【正文】 圖32系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)圖4 超聲波傳感器 超聲波傳感器的原理及結(jié)構(gòu)超聲傳感器是一種將其他形式的能轉(zhuǎn)變?yōu)樗桀l率的超聲能或是把超聲能轉(zhuǎn)變?yōu)橥l率的其他形式的能的器件。由于工作頻率與應(yīng)用目的不同，超聲傳感器的結(jié)構(gòu)形式是多種多樣的，并且名稱也有不同，例如在超聲檢測(cè)和診斷中習(xí)慣上都把超聲傳感器稱作探頭，而工業(yè)中采用的流體動(dòng)力型傳感器稱為“哨” 或“笛” 。屬于晶體的如石英，鈮酸鋰等，屬于壓電陶瓷的有鋯鈦酸鉛，鈦酸鋇等。 超聲波發(fā)射電路超聲波發(fā)射電路主要由反向器74LS04和超聲波換能器T構(gòu)成，另一路經(jīng)兩級(jí)反向器后送到超聲波換能器的另一個(gè)電極。接收到超聲波時(shí)，將壓迫壓電晶片作振動(dòng)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)為電信號(hào)，這時(shí)它就成為超聲波接收換能器了。當(dāng)它的兩極外加脈沖信號(hào)，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時(shí)，壓電晶片將會(huì)發(fā)生共振，并帶動(dòng)共振板振動(dòng)產(chǎn)生超聲波，這時(shí)它就是一個(gè)超聲波發(fā)生器；反之，如果兩電極間未外加電壓，當(dāng)共振板。CX20106A紅外遙控接收器集成電路的特性： CX20106A是日本索尼公司生產(chǎn)的彩電專用紅外遙控接收器，采用單列8腳直插式，超小型封裝，＋5V供電。因此，在單片機(jī)中就設(shè)置有定時(shí)器兼計(jì)數(shù)器。單片機(jī)內(nèi)部有一條將它們連接起來的“紐帶”，即所謂的“內(nèi)部總線”。單片機(jī)8051的CPU由運(yùn)算器和控制器組成。寄存器B主要用于乘法和除法操作。a、進(jìn)位標(biāo)志CY（）。又稱半進(jìn)位標(biāo)志，它反映了兩個(gè)八位數(shù)運(yùn)算低四位是否有半進(jìn)位，即低四位相加（或減）有否進(jìn)位（或借位），如有則AC為1狀態(tài)，否則為0。反映累加器ACC內(nèi)容的奇偶性，如果ACC中的運(yùn)算結(jié)果有偶數(shù)個(gè)1（如11001100B，其中有4個(gè)1），則P為0，否則，P=1。其功能在介紹位指令時(shí)再說明，如圖51： 圖51 DIP塑封引腳圖引腳功能DIP塑封引腳圖引腳功能LM358內(nèi)部包括有兩個(gè)獨(dú)立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)算放大器， 適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工 作條件下，電源電流與電源電壓無關(guān)。 ＊直流電壓增益高(約100dB) 。15V) 。 ＊共模輸入電壓范圍寬，包括接地。LM358應(yīng)用電路圖：如圖52：圖526 超聲波傳感器測(cè)距模塊的硬件設(shè)計(jì)超聲就是指頻率高出可聽頻率極限(即在20 kHz以上的頻段)的彈性振動(dòng)，這種振動(dòng)以波動(dòng)形式在介質(zhì)中的傳播過程就形成超聲波。諧振頻率高于20 kHz的聲波被稱為超聲波。 硬件電路設(shè)計(jì)方法總體的系統(tǒng)設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)可以分為兩太模塊：超聲波發(fā)射、接收探頭及濾波放大電路的設(shè)計(jì)和數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，如圖1所示。單片機(jī)C8051F236通過SPI從DSP中讀出流速的數(shù)據(jù)，再根據(jù)輸入的儀表參數(shù)進(jìn)行流量、累計(jì)流量等所需要的數(shù)據(jù)量的計(jì)算，并通過液晶顯示器顯示。 多路同步超聲波測(cè)距系統(tǒng)系統(tǒng)由單片機(jī)、FPGA模塊、6對(duì)收發(fā)同體的超聲波換能器、功率放大電路、回波高增益放大電路、帶通濾波電路以及比較整形電路等組成。