51单片机超声波测距【综合设计+答辩报告+源程序+流程图+演示】

一、设计目标

    使用51单片机和超声波测距模块实现超声波测距。

二、主要功能

    超声波测距。

三、硬件部分

    51单片机，超声波测距模块，导线，动态数码管，74HC245芯片，74HC138芯片。

图1                      

图2

 

图3

 

图4

    图1为超声波测距模块的内部电路图。

    图2为超声波测距的输出和接收声波的时序逻辑图。

    图3、图4为动态数码管的控制。使用51单片机的P0_0、P0_1、P0_2端连接74HC138芯片的A、B、C引脚，从而控制哪一个数码管被点亮。

 

四、程序框图

 

五、代码说明

    代码由延时函数、定时器函数、算距离函数、测时间函数、数码管控制函数、数码管显示结果函数、主函数组成

    延时函数和数码管控制函数配合，负责动态数码管显示的硬件控制。

    定时器函数用于测距时定时。

    测时间函数计算超声波发出到接收的时间。

    算距离函数用于对测量的时间进行计算得出距离。

    数码管显示结果函数用于对测量出的结果进行显示。

    数码管控制函数用来控制动态数码管点亮第几位和显示的数字。

1.主函数

    主函数对函数进行调用，首先调用测时间函数得出超声波发出到接收的时间。然后调用算距离函数将时间转化为距离（单位：厘米）。最后调用数码管显示结果函数显示测量的结果。

/******************************************主函数***************************************/
void main()
{
 unsigned int time = 0;
 float distance;

 while(1)
 {  
  time = RunOnce();//传感器接收到高电平的时间
  distance = GetDistance(time);
  xianshi(distance);
 }
}

 

2.子函数1

    数码管控制函数。使用switch()功能，根据硬件中的表格，提前将点亮每个动态数码管所需的信号定义好。Switch()可以采集输入动态数码管函数的值，其中前边一位是点亮第几位动态数码管。另外再定义一个数字数组，数组的内容为单个动态数码管显示0-9即全灭时所需的P3端输出值。

unsigned char shuzi[]={0x3f/*0*/,0x06/*1*/,0x5b/*2*/,0x4f/*3*/,0x66/*4*/,0x6d/*5*/,0x7d/*6*/,0x07/*7*/,0x7f/*8*/,0x6f/*9*/};//显示的数字（num）的数组

void shumaguan(unsigned char wei,num)//第几位（wei）显示
{
 switch(wei)
 {
  case 1:P0_2=0;P0_1=0;P0_0=0;break;
  case 2:P0_2=0;P0_1=0;P0_0=1;break;
  case 3:P0_2=0;P0_1=1;P0_0=0;break;
  case 4:P0_2=0;P0_1=1;P0_0=1;break;
  case 5:P0_2=1;P0_1=0;P0_0=0;break;
  case 6:P0_2=1;P0_1=0;P0_0=1;break;
  case 7:P0_2=1;P0_1=1;P0_0=0;break;
  case 8:P0_2=1;P0_1=1;P0_0=1;break;
 }
 P3=shuzi[num];
 delay(1);
}

 

3.子函数2

    延时函数。和数码管控制函数配合，负责动态数码管显示的硬件控制。

/******************************************延时函数***************************************/
void delay(unsigned int xms)//延时x毫秒 
{
  unsigned int i,j;
  for(i=xms;i>0;i--)
    for(j=112;j>0;j--);
return;
}

 

4.子函数3

    定时器函数。因输出超声波时需要10us的高电平，因此定义该函数。同时也可以用于计算发出到接收的时间。

/**********************************定时器函数 延时10us*************************************/
void Delay10us()
{
 TMOD |= 0x01;//16位定时器/计数器
 TH0 = 0xFF;//赋初值
 TL0 = 0xF6;//赋初值
 TR0 = 1;//启动

 while(!TF0);//溢出

 TF0 = 0;//清溢出
}

 

5.子函数4

    算距离函数。用于将测出的时间转化为距离。

/******************************************算距离函数***************************************/
float GetDistance(unsigned int time)  
{
 float distance;
 distance = (float)time * 0.017;//cm	   距离=高电平时间×声速/2        0.017cm/us
 
 return distance;//将距离返回主函数
}

 

6.子函数5

    测时间函数。与定时器函数配合实现超声波的发出与时间测量。

/******************************************测时间函数***************************************/
unsigned int RunOnce()  
{
 unsigned int time;

