蓝桥杯单片机设计与开发⑫ ---超声波模块

一、基本原理

超声波发射模块向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。

二、计算公式

距离 = 声速 × 发出超声波到接收返回的时间/2
因为超声波在空气中的传播速度受温度影响。声波在空气中的传播速度与温度的关系是：
在20摄氏度时，声速V = 332 + 0.607t (m/s)
利用超声波进行距离测量，要求精度一般都不高，取20摄氏度时候的声速344M/S进行计算，再进行适当的补偿就可以。所以，其计算公式为：距离L = 344M/S * T / 2 = 172M/S * T 。

三、实现步骤

产生8个40KHz的超声波信号，通过TX引脚发射出去
启动定时器，计算计数脉冲。
等待超声波信号返回，如果接收到反射回来的信号，RX引脚变为低电平。
停止定时器，读取脉冲个数，即获得时间T。
根据公式，L = V * T /2m进行距离的计算。

四、参考程序

注：超声波测距是一直以来都是国赛中重要的考点，几乎每届必考。虽然省赛还没有考过，但也不能排除以后不考

在蓝桥杯单片机的竞赛综合平台CT107D中，超声波模块的TX引脚接到单片机的P1.0端口，RX引脚接到单片机的P1.1端口。设计程序，进行超声波测距，最大测量范围约140cm。测量结果用cm作为显示单位，显示在数码管的最左边三位。如果测量距离超出范围，则以“F”作为标志，显示在数码管的最右边一位。

sonic.c

#include "sys.h"
#define sonic_nop {_nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_();};void Send_Sonic(void) //发送8个40khz脉冲信号
{unsigned char i = 8;while(i --){TX = 1;sonic_nop; sonic_nop; sonic_nop; sonic_nop; sonic_nop;sonic_nop; sonic_nop; sonic_nop; sonic_nop; sonic_nop;TX = 0;sonic_nop; sonic_nop; sonic_nop; sonic_nop; sonic_nop;sonic_nop; sonic_nop; sonic_nop; sonic_nop; sonic_nop;}
}unsigned int Mea_Distance()
{u16 distance = 0;u16 time = 0;Send_Sonic();  //发送超声波信号TR1 = 1;      //启动定时器1while((RX == 1)&&(TF1 == 0));//等待超声波信号返回，或者等到测量超出范围TR1 = 0;     //停止定时器1if(TF1 == 0) //正常测量范围{time = TH1;time = (time << 8)|TL1;distance = time*0.0175;}else     //超出测量范围{TF1 = 0;distance = 999;  }TH1 = 0;TL1 = 0;return distance;
}

main.c

#include "sys.h"
bit MEA_SONIC_FLAG;
void main()
{u16 distance = 0;ALL_Init();Timer0Init();Timer1Init();while(1){if(MEA_SONIC_FLAG) //每125ms测量一次{MEA_SONIC_FLAG = 0;distance = Mea_Distance();}Nixie_Drive(distance);}
}

sys.h

#ifndef __SYS_H__
#define __SYS_H__//头文件包含
#include <STC15F2K60S2.H>
#include <intrins.h>//管脚声明
sbit TX = P1^0;//超声波发送
sbit RX = P1^1;//超声波接收
//变量类型声明
typedef unsigned int uint;
typedef unsigned int u16;
typedef unsigned char uchar;
typedef unsigned char u8;//外部变量声明//函数声明
void ALL_Init();
void Operate_Delay(unsigned int ms);
void HC138_Set(u8 channel);
void Timer0Init();
void Timer1Init(void);
//nixie.c
void Nixie_Scan();
void Nixie_Show();
void Nixie_Drive(u16 dat);
//sonic.c
void Send_Sonic();
unsigned int Mea_Distance();
#endif

