一、工具準備

工欲善其事，必先利其器，這次基于51單片機，繪制一個最小系統原理圖，制板并焊接，利用超聲波模塊測距。這次項目需要用到51單片機、超聲波模塊、電腦端的串口助手，以及自己繪制一個51單片機最小系統的電路板。畫板部分推薦嘉立創EDA，國產免費，有很多免費的庫和一些優秀的開源工程，可以直接拿來用，非常方便；畫完板子直接嘉立創下單打樣，每個月兩次免費的打樣機會，白嫖的板子拿來練手，豈不美哉？

看我文章的大多都是大學生，大學階段要多練習，從繪圖到制板再到焊接，先模仿再創新，熟能生巧，不管是大學階段的作業、課程設計還是畢業設計，都會非常簡單。若本專業沒有必須要求的繪圖軟件，這個嘉立創EDA軟件，我是極力推薦的，上手很快，如果用過CAD等軟件，最多半個小時基本上就會用了，大家可以在線或者下載下來使用，登錄自己的賬號即使換電腦了，之前保存的工程文件也可以繼續使用。

二、硬件介紹

基本流程：首先繪制原理圖，完成原理圖之后，就可以轉成PCB文件，根據需求選擇好板子的大小，調整好各個元器件的位置，然后布線，最后檢查沒問題就生成Gerber文件。把這個Gerber文件交給制板廠家進行打樣，等板子到了根據原理圖把元器件焊接到板子的對應位置就可以了，不想手焊的話也可以交由廠家貼片完成，像嘉立創從繪制PCB到打板到smt貼片一條龍就很方便。

硬件設計：51單片機最小系統就不再細講了，我把原理圖放到下面；整體思路就是通過單片機向超聲波模塊發送命令，超聲波模塊接收到正確命令后，返回出我們需要的數據（高電平時間），然后我們時間還有聲速，就可以算出來距離了，最后單片機通過串口，把距離發送到上位機，該功能就實現了。

51單片機最小系統原理圖

質量把控：板子的質量對于焊接后的外觀以及電氣性能的至關重要，性能優異，顏值更是錦上添花；要好看的顏值和優異的性能，生產板子的原材料、精度和一致性等都很重要，因此，制板廠家是否靠譜對于項目的推進有著不可忽視的作用，我自己也在很多廠家打過板子，現在基本上就是首選嘉立創了，也推薦給大家。 ????工藝科普：想要產品質量好，制程工藝非常重要，先進的工藝不僅可以提高產品質量，還可以方便客戶使用，在一些高多層板的設計中，如果使用盤中孔工藝，則可以在設計階段大大提高PCB設計工程師的效率、提高PCB的良率，有利于高速板的性能。現在嘉立創又推出了“盤中孔工藝對6-20層的板子全免費”，不僅提高了焊盤的機械強度，并且方便布線，對于密集的點位，若使用“盤中孔工藝”，布線的時間將大大縮減，對于高速板來說，不用彎彎繞繞的布線了，性能也會有所提升，想更多了解“盤中孔工藝”，可以看下面這篇文章。

嘉立創”盤中孔設計工藝”

嘉立創，公眾號：嘉立創嘉立創強烈建議你6、8-20層電路板采用“盤中孔設計工藝”

嘉立創盤中孔內部結構示意圖

三、實驗原理

HC-SR04超聲波測距模塊：

模塊工作原理： (1)采用IO觸發測距，給至少10us的高電平信號; (2)模塊自動發送8個40KHz的方波，自動檢測是否有信號返回； (3)有信號返回，通過IO輸出高電平，高電平持續的時間就是超聲波從發射到返回的時間； 測試距離=(高電平時間*聲速(340m/s))/2; ? ? 根據公式S=v*t，我們要想通過超聲波來測量距離，就需要知道速度v和時間t，一般情況下，以空氣為介質，聲速為340m/s，速度知道后，就差時間了。

這個模塊一共有4個引腳，除了VCC和GND外，還有Trig（控制端）和Echo(接收端），當控制端接收到信號時，模塊就會就自動發送8個方波，遇到障礙物后就會反射回來①；發射時記一個時間，接收時再記一個時間，時間差就是一來一回所用的時間了，這個時間差不用我們去算，模塊會自動幫我們算，然后會在Echo引腳輸出一個高電平，然后再自動拉低，這樣我們只要讀出來這個高電平時間②，就可以知道發射的聲波一來一回用了多長時間，再除以2，就可以知道單方向所用的時間了，有了速度，有了時間，就可以根據公式把距離算出來了。

下面具體介紹一下如何實現： ????①：根據超聲波模塊的工作原理可以得知，需要給控制端Trig一個大于10us的高電平，于是初始化時要先將Trig引腳初始化為低電平，然后將Trig置高電平，延時大于10us，再置低電平。這個工作做完后，聲波就自動發射出去了，下面該算時間了。

?

void Ultrasound_Init(void)
{  
  Trig_P17 = 0;//初始化為低電平
  Echo_P32 = 0;
  Timer0_Init();
}
int get_distance(void)
{
  unsigned char i,t1,t2;
  unsigned char timeH,timeL;
  unsigned int time;
  unsigned int distance;


  Trig_P17 = 1;//置為高電平
??for(i=0;i<12;i++)//延時大于10us
  {
    _nop_();
  }
  Trig_P17 = 0;//置為低電平
  ……
  ……
  }

? ????②：計算時間，就是計算接收端Echo的高電平時間，所以我們也要先把Echo初始化為低電平，硬件自動拉高，然后再自動拉低；咱們檢測自動拉高的這一段時間就可以了，這里用到了一個小技巧，巧用了定時器的工作模式，以定時器0為例： ??? TR0：定時器T0的運行控制位，當GATE=1時，TR0=1且INT0輸入高電平時，才允許T0計數。 ????現在我們把接收端Echo接到外部中斷0，P32引腳,先把TR0置1，這時候定時器不工作，只有Echo為高電平時，才開始計數，剛好咱們的超聲波模塊也是用高電平時間反饋聲波一來一回所用的時間，這樣咱們就把定時器的初值設為0，開始計數時是從0開始的，如果Echo由高電平變為低電平時，定時器停止計數，這時我們再讀取定時器的計數值，就可以知道記了多少個數，以12MHz晶振為例，12T模式下記一個數需要1us，這樣咱們就知道高電平一共是多長時間了，再除以2，就得到了單方向的時間。于是，根據公式距離就可以算出來了。

void Timer0_Init(void)
{
  TMOD &=0xF0;
  TMOD |=0x09; //設T0為方式1，GATE=1；
  TH0 = 0; //高位置0
  TL0 = 0; //低位置0
  TF0 = 0;
  TR0 = 1;
}


void Ultrasound_Init(void)
{  
  Trig_P17 = 0;
??Echo_P32?=?0;//初始化為低電平
  Timer0_Init();
}


int get_distance(void)
{
  unsigned char i,t1,t2;
  unsigned char timeH,timeL;
  unsigned int time;
  unsigned int distance;
……
  Echo_P32 = 1;
 ……
??timeH?=?TH0;//得到最終的計數值
  timeL = TL0;
  TH0 = 0;//初值清零，重新計數
  TL0 = 0;


??time?=?timeH*255?+?timeL;????//計數數量轉化為十進制
……
??distance?=?time?*?1.7/100;//計算得到距離??
  return distance;
}

編輯：黃飛

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