【正文】 各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)在輪流顯示過程中每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為 1～ 2ms 由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮但只要掃描的速度足夠快給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)不會(huì)有閃爍感動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的能夠節(jié)省大量的 IO 端口而且功耗更低 在本次設(shè)計(jì)中我們選用 P0 口作為段碼連接 SM410564abcdefgdp 每一段的亮滅選用 P24P27 分別對(duì)應(yīng)位碼即連接 SM410564 的 S1S2S3S4 分別控制每一位的亮滅 S1S2S3S4 相當(dāng)于是每一段的 COM 端由于是共陽(yáng)極只有某一位對(duì)應(yīng)的 COM 端為1 時(shí)所送的段碼對(duì)該端來說才是有效的 圖 310 顯示電路圖 第四章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 超聲波測(cè)距儀的軟件設(shè)計(jì)主要有主程序超聲波發(fā)生程序超聲波接收中斷程序及顯示子程序組成我們知道 C 語(yǔ)言程序有利于實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的算法匯編語(yǔ)言程序則具有較高的效率且容易精細(xì)計(jì)算程序運(yùn)行的時(shí)間而超聲波測(cè)距儀的 程序需要有較復(fù)雜的計(jì)算計(jì)算距離時(shí)所以控制程序可采用 C 語(yǔ)言編程 41 超聲波測(cè)距的算法設(shè)計(jì) 超聲波測(cè)距的原理為超聲波發(fā)生器 T 在某一時(shí)刻發(fā)出一個(gè)超聲波信號(hào)當(dāng)這個(gè)超聲波遇到被測(cè)物體后反射回來就被超聲波接收器 R 所接收到這樣只要計(jì)算出從發(fā)出超聲波信號(hào)到接收到返回信號(hào)所用的時(shí)間就可算出超聲波發(fā)生器與反射物體的距離距離的計(jì)算公式為 L s2 ct 2 其中 L為被測(cè)物與測(cè)距儀的距離 s為聲波的來回的路程 c 為聲速 t為聲波來回所用的時(shí)間在啟動(dòng)發(fā)射電路的同時(shí)啟動(dòng)單片機(jī)內(nèi)部 的定時(shí)器 T0 利用定時(shí)器的計(jì)數(shù)功能記錄超聲波發(fā)射的時(shí)間和收到反射波的時(shí)間當(dāng)收到超聲波反射波時(shí)接收電路輸出端產(chǎn)生一個(gè)負(fù)跳變?cè)?INT0或 INT1端產(chǎn)生一個(gè)中斷請(qǐng)求信號(hào)單片機(jī)響應(yīng)外部中斷請(qǐng)求執(zhí)行外部中斷服務(wù)子程序讀取時(shí)間差計(jì)算距離 42 主程序流程圖 軟件分為兩部分主程序和中斷服務(wù)程序如圖 41圖 42圖 43所示主程序完成初始化工作各路超聲波發(fā)射和接收順序的控制定時(shí)中斷服務(wù)子程序完成單方向超聲波的發(fā)射外部中斷服務(wù)子程序主要完成時(shí)間值的讀取距離計(jì)算結(jié)果的輸出等工作 主程序首先是對(duì)系統(tǒng)環(huán)境初始化設(shè)置定時(shí)器 T0工作模式 為 16位定時(shí)計(jì)數(shù)器模式置位總中斷允許位 EA 并給顯示端口 P0 和 P1 清 0 然后調(diào)用超聲波發(fā)生子程序送出一個(gè)超聲波脈沖為了避免超聲波從發(fā)射器直接傳送到接收器引起的直射波觸發(fā)需要延時(shí)約 01ms 這也就是超聲波測(cè)距會(huì)有一個(gè)最小可測(cè)距離的原因后才打開外中斷 1 接收返回的超聲波信號(hào) 圖 41 主程序流程 由于采用的是 12MHz 的晶振計(jì)數(shù)器每計(jì)一個(gè)數(shù)就是1μ s當(dāng)主程序檢測(cè)到接收成功的標(biāo)志位后將計(jì)數(shù)器 T0中的數(shù)即超聲波來回所用的時(shí)間按式 41 計(jì)算即可得被測(cè)物體與測(cè)距儀之間的距離設(shè)計(jì)時(shí)取 20℃時(shí)的聲速為 344ms 則有 d ct 2 172T010000cm 其中 T0 為計(jì)數(shù)器 T0 的計(jì)算值 