实验报告：51单片机 Proteus仿真 超声波读取+LCD1602显示仿真

一、实验背景

本实验旨在使用51单片机（AT89C51）结合超声波传感器HC-SR04和LCD1602液晶显示屏，通过Proteus仿真平台实现超声波测距功能，并将测得的距离显示在LCD1602上。该系统可以用于智能小车避障、距离检测等应用场景。

二、硬件介绍

1. 51单片机（AT89C51）

   • 主频：12MHz
   • 存储器：4KB Flash，128B RAM
   • 定时器：两个16位定时器
   • I/O口：4个8位并行I/O口

2. 超声波传感器（HC-SR04）

   • 工作电压：5V
   • 工作频率：40kHz
   • 测量范围：2cm-400cm
   • 测量精度：±3mm
   • 引脚：VCC, GND, Trig, Echo

3. LCD1602液晶显示屏

   • 显示内容：2行16字符
   • 工作电压：5V
   • 控制接口：8位并行数据接口或4位并行数据接口

三、器件连接

• HC-SR04连接

  • VCC连接到5V电源
  • GND连接到地
  • Trig连接到P1.5
  • Echo连接到P1.6

• LCD1602连接

  • RS连接到P2.0
  • RW连接到P2.1
  • E连接到P2.2
  • 数据线D4-D7分别连接到P2.4-P2.7

四、设计原理

1. 超声波测距原理

超声波传感器通过发射40kHz的超声波脉冲，当遇到障碍物时，超声波反射回来。传感器接收反射波并计算从发射到接收的时间差，根据公式：
[ \text{距离} = \frac{\text{时间差} \times \text{声速}}{2} ]
计算出距离。声速在空气中约为340m/s。

2. 定时器使用

定时器0配置为模式1（16位定时器），用于测量Echo引脚的高电平时间。通过中断处理溢出情况，确保测量的精确性。

3. LCD1602显示

LCD1602使用4位数据接口模式连接到单片机。通过初始化函数LCD_init进行初始化，之后通过LCD_write_str函数将测量结果显示到屏幕上。

五、电路原理

1. 超声波模块

Trig引脚通过软件控制发射超声波脉冲，Echo引脚接收反射信号，并由定时器0记录高电平持续时间。

2. 定时器与中断

定时器0的溢出中断服务程序设置一个标志位Flag_Ultrasonic，表示测量超时，防止因未接收到反射信号而导致程序卡死。

3. LCD1602控制

通过定义的函数库实现对LCD1602的控制，包括初始化、清屏、光标移动和字符串显示等功能。

六、程序原理

程序主要包括以下几个部分：

1. 初始化部分

   • 初始化LCD1602
   • 初始化定时器0

2. 测距过程

   • 控制Trig引脚发出10us高电平脉冲
   • 等待Echo引脚变高，启动定时器0
   • Echo引脚变低，停止定时器0
   • 计算时间差并转换为距离

3. 显示部分

   • 将计算出的距离转换为字符串格式
   • 调用LCD_write_str函数显示到LCD1602上

void main() {
    unsigned char disp[10];
    unsigned int distance = 0;

    Trig = 0;
    Echo = 1;

    LCD_init();
    Init_Timer0();

    delay_ms(100);

    while (1) {
        TR0 = 0;
        TH0 = 0;
        TL0 = 0;
        Trig = 1;
        _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_();
        Trig = 0;
        while (!Echo);
        TR0 = 1;
        while (Echo);
        TR0 = 0;
        distance = Conut();
        
        sprintf(disp, "%dmm", distance);
        LCD_write_str(6, 1, disp);
    }
}

程序简要说明

• main函数初始化硬件和软件环境，进入主循环。
• 通过控制Trig引脚发出超声波信号，并测量Echo引脚高电平持续时间。
• 计算距离并转换为字符串格式，显示在LCD1602上。

七、总结

本实验通过Proteus仿真平台，成功实现了51单片机结合超声波传感器和LCD1602显示屏的距离测量系统。实验过程中，熟悉了定时器的使用、中断的处理以及液晶显示屏的控制方法，为后续更加复杂的应用奠定了基础。

资料

https://docs.qq.com/sheet/DUEdqZ2lmbmR6UVdU?tab=BB08J2