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功能要求一、材料准备工具：可能涉及到的元器件：二、硬件设计1、单片机最小系统电路2、数码管显示电路3、按键电路4、HC-SR04超声波模块电路5、报警电路6、硬件测试三、程序设计1、搭建工程2、数码管显示模块程序设计3、超声波测距模块程序设计4、按键模块程序设计5、报警模块程序设计6、定时器程序设计7、功能实现程序设计四、小结五、附录附录1：整体电路原理图附录2：元件清单附录3：资源分享功能要求
（1）用单片机实现；
（2）用C语言编程；
（3）硬件电路板布局合理；
（4）用数码管显示器显示；
（5）距离测量范围是：10cm----100cm；
（6）误差小于8%；
（7）超过测距量程并报警；
（8）通过按键调节测距范围。
一、材料准备
工具：
电烙铁、万用表、STC烧写器、5V电源、PC机、Keil uVision5、AltiumDesigner 13.3.4、stc-isp程序烧写软件（可到STC官方网站下载：/index.htm）等。
可能涉及到的元器件：
最小系统：STC89C52RC单片机x1、12MHz有源晶振x1、10uF电解电容x1、22pFx2、10KΩ排阻x1、10KΩx1、数码管显示电路：四位共阴数码管x1、74HC573x1、220Ω电阻x8报警电路：5V有源蜂鸣器x1、S8550三极管x1、1KΩx1测距电路：HC-SR04超声波模块x1键盘输入：轻触开关x3其他原件：100mil插针若干、LEDx1、自锁开关x1二、硬件设计
1、单片机最小系统电路
如图1所示，是单片机最小系统电路图。学过51单片机的人都知道单片机最小系统包括：晶振电路、复位电路、单片机芯片和电源，这里作大概讲解即可，想了解详细电路原理请另查资料。晶振电路是为单片机提供时钟源；复位电路是为了让单片机从头到尾重新执行一遍程序，为了方便调试笔者采用按键复位方式；单片机芯片采用国产的STC单片机，型号为STC89C52RC（注：可以选择其他型号，譬如STC89、STC90、STC12等等），代码是完全兼容的，不必过多地担心，只是单片机内部资源不同而已；电源电路很简单，采用普通5V供电即可，为了方便调试建议加一个总电源开关，开关类型根据个人喜欢随便选。
图1 单片机最小系统电路图
图1中的J2是程序下载接口，接法很简单，单片机的串口P3.0和P3.1口引出即可；RP1是P0口的上拉排阻。
2、数码管显示电路
如图2所示
图2 数码管显示电路图
3、按键电路
如图3所示
图3 按键电路图
4、HC-SR04超声波模块电路
如图4所示
图4 超声波测距电路图
5、报警电路
如图5所示
图5 报警电路图
6、硬件测试
三、程序设计
1、搭建工程
头文件common.h：
#ifndef __COMMON_H__#define __COMMON_H__//头文件包含#include <reg52.h> //提供单片机寄存器地址#include <intrins.h>//提供_nop_()函数#endif
2、数码管显示模块程序设计
程序如下：
头文件dig.h
#ifndef __DIG_H__#define __DIG_H__//头文件包含#include "common.h"//管脚定义#define digDuan P0 //数码管段控制端口，高电平有效sbit digWei1 = P2^4; //第1位数码管控制端口，低电平有效sbit digWei2 = P2^5; //第2位数码管控制端口，低电平有效sbit digWei3 = P2^6; //第3位数码管控制端口，低电平有效sbit digWei4 = P2^7; //第4位数码管控制端口，低电平有效//函数声明void dig_scan(unsigned int *dat); //数码管扫描#endif
源文件dis.c
#include "dig.h"/* * 数码管扫描* *dat：以数组的方式传值，使用的时候直接填入数组名即可*/ void dig_scan(unsigned int *dat){static unsigned char i = 0; //循环变量/* 数码管扫描处理 */digDuan = 0x00; //消隐digWei1 = 1; digWei2 = 1; digWei3 = 1;digWei4 = 1;switch(i){case 0: {digWei1 = 0; //选通第1位数码管digDuan = dat[0]; //显示第1位数码管的内容break;}case 1:{digWei2 = 0; //选通第2位数码管digDuan = dat[1]; //显示第2位数码管的内容break;}case 2:{digWei3 = 0; //选通第3位数码管digDuan = dat[2] + 0x80; //显示第3位数码管的内容，顺便也显示小数点break;}case 3:{digWei4 = 0; //选通第4位数码管digDuan = dat[3]; //显示第4位数码管的内容break; }default: break;}++i; //数码管位选变量循环if(i >= 4)i = 0;}
3、超声波测距模块程序设计
程序如下：
头文件HC-SR04.h：
#ifndef __HC_SR04_H__#define __HC_SR04_H__#include "common.h"//引脚定义sbit Ttig = P1^3; //触发信号控制端口sbit Echo = P1^4; //回响信号接收端口//函数声明void start_ranging(void);#endif
源程序文件HC-SR04.c：
