基于单片机lcd显示的超声波测距系统毕业论文(编辑修改稿)

基于单片机lcd显示的超声波测距系统毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

期，增强型 8051 内核，速度比普通 8051 快 8~12倍 2. 宽电压： ~ 3. 增加第二复位功能脚（高可靠复位，可调 整复位门槛电压，频率 12MHz时，无需此功能） 4. 增加外部掉电检测电路，可在掉电时，即时将数据保存进 EEPROM，正常工作时无需操作 EEPROM 5. 低功耗设计：空闲模式，（可由任意一个中断唤醒） 6. 低功耗设计：掉电模式（可由外部中断唤醒），可支持下降沿 /上升沿和远程唤醒 7. 工作频率： 0~35MHz，相当于普通 8051:0~420MHz 8. 时钟：外部晶体或内部 RC 振荡器可选，在 ISP 下载编程用户程序时设置 9. 8/16/20/32/40/48/52/56/60/62K 字节内 Flash 程序存储器，擦写数十万次以上 10. 1280 字节片内 RAM 数据存储器 11. 芯片内 EEPROM 功能，擦写数十万次以上 12. ISP/IAP，在系统可编程 /在应用可编程，无需编程器 /仿真器 13. 8 通道， 10 位高速 ADC，速度可达 25 万次 /秒， 2 路 PWM 还可当 2 路D/A 使用 14. 2 通道捕获 /比较单元（ PWM/PCA/CCP），也可以用来实现 2 个定时器或者 2 个外部中断（支持上升沿 /下降沿中断） 15. 4 个 16 位定时器，兼容普通 8051 的定时器 T0/T1， 2 路 PCA 实现 2 个定时器 16. 可编程时钟输出功能， T0 在 输出时钟， T1 在 输出时钟， BRT在 输出时钟 第 7 页 17. 硬件看门狗 （ WDT） 18. 高速 SPI 串行通信端口 19. 全双工异步串行口（ UART），兼容普通 8051 的串口 20. 先进的指令集结构，兼容普通 8051 指令集，有硬件乘法 /除法指令 21. 通用 I/O 口（ 36/40/44 个），复位后为：准双向口 /弱上拉（普通 8051 传统 I/O 口） 22. 可设置成四种模式：准双向口 /弱上拉，推挽 /强上拉，仅为输入 /高阻，开漏。 每个 I/O 口驱动能力均可达到 20mA，但是整个芯片最大不得超过 100mA STC12C5A60S2 单片机的管脚说明 STC12C5A60S2 单片机的管脚图 如 图 所示 ： 图 2. 1 主要引脚说明 ： ~ P0： P0 口既可以作为输入 /输出口，也可以作为地址 /数据复用总线使用。 当 P0 口作为输入 /输出口时， P0 是一个 8 位准双向口，内部有弱 第 8 页 上拉电阻，无需外接上拉电阻。 当 P0 作为地址 /数据复用总线使用时，是低8 位地址线 A0~A7，数据线 D0~D7； ： 标准 IO 口、 ADC 输入通道 0、独立波特率发生器的时钟输出 ； ： 标准 IO 口、 ADC 输入通道 1； ： 标准 IO 口、 ADC 输入通道 PCA 计数器的外部脉冲输入脚，第二串口数据接收端 ； ： 外部信号捕获，高速脉冲输出及脉宽调制输出、第二串口数据发送端 ； ： SPI 同步串行接口的从机选择信号 ； ： SPI 同步串行接口的主出从入 (主器件的输入和从器件的输出 )； ： SPI 同步串行接口的主入从出 ； ~： P2 口内部有上拉电阻，既可作为输入输出口 (8 位准双向口 )，也可作为高 8 位地 址总线使用； ： 标准 IO 口、串口 1 数据接收端 ； ： 外部中断 0，下降沿中断或低电平中断 ； ：外部中断 1； ： 定时器计数器 0 外部输入、定时器 0 下降沿中断、定时计数器 0 的时钟输出。 A/D 转换器的结构 STC12C5A60AD/S2 系列带 A/D 转换的单片机的 A/D 转换口在 P1 口，有 8路 10 位高速 A/D 转换器，速度可达到 250KHz(25 万次 /秒 )。 8 路电压输入型 A/D，可做温度检测、电池电压检测、按键扫描、频谱检测等。 上电 复位后 P1 口为弱上拉型 IO 口，用户可以通过软件设置将 8 路中的任何一路设置为 A/D 转换，不须作为 A/D 使用的口可继续作为 IO 口使用。 单片机 ADC 由多路开关、比较器、逐次比较寄存器、 10 位 DAC、转换结果寄存器以及 ADC_CONTER 构成。 该单片机的 ADC 是逐次比较型 ADC。 主次比较型 ADC 由一个比较器和 D/A 第 9 页 转换器构成，通过逐次比较逻辑，从最高位 (MSB)开始，顺序地对每一输入电压与内置 D/A 转换器输出进行比较，经过多次比较，使转换所得的数字量逐次逼近输入模拟量对应值。 逐次比较型 A/D 转换器具有速度高，功 耗低等优点。 需作为 AD 使用的口先将 P1ASF 特殊功能寄存器中的相应位置为‘ 1’，将相应的口设置为模拟功能。 STC12C5A60S2 单片机 IO 口工作模式设定 STC12C5A60S2 系列单片机其所有 I/O 口均可由软件配置成 4 种工作类型之一。 4 种类型分别为：准双向口（标准 8051 输出模式）、推挽输出、仅为输入（高阻）或开漏输出功能。 STC12C5A60S2 系列单片机上电复位后为准双向口（传统 8051 的 I/0 口）模式。 每个口由 2 个控制寄存器中的相应位控制每个引脚工作类型。 