【文章內(nèi)容簡介】 510C230PC330PVCCQ1 9012Q2 9012Q3 9012Q4 9012abfcgde117 4 2 1105a b c d e f g3dpdpabfcgdedpabfcgdedpabfcgdedps112s29s38s46DS1SMG0564 圖 單片機(jī)系統(tǒng)及顯示電路 鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2022屆自考本科生畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 13 頁 共 27 頁 167。 超聲波發(fā)射電路 超聲波發(fā)射電路原理圖主要由反相器 74LS04 和超聲波發(fā)射換能器 T 構(gòu)成，單片機(jī) 端口輸出的 40kHz 的方波信號一路經(jīng)一級反向器后送到超聲波換能器的一個電極，另一路經(jīng)兩級反向器后送到超聲波換能器的另一個電極，用這種推換形式將方波信號加到超聲波換能器的兩端，可以提高超聲波的發(fā)射強(qiáng)度。 單片機(jī)產(chǎn)生 40KHz 的脈沖，由 ，經(jīng) 74LS04六反向 器將脈沖信號放大后，由 壓電超聲波轉(zhuǎn)換器 T4010發(fā)射超聲波。 壓電超聲波轉(zhuǎn)換器的功能：利用壓電晶體諧振工作。它有兩個壓電晶片和一個共振板。當(dāng)它的兩極外加脈沖信號，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時，壓電晶片將會發(fā)生共振，并帶動共振板振動產(chǎn)生超聲波，這時它就是一超聲波發(fā)生器 。 如沒加電壓，當(dāng)共振板接 收 到超聲波時，將壓迫壓電振蕩器作振動，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電信號，這時它就成為超聲波接 收 轉(zhuǎn)換器。超聲波發(fā)射轉(zhuǎn)換器與接 收 轉(zhuǎn)換器其結(jié)構(gòu)稍有不同。 U 4A74A L S 0 4U 4C74A L S 0 4U 4D74A L S 0 4U 4B74A L S 0 4U 4E74A L S 0 4R 201KR 191KTU S _T 1V C CP 圖 超聲波發(fā)射電路 輸出端采兩個反向器并聯(lián)，用以提高驅(qū)動能力。上 位電阻 R1 R20 一方面可以提高反向器 74LS04 輸出高電平的驅(qū)動能力，另一方面可以增加超聲波換能器的阻尼效果，縮短其自由振蕩時間。 167。 超聲波檢測接 收 電路 考慮到紅外遙控常用的載波頻率 38 kHz 與測距的超聲波頻率 40 kHz 較為接近，可以利用集成電路 CX20226A 制作超聲波檢測接收電路如圖 。 這是一款紅外線檢波接收的專用芯片，常用于電視機(jī)紅外遙控接收器?？紤]到紅外遙控常用的載波頻率38KHz與測距超聲波頻率 40KHz較為接近，可以利用它作為超聲波檢測電路。 鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2022屆自考本科生畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 14 頁 共 27 頁 1N1C12C23GND4FO5C36OUT7V C C8U7C X 2 0 1 0 6 AR U S _ R 1C70 .0 5 6 u FC8 3 0 0 p FR 2 310KR 2 2 2 0 0 KR 2 12 0 0 KC9 3 .3 u FC 1 03 .3 u FV C CINV C C 圖 驗(yàn)證明用 CX20226A 接收超聲波 (無信號時輸出高電平 )，具有很好的靈敏度和較強(qiáng)的抗干擾能力。適當(dāng)更改電容 C4的大小，可以改變接收電路的靈敏度和抗干擾力。 167。 共陰極七段 LED 數(shù)碼管 數(shù)碼管是常用的數(shù)值數(shù)據(jù)顯示組件，通常實(shí)現(xiàn)一位數(shù)碼管顯示的控制，是使用靜態(tài)的控制方式，將顯示的數(shù)據(jù)送到數(shù)碼管后程序可做其他事情，這在程序設(shè)計上十分容易。但是在設(shè)計多位數(shù)碼管顯示控制時，靜態(tài)的控制方式就比較浪費(fèi) I/O的控制線了，對于多位數(shù)碼管顯示的實(shí)現(xiàn)，最常用的認(rèn)識方法是掃描法。 當(dāng)工作時，每次只點(diǎn)亮一位數(shù)字進(jìn)行顯示，延遲 一小段時間后再點(diǎn)亮下一位數(shù)字進(jìn)行顯示，因?yàn)槿藗円曈X暫留的現(xiàn)象，而感覺 4位數(shù)字同時被點(diǎn)亮。 鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2022屆自考本科生畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 15 頁 共 27 頁 第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 超聲波測 身高 的軟件設(shè)計主要由主程序、超聲波發(fā) 射 子程序及超聲波接收中斷程序組成。 