算模块总原理图软件设计流程图主流程图温度读取程序现实流程图外中断服务程序超声波发射接收程序键少子程序调试说明软件调试硬件调试误差分析超声波回波声强的影响超声波波束入射角的影响超声波传播速度的影响实测比较设计心得参考资料致谢附录总原理图图程序清单元件清单„„„„„„„„„„„„„„方案选择的论证和选择设计方案采用单片机来控制的超声波测距仪是先由单片机产生个信号，经过信号线，把信号引入到与超声波发射器相连的信号引脚上，再由超声波发射器向方向发射超声波，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，根据计时器记录的时间，就可以计算出发射点距障碍物的距离，即„„„„„„„„„„„„„„„原理框图如所示图采用单片机来控制的超声波测距仪设计方案二采用来控制的超声波测距仪，主要是在软件上运用编写程序使用软件进行软硬件设计的仿真和调试，最终实现测距功能。使用本方案的优点在于在超声波测距仪设计中采用的是系列中的的器件，其最高频率可达，可用于组合逻辑电路时序逻辑电路算法双端口等的设计。充分利用了其多达个宏单元可编程口，使该器件可以将分频功能计数功能显示编码功能振荡功能全部集于体。又因其延时平均的特点，保证了测距结果精度高响应速度快。缺点是方案中需要块，块双口，还需要块用来存储波形数据的，那么设计的成本较高。同时在中还要用硬件描述语言语言编写程序来实现硬件电路功能。由于的算法复杂，所以在软件实现起来编程也复杂。方案设计三采用锁相环频率合成技术，也可以实现我们所需要的超声波测距仪。具体方案如下首先通过频率合成技术产生超声波所需要的频率，在通过信号线将采用锁频率相合成技术得到的频率引到超声波的发射头上，这样就可以实现超声波测距。它的优点就是工作频率可调，也可以达到很高的频率分辨率缺点是要求使用的滤波器通带可变，实现很困难。它的原理如图所示晶振整形电路分频鉴相器环路滤波器可变分频器压控振荡器图超声波原理图综上所述，因此选择第种设计方案。工作原理我们做的是基于单片机的超声波测距仪。用单片机控制超声波的发射接受电路以及进行数据处理，再用液晶显示屏进行数据的显示。因为声音的速度会随着温度的变化而改变，所以，我们增加了温控装置，即通过温度传感器，把当前的温度信息传给单片机，再通过定的算法，得到当前的声音速度。操作者可以通过几个简单的按键完成测量方式的选择实时监测手动测量。由单片机产生个信号，经过信号线，把信号引入到与超声波发射器相连的信号引脚上，在由超声波发射器向方向发射超声波，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，根据计时器记录的时间，就可以计算出发射点距障碍物的距离，即其中，为换能器与障碍物之间的距离，为波声传播速度，为超声波发射到返回的时间间距。本次设计包含硬件设计与软件设计两部分，根据设计任务要求，采用单片机，配置时钟电路，复位电路构成单片机最小系统，由模拟电路和数字电路构成超声波发射接收模块。由键盘，显示构机对话通道，以及温度传感器来构成由单片机最小系统来控制的超声波测距仪，其结构框图如下图总结构框图部分芯片介绍的简介是个低电压，高性能位单片机，片内含的可反复擦写的只读程序存储器和的随机存取数据存储器，单片机最小系统发射接收模拟电路信号保持数字电路温度传感器按键显示器件采用公司的高密度非易失性存储技术生产，兼容标准指令系统，片内置通用位中央处理器和存储单元，功能强大的单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。有个引脚，个外部双向输入输出端口，同时内含个外中断口，个位可编程定时计数器，个全双工串行通信口，个读写口线，可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和存储器结合在起，特别是可反复擦写的存储器可有效地降低开发成本。芯片的管脚引线与功能芯片图如图引脚信号介绍口位双向口线口位双向口线口位双向口线口位双向口线访问程序存储器控制信号当信号为低电平时，对的读操作限定在外部程序存储器而当信号为高电平时，则对的读操作是从内部程序存储器开始，并可延至外部程序存储器。地址锁存控制信号在系统扩展时，用于控制把口输出低位地址锁存起来，以实现低位地址和数据的隔离。此外由于是以晶振六分之的固定频率输出的正脉冲，因此可作为外部时钟或外部定时脉冲作用。外部程序存储器读选取通信号在读外部时有效低电平，以实现外部单元的读操作。和外接晶体引线端当使用芯片内部时钟时，此二引线端用于外图芯片图接石英晶体和微调电容当使用外部时钟时，用于拉外部的时钟脉冲信号。