电子科大通信大类认知探索51课实验报告Word格式.docx

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四.基本理论及原理

基本理论分为三个板块，超声波模块，51单片机，蜂鸣器，8*8点阵及1602模块。

本节将分块解释各模块基本原理。

（1）超声波模块

常用的是压电式超声波发生器，是利用压电晶体的谐振来工作的。

超声波传感器探头内部有两个压电晶片和一个共振板。

当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，便产生超声波。

反之，如果两电极间未外加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，这时它就成为超声波接收器了。

超声波传感器就是利用压电效应的原理将电能和超声波相互转化，即在发射超声波的时候，将电能转换成超声波发射出去；

而在接收时，则将超声振动转换成电信号。

超声波时序图：

以上时序图表示要发出一个10uS以上的脉冲信号，该模块内部将发出40KHz周期点评并检测回波。

一旦检测到回波信号则输出回响信号。

回响信号的脉冲宽度与测距的距离成正比，由此测的距离。

（2）51单片机

51单片机为整个系统的中枢，承担着接收信号，发送信号，响应等重要功能。

对于超声波模块，主要功能为发出信号使超声波模块工作并完成测距任务，接着接收信号，转换为数字信号并加以处理，好控制1602液晶，点阵，蜂鸣器等其他外设。

其负担着接收数据，处理数据，发送数据等重要功能，因此对51单片机的操作为本实验的核心。

本实验选择TX-1C开发板，其集成度高，性能稳定，便于操作。

（3）蜂鸣器

如图，P2^3口连接三极管基极，负责传送信号。

三极管其他部分与蜂鸣器共同组成开关电路，驱动蜂鸣器工作。

当输出高电平是打开开关电路，蜂鸣器鸣响。

（4）8*8点阵

8*8点阵其实是由64组发光二极管组成，点阵发光原理与发光二极管完全相同。

但此处为了提升效率，采用两片存储器来操作点阵。

点阵根据输入信号的不同，点亮不同位置的发光二极管。

（5）1602液晶屏

1602字符型液晶显示模块是专门用于显示字母、数字、符号等的点阵型液晶显示模块,可显示2行，每行16个字符。

支持4位和8位数据传输方式。

提供5×

7点阵＋光标的显示模式。

提供显示数据缓冲区DDRAM、字符发生器CGROM和字符发生器CGRAM，可以使用CGRAM来存储自己定义的最多8个5×

8点阵的图形字符的字模数据。

提供了丰富的指令设置：

清显示；

光标回原点；

显示开/关；

光标开/关；

显示字符闪烁；

光标移位；

显示移位等。

本实验中用1602显示距离与提示信息。

五.程序流程图

开始

初始化超声波模块，1602液晶屏

运行程序，触发超声波

计算距离信息

N

Y

1602显示距离，点阵根据距离显示不同数目的led灯

触发蜂鸣器，使点阵全屏闪烁，1602显示stop字样

距离小于100？

关闭电源，实验结束

六.实验器材及硬件原理图

TX-1C开发板及1602液晶

8*8点阵

蜂鸣器

七.完整代码及分析

/*写入接口定义的管脚，为之后程序做准备*/

#include<

reg52.h>

#defineucharunsignedchar

#defineuintunsignedint

sbitrs=P3^5;

sbitlcden=P3^4;

//定义lcd接口

sbitdula=P2^6;

//定义寄存器

sbitwela=P2^7;

ucharbeepnum;

sbitbeep=P2^3;

//哔！

哔！

sbittriger=P3^7;

//超声波串口

sbitecho=P3^2;

//超声波串口

sbitSH_CP=P1^2;

//点阵口定义

sbitDS=P1^0;

sbitST_CP=P1^1;

unsignedlongintdistance=150,counter=0,flag=0;

/*延时函数1，在lcd写入数据需要时间，无法立即完成。

需要使用延时函数使程序等待lcd写入完成。

延时函数2为蜂鸣器使用，通过不停的对蜂鸣器拉高拉低完成蜂鸣器的持续发声，延时作为高低电平输入间隔时间*/

voiddelay（uintx）//延时函数1

{

uinta,b;

for（a=x;

a>

0;

a--）

for（b=10;

b>

b--）;

}

voiddelay1（uintz）//延时函数2（可与1合并）

uintx,y;

for（x=z;

x>

x--）

for（y=110;

y>

y--）;

/*点阵由两个寄存器与单片机相连，因此需要操作寄存器，此函数操作寄存器*/

voidWriteByte（uchardat）（点阵写入函数）

{

uchark;

for（k=0;

k<

8;

k++）

{

dat=dat>

>

1;

DS=CY;

SH_CP=0;

SH_CP=1;

}

/*lcd使用前要完成一系列设置*/

voidinit（）//lcd初始化程序

dula=0;

wela=0;

write_com（0x38）;

delay（20）;

write_com（0x0e）;

write_com（0x06）;

write_com（0x01）;

/*lcd命令函数与数据写入函数，要想完成数据的写入，要先向其发送命令使其进入工作状态，再由lcd数据写入函数接收数据，显示字符*/

voidwrite_com（ucharcom）//LCD指令函数

P0=com;

rs=0;

lcden=0;

delay（10）;

lcden=1;

voidwrite_date（uchardate）//LCD写入数据函数

P0=date;

rs=1;

/*此函数为程序的关键，将蜂鸣器，1602，点阵的处理都写入此函数内。

第一行一直到switch结束为拓展要求即根据距离控制点阵亮灯个数并在1602显示的控制程序。

点阵具体16进制值显示由二进制转换来。

例如00000001是亮起一行，16进制位0x01，以此类推，1602直接带入函数操作。

第二部分为基础要求即倒车雷达部分，代码比较简单，详见注释*/

voiddisplay（）//三大外设控制函数

uinti=0,j=0;

ucharqian,bai,shi,ge;

//定义距离

write_com（0x80）;

//写入lcd第一行

if（distance!