FPGA單元主要用來產(chǎn)生超聲波的發(fā)射脈沖頻率125 kHz與計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器的頻率(170 kHz)，通過微控制器MCU來啟動(dòng)超聲波的發(fā)射，F(xiàn)PGA發(fā)射一定數(shù)量(這里選擇8至10)的脈沖串之后，停止發(fā)射同時(shí)啟動(dòng)計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，超聲波途經(jīng)障礙物返回?？刂苹蝻@示模塊用于調(diào)整平衡或輸出顯示測(cè)量距離的目的。順序執(zhí)行計(jì)數(shù)器模塊主要由六與非門、計(jì)數(shù)器和非門組成。 所有的接收模塊接收完數(shù)據(jù)后，通過與非門及非門輸出高電平(FINISH端口)，以觸發(fā)單片機(jī)使單片機(jī)處于接收數(shù)據(jù)狀態(tài)，單片機(jī)發(fā)出信號(hào)使順序執(zhí)行計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)值每次加1，輸出端口便是相應(yīng)的計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器，單片機(jī)便從相應(yīng)的計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器中讀取計(jì)數(shù)值。與常規(guī)系統(tǒng)相比，雖然增加了FPGA硬件，但是系統(tǒng)也舍棄了一些系統(tǒng)所采用的溫度補(bǔ)償模塊，大大提高了系統(tǒng)的精度和系統(tǒng)的靈活性，如圖66：圖66系統(tǒng)總電路圖如圖67所示。接收電路如圖68（b）由OP37構(gòu)成的兩級(jí)運(yùn)放電路，TL082構(gòu)成的二階帶通濾波電路以及LM393構(gòu)成的比較電路三部分組成。 多普勒超聲波測(cè)量中傳感器的激勵(lì)方式有單載頻脈沖激勵(lì)、連續(xù)正弦波激勵(lì)和偽隨機(jī)碼信號(hào)激勵(lì)等，由于連續(xù)正弦信號(hào)的采集較為容易，也適于作頻譜分析，因此選用這種方式。目前使用最廣泛的一種DDS方式是利用高速存儲(chǔ)器作查尋表，然后通過高速DAC產(chǎn)生已經(jīng)用數(shù)字形式存人的正弦波。AD9850有32位調(diào)節(jié)字，分為W0，W1，W2，W3，W4五個(gè)字節(jié)，每次只能寫入一個(gè)字節(jié)，當(dāng)WCLK腳變高時(shí)，寫入有效。AD9850的WCLK，F(xiàn)QUD和RESET均通過74HC574連在DSP的GPIOA上，他們的時(shí)序是通過寫入數(shù)據(jù)產(chǎn)生的。該圖為推挽式放大電路，Q1為NPN管(3DDSA)，Q2為PNP管(3CDSA)。TLE2072是低噪聲高速JFET輸入運(yùn)算放大器，他的單位增益帶寬可達(dá)10 MHz，能滿足信號(hào)放大帶寬的要求，電路中起到前置放大及阻抗變換的作用。7 AT89C51單片機(jī)簡(jiǎn)介AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡(jiǎn)版本。兼容全靜態(tài)工作：0Hz24Hz兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器低功耗的閑置和掉電模式2．管腳說明：VCC：供電電壓。P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。但是有些情況又不得不并聯(lián)解決多顆LED驅(qū)動(dòng)成本問題,這些設(shè)計(jì)可以為大家做些參考。采用精度較高的IC做恒流參考源,R可以設(shè)定IC輸出電流,一經(jīng)確定R阻值可以使用固定電阻代替。并聯(lián)使用是有效的設(shè)計(jì)辦法。一般IC耐壓是指負(fù)載和電源 ,沒有注明激勵(lì)電壓請(qǐng)不要大于5V設(shè)計(jì)。 提高敏感器件抗干擾性能的常用措施如下： （1）布線時(shí)盡量減少回路環(huán)的面積,以降低感應(yīng)噪聲。