【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 圖310所示：圖310回波放大濾波電路原理圖通過(guò)選擇合適的基準(zhǔn)參考電壓，該電路能較好的實(shí)現(xiàn)回波電路的放大要求，達(dá)到系統(tǒng)需求，在信號(hào)通過(guò)該電路后被放大和濾波，消除和過(guò)濾了因傳播而造成的噪聲和其他各種多余的信號(hào)干擾，使得信噪比達(dá)到最大，保證了測(cè)距結(jié)果的準(zhǔn)確性?！r(shí)間增益補(bǔ)償（ＴＧＣ）電路超聲波的傳遞一段時(shí)間后的衰減特征，即在空中傳播時(shí)，聲波的強(qiáng)度會(huì)根據(jù)傳出的距離的變大而降低，這是由于多種因素造成。距離增的增加會(huì)導(dǎo)致回波信號(hào)的幅值衰減，并且衰減呈現(xiàn)指數(shù)規(guī)律。也就是說(shuō)，近距離物體反射的回波幅度稍大，遠(yuǎn)距離物體反射的回波幅度略小。因此，我們?nèi)绻岣邷y(cè)量的精度，就需要對(duì)這部分產(chǎn)生衰減的信號(hào)作增益補(bǔ)償處理。本設(shè)計(jì)加入了有時(shí)間增益處理作用的放大器，這樣一來(lái)，距離近的增益小，距離遠(yuǎn)的增益比較大。既可以使發(fā)射信號(hào)的余振幅度降低，也可以同時(shí)使持續(xù)時(shí)問(wèn)變短。用這樣的方法就能夠辨別出近處的信號(hào)，盲區(qū)也就變小了。除此之外，還能提高系統(tǒng)的精確度。根據(jù)以上系統(tǒng)要求，設(shè)計(jì)出如下電路。該電路主要通過(guò)數(shù)字電位器變化主化阻值來(lái)達(dá)到目的。時(shí)間增益補(bǔ)償電路原理圖如圖311所示:圖311 時(shí)間增益補(bǔ)償電路原理圖該電路中MAX5161芯片為一個(gè)數(shù)字電位器，有三十二級(jí)抽頭。該數(shù)字電位器包含三線串行口實(shí)現(xiàn)阻值的調(diào)節(jié)，阻值為50K。數(shù)字電位器的抽頭位置由實(shí)驗(yàn)獲得的與距離對(duì)應(yīng)的放大增益換算而成，并將此位置參數(shù)寫(xiě)入程序存儲(chǔ)器中。系統(tǒng)工作時(shí)，單片機(jī)通過(guò)查表法取得相應(yīng)的增益，接著通過(guò)串行設(shè)置不同阻值，從而實(shí)現(xiàn)增益作用。數(shù)字電位器由單片機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)起來(lái)相對(duì)容易，增益效果能按照電路實(shí)際要求來(lái)做出調(diào)整。時(shí)間增益補(bǔ)償電路效果如圖312所示：（c）補(bǔ)償后的回波曲線圖312 時(shí)間增益補(bǔ)償圖　雙比較器整形電路該設(shè)計(jì)有兩個(gè)超聲波探頭，一個(gè)用于接收超聲波信號(hào)，另一個(gè)用于發(fā)射超聲波信號(hào)，由于超聲波的衍射特性，在測(cè)量的距離很近時(shí)，會(huì)有一個(gè)盲區(qū)。超聲波發(fā)射探頭發(fā)出的超聲波角度在360度以下，而0度到60度最為常見(jiàn)，因?yàn)閮商筋^之間有外殼包圍，故而超聲波是不會(huì)直接進(jìn)入接收器的。但由于聲波特殊的性質(zhì)，會(huì)有一部分聲波沒(méi)有經(jīng)過(guò)發(fā)射到反射這個(gè)過(guò)程，而是直接進(jìn)入接收端，這是接收端子無(wú)法分辨是否為反射信號(hào)，從而會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤測(cè)量。