论文总字数：21357字

摘 要

本文主要围绕单片机原理，结合超声波测距的方法，使用AT89S51单片机对距离进行超声波测量。在对利用单片机进行超声波测距的过程中，对各个工作程序的原理进行分析后，列出了源程序和原理图。在本文中，单片机、超声波传感器、接收/发射电路以及四位数码管组成了超声波测距电路。超声波的典型特点有：指向能力强；传播距离远；能耗非常低等，正是这些优点使得超声波在距离测量当中迅速推广。超声波检测可以大大提升工作效率，工作的灵活度也非常高，因此常常用于工业领域，适合在不需接触被测物体的场合使用，比如说建筑施工、倒车等。

[关键词] 单片机；超声波；传感器；测距

Ultrasonic Range Finder Based on Single Chip Design

Abstract

Focusing on SCM principles, This paper researches mainly about of designing principles of ultrasonic distance measurement, introducing how to achieve the goal of ultrasonic ranging by using AT89C51 MCU, analysing the main theory of partly work, lining out principle diagram and the source code. The ultrasonic ranging circuit is combined by the following: ultrasonic sensor, microcontroller, transmitter / receiver circuits and 4 digital tube. Due to the strong ultrasonic directivity, the energy of ultrasonic wave consumes slowly and spread distant in the medium distance . Therefore, ultrasonic is widely used in distance measurement field .It’s rather fast,easy and convenient to employ it. In addition, it also can be used to achieve real-time control, reach industry practical requirements in measurement precision and measure objects in indirect contact and so on. It is these advantages that get its popularity in radar reversing, architecture construction and some other cases.

Key words: SCM; Ultrasonic Wave; Sensor; Ranging

目 录

摘 要 I

Abstract II

目 录 III

第一章 绪 论 1

1.1 课题设计目的及意义 1

1.1.1 设计目的 1

1.1.2 设计意义 1

1.2 超声波测距仪的设计思路 1

1.2.1 超声波测距仪的原理 1

1.2.2 超声波测距仪原理框图 2

1.2.3 课题设计的任务和要求 3

第二章 系统的方案设计与论证 4

2.1 系统整体方案的设计 4

2.2 系统整体方案的论证 4

第三章 单片机简介 6

3.1 单片机基础知识 6

3.1.1 单片机的内部结构 6

3.1.2 单片机的基本工作原理 8

3.2 单片机的分类与发展 8

3.3 单片机AT89S51的特性 9

第四章 系统硬件设计 12

4.1 51系列单片机的功能特点及测距原理 12

4.2 超声波发射电路 12

4.3 系统程序的设计 13

4.3.1 系统主程序 13

4.3.2 超声波发生子程序和超声波接收中断程序 14

第五章 超声波传感器 15

5.1 模块特点 15

5.2 实物图 15

5.3 电气参数 16

5.4 超声波时序图 16

5.5 实物规格 17

第六章 系统软件设计 18

6.1 系统主程序流程图 18

6.2系统的软件主程序 19

6.3 系统硬件调试 21

结束语 23

致谢 24

参考文献（References） 25

附录 26

第一章 绪 论

1.1 课题设计目的及意义

1.1.1 设计目的

随着科技的进步，超声波在工业当中的重要性已经受到了人们的认可，但是，在测距领域，超声波的应用面还比较窄，可见，将超声波应用于测距领域当中必定可以为其带来新的生机。从长期来看，超声波测距技术有着非常好的应用前景，其必定能在未来的工业领域得到很好地推广。超声波测距技术目前的发展方向主要有两个：智能化；自动化，此外，超声波测距仪正在不断实现与其他技术的融合，以拓展其各项功能。总之，多用途的测距仪势必成为未来发展的主流趋势。

1.1.2 设计意义

随着社会的进步，人们的消费需求也不断发生着变化，截至目前，我国居民对汽车的持有量已经达到了很高的水平，人们对汽车的需求已经不再停留于拥有的层面，而是更加关注汽车驾驶的安全性与舒适性。调查表明，因为视觉盲区所造成的撞车事故占据事故总量的25%左右。可见，强化车辆的后视能力，一方面可以缓解驾驶员的疲劳与压力，另一方面可以大大提高车辆的安全系数。倘若在汽车倒退时有相应的距离提示，那么司机便可以结合实际情况迅速采取措施，从而降低事故发生的概率。

在工业持续发展的同时，超声波技术在各类测量场景当中得以迅速推广。超声波源自机械振动，并且针对不同的介质，超声波的超波能力也存在差别，具体来讲，其基本特征有：①指向性强；②反射能力强；③传输衰减率低；④对不同工况的适应能力强。目前，超声波技术在液位测量、汽车导航等方面都得以普及。

1.2 超声波测距仪的设计思路

1.2.1 超声波测距仪的原理

本论文所使用的测距仪的核心器件是单片机，而显示装置是四位数码管。单片机不仅可以实现对超声波信号的传递与接收，而且可以对接收到的信号进行计算，然后将计算结果传递给显示装置。具体来讲，即超声波发射装置（T）将超声波发射出去，如果超声波在传输过程当中遇到阻碍，那么便会折返回来，接收装置（R）对超声波进行接收。测距的虚拟图如图1.1。

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