2.1 超声波发射电路
图 3 数码管引脚图
超声波发射电路原理图如图 4 所示。发射电路主要有反相器 74LS04 和超声波 换能器构成,单片机 P1.0 端口输出的 40KHz 方波信号一路经一级反相器后送到超 声波换能器的一个电极，另一路经两级反相器后送到超声波换能器的另一个电 极，用这种推挽形式将方波信号加到超声波换能器两端可以提高超声波发射强 度。输出端采用两个反向器并联，可以提高驱动能力。上拉电阻 R6、R7 一方面 可以提高反相器 74LS04 输出高电平的驱动能力；另一方面可以增加超声波换能 器的阻尼效果，以缩短其自由振荡的时间。
实用的超声测距方法有两种，一种是在被测距离的两端，一端发射，另一端 接收的直接波方式，适用于身高计；一种是发射波被物体反射回来后接收的反射 波方式，适用于测距仪。此次设计采用反射波方式。测距仪的分辨率取决于对超 声波传感器的选择。超声波传感器是一种采用压电效应的传感器，常用的材料是 压电瓷。由于超声波在空气中传播时会有相当的衰减，衰减的程度与频率的高低 成正比；而频率高分辨率也高，故短距离测量时应选择频率高的传感器，而长距
原理 设计参数及 流程图 仿真及性 设计的改 格式 总分
公式推导
能分析 进方法
（30） （20） （10） （20/25） （10/5） （10）
大学
无线通信课程设计报告
基于单片机的超声波测距系统
专 业：通信工程 学 号：20085428 姓 名：超越
基于单片机的超声波测距系统
1．设计原理概述
文章是对基于单片机的超声波测距系统的研究，首先要知道超声波测距的原 理，它声波的一种，声波是物体机械振动状态（或能量）的传播形式。 超声波的特性： （1）超声波在介质传播过程中，会发生衰减和散射。由于受介质和杂质的阻碍 或吸收，其强度会产生衰减。 （2）超声波声束能集中在特定的方向上，具有良好的指向性。超声波可以在固 体、液体和气体中以不同的速度进行传播，其速度受介质温度、压力等因素的影 响，但在相同外部环境下，超声波在同一介质中的传播速度是一常数。 （3）超声波在异种介质的界面上会产生发射、叠加等现象。
动数码管的各个段码，从而显示出要的数位，根据 LED 数码管的驱动方式的不同， 可以分为静态式和动态式两类。其中数码管动态显示介面是单片机中应用最为广 泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的 8 个显示笔划“a，b，c，d， e，f，g，dp ”的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极 COM 增加位元选 通控制电路，位元选通由各自独立的 I/O 线控制，当单片机输出字形码时，所有 数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片 机对位元选通 COM 端电路的控制，所以只要将需要显示的数码管的选通控制打 开，该位元就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。透过分时轮流控制各个 LED 数码管的 COM 端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。在轮流 显示过程中，每位元数码管的点亮时间为 1～2ms，由于人的视觉暂留现象及发 光二极体的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度 足够快，给人的印象就是一组稳定的显示资料，不会有闪烁感，动态显示的效果 和静态显示是一样的，能够节省大量的 I/O 口，而且功耗更低，显示电路如图 3。
文章采用基于单片机的超声波测距系统，是利用单片机编程产生频率为 40kHz 的方波，经过发射驱动电路放大，使超声波传感器发射端震荡，发射超声 波。超声波经反射回来后，由传感器接收端接收，再经接收电路放大、整形，控 制单片机中断口。
以单片机为核心的超声波测距系统通过单片机记录超声波发射的时间和收 到反射波的时间，读取时间差，计算时间差，计算距离，结果输出给 LED 显示。
单片机计时准确，测距精度高，而且单片机控制方便，计算简单，成本低。
超声波发 射电路
测温度电 路
AT89S52
超声波接
芯
收电路
片
LED显示 电路
图 1 系统原理的大致框图
2．系统设计参数及硬件电路设计
单片机采用 AT89S52,系统采用高精度晶振，以获得较稳定的时钟频率，并减 少测量误差。单片机波信号，利 用外中断 0 口监测超声波接收电路输出的返回信号。显示电路采用简单实用的 4 位共阳 LED 数码管，段码用 74LS245 驱动，位码用 74LS07 驱动。单片机系统及 显示电路如图 2 所示。74LS245 是比较常用的芯片，用来驱动 led 或者其他
的设备，它是 8 路同相三态双向总线收发器，可双向传输数据。74LS245 还 具有双向三态功能，既可以输出，也可以输入数据。当片选端/CE 低电平有 效时，DIR=“0”，信号由 B 向 A 传输;（接收） DIR=“1”，信号由 A 向 B 传输；（发送）当 CE 为高电平时，A、B 均为高阻态。
图 2 单片机及显示系统电路图
显示部分采用八段数码管，八段数码管是由 a、b、c、d、e、f、g、h 八个 LED 组成。通过使不同的 LED 组合发光，达到数字和字母的显示效果。一般的 LED 额定电压为直流 2.7V 左右，因此在使用时要串联一个分压电阻。阻值一般选 1000 Ω左右，如果需要高亮显示或者扫描显示，可以适当减小。LED 数码管根据 LED 的接法不同分为共阴和共阳两类。LED 数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱
上式中， L 为待测距离，V(m/s) 为超声波在空气中的速度，T（s）为往返时间。 由于超声波在空气中的传播速度与温度 T(℃)有如下关系：
温度每变化 1℃，超声波速度变化 0.6m/s。所以通过测温电路测量出当前 温度，就可以计算出超声波在当前温度下的传输速度。通常声速随温度的变化比 较大， 因此产生的测量误差也比较大， 所以若是在环境温度变化较大的环境下 进行测量，考虑声速补偿的问题。
离的测量时应用低频率的传感器。 声波在其传播介质中被定义为纵波。当声波受到尺寸大于其波长的目标物体
阻挡时就会发生反射； 反射波称为回声。假如声波在介质中传播的速度是已知 的， 而且声波从声源到达目标，而返回声源的时间可以测量得到， 那么就可以 计算出从声波到目标的距离。超声测距仪是根据超声波遇到障碍物反射回来的特 性进行测量的， 即：