=0）

{

qian=distance%10000/1000+'

0'

;

//转化数据

bai=distance%1000/100+'

shi=distance%100/10+'

ge=distance%10+'

write_date（qian）;

//写入数据

write_date（bai）;

write_date（shi）;

write_date（ge）;

if（distance%1000/100==7）//距离量级判断

j=6;

if（distance%1000/100==6）

j=5;

if（distance%1000/100==5）

j=4;

if（distance%1000/100==4）

j=3;

if（distance%1000/100==3）

j=2;

if（distance%1000/100==2）

j=1;

if（distance%1000/100==1）

j=0;

if（distance%1000/100>

=8||distance%10000/1000!

j=7;

switch（j）//点阵控制

case0:

{WriteByte（0x00）;

//清屏

WriteByte（0x01）;

//点阵第1行亮起

ST_CP=0;

ST_CP=1;

break;

case1:

WriteByte（0x03）;

case2:

WriteByte（0x07）;

//点阵前2行亮起

case3:

WriteByte（0xf）;

case4:

WriteByte（0x1f）;

case5:

WriteByte（0x3f）;

case6:

WriteByte（0x7f）;

case7:

WriteByte（0xff）;

}

//倒车雷达部分

if（distance<

100）//定义报警距离100

{

WriteByte（0x00）;

write_com（0x01）;

//LCD清零

write_date（'

s'

）;

//温馨提醒，stop字符

t'

o'

p'

for（beepnum=0;

beepnum<

beepnum++）//哔哔声响起

beep=0;

delay1（5）;

beep=1;

WriteByte（0x00）;

//点阵闪烁

}

/*中断函数初始化*/

voidTime0_Init（）

TMOD=0x11;

//定时器工作方式为1，,1位定时器

EA=1;

//开总中断

ET0=1;

//开定时器0终端允许位

ET1=1;

//开定时器1终端允许位

EX0=1;

//外部中断0允许位

IT0=1;

//下降沿有效

TH0=（65536-10）/256;

TL0=（65536-10）%256;

//12MZ晶振,10us

TH1=0;

TL1=0;

voidmain（）

chari=0;

init（）;

Time0_Init（）;

TR0=1;

//开定时器0

while

（1）

if（echo==1）//检测回声脚上升沿，因为51的外部中断脚

//只能有低电平有效和下降沿有效两种方式

//所以选择轮询检测上升沿

TR1=1;

//检测上升沿，立即打开定时器1进行测试

/*以下为超声波模块工作的核心，中断部分，详细解释见函数内部注释*/

voidINT0_Int（）interrupt0//外部中断0中断处理函数

TR1=0;

//一旦检测到回声脚下降沿，立即关闭定时器1

distance=（TH1*256+TL1）*1.0f/1000*340/2;

//单位毫,避免浮点运算

TR0=0;

display（）;

//把显示函数放在中断中，可以快速检测回声脚上升沿

//定时器0中断处理函数

voidTime0_Int（）interrupt1

triger=0;

//关闭超声波

//12MZ,10us

counter++;

if（counter>

=1500）//0.015s

counter=0;

triger=1;

//触发超声波

voidTime1_Int（）interrupt3

distance=0;

八.测试图片

（1）倒车雷达装置

距离小于100时，屏幕显示stop字样，点阵全部频闪，蜂鸣器连续发出“哔哔声”。

（2）显示距离并根据远近控制点阵

100<

距离<

200亮起前一行点阵，1602显示距离。

200<

300亮起前两行点阵，1602显示距离。

300<

400亮起前三行点阵，1602显示距离。

以此类推，距离过大时，点阵全部亮起，1602显示距离。

九.出现问题及分析

实验时出过不少问题，如点阵函数写错无法控制。

超声波模块无法工作。

1602写入时没有清除原来数据出现乱码等。

当然，出现问题是要及时纠正的。

客观来讲，51单片机应用技术已十分成熟，网上也有大量的详细教程，当遇到困难时不要只是一个人埋头苦想，可以在网上寻求帮助，快速解决问题。

有时候程序出现bug时自己难以察觉，也可以请其他同学帮忙查错，毕竟，只有多经历失败，多总结，才能一步一步深入了解单片机的工作，写程序速度也会大大提高。

此外，不要仅仅局限于现有知识或单一的题目要求，可以自己玩出些花样，增加拓展目标，增大单片机的实用性和可玩性。

中断是单片机一大难点及重点，只有掌握中断才能游刃有余的玩转单片机。

当遇到失败时，应及时总结，修正程序，继续努力学习。

十.后记

（1）引用书籍，程序，开源datasheet:

《新概念51单片机C语言教程》—郭天祥

《超声波基础程序》—张亚乾学长

《模电》—童诗白华成英

《超声波模块说明书》

《lcd模块说明书》

《蜂鸣器说明书》

《74hc系列寄存器说明书》

《8*8点阵使用说明》