/******************发送10us高电平信号*************/
 Trig = 0;
 Trig = 1;
 Delay10us();
 Trig = 0;
/**************等待高电平信号接收*****************/
 while(!Echo);
/*********T0清0重新计数（高电平持续时间）*********/
 TH0 = 0;
 TL0 = 0;
 TR0 = 1;
/*********等待高电平信号接收结束******************/
 while(Echo);
/*******************关闭T0计数********************/
 TR0 = 0;
/**********高电平时间赋值，单位us*****************/
 time = TH0*256 + TL0; 
 TH0 = 0;
 TL0 = 0;

 return time;
}

 

7.子函数6

    动态数码管显示结果函数。用于控制动态数码管显示测量出的距离。

/**************************************动态数码管显示结果***********************************/
void xianshi(int d)
{
  int k=8,m;
  while(d!=0)
  {
    m=(d%10);//在数码管上显示个位，从后往前显示
    shumaguan(k,m);
	k--;//数码管向前移位
	d=d/10;
  }
}

 

六、系统测试  

 

测最近有效距离，为3cm。

 测最远有效距离，为560cm。

 

 七、源代码

#include <REGX51.H>
#include<intrins.h>

sbit Trig = P1^0;
sbit Echo = P1^1;
/******************************************延时函数***************************************/
void delay(unsigned int xms)//延时x毫秒 
{
  unsigned int i,j;
  for(i=xms;i>0;i--)
    for(j=112;j>0;j--);
return;
}
/******************************************数码管控制函数***************************************/
unsigned char shuzi[]={0x3f/*0*/,0x06/*1*/,0x5b/*2*/,0x4f/*3*/,0x66/*4*/,0x6d/*5*/,0x7d/*6*/,0x07/*7*/,0x7f/*8*/,0x6f/*9*/};//显示的数字（num）的数组

void shumaguan(unsigned char wei,num)//第几位（wei）显示
{
 switch(wei)
 {
  case 1:P0_2=0;P0_1=0;P0_0=0;break;
  case 2:P0_2=0;P0_1=0;P0_0=1;break;
  case 3:P0_2=0;P0_1=1;P0_0=0;break;
  case 4:P0_2=0;P0_1=1;P0_0=1;break;
  case 5:P0_2=1;P0_1=0;P0_0=0;break;
  case 6:P0_2=1;P0_1=0;P0_0=1;break;
  case 7:P0_2=1;P0_1=1;P0_0=0;break;
  case 8:P0_2=1;P0_1=1;P0_0=1;break;
 }
 P3=shuzi[num];
 delay(1);
}
/**********************************定时器函数 延时10us*************************************/
void Delay10us()
{
 TMOD |= 0x01;//16位定时器/计数器
 TH0 = 0xFF;//赋初值
 TL0 = 0xF6;//赋初值
 TR0 = 1;//启动

 while(!TF0);//溢出

 TF0 = 0;//清溢出
}
/******************************************算距离函数***************************************/
float GetDistance(unsigned int time)  
{
 float distance;
 distance = (float)time * 0.017;//cm	   距离=高电平时间×声速/2        0.017cm/us
 
 return distance;//将距离返回主函数
}
/******************************************测时间函数***************************************/
unsigned int RunOnce()  
{
 unsigned int time;

/******************发送10us高电平信号*************/
 Trig = 0;
 Trig = 1;
 Delay10us();
 Trig = 0;
/**************等待高电平信号接收*****************/
 while(!Echo);
/*********T0清0重新计数（高电平持续时间）*********/
 TH0 = 0;
 TL0 = 0;
 TR0 = 1;
/*********等待高电平信号接收结束******************/
 while(Echo);
/*******************关闭T0计数********************/
 TR0 = 0;
/**********高电平时间赋值，单位us*****************/
 time = TH0*256 + TL0; 
 TH0 = 0;
 TL0 = 0;

 return time;
}
/**************************************动态数码管显示结果***********************************/
void xianshi(int d)
{
  int k=8,m;
  while(d!=0)
  {
    m=(d%10);//在数码管上显示个位，从后往前显示
    shumaguan(k,m);
	k--;//数码管向前移位
	d=d/10;
  }
}

/******************************************主函数***************************************/
void main()
{
 unsigned int time = 0;
 float distance;

 while(1)
 {  
  time = RunOnce();//传感器接收到高电平的时间
  distance = GetDistance(time);
  xianshi(distance);
 }
}