167。 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 。主程序完成初始化工作、超聲波發(fā)射和接收順序的控制。定時中斷服務(wù)子程序完成超聲波回波接收 , 外部中斷服務(wù)子程序主要完成時間值的讀取、距離計算、結(jié)果的輸出等工作。 圖 開始 超聲波脈沖發(fā)射 接收超聲波脈 沖 初始化 計數(shù)并儲存數(shù)據(jù) 關(guān)閉定時器 中斷關(guān)閉 讀取時間值 設(shè)置距離結(jié)束標(biāo)志 輸出數(shù)據(jù) 中斷打開 返回 數(shù)碼管顯示 聲波接收到？ N Y 開始測量 鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2022屆自考本科生畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 16 頁 共 27 頁 167。 主程序設(shè)計 主程序首先對系統(tǒng)環(huán)境初始化，設(shè)置定時器 T0工作模式為 16位的定時計數(shù)器模式，置位總中斷允許位 EA 并給顯示端口 P0 和 P2 清 0。然后調(diào)用超聲波發(fā)生子程序送出一個超聲波脈沖，為避免超聲波從發(fā)射器直接傳送到接收器引起的直接波觸發(fā)，需延遲 (這也就是測距器會有一個最小可測距離的原因 )后，才打開外中斷 0接收返回的超聲波信號。由于采用 12MHz 的晶振，機(jī)器周期為 1us,當(dāng)主程序檢測到接收成功的標(biāo)志位后，將計數(shù)器 T0 中的數(shù)（即超聲波來回所用的時間）按下式計算即可測得被測物體與測距儀之間的距離 ,設(shè)計時取 20℃ 時的聲速為 344m/s 則有： d=(C*T0)/2=172T0/10000cm（其中 T0為計數(shù)器 T0的計數(shù)值） 。 測出距離后結(jié)果將以十進(jìn)制 BCD 碼方式 顯示 ,然后再發(fā)超聲波脈沖重復(fù)測量過程。 167。 超聲波發(fā) 射 子程序和接收中斷程序 設(shè)計 超聲波發(fā) 射 子程序的作用是通過 端口發(fā)送 2 個左右的超聲波信號頻率約40KHz的方波，脈沖寬度為 12us左右，同時把計數(shù)器 T0打開進(jìn)行計時。超聲波測距器主程序利用外中斷 0 檢測返回超聲波信號，一旦接收到返回超聲波信號（ INT0 引腳出現(xiàn)低電平 )，立即進(jìn)入中斷程序。進(jìn)入該中斷后就立即關(guān)閉計時器 T0停止計時，并將測距成功標(biāo)志字賦值 1。如果當(dāng)計時器溢出時還未檢測到超聲波返回信號，則定時器 T0 溢出中斷將外中斷 0 關(guān)閉，并將測距成功標(biāo)志字賦值 2 以表示此次測距不成功。 167。 超聲波發(fā)射子程序 define k1 P3_4 define csbout P3_5 //超聲波發(fā)送 define csbint P3_7 //超聲波接收 define csbc= define bg P3_3 unsigned char csbds,opto,digit,buffer[3],xm1,xm2,xm0,key,jpjs。//顯示標(biāo)識 unsigned char convert[10]= {0x3F,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f}。//0~9 段碼 unsigned int s,t,i, xx,j,sj1,sj2,sj3,mqs,sx1。 鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2022屆自考本科生畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 17 頁 共 27 頁 bit cl。 void csbcj()。 void delay(j)。 //延時函數(shù) void scanLED()。 //顯示函數(shù) void timeToBuffer()。 //顯示轉(zhuǎn)換函數(shù) void keyscan()。 void k1cl()。 void k2cl()。 void k3cl()。 void k4cl()。 void offmsd()。 167。 超聲波接收中斷程序 void main() //主函數(shù) { EA=1。 //開中斷 TMOD=0x11。 //設(shè)定時器 0 為計數(shù)，設(shè)定時器 1 定時 ET0=1。 //定時器 0 中斷允許 ET1=1。 //定時器 1 中斷允許 TH0=0x00。 TL0=0x00。 TH1=0x9E。 TL1=0x57。 csbds=0。 csbint=1。 csbout=1。 cl=0。 opto=0xff。 jpjs=0。 sj1=45。 sj2=200。 sj3=400。 k4cl()。 鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2022屆自考本科生畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 18 頁 共 27 頁 TR1=1。 while(1) { keyscan()。 