這是一中無(wú)法避免的誤差源，因此需要設(shè)計(jì)一個(gè)雙比較器整形電路，用于比較兩段不同遠(yuǎn)近的回波信號(hào)。 實(shí)物測(cè)距系統(tǒng)的超聲波接收換能器和發(fā)射換能器的距離較近，當(dāng)測(cè)量的距離較近時(shí)，反射信號(hào)的幅值衰減較小，比起衍射產(chǎn)生的波的幅值小很多。因此只要設(shè)定一個(gè)恰當(dāng)?shù)谋容^器臨界值，就能達(dá)到屏蔽衍射波的目的，這時(shí)反射波就能與衍射波成功的區(qū)分開(kāi)來(lái)。近距離比較器用來(lái)處理3 cm50cm的距離的反射波，遠(yuǎn)距離比較器用來(lái)處理50cm4 m的距離的反射波。具體電路如313所示：圖313 雙比較器整形電路原理圖總的來(lái)說(shuō)，經(jīng)發(fā)射回的超聲信號(hào)首先通過(guò)NE5532進(jìn)行首次放大，其中一路信號(hào)進(jìn)入近距離比較器，經(jīng)電路處理后進(jìn)入單片機(jī)，這部分電路用來(lái)處理近距離（3cm50cm）的超聲波信號(hào)。第二路進(jìn)到時(shí)間增益補(bǔ)償及放大電路中，用來(lái)處理遠(yuǎn)距離（50cm4m）的超聲波信號(hào)。　溫度補(bǔ)償電路的設(shè)計(jì)由第二章中表22 聲速與溫度關(guān)系可以看出溫度會(huì)造成超聲波測(cè)距的精度降低。本設(shè)計(jì)使用數(shù)字溫度計(jì)DS18B20用于獲取環(huán)境溫度,最后通過(guò)查表法獲得聲音的速度。，只有三個(gè)外接引腳,分別為GND、DQ、VDD。在10攝氏度到+。溫度補(bǔ)償電路的具體設(shè)計(jì)如圖314所示:圖314溫度補(bǔ)償電路原理圖　顯示電路的設(shè)計(jì)顯示數(shù)字普遍用到的電子元件為七段數(shù)碼管，七段數(shù)碼管的七個(gè)亮段表示一個(gè)數(shù)字“8”，點(diǎn)亮不同亮段的組合就形成了數(shù)字0~9。在許多的電子產(chǎn)品中都采用了常見(jiàn)的七段數(shù)碼管來(lái)顯示所需信息。七個(gè)亮段實(shí)際上就是7個(gè)條形的發(fā)光二極管。按順時(shí)針?lè)较?，這七個(gè)亮段分別稱為a、b、c、d、e、f、g。七段數(shù)碼管如圖315所示:圖315七段數(shù)碼管示意圖七段數(shù)碼管的亮段和普通的發(fā)光二極管一致，我們可以把這7個(gè)亮段之間當(dāng)做7個(gè)發(fā)光二極管來(lái)看待。按照其中7個(gè)發(fā)光二極管的接法的不同，可以將七段數(shù)碼管分為共陽(yáng)（共陽(yáng)極）和共陰（共陰極）兩種。顧名思義，所謂共陽(yáng)極七段數(shù)碼管意思就是將所有發(fā)光二極管的額陽(yáng)極連在一體，而共陰極七段數(shù)碼管的意思就是將所有發(fā)光二極管的負(fù)極連在一起，由于單片機(jī)的輸出口不能夠提供足夠的電壓使二極管發(fā)光，所以在本設(shè)計(jì)中采用了共陽(yáng)極的數(shù)碼管，將所用到的4個(gè)七段數(shù)碼管的陽(yáng)極并接到一起。共陽(yáng)極和共陽(yáng)極的七段數(shù)碼管示意圖如下圖316所示：圖316 共陽(yáng)極和共陽(yáng)極七段數(shù)碼管示意圖LED顯示不同數(shù)字的方式如圖317所示：圖317數(shù)碼管數(shù)字顯示圖從上圖中我們很容易發(fā)現(xiàn),若要求顯示數(shù)字“1”，需要讓b、c兩個(gè)發(fā)光二極管點(diǎn)亮；若要求顯示數(shù)字“5”，需要讓a、f、g、c、d五個(gè)發(fā)光二極管點(diǎn)亮。