【Proteus】超声波测距

前言：

在proteus8.6版本已经有了超声波模块，之前的proteus7版本中是没有这个的，只能够通过信号模拟超声波，或者就是自己制作超声波模块的模型，不过意思都差不多，现在既然proteus已经有了这个模块，就可以拉出来玩一下，看看实际的效果如何。

超声波的驱动：

有关这种超声波模块的驱动程序，应该还是比较好写的，没有像IIC协议等引脚时序那样略微复杂，而且驱动程序又比较通用，关于这个超声波模块的驱动原理，在淘宝上随便搜一下，下面都有比较详细的介绍，这里我就随便找了一家：

这个写得清楚明白，简单易懂，就是先将Trig脚拉低，然后给到Trig引脚一个至少10us的高电平信号，然后再拉低。之后模块就会自动向外发送超声波，我们只需要等待Echo管脚变为高电平就可以了。这个Echo管脚高电平的时间就带有距离信息。具体的距离计算公式也给出了：

测试距离 = （高电平时间 * 声速）/ 2；

那么，我们编程的思路就有了，先将Trig管脚置低，然后给Trig引脚一个至少10us延时的高电平信号，然后再拉低，然后等待Echo管脚的高电平信号，当Echo接收到高电平信号时，就打开定时器，在定时器中断中使用一个变量来计时，记录Echo管脚的高电平时间，当Echo变为低或者时间过长时，跳出循环，进行距离计算。因为可能前方没有障碍物，导致高电平时间很长，程序就在这里一直等待，而且此时的长距离信号也没有什么意义了，因此加上了时间过长时也会跳出循环。这个可以根据自己的实际情况来进行超时时间的调整。这样子，我们的大概的驱动函数就有了：

//超声波测量距离
void measure()
{float ult = 0.0f;Trig = 1;delay_20us();Trig = 0;while(Echo == 0);  //等待高电平TR0 = 1;  //打开定时器0time = 0;   //计时清零while((Echo == 1)&&(time <= 2000)); //等待Echo变为低电平或超出时间限制    2000us //距离计算ult = (float)time;    distance = (int) (34.0f * (ult / 100.0f)); //单位cm  34 * time/100 if(distance > 1000){distance = 1000;}TR0 = 0;  //关闭定时器time=0;ult=0;
}

关于定时器的问题，应该已经有很多关于51单片机的定时器的内容，这里就不在一个个寄存器来解释了。可以查阅相关的资料。在上面的驱动函数中，我们使用了time这个变量来计时。我们的定时器初始化配置如下：

/**********************************
初始化函数
***********************************/
void init()
{TMOD = 0x01;  //设置定时器工作方式，第二位为定时器0TH0 = (65536 - 10)/256; //定时器0高8位  10usTL0 = (65536 - 10)%256; //定时器0低8位TR0 = 1;     //打开定时器ET0 = 1;    //开定时器中断EA = 1;     //开总中断
}

定时器中断如下：

void T0_time() interrupt 1
{TH0 = (65536 - 10)/256; //定时器0高8位  10usTL0 = (65536 - 10)%256; //定时器0低8位time ++;
}

可以看到，time每计数一次，代表10us的时间，即0.00001秒，那么距离公式就是：

距离 = （time * 0.00001 * 340 / 2）单位：米

我们可以将单位换算为厘米，这样显示起来更加方便，而且proteus8中的超声波模块，也是按照厘米来发送电平的，因此转换为厘米就是：

距离 = time * 0.001 * 340 / 2 = time * 0.01 * 34 / 2 单位：cm

可以看到，这里正常应该是有一个除以2的，但我在实际测试中发现，proteus中的超声波模块显示的距离，发回给我的信号并没有除以2，因此我就没有除，也可能是我部分步骤有问题，欢迎指正，也可以根据自己情况进行修改。

之后是proteus原理图的绘制，正如文章开头的图片：

使用一个1602来显示距离，具体1602的驱动程序的文章，可以查看我之前的文章：【Proteus】单片机配合矩阵键盘LCD1602制作简易计算器 - 知乎

之后便是使用proteus来调试。

小技巧：我们可以在proteus的Message窗口查看proteus的仿真过程

当然，我这里是已经成功的截图，最开始仿真我也是不成功的，这里有一个小插曲：

如上图，我最开始的main中初始化时，是将Echo引脚置0的，之后仿真时，Echo引脚的电平就不会变化了，一直等不到想要的高电平，此时Message窗口的提示信息如下：

Message窗口提示Echo引脚发生了逻辑争用，之后我就一直等不到高电平信号了，解决办法就是在初始化时不要管这个Echo，可能只有Proteus仿真需要这样，如果是真实的超声波模块，应该不会有这种问题，最后的main如下：

void main()
{lcd_init();  Trig=0;//  Echo=0;  init(); //定时器初始化 display();  //显示函数      while(1){measure();     //测量距离display();  //显示函数delay_ms(100);}
}

main.c中所有代码如下：

#include <reg52.h>
#include <stdio.h>
#include "1602.h"
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
uchar direction;
int distance = 0;
int time = 0;      //超声波计时
sbit Trig = P1^0;
sbit Echo = P1^1;//延时20us 使能超声波
void delay_20us()
{  uint bt ;for(bt = 0;bt < 100;bt ++);
}//延时10us 超声波使用
void delay_10us()
{  uint bt ;for(bt = 0;bt < 30;bt ++);
}/**********************************
初始化函数
***********************************/
void init()
{TMOD = 0x01;  //设置定时器工作方式，第二位为定时器0TH0 = (65536 - 10)/256; //定时器0高8位  10usTL0 = (65536 - 10)%256; //定时器0低8位TR0 = 1;     //打开定时器ET0 = 1;    //开定时器中断EA = 1;     //开总中断
}//超声波测量距离
void measure()
{float ult = 0.0f;Trig = 1;delay_20us();Trig = 0;while(Echo == 0);  //等待高电平TR0 = 1;  //打开定时器0time = 0;   //计时清零while((Echo == 1)&&(time <= 2000)); //等待Echo变为低电平或超出时间限制    2000us //距离计算ult = (float)time;    distance = (int) (34.0f * (ult / 100.0f)); //单位cm  34 * time/100 if(distance > 1000){distance = 1000;}TR0 = 0;  //关闭定时器time=0;ult=0;
}//显示函数
void display()
{char *string = "distance :";char *string2 = "cm";char Z[16];//显示距离sprintf((char*)Z,"%s%d%s",string,distance,string2);                         print_string(Z,1);//  write_com(0x8a);
}                   void main()
{lcd_init();  Trig=0;//  Echo=0;  init(); //定时器初始化 display();  //显示函数      while(1){measure();     //测量距离display();  //显示函数delay_ms(100);}
}void T0_time() interrupt 1
{TH0 = (65536 - 10)/256; //定时器0高8位  10usTL0 = (65536 - 10)%256; //定时器0低8位time ++;}

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