測(cè)出距離后結(jié)果將傳給 LCD 數(shù)碼顯示約 5s同時(shí)測(cè)量距離送語(yǔ)音模塊播報(bào)然后再發(fā)超聲波脈沖重復(fù)測(cè)量過程為了有利于程序結(jié)構(gòu)化和容易計(jì)算出距離主程序采用 C 語(yǔ)言編寫 43 超聲波發(fā)生子程序和超聲波接收中斷程序 超聲波發(fā)生子程序的作用是通過 P11端口發(fā)送 2個(gè)左右超聲波脈沖信號(hào)頻率約 40kHz 的方波脈沖寬度為 12μ s 左右同時(shí)把計(jì)數(shù)器 T0 打開進(jìn)行計(jì)時(shí)超聲波發(fā)生子程序較簡(jiǎn)單但要求程序運(yùn)行準(zhǔn)確 圖 42 定時(shí)中斷服務(wù)子程 圖 43 外部中斷服務(wù)子程序 超聲波測(cè)距主程序利用外中斷 1 檢測(cè)返回超聲波信號(hào)一旦接收到返回超聲波信號(hào)即 INT1 引腳出現(xiàn)低電平立即進(jìn)入中斷程序進(jìn)入中斷后就立即關(guān)閉計(jì)時(shí)器 T0 停止計(jì)時(shí)并將測(cè)距成功標(biāo)志字賦值 1 如果當(dāng)計(jì)時(shí)器溢出時(shí)還未檢測(cè)到超聲波返回信號(hào)則定時(shí)器 T0 溢出中斷將外中斷 1 關(guān)閉并將測(cè)距成功標(biāo)志字賦值 2 以表示此次測(cè)距不成功 44 語(yǔ)音模塊子程序 設(shè)所測(cè)量距離值為 S 135cm 分別得到百位值分位值個(gè)位值調(diào)用函數(shù)ISD_SET_PLAY 進(jìn)行組合播放語(yǔ)音本例所播放的語(yǔ)音為 1 點(diǎn) 35 米 流程圖如下 圖 44 語(yǔ)音播報(bào)流程圖 相關(guān)源程序代碼如下 bai1 S1000100 shi1 S10010 ge1 S10 ISD_SET_PLAY add1[bai1]0add2[bai1]0 delay1 100 播放語(yǔ)音片段 1 ISD_SET_PLAY add1[10]0add2[10]0 delay1 100 播放語(yǔ)音片段點(diǎn) ISD_SET_PLAY add1[shi1]0add2[shi1]0 delay1 100 播放語(yǔ)音片段 3 ISD_SET_PLAY add1[ge1]0add2[ge1]0 delay1 100 播放語(yǔ)音片段 5 ISD_SET_PLAY add1[11]0add2[11]0 delay1 100 播放語(yǔ)音片段米 第五章 溫度補(bǔ)償 采用超聲波測(cè)量距離的方法實(shí)時(shí)檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)溫度用以實(shí)現(xiàn)實(shí)際波速數(shù)據(jù)的校準(zhǔn)減小溫度對(duì)測(cè)距產(chǎn)生的誤差最終由數(shù)碼管顯示所測(cè)距離測(cè)量范圍為 7cm1m 誤差177。多種采樣頻率對(duì)應(yīng)多種錄放時(shí)間 兩種控制方式兩種錄音輸入方式兩種放音輸出方式 2cm 51 設(shè)計(jì)方案 超聲波傳聲器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單行能可靠成本低易集成因此常用超聲波測(cè)距 在常溫下超聲波的 傳播速度為 340ms但其傳播速度 V易受到空氣中的溫度濕度壓強(qiáng)等因素的影響其中溫度的影響最大一般溫度每升高 1 攝氏度聲速增加約為 06ms 表 1 為超聲波在不同溫度下的波速值 表 51 一些溫度下聲速 溫度 T℃ 30 20 10 0 10 20 30 聲速 vm有豐富多樣的工作狀態(tài)提示 可處理多達(dá) 255 段以上信息 s1 313 319 322 331 337 344 350 油此可見溫度對(duì)超聲波測(cè)距系統(tǒng)的影響是不可忽略的為了得到較為精確的測(cè)量結(jié)果必須對(duì)波速進(jìn)行溫度補(bǔ)償通過實(shí)驗(yàn)可獲得波速與溫度之間的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?V 33150607TT 為現(xiàn)場(chǎng)溫度 V 為實(shí)際波速?gòu)氖街?