复位信号当输入的复位信号延续个机器周期以上高电平时即为有效，用以完成单片机的复位初始化操作。地线电源口的第二功能下表是口的第二功能口线第二功能替代的专用功能串行输入口串行输出口外部中断外部中断定时器的外部输入定时器的外部输入外部数据存储器写选通表口的第二功能的总线结构的管脚除了电源复位时钟接入用户口部分外，其余管脚都是为实现系统扩展而设置的。这些管脚构成了三总线形式，即地址总线地址总线宽度为位，因此，其外部存储器直接地址外围为字节。位地址总线由经地址锁存器提供低位地址口直接提供高位地址。数据总线数据总线宽度为位，由口提供。控制总线由部分口的第二功能状态和根控制线组成。结构框图如图所示温度传感器经过综合考虑，我们采用美国达拉斯公司的单线数字温度计传感器芯片作为温度传感器，与传统的热敏电阻有所不同，可直接将被测温度转化成数字信号，以供单片机处理，它还具有微型化低功耗高性能抗干扰能力强等优点。具有以下特点。采用单线技术，与单片机通信只须个引脚通过识别芯片各自唯的产品序列号从而实现单线多挂接，简化了分布式温度检测的应用。实际应用中不需要外部任何元器件即可实现测温。④可通过数据线供电，电压范围为不需备份电源测量范围为度，在度范围内的误差为度数字温度计的分辨率用户可以从位到位选择，可配置实现的温度读数将位的温度值转换为数字量所需时间不超过用户定义的非易失性的温度告警设置，用户可自行设定告警的上下限温度⑩告警寻找命令可以识别和寻址那些温度超出设计预设告警界限的器件。温度传感器的引脚分布图及其功能单片机选用公司常用的单片机芯片，它完全可以满足采集时钟电路定时计数器并行接口串行接口中断系统图结构图复位电路控制数据处理的需要。图温度传感器引脚图引脚功能说明脚空引脚，悬空不使用脚可选电源脚，电源电压范围。当工作于寄生电源时，此引脚必须接地。脚数据输入输出脚。漏极开路，常态下高电平。单线技术目前常用的微机和外设之间数据输出的串行总线有总线，总线等，其中，总线采用同步串行两线根时钟线，根数据线方式，而总线采用同步串行三线根时钟线，根输入线，根数据输出线方式。这两种总线需要至少两根或两根以上的信号线。美国达拉斯半导体公司推出了项特有的单线技术，该技术与上述总线不同，它采用单根信号线，即可传输时钟，又能传输数据，而且数据传输是双向的，因而这种单线技术具有线路简单硬件开销小成本低便于扩展的优点。单线技术适用于单主机系统，单主机能控制个或多个从机设备。主机可以是微控制器，从机可以是单线器件，它们之间的数据交换控制都由这根线完成。主机或从机通过个漏极开路或三态端口连至该数据线，以允许设备在不发送数据时能够释放该线，而让其他设备使用。单线通常要求外接个约的上拉电阻，这样，当该线闲置时，其状态为高电平。主机和从机之间的通信主要分为个步骤初始化单线器件识别单线器件和单线数据传输。由于只有根线通信，所以它们必须是严格的主从结构，只有主机呼叫从机时，从机才能答应，主机访问每个单线器件都必须严格遵循单线命令序列。所有的单线器件都要遵循严格的协议，以保证数据的完整性。协议由复位脉冲应答脉冲写写读和读这几种信号类型组成。这些信号中，除了应符答脉冲，其他均由主机发起，并且所有命令和数据都是字节的低位在前。有两种供电方式寄生电源和外部电源寄生电源简单说起来就是器件从单线数据线中窃取电源，在信号线为高电平的时间周期内，把能量储存在内部的电容器中，在单信号线为低电平时的时间期内断开些电源，直到信号线变为高电平，重新接上寄生电容电源为止。寄生电源有两个优点。可实现远程温度检测而无须本地电源。没有正常电源条件下也可以读。为了使能完成准确的温度变换，当温度变换发生时，线上必须提供足够的功率。因为工作电流。，的上拉电阻将使得线没有足够的驱动能力。如果多个连接，而且同时变换时，这问题将变得更为突出。解决的方法是在发生温度变换时，在线上提供强的上拉，比如用管把线直接拉到电源。当面作用寄生电源时，引脚必须接地。的另种的供电方式是将引脚接外部电源。这种方法的优点是在线上不要求强的上拉。总线上的主机在温度变换期间不需要直使线保持高电平，这就允许在变换期间内其他数据在单线上传送。而且，在单线上可以放置多个。如果它们都使用外部电源，那么通过发起跳过命令，接着执行温度变换命令就可以同时完成各自的温度变换。采用外部电源这种方式时，地引脚不可悬空。的单线协议和命令初始化单线总线上所有操作均从初始化开始。初始化过程如下主机通过拉低单线以上，产生复位脉冲，然后释放该线，进入接收模式。主机释放总线时，会产生个上升沿。单线器件检测到该上升沿后，延时，通过拉低总线来产生应答脉冲。