导读：《蓝桥杯单片机组》专栏文章是博主2018年参加蓝桥杯的单片机组比赛所做的学习笔记，在当年的比赛中，博主是获得了省赛一等奖，国赛二等奖的成绩。成绩虽谈不上最好，但至少问心无愧。如今2021年回头再看该系列文章，仍然感触颇多。为了能更好地帮助到单片机初学者，今年特地抽出时间对当年的文章逻辑和结构进行重构，以达到初学者快速上手的目的。需要指出的是，由于本人水平有限，如有错误还请读者指出，非常感谢。那么，接下来让我们一起开始愉快的学习吧。

代码下载可到Github<传送门>

一、基础理论

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

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。

二、动手实验

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

这里写图片描述

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 <intrins.h>
#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！

可直接使用的程序（超声波数据保留小数点后一位）

#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();
}

小结：本篇文章主要介绍了单片机学习中的一个进阶模块：超声波模块。从基础理论到试验以及试验踩坑，都有涉及。在该部分也并没有太难的知识点，多多练习该模块对比赛名次大有裨益。

希望大家多多支持我的原创文章。如有错误，请大家及时指正，非常感谢。