其它IC的閑置端在不改變系統(tǒng)邏輯的情況下接地或接電源。 其它常用抗干擾措施 （1）交流端用電感電容濾波:去掉高頻低頻干擾脈沖。（4）I/O口采用光電、磁電、繼電器隔離,同時(shí)去掉公共地。 （8）外殼接大地:解決人身安全及防外界電磁場(chǎng)干擾。 ② CPU、RAM、ROM等主芯片,VCC和GND之間接電解電容及瓷片電容,去掉高、低頻干擾信號(hào)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求并綜合各方面因素，可以采用AT89S51單片機(jī)作為主控制器，用動(dòng)態(tài)掃描法實(shí)現(xiàn)LED數(shù)字顯示，超聲波驅(qū)動(dòng)信號(hào)用單片機(jī)的定時(shí)器完成，顯示電路，由于AT89C2051外部15個(gè)I/O引腳，即P1口和P3口，15個(gè)I/O口要直接驅(qū)動(dòng)8位LED顯然是不夠的，我們通過一片面74LS273對(duì)地址進(jìn)行鎖存，如果P1口僅用于顯示驅(qū)動(dòng)，而沒有與其它外設(shè)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，可省略這個(gè)鎖存器，直接或通過其他驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)連接LED。動(dòng)態(tài)掃描的頻率有一定的要求，頻率太低，LED將出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象。程序很簡(jiǎn)單，流程圖略去。這些都構(gòu)成單片機(jī)系統(tǒng)的干擾因素,常會(huì)導(dǎo)致單片機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行失常,輕則影響產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量,重則會(huì)導(dǎo)致事故,造成重大經(jīng)濟(jì)損失。（2）傳播路徑。指容易被干擾的對(duì)象。按傳導(dǎo)方式分：可分為共模噪聲和串模噪聲。干擾的耦合方式,無非是通過導(dǎo)線、空間、公共線等等,細(xì)分下來,主要有以下幾種：（1）直接耦合： 這是最直接的方式,也是系統(tǒng)中存在最普遍的一種方式。為了防止這種耦合,通常在電路設(shè)計(jì)上就要考慮。 （4）電磁感應(yīng)耦合： 又稱磁場(chǎng)耦合。 抑制干擾源 抑制干擾源就是盡可能的減小干擾源的du/dt, di/dt。 抑制干擾源的常用措施如下： （1）繼電器線圈增加續(xù)流二極管,消除斷開線圈時(shí)產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)干擾。 （4）～ μF高頻電容,以減小IC對(duì)電源的影響。外時(shí)鐘是高頻的噪聲源，除能引起對(duì)本應(yīng)用系統(tǒng)的干擾之外，還可能產(chǎn)生對(duì)外界的干擾，使電磁兼容檢測(cè)不能達(dá)標(biāo)。近年來，一些生產(chǎn)8051兼容單片機(jī)的廠商也采用了一些新技術(shù)，在不犧牲運(yùn)算速度的前提下將對(duì)外時(shí)鐘的需求降至原來的1/3。這使得電源噪聲穿過整個(gè)硅片。這些大功率的驅(qū)動(dòng)電路集成到單片機(jī)內(nèi)部無疑增加了噪聲源。而時(shí)鐘監(jiān)控有效與省電指令stop是一對(duì)矛盾。由于單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)本身對(duì)電源電壓范圍的要求越來越寬。當(dāng)振蕩電路的正弦波信號(hào)受到外界干擾時(shí)，其波形上會(huì)疊加一些毛刺。 軟件方面的措施是單片機(jī)本身在指令設(shè)計(jì)上也有一些抗干擾的考慮。 以上提到的是當(dāng)前廣泛使用的單片機(jī)應(yīng)該具有的內(nèi)部抗干擾措施。原則是萬一程序落到這里可以自恢復(fù)。每塊印制電路板電源引入的地方要安放一只大容量的儲(chǔ)能電容。