一、超声波工作原理

超声波时间差测距原理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=340*t/2。这就是所谓的时间差测距法。

超声波测距的原理是利用超声波在空气中的传播速度为已知，测量声波在发射后遇到障碍物反射回来的时间，根据发射和接收的时间差计算出发射点到障碍物的实际距离。由此可见，超声波测距原理与雷达原理是一样的。测距的公式表示为:

L = C x T

式中：L为测量的距离长度;C为超声波在空气中的传播速度；T为测量距离传播的时间差(T为发射到接收时间数值的一半)。

二、超声波电路图

我们用跳线帽把N A1引脚和P10引脚连接起来，把NB1引脚和P11引脚连接起来，这样就能用P10和P11两个引脚分别操控超声波发射和接收。

如果将NA2引脚和P10引脚连接，NB2和P11引脚连接，我们使用的就是电路板上红外线的发射接收模块。

三、程序设计

1-设计思路

1、产生8个40KHz的超声波信号，通过TX引脚发射出去。

2、启动定时器，开始计时。

3、等待超声波信号返回，如果接收到反射回来的信号，RX引脚变为低电平。

4、停止定时器，读取脉冲个数，即获得时间T。

5、根据公式，L = V*T/2m，进行距离的计算。

2-具体实现

我们默认每300ms进行一次超声波检测，这个300ms的检测我们用定时器2来完成即可。

在我们主函数中，如果检测到要开始进行超声波检测了，就要开始发送超声波信号（send_wave函数），也就是发送8次40KHZ的超声波信号。超声波信号是40KHZ，周期就是25微秒，正负周期各占一半（也就是TX口置0和置1的时间各占周期的一半，12.5微秒，13微秒即可）。所以我们要在正负信号后面加一个13微秒的延时。

但经过实际测量之后发现，由于电路中电容较多，存在误差，所以使用16微秒的延时会更好。（当然这个也不是唯一选择，可以根据自己实际情况选择）

发送完信号之后；就要开始用定时器进行计时。这里我们要用另一个定时器（定时器1），这里要注意的是：定时器时钟设置上要选择12T，其他程序用定时器选择1T即可。定时长度选择0。然后把程序中的TR1=1给注释掉（要在发送完信号之后开始计时）。

接着我们在主函数内进行检测：

如果RX没有接收到低电平（返回信号）；并且检测中断标志位，没有溢出中断，就一直等待。

当检测到返回信号，或者一直没有接收到返回信号但是中断溢出了，程序就继续往下进行。首先进行判断，如果是一直没有接收到返回信号但是溢出中断了，就让距离等于9999，表示没有检测到返回信号了，数据超出范围。如果是另一种情况，也就是检测到了返回信号，

LCM_Time = TH1;
LCM_Time <<= 8;
LCM_Time |= TL1;

就读出超声波从发送到接收信号所用的时间LCM_Time，但这读出来的是定时器计数的值，所以下面我们要对其进行换算。

LCM=(uint)(LCM_Time*17/1000);

原因：定时器计数一次需要 1/1000000秒（1/12000000/12）（12M晶振），总共计数了 LCM_Time次，LCM_Time * 1/1000000 * 17000(34000/2) 距离单位是厘米。

最后，把计数值清零方便下次计数。

TL1=0X00;
TH1=0X00;

四、程序源码

#include <STC15F2K60S2.H>
#include <intrins.H>

#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
	
sbit TX = P1^0;
sbit RX = P1^1;
	
uchar code tab[]={0XC0,0XF9,0XA4,0XB0,0X99,0X92,0X82,0XF8,0X80,0X90,0XBF,0XFF};
uchar Smg_num=0;
uchar Smg[]={0,7,10,5,6,10,1,2};

unsigned int LCM_tt = 0 ;//超声波采集时间的计数 间隔多长时间进行一次超声波测量
bit LCM_Ref = 0 ;//超声波开始测量的标志位
unsigned int LCM = 0 ;//超声波测量的距离  单位：cm
unsigned int LCM_Time = 0 ;//超声波从发送到接收返回信号的时间

void Allinit();
void Delayms(uint ms);
void Timer2Init(void);		//1毫秒@11.0592MHz
void Timer1Init(void);		//0微秒@12.000MHz
void Delay16us();		//@12.000MHz
void Send_wave();//发送超声波信号

void main()
{
	Allinit();
	Timer2Init();
	Timer1Init();
	while(1)
	{
		if(LCM_Ref==1)
		{
			LCM_Ref=0;
			Send_wave();
			TR1=1;
			while((RX==1)&&(TF1==0));//如果RX没有接收到低电平（返回信号），就一直等待；或者检测中断标志位，没有溢出中断
			//当检测到返回信号，或者一直没有接收到返回信号但是中断溢出了，程序就继续往下进行。
			TR1=0;
			if(TF1==1)//这种情况是 一直没有接收到返回信号但是溢出中断了
			{
				TF1=0; LCM=999;//表示没有检测到返回信号了，数据超出范围
			}
			else
			{
				LCM_Time = TH1;
				LCM_Time <<= 8;
				LCM_Time |= TL1;//读出超声波从发送到接收信号所用的时间,但这读出来的是定时器计数的值，所以下面我们要对其进行换算
				LCM=(uint)(LCM_Time*17/1000);
				//定时器计数一次需要 1/1000000秒（1/12000000/12）（12M晶振），总共计数了 LCM_Time次
				//LCM_Time * 1/1000000 * 17000(34000/2) 距离单位是厘米
			}
			TL1=0X00;
			TH1=0X00;//清零方便下次计数	
		}
		
		Smg[5]=LCM/100;
		Smg[6]=LCM%100/10;
		Smg[7]=LCM%10;
	}
}

void Timer1Init(void)		//0微秒@12.000MHz
{
	AUXR &= 0xBF;		//定时器时钟12T模式
	TMOD &= 0x0F;		//设置定时器模式
	TL1 = 0x00;		//设置定时初始值
	TH1 = 0x00;		//设置定时初始值
	TF1 = 0;		//清除TF1标志
	//TR1 = 1;		//定时器1开始计时
}

void Send_wave()//发送超声波信号
{
	uchar i=8;
	
	do
	{
		TX=1;  Delay16us();
		TX=0;  Delay16us();
	}
	while(i--);
}

void Delay16us()		//@12.000MHz
{
	unsigned char i;

	_nop_();
	_nop_();
	i = 45;
	while (--i);
}

void timer2() interrupt 12
{
	P2|=0XC0;
	P2&=0XDF;
	P0=(1<<Smg_num);
	P2|=0XE0;
	P2&=0XFF;
	P0=tab[Smg[Smg_num]];
	if(++Smg_num==8) Smg_num=0;
	
	if(++LCM_tt==699)//每三百毫秒进行一次超声波检测  999的时候数据可以上 60cm，499的时候数据可以上 50cm
	{
		LCM_tt=0;LCM_Ref=1;
	}
}

void Timer2Init(void)		//1毫秒@11.0592MHz
{
	AUXR |= 0x04;		//定时器时钟1T模式
	T2L = 0xCD;		//设置定时初始值
	T2H = 0xD4;		//设置定时初始值
	AUXR |= 0x10;		//定时器2开始计时
	
	IE2|=0X04;EA=1;
}

void Allinit()
{
	P2=0XA0;P0=0X00;
	
	P2=0X80;P0=0XFF;
	
	P2=0XC0;P0=0XFF;
	P2=0XE0;P0=0XFF;
}

void Delayms(uint ms)
{
	uint i,j;
	for(i=ms;i>0;i--)
	for(j=845;j>0;j--);
}

蓝桥杯15单片机--超声波模块