【蓝桥杯单片机组模块】9、超声波模块

不积跬步无以至千里,不积小流无以成江海。


代码下载可到Github<传送门>

超声波模块的工作原理:单片机供给超声波信号端Trig一个最少10us长的高电平触发信号,模块自动发射8个40khz的方波,同时自动检测到信号是否返回,一旦有信号返回,Echo端输出一个高电平高电平持续的实践就是超声波从发射到返回的时间。
对应的测试距离计算方法 :(高电平时间*声速(340m/s))/2

超声波模块原理图
【蓝桥杯单片机组模块】9、超声波模块_第1张图片

虽然我们板子上的不再是集成模块了,但是原理还是一样的。只是没有了Trig即不需要触发信号,同时需要程序实现连续发送8个40khz的方波,然后计算接收端持续为1的时间即可。
【蓝桥杯单片机组模块】9、超声波模块_第2张图片

程序中有几点需要注意的:

  • 40Khz的方波实现方法,方波就是占空比为1/2的矩形波,40k对应25us,所以我们可以通过发送引脚为高低电平分别持续13us实现40khz的方波!
  • 我是们是用定时器计数来实现计时的,所以还要考虑定时器溢出的问题,对应显示的距离也应处理!
  • 一般上如果我们使用成品模块的话都会把接收引脚放到外部中断,一旦收到低电平信号就进入外部中断停止计时,这样做更精确!但是不尽人意的是蓝桥的板子并不是接在了外部中断(突然让我想起来恶心的红外也不是接在外部中断)!
  • 不要刷太快,200ms即可!!
  • time*0.17是带一个小数点位的,别忘了小数点

【蓝桥杯单片机组模块】9、超声波模块_第3张图片

JS2 - 超声波发送端

用的是反相器推挽输出,这样可以加大发射频率。

JS1 - 超声波接收端

用的CX20106X这个红外芯片接收40KHz的方波。这个典型电路的优点就是误差小,1m内为mm级,2m内1cm左右,5m内3cm左右。


贴出超声波相关的代码。

/*
*******************************************************************************
* 文件名:sonic.c
* 描  述:
* 作  者:CLAY
* 版本号:v1.0.0
* 日  期: 
* 备  注:
*         
*******************************************************************************
*/

#include "config.h"
#include 
#include "main.h"


void Delay13us()		//@11.0592MHz
{
	unsigned char i;

	_nop_();
	_nop_();
	i = 33;
	while (--i);
}

void InitSonic()
{
	TMOD &= 0x0F;
	TMOD |= 0x10;
	TF1 = 0;
	TR1 = 0;		
}

void SendWave()
{
 	u8 i = 8;
	
	while(i--)
	{
		Sonic_Txd = 1;
		Delay13us();
		Sonic_Txd = 0;
		Delay13us();
	}
}

void SonicDriver()//数码管显示
{
	u16 time, distance;

	SendWave();//发送8个40Khz脉冲信号
	TH1 = 0; //清零计数值准备开始
	TL1 = 0;
	TR1 = 1;
	while((Sonic_Rxd) && (TF1==0));
	TR1 = 0;
	
	if(TF1 == 1)
	{
	 	TF1 = 0;
		LedBuff[0] = 0xBF; //对应显示横线
		LedBuff[1] = 0xBF;
		LedBuff[2] = 0xBF;
		LedBuff[3] = 0xBF;
	}
	else 
	{
	 	time = (TH1 * 256) + TL1;
		distance = (u16)((time * 0.17 * 12) / 11.0592); //[机器周期*定时器计时*10^(-6)](s) * 340(m/s)/2 * 10^(2); 单位厘米,且有一位小数点!
		LedBuff[0] = LedChar[distance%10];				  
		LedBuff[1] = LedChar[distance/10%10];
		LedBuff[1] &= 0x7F;	//点亮小数点
		LedBuff[2] = LedChar[distance/100%10];
		LedBuff[3] = LedChar[distance/1000%10];
	}
}

需要再次强调的一段代码

time = (TH1 * 256) + TL1;
distance = (u16)((time * 0.17 * 12) / 11.0592); 
//[机器周期*定时器计时*10^(-6)](s) * 340(m/s)/2 * 10^(2); 单位厘米,且有一位小数点!