軟件體系結(jié)構(gòu)是對(duì)軟件各高層抽象的理解，必須在較早階段對(duì)軟件進(jìn)行體系結(jié)構(gòu)層的分析，其中算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的選擇處在軟件體系結(jié)構(gòu)的較低層次上。如圖91：圖91 縱橫結(jié)合型體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)普遍的體系結(jié)構(gòu)有：管道和過濾器型這種體系結(jié)構(gòu)中每個(gè)組件有一系列輸入和一系列輸出，一個(gè)組件從它的入口讀取數(shù)據(jù)流，在它的出口產(chǎn)生數(shù)據(jù)流。共享存儲(chǔ)體型　　包含兩種不同的組件，中心數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)代表當(dāng)前狀態(tài)，一系列獨(dú)立的組件來操縱中心數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并通過中心存儲(chǔ)體相互通訊。線索是一類子系統(tǒng)，它們之間存在調(diào)用與被調(diào)用的關(guān)系，在執(zhí)行后，完成一個(gè)子系統(tǒng)的功能?！　M向體系結(jié)構(gòu)，是指某一個(gè)軟件系統(tǒng)可分為多個(gè)層次，層次之間的組件關(guān)系較為簡(jiǎn)單，只有上層組件調(diào)用下層組件的關(guān)系，而同一層次內(nèi)部各組件之間的聯(lián)系較為密切，相互之間傳送消息比較頻繁?？v向的軟件結(jié)構(gòu)具有可理解性、可適應(yīng)性、可重用性。在設(shè)計(jì)小衛(wèi)星軟件系統(tǒng)的過程中，可以借鑒“模塊化公用艙”和“軟件總線”思想，對(duì)星載嵌入式軟件系統(tǒng)的開發(fā)采用模塊化軟構(gòu)件來設(shè)計(jì)軟件的功能模塊，從而提高軟件開發(fā)的效率、程序的質(zhì)量，并改進(jìn)維護(hù)方式。應(yīng)用軟件通過設(shè)備驅(qū)動(dòng)模塊采集敏感部件的姿態(tài)信息和GPS接收機(jī)的軌道信息，進(jìn)行控制規(guī)律的解算，并通過設(shè)備驅(qū)動(dòng)模塊控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)和太陽帆板。姿軌控系統(tǒng)各個(gè)任務(wù)可以工作在系統(tǒng)級(jí)或者應(yīng)用級(jí)，而且有許多不同的運(yùn)行方式，這些都可以在使用中自由選擇，軟件設(shè)計(jì)人員有很大的靈活性。在其他的任務(wù)中與硬件相關(guān)的底層任務(wù)優(yōu)先級(jí)較高，其中故障檢測(cè)與恢復(fù)任務(wù)級(jí)別最高，其次是遙測(cè)遙控管理任務(wù)，最后是姿態(tài)系統(tǒng)I/O任務(wù)。仿真時(shí)考慮一種特殊情況：遙測(cè)遙控任務(wù)打斷模式管理任務(wù)的執(zhí)行，但在遙測(cè)遙控任務(wù)執(zhí)行的過程中，系統(tǒng)發(fā)生了故障，則遙測(cè)遙控任務(wù)也被故障恢復(fù)執(zhí)行工作模式管理任務(wù)。對(duì)于需要再次調(diào)用的任務(wù)在運(yùn)行完后掛起，等下次用時(shí)激活運(yùn)行即可；對(duì)于不會(huì)再次調(diào)用的任務(wù)則在運(yùn)行完后刪除，以免占用空間。結(jié)論通過這次應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)，在很大程度上提高了自己的獨(dú)立思考能力和單片機(jī)的專業(yè)知識(shí)，也深刻了解寫一篇應(yīng)用系統(tǒng)的步驟和格式，有過這樣的一次訓(xùn)練，相信在接下來的日子我們都會(huì)了，而且會(huì)做得更好。2)系統(tǒng)成本低廉，操作非常簡(jiǎn)單，隨時(shí)可以根據(jù)軟件編寫新的功能加入產(chǎn)品。功能上的缺憾是對(duì)于兩個(gè)檔之間的臨界溫度處理不好，并且檔位太少。致謝 很感慨，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)終于完成了。非常感謝他在學(xué)校工作那么忙的情況下，還非常辛勤地指導(dǎo)我們的畢業(yè)