自动化技术综合实训报告实训题目：院专班姓学指导教师：实训地点：开课时间：序号 评价内容 分数 序号 评价内容分数1 出勤（10 分）3 实训任务完成情况（50 分） 2 课题难度分值（10 分）4实训总结报告（30 分）实训总成绩： 94 分学生姓名：魏*星实训评分指导教师评语：指导教师（签名）：年月目录第 1章绪论1.1实训的目和要求1.2实训课题设计功能描述………………………………………………………1.3应解决的问题………………………………………………………………第 2章整体设计方案2.1设计原理2.2整体系统设计………………………………………………………………第 3章硬件电路设计3.1电路原理图3.2元件清单……………………………………………………………………3.3重要电路介绍3.3.1复位与晶振电路……………………………………………………3.3.2超声波发射电路……………………………………………………3.3.3超声波接收检测电路………………………………………………3.3.4显示电路第 4章软件设计4.1系统软件设计4.2程序流程图4.3程序设计与调试第 5章制板焊接调试5.1仿真结果与 PCB图5.2焊制电路板、实物运行调试5.3误差分析与校正讨论总结与体会谢词参考文献附录第1章绪论1.1实训的目的和要求生产实训是自动化专业本科生在校期间必须进行的主要实践环节之一，是培养学生工程实践能力、提高学生工程素质的一个重要组成部分。
作为一名工科学生，将来从事自动化及相关工作，为了让我们能尽早的认识社会实践，了解工业生产，提高自己的动手意识，强化个人素质，增强理论联系实际的观念，学校给我们安排了为期两周的专业实训，让我们学到的理论知识和实践联系到一起，为我们以后的走向社会打下一个坚实的基础。
这次实训的主要目的是让大家进一步了解 AT89 系列单片机的引脚、功能，晶振电路、显示电路和信号输入输出电路的设计，熟悉使用 keil 软件和用汇编语言编程完成各种处理和控制，同时学习使用软件对电路进行设计，对项目进行仿真、调试，以及 PCB 板的制作等，最主要的是了解一个小型项目的研发过程，从项目的提出到项目实现需要怎样一步步来完成，项目完成事应该大概掌握以上要求。
1.2实训课题设计功能描述我们小组选择的课题是基于 AT89C51 单片机的超声波测距仪设计。
由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播距离较远，因而超声波被广泛用于距离的测量。
利用超声波检测往往比较迅速、方便，计算简单易于做到实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求，测量时与被测物体无直接接触的特点，使得其具有很大的使用价值。
我们最熟悉的超声波测距的应用是声纳系统，是超声波测距在军事上的终极使用，研制具有更高定位精度的被动测距声纳，以满足水中武器实施全隐蔽攻击的需要；实现超远程的被动探测和识别；研制更适合于浅海工作的潜艇声纳，特别是解决浅海水中目标识别问题；大力降低潜艇自噪声，改善潜艇声纳的工作环境。
无庸置疑，未来的超声波测距仪将与自动化智能化接轨，与其他的测距仪集成和融合，形成多测距仪。
随着测距仪的技术进步，测距仪将从具有单纯判断功能发展到具有学习功能，最终发展到具有创造力。
除了军事，日常生活和工业上也广泛应用，如：倒车雷达，建筑施工工地以及一些工业现场在液位测量、井深测量、管道长度测量等场合的使用。
1.3设计研究的要求及主要内容应解决的问题本项目需要通过学习和查阅资料，了解和掌握如下知识：1. +5V电源原理及设计2.单片机复位电路工作原理及设计3.单片机晶振电路工作原理及设计4.七段 LED显示原理及设计5.超声波传感器的应用及设计6.电路的接线7.AAT89C51单片机的引脚8.单片机汇编语言及设计第2章整体设计方案2.1设计原理本文所研究的超声波测距仪利用超声波指向性强、能量消耗缓慢、传播距离较远等优点，即用超声波发射器向某一方向发送超声波，同时在发射的时候开始计时，在超声波遇到障碍物的时候反射回来，超声波接收器在接收到反射回来的超声波时，停止计时。
设超声波在空气中的传播速度为 V，在空气中的传播时间为 T，汽车与障碍物的距离为 S，则：S=VT/2这样可以测出汽车与障碍物之间的距离，然后在 LED 显示屏上显示出来。
2.2系统设计超声波是指频率高于 2K HZ 的机械波，为了以超声波作为检测手段，必须产生超声波和接收超声波，完成这种功能的装置就是超声波传感器，习惯上称为超声波换能器或超声波探头。
超声波传感器有发射器和接收器，但是一个超声波接收器也可以具有发射和接收声波的双重作用。
超声波传感器是利用压电效应的原理将电能和超声波相互转换，即在发射超声波时，将电能转换，发射超声波，而在接收回波的时候，将超声波振动转换成电信号。
本文所设计的超声波测距仪主要由 AT89C51 单片机、超声波发射电路、超声波接收放大电路、显示电路.首先由单片机驱动产生 12MHZ 晶振，由超声波发射探头发送出去，在遇到障碍物反射回来时由超声波接收探头检测到信号，然后经过滤波、放大、整形之后送入单片机进行计算，把计算结果输出到 LED 液晶显示屏上。
超声波测距器系统设计如图 1所示。