#include "HC-SR04.h"/* 启动超声波程序 */void start_ranging(void){Ttig = 1;//启动一次模块_nop_();//延时一段时间，至少10us以上 _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_();_nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_();Ttig = 0;}
4、按键模块程序设计
程序如下：
头文件key.c：
#ifndef __KEY_H__#define __KEY_H__//头文件包含#include "common.h"//管脚定义sbit KEY1 = P1^0; //设置键sbit KEY2 = P1^1; //加键sbit KEY3 = P1^2; //减键//函数声明unsigned char key_scan(void); //按键扫描#endif
源程序文件key.c：
#include "key.h"/* 按键延时函数，单位：ms */static void key_delayms(unsigned int ms){unsigned char a,b,c;while(--ms){for(c=1;c>0;c--)for(b=142;b>0;b--)for(a=2;a>0;a--);}}/* 按键扫描 */unsigned char key_scan(void){if(KEY1 == 0) //如果按键1按下{key_delayms(10); //延时10ms,去除按键抖动if(KEY1 == 0) //再判断一次按键按下{return 1; //输出键值1} }if(KEY2 == 0) //如果按键2按下{key_delayms(10); //延时10ms,去除按键抖动if(KEY2 == 0) //再判断一次按键按下{return 2; //输出键值2}}if(KEY3 == 0) //如果按键3按下{key_delayms(10); //延时10ms,去除按键抖动if(KEY3 == 0) //再判断一次按键按下{return 3; //输出键值3}}return 0; //如果没有按键按下，则输出0}
5、报警模块程序设计
程序如下：
头文件
在这里插入代码片
源程序文件
在这里插入代码片
6、定时器程序设计
程序如下：
头文件timer.h
#ifndef __TIMER_H__#define __TIMER_H__//头文件包含#include "common.h"#include "dig.h"//函数声明void InitTimer0(void); //定时器0初始化#endif
源程序文件timer.c：
#include "timer.h"extern unsigned int dis_buf[4];/* 定时器0初始化，定时1ms */void InitTimer0(void){TMOD = 0x11;//配置定时器0为工作方式1，定时器1位工作方式1TH0 = 0;TL0 = 0;TH1 = 0x0EC;//定时5msTL1 = 0x78;EA = 1;//打开总中断ET1 = 1;//打开定时器0中断TR1 = 1;//打开定时器1TR0 = 0;//打开定时器0}/* 定时器0中断服务函数，5ms进一次本中断，用于数码管扫描 */void Timer1Interrupt(void) interrupt 3{TH1 = 0x0EC;//定时5ms，重新赋值TL1 = 0x78;dig_scan(dis_buf);//数码管显示温度}
7、功能实现程序设计
程序如下：
头文件tack.h：
#ifndef __TASK_H__#define __TASK_H__#include "dig.h"//添加数码管显示程序#include "HC-SR04.h"#include "timer.h"#include "key.h"//引脚定义sbit BEEP = P3^7;//蜂鸣器控制端口，低电平有效，无源蜂鸣器//函数声明void delayms(unsigned int ms);//延时，单位：msvoid count(void);//计算距离void dis_distance(void);//显示距离void key_fuction(void);#endif
源程序文件tack.c：
#include "task.h"//全局变量定义//段码表，适用于共阴数码管unsigned int code duan_ma[16] = {0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,//0~90x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71//A~F}; unsigned int dis_buf[4];//显示缓存unsigned int S = 0;//距离缓存变量unsigned long time = 0;//时间缓存变量 unsigned int S_H = 400, S_L = 10; //S_H：报警上限值，默认400cm，S_L：报警下限值，默认10cm/** 延时，单位：ms*/void delayms(unsigned int ms){unsigned char a,b,c;while(--ms){for(c=1;c>0;c--)for(b=142;b>0;b--)for(a=2;a>0;a--); }}/** 计算测距*/void count(void){start_ranging();//启动一次超声波while(!Echo);//等待超声波模块输出IO拉高 TR0 = 1;//开启定时器计时while(Echo);//等待超声波模块输出IO拉低TR0 = 0;//关闭定时器计时/* 计算距离 */time = TH0 * 256 + TL0; //得到的时间，专业写法应该是这样：time = TH0 << 8 | TL0TH0 = 0;//定时计数器清零 TL0 = 0;S = (time * 1.7) / 100; //算出来是CM }/** 显示距离*/void dis_distance(void){dis_buf[3] = 0x00;dis_buf[2] = duan_ma[S / 100 %10];//取出百位数，并在数码管的第3位显示，从右往左数dis_buf[1] = duan_ma[S / 10 %10];//取出十位数，并在数码管的第2位显示，从右往左数dis_buf[0] = duan_ma[S % 10];//取出个位数，并在数码管的第1位显示，从右往左数 }/* * 设置报警功能*/void key_fuction(void){unsigned char mode_flag = 1; //模式切换标记位，1：设置上限值，2：设置下限值，3：退出while(1){if(key_scan() == 1)//功能切换键 {BEEP = 0;//按键提示音delayms(50);BEEP = 1;delayms(100);++mode_flag;if(mode_flag >= 3)//如果满3了，则退出break; }if(key_scan() == 2)//如果加键按下{BEEP = 0;//按键提示音delayms(50);BEEP = 1;delayms(100);if(mode_flag == 1)//设置上限值{++S_H;if(S_H > 400)S_H = 2; }if(mode_flag == 2) //设置下限值{++S_L;if(S_L > 400)S_L = 2; }}if(key_scan() == 3) //如果减键按下{BEEP = 0; //按键提示音delayms(50);BEEP = 1;delayms(100);if(mode_flag == 1) //设置上限值{--S_H;if(S_H < 2)S_H = 400; }if(mode_flag == 2) //设置下限值{--S_L;if(S_L < 2)S_L = 400; }}/*------------- 报警设置显示 --------------*/if(mode_flag == 1) //显示设置上限值内容{dis_buf[3] = 0x76;//第4位数码管显示字母 Hdis_buf[2] = duan_ma[S_H / 100 % 10];//显示百位数dis_buf[1] = duan_ma[S_H / 10 % 10];//显示十位数dis_buf[0] = duan_ma[S_H % 10];//显示个位数}if(mode_flag == 2)//显示设置下限值内容{dis_buf[3] = 0x38;//第4位数码管显示字母 Ldis_buf[2] = duan_ma[S_L / 100 % 10];//显示百位数dis_buf[1] = duan_ma[S_L / 10 % 10];//显示十位数dis_buf[0] = duan_ma[S_L % 10];//显示个位数} }}
编写完功能程序之后，在主函数main()中测试功能程序是否成功，内容如下：
源程序文件main.c：
#include "task.h"//全局变量声明extern unsigned int S; //声明距离缓存变量，在文件"task.c"中定义extern unsigned int dis_buf[4]; //声明显示缓存数组，在文件"task.c"中定义extern unsigned int code duan_ma[16];extern unsigned int S_H, S_L; //S_H：报警上限值，默认400cm，S_L：报警下限值，默认10cm/* 主函数 */void main(void){digDuan = 0x40;//显示"----"digWei1 = 0;digWei2 = 0;digWei3 = 0;digWei4 = 0;delayms(1000);//延时大约1s InitTimer0();//定时器0初始化while(1){count();//计算距离if(S>=S_H || S<=S_L) //如果超出设定的范围，则显示"---"{dis_buf[3] = 0x00;dis_buf[2] = 0x40;//显示"---"dis_buf[1] = 0x40;dis_buf[0] = 0x40; BEEP = 0;//蜂鸣器鸣叫}else{BEEP = 1;//关闭蜂鸣器dis_distance();//显示距离}if(key_scan() == 1) //如果按下设置键，则进入设置报警功能{BEEP = 0;//按键提示音delayms(50);BEEP = 1;delayms(100);key_fuction();//进入设置报警功能} }}
四、小结
五、附录
附录1：整体电路原理图
附录2：元件清单
附录3：资源分享
STC89C52RC数据手册官网下载链接：/index.htm
百度网盘链接：/s/1i_VyxjlJlqFOZImX1WpY0wHC-SR04超声波模块资料
百度网盘链接：/s/1rs0w3pSYESE-ate9bnE65A74HC573芯片数据手册
百度网盘链接：/s/1eMwCgwte-m5yAb1rql1dqw演示视频
优酷网：/v_show/id_XNDM1NzYzMzU0NA==.html?spm=a2h0k.11417342.soresults.dtitle
西瓜视频：/i6735447308093096455/
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