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课题名称 姓名 学号 年级专业 指导老师 完成日期 超声波测距+实际 MSP430 单片机与 proteus 中 虚拟 51 单片机串口通信仿真 2017年 05 月 27 日

摘 要

随着人们生活水平的不断提高，单片机控制无疑是人们追求的目标之一，但 人们对它的要求越来越高，要为现代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的 设施就需要从单片机技术入手，一切向着数字化控制，智能化控制方向发展。

本设计所介绍的就是实现实际单片机与 proteus 中的虚拟单片机进行串口通 信，采用 MSP430F149 单片机为控制核心、以单线数字温度传感器 DS18B20 来完成 温度信号的采集、温度以数宇的方式显示在 LCD1602 液晶上，最终实现温度的采 集、显示。利用集成的超声波测距模块测出与障碍物之间的距离。并且利用 UART 串口通信将实时数据发送给 proteus 中的虚拟单片机，虚拟单片用的是 AT89C51 单片机。51 单片机把接收到的数据用液晶模块显示出来，实现和实际单片机电路 同步显示，并且设有报警电路，当距离小于 5cm 时进行报警。

关键词：超声波测距、MSP430 单片机、LCD 液晶显示 、proteus 仿真 、 AT89C51

目录

1. 绪论 .....................................................................................................

1.1. MSP430 单片机概述 ........................................................................................................ 1 1.2. MSP430 的特点 ................................................................................................................ 2 1.3. 课题研究的主要内容 ........................................................................................................ 3

2. 系统总体方案设计 .........................................................................................

2.1. 控制系统的原理图 ............................................................................................................ 4 2.2. 超声波测距的原理 ............................................................................................................ 4

2.2.1. 超声波发生器 ....................................................................................................... 5 2.2.2. 超声波测距原理 ................................................................................................... 5 2.2.3. 超声波测距误差分析 ........................................................................................... 6

2.2.3.1. 温度误差 ...................................................................................................... 7 2.2.3.2. 时间误差 ...................................................................................................... 7

2.3. 温度测量原理 .................................................................................................................... 8

3. 硬件系统与软件系统设计 ...................................................................................

3.1. 硬件部分 ............................................................................................................................ 8

3.1.1. MSP430F149 单片机 ............................................................................................ 8

3.1.1.1. MSP430F149 的组成 ................................................................................... 9 3.1.1.2. MSP430F149 的定时器及转换模块............................................................ 9 3.1.2. 单线数字温度传感器 DS18B20 .......................................................................... 9

3.1.2.1. 温度传感器 DS18B20 特点 ...................................................................... 10 3.1.2.2. 温度传感器 DS18B20 内部结构 .............................................................. 10 3.1.2.3. DS18B20 读/写时序图： ........................................................................... 13 3.1.3. 超声波测距模块 ................................................................................................. 13

3.1.3.1. HC-SR04 超声波模块原理图 .................................................................... 13 3.1.3.2. 实物图： .................................................................................................... 14 3.1.3.3. 电气参数： ................................................................................................ 14 3.1.3.4. 超声波时序图： ........................................................................................ 15 3.1.4. 报警模块 ............................................................................................................. 15 3.1.5. 液晶显示模块 ..................................................................................................... 16 3.2. 软件部分 .......................................................................................................................... 16

3.2.1. 主处理的流程图 ................................................................................................. 16 3.2.2. 温度采集 DS18B20 模块 ................................................................................... 18 3.2.3. 超声波传感器模块 ............................................................................................. 19 3.2.4. 报警模块 ............................................................................................................. 20

4. Proteus 中虚拟单片机的仿真系统设计..........................................................................

4.1. Proteus 简介 ..................................................................................................................... 20 4.2. ISISI 编辑器介绍 .............................................................................................................. 21 4.3. Proteus 中虚拟单片机仿真图搭建 .................................................................................. 23

4.3.1. 51 单片机最小系统电路 .................................................................................... 23 4.3.2. proteus 中 1602 液晶电路 .................................................................................. 23 4.3.3. 虚拟终端以及串口电路 ..................................................................................... 24 4.4. 在 Proteus 中画出完整的电路图 .................................................................................... 25