LED显示超声波接收单片机控制器超声波发送第3章硬件电路设计3.1电路原理图单片机采用 AT89C51，系统用 12MHZ高精度晶振得到较稳定的时钟频率以减小误差。
用单片机 P1.0端口输出 40kHZ方波信号，利用外中断 0检测接收返回的超声波信号，显示电路采用常用的七段数码管，电路原理图如图 2所示。
超声波发射采用推挽将 P1.0端口发出的方波信号加到超声波换能器两端以提高超声波发射的强度。
发射电路主要有 74LS04和超声波换能器构成，用单片机 P1.0端口输出 40kHZ的方波信号一路经一级反向后传到超声波换能器的一个电极，另一路经两级反向后送到超声波换能器的另一电极。
超声波接收采用的是常用于电视机红外遥控接收器的芯片 CX20106A，考虑到红外遥控常用的载波频率 38kHZ和测距超声波频率 410kHZ比较接近，可以利用它作为超声波检测电路。
实践证明其具有很高的灵敏度和较强的抗干扰能力。
适当改变超声波接收探头两端电容的大小，可以改变接收电路的灵敏度和抗干扰能力。
电路原理图：图 2电路原理图元件名称 型号 数量 用途 单片机 AT89C51 1 个 控制核心 晶振 12MHZ 1 个 晶振电路 电容 22pF 2 个 晶振电路 电解电容 10uF 1 个 复位电路 电阻 1K Ω 1 个复位电路 七段 LED 显示 4 位共阳极 1 个显示电路 电阻 220K Ω 1 个 接收电路 电阻 10K Ω 2 个 接收电路 电容 330pF 1 个 接收电路 电容 3.3uF 1 个 接收电路 集成块 74LS04 1 块 发射电路 集成块 74LS245 1 块 驱动 电阻 10Ω 2 个 接收电路 超声波接收与 发射头 一对 发射电路 接收电路 电阻 1k Ω 6 个 上拉电阻 电源 +5V/0.5A 一个 提供+5V 电容 1uF 1 个 接收电路 电容 0.056uF 1 个 接收电路 红外线 CX20106A 1 个 接收电路 接收芯片 排阻 4.7k ΩX 8 1 个 上拉电阻 集成块 74LS07 1 块 显示电路3.2 元件清单基于 AT89C51 单片机的超声波测距仪元件清单如表 1 所示：表 1：元件清单硬件电路可以大概分成以下几块：发射电路部分、接收电路部分、显示部分 以及晶振和最小系统的部分等小组 3 位成员，我负责的是接收电路部分，这部分将详写，其它略写3.3 主要电路介绍3.3.1 复位与晶振电路复位是单片机的初始化操作，使 CPU 及各专用存储器处于一个确定的初始状 态，其中把 PC 的内容初始化为 0000H ，使单片机从 0000H 单元开始执行程序， 除了系统的正常开机（上电）复位外，当程序运行出错或操作错误使系统处于死 循环状态时，为摆脱困境，可按复位键进行复位，复位电路由片外和片内两部分 电路组成。
AT89C52 的 RST 引脚为复位引脚，只要在 RST 引脚上出现两个机器周 期以上的高电平，即可实现复位，复位通常有上电复位和按键复位两种方法。
本设计采用的事按键复位，当按下键后，电容被短路，RST 引脚就处于高电平，就可以达到复位的目的，如图 3 所示。
图 3 复位与晶振电路3.3.2 超声波发射电路由单片机产生的 40kHz的方波需要进行放大，才能驱动超声波传感器发射超声波，发射驱动电路其实就是一个信号放大电路，如图 4所示。
图 4超声波发射电路原理图3.3.3 超声波接收检测电路（1）电路原理图接受电路原理图如图 5 所示：图 5超声波接收电路原理图参考红外转化接收电路，本设计采用集成电路 CX20106A，这是一款红外线检波接收的专用芯片，常用于电视机红外遥控接收器。
考虑到红外遥控常用的载波频率 38KHz 与测距超声波频率 40KHz 较为接近，可以利用他作为超声波检测电路。
如图 5 超声波检测接收电路原理图所示，适当改变电容 cap+2 的大小，可以改变接受电路的灵敏度和抗干扰能力。
管脚 1 是超声波信号输入端，是输入阻抗约为 40KΩ;管脚 2 的 cap+2 R19 决定接受换能器的总增益，增大电阻 R 或者减小 C，将使放大倍数下降，负反馈量增大，电容 C 的改变会影响到频率特性，实际使用中一般不改动，推荐选择参数 R=4.7 KΩ，C=3.3uF;管脚 5 上的连接电阻 R18 用以设置带通滤波器的中心频率，阻值越大，中心频率越低，取 R=200 KΩ时，中心频率约为 42KHZ；管脚 6 与 GND 之间接入一个分电容，标准值为 330pF，如果该电容取得太大，会使探测距离变短；管脚 7 是遥控命令输出端，是集电极开路的输出方式，因此该引脚必须接上一个上拉电阻到电源，该阻值推荐阻值为 R5=220 KΩ,没有接受信号时该端输出为高电平，有信号时则会下降；管脚 8 接电源正极。
接+5V.（2）时序分析由单片机 AT89C51编程产生 40kHz的方波，由 P1.0口输出，再经过放大电路，驱动超声波发射探头发射超声波。
发射出去的超声波经障碍物反射回来后，由超声波接收头接收到信号，通过接收电路的检波放大、积分整形及一系列处理, 送至单片机。
单片机利用声波的传播速度和发射脉冲到接收反射脉冲的时间间隔计算出障碍物的距离,并由单片机控制显示出来。
该测距装置是由超声波传感器、单片机、发射/接收电路和 LED显示器组成。
传感器输入端与发射接收电路相连,接收电路输出端与单片机相连接,单片机的输出端与显示电路输入端相连接。