I/O 口工作类型设定 如表格 1 所示： 表格 1 PxM1[7:0] PxM0[7:0] I/O 模式 0 0 准双向口 (传统 8051I/O 口模式 ),灌电流可达 20mA, 拉电流为230uA 0 1 推挽输出 (强上拉输出 , 可达 20mA, 要加限流电阻） 1 0 仅为输入 (高阻 ) 1 1 开漏 (Open Dra in), 内部上拉电阻断开 , 要外加 值得注意的是， 虽然每个 I/O 口在弱上拉时都能承受 20mA 的灌电流（还是要加限流电阻，如 1K， 560Ω等），在强推挽输出 时都能输出 20mA 的拉电流（也要加限流电阻），但整个芯片的工作电流推荐不要超过 55mA。 即从 MCUVCC流入的电流不超过 55mA，从 MCUGND 流出电流不超过 55mA，整体流入 /流出电流都不能超过 55mA。 超声波测距模块 HCSR04 超声波测距模块 HCSR04 的特点 HCSR04超声波测距模块可提供 2cm400cm的非接触式距离感测功能， 第 10 页 测距精度可达到 3mm；模块包括超声波发射器、接收器与控制电路。 基本工作原理： 1. 采用 I0 口 TRIG 触发测距，给至少 10us 的高电平信 号； 2. 模块自动发送 8 个 40Khz 的方波，自动检测是否有信号返回； 3. 有信号返回，通过 I0 口的 ECH0 输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。 超声波测距模块 HCSR04 的电气参数 超声波测距模块 HCSR04 的电气参数如表格 2 所示： 表格 2 电气参数 HCSR04 超声波模块 工作电压 DC5V 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 10μ S 的 TTL 脉 冲 输出回响信号 输出 TTL 电平信号 ,与射程成比列 规格尺寸 45*20*15mm 采用超声波测距模块 HCSR04 的原因 通过上述对 超声波测距模块 HCSR04 的认识和了解，本设计采用此模块的原因 在于： 该型超声波测距模块 集成了 包括 超声波发射器、接收器与控制电路 这三个 主要测距电路， 其高集成度 之高 ，所以能大大地简化 超声波测距电路的组成，而且该模块性能稳定，测度距离精确，高精度等特点，使得 盲区 超近 （ 2cm），因此在市场上得到广泛应用。 系统显示模块 LCD1602 显示模块 LCD1602 的控制命令 第 11 页 关于本设计采用 何种显示模块来显示数据， 在选择前， 先介绍一下 常用显示模块 LCD1602 的控制指令。 1602 液晶模块内部的控制器共 有 11 条控制指令 ，如表 格 3 所示： 表格 3 序号 指令 RS R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 清显示 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 2 光标返回 0 0 0 0 0 0 0 0 1 * 3 置输入模式 0 0 0 0 0 0 0 1 I/D S 4 显示开 /关控制 0 0 0 0 0 0 1 D C B 5 光标或字符移位 0 0 0 0 0 1 S/C R/L * * 6 置功能 0 0 0 0 1 DL N F * * 7 置字符发射存贮器地址 0 0 0 1 字符发射存贮器地址 8 置数据存贮器地址 0 0 1 显示数据存贮器地址 9 读忙标志或地址 0 1 BF 计数器地址 10 写数到CGRAM 或DDRAM 1 0 要写的数据内容 11 从 CGRAM或 DDRAM读数 1 1 读出的数据内容 选择显示模块 1602 的原因 通过上述 对 LCD1602 液晶显示模块的认识和了解，本设计 采用 此模块 的原因 在于： 液晶显示模块具有体积小、功耗低、显示内容丰富、超薄轻巧等优点， 第 12 页 因此，在袖珍式仪表和低功耗应用系统中得到越来越广泛的应用，比传统的 LED显示器件有很大的优势。 现在字符型液晶显示模块已经是单片机应用设计中最常用的信息显示器件了 ，而 LCD1602 就 是字符型液晶显示模块，显示字母和数字比较方便，具有控制简单，较低成本，开发容易 等的特点，能使整体电路更加的简化，方便操作。 本章小结 本章节为硬件设计，主要 是 为选择合适模块作为本设计的硬件组 成。 ，由上所述，本系统选用 STC12C5A60S2 作为本系统的控制器， LCD1602 为本系统的显示模块， HCSR04 为 本系统的超声波发射 /接收模块。 第 13 页 第三章 系统 总体电路 图 本系统是由 电源电路 、 时钟电路 、 单片机处理单元， 超声波发射和接收电路，显示电路组成。 系统整体结构图如 图表 2 所示 ： 图表 2 STC12C5A60S2 单片机的最小系统组成 STC12C5A60S2 最小 系统包括复位电路、晶振电路、电源和地。 该最小系统的 具有可供用户使用的大量 I/O 端口， 内部存储器容量有限 ，应用系统开发具有特殊性等应用特点 时钟电路 单片机的时钟电路又称为晶振电路。 单片机的每个功能部件都是以时钟控制信号为基准的，不仅时钟频率影响单片机的速度， 而且 时钟电路的质量也直接影响单片机系统的稳定性。 STC1205A60S2 虽然有内部振荡电路，但要形成时钟，必须外部附加电路。 时钟电路如图 所示： 单片机处理单元 电源电路 超声波发射和接收电路 显示电路 时钟电路 第 14 页 图 3. 1 本设计采用内部时钟方式，利用芯片 内部的振荡电路，在 XTAL XTAL2引脚上外接定时元件，内部的振荡电路便产生自激振荡。 本设计采用最常用的内部时钟方式，即用外接晶体和电容组成的并联谐振回路。 振荡晶体可在 到 12MHZ 之间选择。 电容值无严格要求，但电容取值对振荡频率输出的稳定性、大小、振荡电路起振速度有少许影响， C。