算出的是单位cm后还带一个小数位!如果直接用12M晶振的话就是1us,一个机器周期。

distance = (u16)(time * 0.17 ); 

记录一点网上提到的小错误:

time = (TH1 * 256) + TL1;有人这样写time = TH1 << 8 | TL1没问题!<<运算符优先级比|高! 但是如果你这样写time = TH1 << 8 + TL1看着是对的!但是,你可以在C语言相关编程环境下试试!得到的答案是错的,原因也很简单,+的优先级比<<高!所以很有必要自己写程序的时候随手加上括号,不要想当然地写优先级!


可直接使用的(小数点后一位)

#include "config.h"

sbit Sonic_Txd = P1^0;
sbit Sonic_Rxd = P1^1;

u8 LedChar[] = {
	0xC0, 0xF9, 0xA4, 0xB0, 0x99, 0x92, 0x82, 0xF8, 0x80, 0x90
};
u8 LedBuff[] = {
	0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF
};

u32 cnt = 0;
u8 T1RH, T1RL;
bit flag200ms = 1;

void CloseFucker();
void ConfigTimer0();
void ConfigTimer1(u16 ms);
void ShowNumber(u16 num);
void SendWave();

void main()
{
	u16 time, distance=0;

	EA = 1;
	CloseFucker();
	ConfigTimer0();
	ConfigTimer1(1);

	while(1)
	{
		if(flag200ms)
		{
			flag200ms = 0;

			TH0 = 0;
			TL0 = 0;
			TF0 = 0;
			SendWave();
			TR0 = 1;
			while((Sonic_Rxd) && (TF0==0));
			TR0 = 0;
			
			if(TF0)
			{
			 	LedBuff[3] = 0xBF;
				LedBuff[2] = 0xBF;
				LedBuff[1] = 0xBF;
				LedBuff[0] = 0xBF;
			}
			else
			{
				time = ((u16)TH0<<8)+TL0;
				distance = 0.17 * time;
				ShowNumber(distance);	
			}	
		}					
	}
			
}

void Delay13us()		//@11.0592MHz
{
	unsigned char i;

	_nop_();
	_nop_();
	i = 33;
	while (--i);
}


void SendWave()
{
 	u8 i=8;
	
	while(i--)
	{
	 	Sonic_Txd = 1;
		Delay13us();
		Sonic_Txd = 0;
		Delay13us();	
	}	
}

void ShowNumber(u16 num)
{
 	u8 buf[8];
	char i;
	
	for(i=0; i<4; i++)
	{
	 	buf[i] = num%10;
		num /= 10;
	} 	
	for(i=3; i>0; i--)
	{
	 	if(buf[i] == 0)
		{
		 	LedBuff[i] = 0xFF;
		}
		else
		{
		 	break;
		}
	}
	for( ; i>=0; i--)
	{
		LedBuff[i] = LedChar[buf[i]];
	}
	LedBuff[1] &= 0x7F;
}

void CloseFucker()
{
 	P2 = (P2&0x1F)|0xA0;
	P0 = P0&0xAF;
	P2 = P2&0x1F;
}

void ConfigTimer0()
{	
	TMOD &= 0xF0;
	TMOD |= 0x01;
	TR0 = 0;
	TF0 = 0; 	
}

void ConfigTimer1(u16 ms)
{
	u32 tmp;
	
	tmp = 11059200/12;
	tmp	= (tmp*ms)/1000;
	tmp = 65536 - tmp;
	T1RH = (u8)(tmp>>8);
	T1RL = (u8)tmp;
	TMOD &= 0x0F;
	TMOD |= 0x10;
	TH1 = T1RH;
	TL1 = T1RL;
	ET1 = 1;
	TR1 = 1;
}

void LedScan()
{
 	static u8 index = 0;
	
	P2 = (P2&0x1F)|0xE0;
	P0 = 0xFF;
	P2 = P2&0x1F;
	P2 = (P2&0x1F)|0xC0;
	P0 = 0x80>>index;
	P2 = P2&0x1F;
	P2 = (P2&0x1F)|0xE0;
	P0 = LedBuff[index];
	P2 = P2&0x1F;

	index++;
	index &= 0x07;
}


void InterruptTimer1() interrupt 3
{
	static u16 tmr200ms = 0;
	TH1 = T1RH;
	TL1 = T1RL;
	tmr200ms++;

	if(tmr200ms >= 200)
	{
	 	tmr200ms = 0;
		flag200ms = 1;
	}
	
	LedScan();
}

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