if(jpjs1) { csbcj()。 if(ssj3) { buffer[2]=0x76。 buffer[1]=0x76。 buffer[0]=0x76。 } else if(ssj1) { buffer[2]=0x40。 buffer[1]=0x40。 buffer[0]=0x40。 } else timeToBuffer()。 } else timeToBuffer()。 //將值轉(zhuǎn)換成 LED 段碼 offmsd()。 scanLED()。 //顯示函數(shù) if(ssj2) bg=0。 bg=1。 } } 鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2022屆自考本科生畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 19 頁 共 27 頁 第六章 電路調(diào)試與分析 167。 硬件部分調(diào)試與分析 超聲波發(fā)射和接收采用 Φ15 的超聲波換能器 TCT4010F1（ T 發(fā)射）和TCT4010S1（ R 接收），中心頻率為 40kHz，安裝時應(yīng)保持兩換能器中心軸線平行并相距 4～ 8cm，其余元件無特殊要求。若能將超聲波接收電路用金屬殼屏蔽起來，則可提高抗干擾能力。 在對該電路進(jìn)行調(diào)試時， VCC應(yīng)輸出 5V直流穩(wěn)定的電壓，接通電源后電源指示燈亮，正常發(fā)光。 一．對電源部分進(jìn)行調(diào)試。先將整流、濾波部分元件焊上，然后接上電源變壓器，用交流檔測變壓器輸出電 壓為 12V 左右，再用直流檔測整流濾波后的電壓為直流 左右，測試正常后，接上三端穩(wěn)壓 (7805)后再測其輸出電壓，為 5V177。 ，這些數(shù)據(jù)說明電源部全部工作正常。 二． 根據(jù)測量范圍要求不同，可適當(dāng)調(diào)整與接收換能器并接的濾波電容 C7的大小，以獲得合適的接收靈敏度和抗干擾能力。 三． 硬件電路制作完成并調(diào)試好后，便可將程序編譯好下載到單片機(jī)試運(yùn)行。根據(jù)實(shí)際情況可以修改超聲波發(fā)生子程序每次發(fā)送的脈沖寬度和兩次測量的間隔時間，以適應(yīng)不同距離的測量需要。 四．在實(shí)際測身高調(diào)試中，當(dāng)測量距離在 1～ 3m范圍內(nèi)時， 測量值與實(shí)際值相差 2cm左右；當(dāng)測量距離在 ～ ，測量值與實(shí)際值相差 3cm左右。 系統(tǒng)調(diào)試完后應(yīng)對測量誤差和重復(fù)一致性進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)分析，不斷優(yōu)化系統(tǒng)使其達(dá)到實(shí)際使用的測量要求。 167。 程序調(diào)試與分析 多步調(diào)試： 完成程序后，我首先采用了多步調(diào)試，時間正常顯示與更新，但定時到了繼電器不會吸合。由是我采用斷點(diǎn)調(diào)試。 斷點(diǎn)調(diào)試： 在程序中插入斷點(diǎn)，即為斷點(diǎn)調(diào)試。但由于不太會用，所以也未能找到錯誤。 單步調(diào)試： 由于程序在設(shè)計過程中產(chǎn)生了錯誤，而多步調(diào)試及斷點(diǎn)調(diào)試又找不出錯誤所在，這時就要采用單步調(diào)試，終 于找到錯誤所在。經(jīng)過思考與多次調(diào)試，錯鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2022屆自考本科生畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 20 頁 共 27 頁 誤被更正。 參 考 文 獻(xiàn) [1]羅忠輝 .提高超聲波測距精度的方法 [J].機(jī)械設(shè)計與制造， 2022年 1月第一期 . [2]張有志 .一種新型超聲波測距系統(tǒng) [J].山東大學(xué)學(xué)報， 2022年 2月第 3卷第 1期 . [3]王霞、曹茂永。超聲測距數(shù)字信號采集系統(tǒng) [J].電測與儀表， 2022 年第 8期 . [4]劉曄。王峰等。超聲波測距儀的研究 [J].計算機(jī)測量與控制 .2022， 10（ 7）： 480482. [5]老虎工作室 趙晶 .電路設(shè)計與制版 Protel 99 高級應(yīng)用 [M].北京：人民有點(diǎn)出版社， 2022. [6]張謙琳 .超聲波檢測原理和方法 .北京：中國科技大學(xué)出版社， . [7]蘇偉、鞏壁建 .超聲波測距誤差分析 .傳感器技術(shù)， 2022. [8]張義和 .Protel PCB99 設(shè)計與應(yīng)用技巧 [M].北京：科學(xué)出版社， 2022. [9]隋衛(wèi)平 .高精度實(shí)時超聲波測距技術(shù)研究 [D].國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)碩士論文， 2022年 1月 . [10]恒清、張靖 .加強(qiáng)單片機(jī)系統(tǒng)抗干擾能力的方法 .通化師范學(xué)院學(xué)報， .