nixie.c

#include "sys.h"// 0    1    2    3    4    5    6    7
uchar code nixie[] = {0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,// 8 9    a    b    c    d     e    f    u0x80,0x90,0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e,0xc1,0xff};    //共阳数码管码字uchar NixieBuff[] = {0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff};uchar smg1,smg2,smg3,smg4,smg5,smg6,smg7,smg8;
uchar code Symbol[] = {0xff,0xbf}; //全灭，-void Nixie_Scan()
{static u8 index;HC138_Set(7);P0 = 0XFF;HC138_Set(6);P0 = 0x01<<index;HC138_Set(7);P0 = NixieBuff[index];HC138_Set(0);index++;index &= 0x07;
}void Nixie_Show()
{NixieBuff[0] = nixie[smg1];NixieBuff[1] = nixie[smg2];NixieBuff[2] = nixie[smg3];NixieBuff[3] = Symbol[smg4];NixieBuff[4] = Symbol[smg5];NixieBuff[5] = Symbol[smg6];NixieBuff[6] = Symbol[smg7];NixieBuff[7] = nixie[smg8];
}void Nixie_Drive(u16 dat)
{if(dat == 999){smg1 = smg2 = smg3 = 17;smg4 = smg5 = smg6 = smg7 = 0;smg8 = 15;}else{smg1 = dat/100;smg2 = dat%100/10;smg3 = dat%10;smg4 = smg5 = smg6 = smg7 = 0;smg8 = 17;}
}

sys.c

#include "sys.h"
extern bit MEA_SONIC_FLAG;
/**
*@brief     外设初始化
*@param[in] none
*@return    none
**/
void ALL_Init()
{P2 = (P2&0x1f)|0xa0;  //打开Y5CP0 = 0x00;              //关闭蜂鸣器&继电器P2 = (P2&0x1f)|0xe0;    //打开Y7CP0 = 0xff;              //关闭数码管P2 = (P2&0x1f)|0x80;    //打开Y4CP0 = 0xff;              //关闭LEDP2 = P2&0x1f;           //关闭所用使能
}
/**
*@brief     延时函数
*@param[in] 延时多少ms(0~65535)
*@return    none
**/
void Operate_Delay(u16 ms)
{u16 i;for(ms;ms>0;ms--)for(i=921;i>0;i--);
}
/**
*@brief      74HC138译码器通道选择
*@param[in]  channel (通道)
*@return     none
**/
void HC138_Set(u8 channel)
{switch(channel){case 0: P2 =  P2 & 0x1f;     break;     //关闭所有通道case 4: P2 = (P2&0x1f)|0x80; break;     //选择Y4对应的模块 (LED),        运算结果为P2高三位 100case 5: P2 = (P2&0x1f)|0xa0; break;     //选择Y5对应的模块 (蜂鸣器),   运算结果为P2高三位 101case 6: P2 = (P2&0x1f)|0xc0; break;     //选择Y6对应的模块 (数码管位选), 运算结果为P2高三位 110case 7: P2 = (P2&0x1f)|0xe0; break;     //选择Y7对应的模块 (数码管段选), 运算结果为P2高三位 111}
}void Timer0Init(void)      //1毫秒@11.0592MHz
{AUXR |= 0x80;     //定时器时钟1T模式TMOD &= 0xF0;       //设置定时器模式TL0 = 0xCD;       //设置定时初值TH0 = 0xD4;        //设置定时初值TF0 = 0;       //清除TF0标志TR0 = 1;      //定时器0开始计时ET0 = 1;EA = 1;
}void Timer1Init(void)      //0微秒@11.0592MHz
{AUXR &= 0xBF;     //定时器时钟12T模式TMOD &= 0x0F;      //设置定时器模式TL1 = 0;      //设置定时初值TH1 = 0;       //设置定时初值TF1 = 0;       //清除TF1标志TR1 = 0;
}void Timer0() interrupt 1
{static unsigned char i;i++;if(i == 125){i = 0;MEA_SONIC_FLAG = 1;}Nixie_Show();Nixie_Scan();
}

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