數(shù)碼管有不同的工作顯示方式,分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)，這兩種不同的顯示方式有著各自不同的優(yōu)缺點(diǎn)，需要根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際需要來(lái)決定用哪種方式。靜態(tài)顯示要求數(shù)碼管的所有段選端都要接上8位的數(shù)據(jù)線，以此來(lái)顯示的字形碼。字形碼被送入數(shù)碼管后，可一直保持不變，直到下個(gè)字形碼替代原先的字形碼。這樣做的好處是不會(huì)長(zhǎng)時(shí)間占用CPU資源，而且更加容易控制，但對(duì)硬件的要求會(huì)更高。動(dòng)態(tài)顯示要求數(shù)碼管的所有段選端并聯(lián)在一起，具體用到的那位數(shù)碼管的選擇是由位選線控制的，采用動(dòng)態(tài)掃描顯示。動(dòng)態(tài)掃描的意思是：電路依次往各個(gè)數(shù)碼管傳送字形碼、位選信號(hào)，由于發(fā)光管有余輝且肉眼有一個(gè)視覺(jué)暫留的效果，我們就會(huì)覺(jué)得所有的數(shù)碼管是同時(shí)顯示的。自然，動(dòng)態(tài)顯示的亮度不如靜態(tài)顯示那么亮，其限流電阻的阻值比靜態(tài)顯示電路的值要小一點(diǎn)。結(jié)合實(shí)際考慮，本設(shè)計(jì)中選用了動(dòng)態(tài)顯示的方式。基于以上理論基礎(chǔ)，本設(shè)計(jì)的顯示電路設(shè)計(jì)的具體方案為：由P0口輸出的信號(hào)經(jīng)過(guò)74LS245芯片送入4個(gè)數(shù)碼管。74LS245是一個(gè)常用的芯片，它的作用是驅(qū)動(dòng)LED或別的設(shè)備。該芯片為8路同相三態(tài)雙向總線收發(fā)器，數(shù)據(jù)可以從A端傳到B端，也可以從B端傳到A端。另外，它還具有雙向三態(tài)功能，可以同時(shí)輸出和輸入數(shù)據(jù)。當(dāng)AT89C52單片機(jī)的P0口總線負(fù)載大于等于P0口最大負(fù)載能力時(shí)，一般需要接入74LS245等總線驅(qū)動(dòng)器。片選端/CE為低電平有效。DIR=“0”，信號(hào)由 B 向 A 傳輸，即芯片為接收的作用。 DIR=“1”，信號(hào)由 A 向 B 傳輸，即芯片為發(fā)送作用。P0口與74LS245輸入端相連,/CE端接地，保證數(shù)據(jù)線暢通。具體電路如圖318所示：圖318 顯示電路原理圖　通訊電路的設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)的功能比單片機(jī)更完善，單片機(jī)的計(jì)算能力受到硬件限制，很難完成復(fù)雜計(jì)算和數(shù)據(jù)的處理。利用計(jì)算機(jī)來(lái)控制和管理單片機(jī)，由計(jì)算機(jī)和單片機(jī)組成的系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)更多拓展功能，所以我們很有必要設(shè)計(jì)單片機(jī)和計(jì)算機(jī)的通訊電路。通信方式有兩種，第一是并行通信，第二是串行通信，同樣地，這兩種通信方式各有其有點(diǎn)和缺點(diǎn)。并行通信就是將需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的每一位用不同的數(shù)據(jù)線同時(shí)傳輸過(guò)去。優(yōu)點(diǎn)是容易控制且比串行的傳送速度快很多。缺點(diǎn)是因?yàn)閭鬏斁€非常多，如果需要長(zhǎng)距離傳送的話會(huì)用到許多路線，造成高額的成本，且給收發(fā)兩方的設(shè)備都帶來(lái)不小的挑戰(zhàn)，并行通信如圖319所示： 圖319并行通信示意圖串行通信和并行通信不同的是，傳輸線只有一條，所有需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)逐位的向目標(biāo)設(shè)備輸送。