可看出要獲得精確的波速值必須首先獲取現(xiàn)場(chǎng)溫度 T的大小本設(shè)計(jì)采用 DS18B20檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)溫度用以實(shí)現(xiàn)實(shí)際波速的校準(zhǔn) 溫度補(bǔ)償及其原理 目前大多數(shù)溫度測(cè)控系統(tǒng)在進(jìn)行溫度測(cè)量時(shí)通常采用模擬式溫度敏感元件如熱電阻熱電偶紅外測(cè)溫儀等將溫度轉(zhuǎn)化為電信號(hào)經(jīng)過信號(hào)放大電路放大到合適的范圍再由 AD 轉(zhuǎn)換為數(shù)字量此種形式的溫度測(cè)量結(jié)構(gòu)復(fù)雜測(cè)量精度易受原器件參數(shù)影響 DS18B20 是 Dallas 公司開發(fā)的 1wire 單總線高精度數(shù)字式半導(dǎo)體溫度傳感器它具有節(jié)省 IO 口弦資源結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單成本低廉精度高便于總線擴(kuò)展和維護(hù)等諸多特點(diǎn) 1wire 是將數(shù)據(jù)線控制線地址線合為 1 根信號(hào)線 DS18B20的測(cè)溫原理如圖 511圖中低溫度系數(shù)的晶振的振蕩頻率受溫度很小用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給計(jì)數(shù)器 1 高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩頻率明顯改變產(chǎn)生的信號(hào)作為計(jì)數(shù)器 2 的脈沖輸入圖中還隱含著計(jì)數(shù)門當(dāng)計(jì)數(shù)門打開時(shí) DS18B20 就對(duì)低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖后進(jìn)行計(jì)數(shù)進(jìn)而完成溫度測(cè)量計(jì)數(shù)門的開啟時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定每次測(cè)量前首先將55℃所對(duì)應(yīng)的基數(shù)分別置入計(jì)數(shù)器 1 和溫度寄存器中計(jì)數(shù)器 1 的溫度寄存器被預(yù)置在 55℃所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值 計(jì)數(shù)器 1對(duì)低溫 度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)當(dāng)計(jì)數(shù)器 1的預(yù)置值減到 0時(shí)溫度寄存器的值將加 1計(jì)數(shù)器 1的預(yù)置將重新被裝入重新開始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)如此循環(huán)直至計(jì)數(shù)器 2計(jì)數(shù)到 0時(shí)停止溫度寄存器值的累加此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即為所測(cè)溫度圖中的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測(cè)溫過程中振蕩器溫度特性的非線性以產(chǎn)生高分辨率的溫度測(cè)量其輸出用于修正計(jì)數(shù)器的預(yù)置值只要計(jì)數(shù)門仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過程直至溫度寄存器值達(dá)到被測(cè)溫度值由經(jīng)驗(yàn)公式 V 33150607T 得出現(xiàn)場(chǎng)波速實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償 圖 51 測(cè)溫原理 另外由于 DS18B20 單總線通信功能是分時(shí)完成的因此他有嚴(yán)格的時(shí)隙概念因此讀寫時(shí)序很重要系統(tǒng)對(duì) DS18B20 的各種操作必須按協(xié)議進(jìn)行操作協(xié)議為初始化 DS18B20發(fā)復(fù)位脈沖→發(fā) ROM功能命令→發(fā)存儲(chǔ)器操作命令→處理數(shù)據(jù) 52 硬件設(shè)計(jì) 集電路 溫度采用 DS18B20 傳感器進(jìn)行測(cè)量 P37 接 DS18B20 數(shù)據(jù)總線控制 DS18B20進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換和傳輸數(shù)據(jù)本系統(tǒng)對(duì) DS18B20 采用外部供電其優(yōu)點(diǎn)在于 IO 線不需要強(qiáng)上拉而且總線控制器無需在溫度轉(zhuǎn)換期間一直保持高電平這樣在轉(zhuǎn)換期間可以允許在單線總線上