蓝桥杯单片机超声波模块和PCA模块

最新推荐文章于 2024-05-20 19:03:01 发布

Labghost

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分类专栏：第十届蓝桥杯赛后资料整理文章标签：单片机

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/Labghost/article/details/104472971

版权

本文介绍了蓝桥杯单片机比赛中超声波模块和PCA模块的工作原理。超声波测量利用超声波的反射计算距离，PCA模块则通过硬件计时和电平捕获实现精确计时。文中提供了PCA定时器的配置方法以及超声波测量的参考代码。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

原理

超声波测量的原理

超声波由一个超声波模块向前方发出，并在空气中传播，在遇到障碍物时发生反射，再被另一个超声波模块接收。单片机用定时器测量超声波从发出到接收的时长，再根据声速，即可算出超声波模块到障碍物之间的距离。公式：距离=（声速 × Δ时间）÷2 。若距离单位为厘米，时间单位为微秒，距离公式为距离=Δ时间 x 0.017。

另外，对距离进行微分等其他数学运算，还可以得到速度等其他测量值。测速公式：速度= （本次测量距离 - 上次测量距离）÷两次测量时间间隔。

以CT107D竞赛板为例，控制单片机在P10输出一段38~41kHz的方波，八个周期，发射模块就会产生一段超声波。当接收模块接收到超声波，则会在P11产生一个下降沿。需测量超声波发出后，到下降沿产生之间的时间长度。下图为示波器测量的P10 P11的波形图。
在这里插入图片描述

PCA模块的原理

目前蓝桥杯单片机MCU型号为IAP15F2K61S2，它有一个PCA模块可以用来实现定时、测量脉宽、PWM等功能。在使用PCA模块时，注意加载STC15F2K60S2.H的头文件来定义特殊功能寄存器。

使用PCA模块驱动超声波的优点就在于，它由硬件控制计时，并可以自动捕获电平的变化，装载计数的值同时产生中断。CPU可以在控制发射超声波后，空闲出来进行数码管显示等其他任务。
在这里插入图片描述
关于PCA定时器的计数频率，可以选择SYSclk/12，这样时间单位才为微秒，因此CMOD寄存器应该设置为0x01（不要以图示给出的顺序配置CPSn位，请参考数据手册关于CMOD的说明，来配置寄存器）。
PCA1
对于超声波模块对应的P11引脚，要使PCA工作在下降沿捕获模式，须将CAPN0置位，将CAPP0清零。发送超声波后，先将阵列寄存器(CL CH)和中断标志(CCF0 CF)清零，再开启PCA模块计时及其中断。当P11产生下降沿时，阵列寄存器(CL和CH)的值装载到模块的捕获寄存器(CCAP0L和CCAP0H)中，并产生中断。

中断处理时要判断是下降沿捕获（CCF0==1）还是定时器溢出（CF==1），注意清零中断标志、关闭PCA定时器及其中断标志。

代码

PCA定时器的范例程序

从STC-ISP上可以直接获取PCA定时器的范例程序，在“范例程序 > STC15Fxx/STC15Lxx/STC15Wxx Series > PCA的16位捕获测量脉宽 > C”。或从STC15系列单片机用户手册，第11章11.9节获得范例程序。

选手可在比赛中参考该代码，编写超声波驱动。范例程序如下。

/*---------------------------------------------------------------------*/
/* --- STC MCU Limited ------------------------------------------------*/
/* --- STC15F4K60S4 系列 PCA实现16位捕获举例---------------------------*/
/* --- Mobile: (86)13922805190 ----------------------------------------*/
/* --- Fax: 86-0513-55012956,55012947,55012969 ------------------------*/
/* --- Tel: 86-0513-55012928,55012929,55012966-------------------------*/
/* --- Web: www.STCMCU.com --------------------------------------------*/
/* --- Web: www.GXWMCU.com --------------------------------------------*/
/* 如果要在程序中使用此代码,请在程序中注明使用了STC的资料及程序        */
/* 如果要在文章中应用此代码,请在文章中注明使用了STC的资料及程序        */
/*---------------------------------------------------------------------*/

//本示例在Keil开发环境下请选择Intel的8058芯片型号进行编译
//若无特别说明,工作频率一般为11.0592MHz


#include "reg51.h"
#include "intrins.h"

#define FOSC    11059200L

typedef unsigned char BYTE;
typedef unsigned int WORD;
typedef unsigned long DWORD;

sfr P0M1 = 0x93;
sfr P0M0 = 0x94;
sfr P1M1 = 0x91;
sfr P1M0 = 0x92;
sfr P2M1 = 0x95;
sfr P2M0 = 0x96;
sfr P3M1 = 0xb1;
sfr P3M0 = 0xb2;
sfr P4M1 = 0xb3;
sfr P4M0 = 0xb4;
sfr P5M1 = 0xC9;
sfr P5M0 = 0xCA;
sfr P6M1 = 0xCB;
sfr P6M0 = 0xCC;
sfr P7M1 = 0xE1;
sfr P7M0 = 0xE2;

sfr P_SW1       = 0xA2;             //外设功能切换寄存器1

#define CCP_S0 0x10                 //P_SW1.4
#define CCP_S1 0x20                 //P_SW1.5

sfr CCON        =   0xD8;           //PCA控制寄存器
sbit CCF0       =   CCON^0;         //PCA模块0中断标志
sbit CCF1       =   CCON^1;         //PCA模块1中断标志
sbit CR         =   CCON^6;         //PCA定时器运行控制位
sbit CF         =   CCON^7;         //PCA定时器溢出标志
sfr CMOD        =   0xD9;           //PCA模式寄存器
sfr CL          =   0xE9;           //PCA定时器低字节
sfr CH          =   0xF9;           //PCA定时器高字节
sfr CCAPM0      =   0xDA;           //PCA模块0模式寄存器
sfr CCAP0L      =   0xEA;           //PCA模块0捕获寄存器 LOW
sfr CCAP0H      =   0xFA;           //PCA模块0捕获寄存器 HIGH
sfr CCAPM1      =   0xDB;           //PCA模块1模式寄存器
sfr CCAP1L      =   0xEB;           //PCA模块1捕获寄存器 LOW
sfr CCAP1H      =   0xFB;           //PCA模块1捕获寄存器 HIGH
sfr CCAPM2      =   0xDC