串行通信的優(yōu)點(diǎn)：用到的傳輸線少，長(zhǎng)距離傳送也只用一條線，與并行通信比起來(lái)便宜很多。而且可以直接通過(guò)電話線等現(xiàn)有的線路經(jīng)行傳送。缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)傳送控制起來(lái)較難，串行通信如圖320所示：圖320串行通信示意圖串行通信RS232C接口是常用的串行接口標(biāo)準(zhǔn)，RS232于1969年被美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)所修訂，它明確了數(shù)據(jù)終端設(shè)備與數(shù)據(jù)通信設(shè)備的物理接口標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)械特性為：RS232C接口共有25個(gè)針連接器，另外還有具體尺寸規(guī)定，這25個(gè)插針的位置如下圖321所示，功能如下表35所示：圖321 RS232接口示意圖相關(guān)插針的功能如下表35所示：表35 RS232插針功能圖插針序號(hào)信號(hào)名稱功能信號(hào)方向1PGND保護(hù)接地2（3）TXD發(fā)送數(shù)據(jù)（串行輸出）DTE到DCE3（2）RXD接收數(shù)據(jù)（串行輸入）DTE到DCE續(xù)表35插針序號(hào)信號(hào)名稱功能信號(hào)方向4（7）RTS請(qǐng)求發(fā)送DTE到DCE5（8）CTS允許發(fā)送DTE到DCE6（6）DSRDCE就緒（數(shù)據(jù)建立就緒）DTE到DCE7（5）SGND信號(hào)接地8（1）DCD載波檢測(cè)DTE到DCE20（4）DTRDTE就緒（數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備就緒）DTE到DCE22（9）RI振鈴指示DTE到DCE注：表中括號(hào)內(nèi)的標(biāo)號(hào)對(duì)應(yīng)的是九針?lè)菢?biāo)準(zhǔn)型接口從硬件條件來(lái)看，該設(shè)計(jì)的主控芯片為AT89C52，該芯片的通訊電路可以用到RS232標(biāo)準(zhǔn)接口進(jìn)行串口通信。在通訊系統(tǒng)中，上位機(jī)（計(jì)算機(jī)）為主機(jī)，下位機(jī)（單片機(jī)）為從機(jī)。單片機(jī)主要是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和控制電路，計(jì)算機(jī)主要是對(duì)單片機(jī)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行一系列計(jì)算和處理以及對(duì)單片機(jī)進(jìn)行控制。串口通信是逐位傳遞數(shù)據(jù)的，RS232標(biāo)準(zhǔn)接口簡(jiǎn)單，用到的線只有三根：TX、RX和GND。通信距離在二十米以內(nèi)。MAX202芯片的作用：把單片機(jī)輸出的TTL電平變成計(jì)算機(jī)能識(shí)別的232電平，也能將計(jì)算機(jī)發(fā)出的232電平變成單片機(jī)可以識(shí)別的TTL電平。所謂232信號(hào)電平就是負(fù)10到正10伏的信號(hào)，單片機(jī)TTL電平就是0到正5伏的信號(hào)。該電路支持遠(yuǎn)距離通信和多個(gè)計(jì)算機(jī)直接的通訊，屬于半雙工型，并且不需要外界電源就可工作。主要電路圖如圖322所示：圖322通訊電路原理圖,即RXD和TXD,分