信号。当读出值是0时，能够判断键的按下情况，所以这个地方解决程序要展开调整。图5.6是硬件电路图。