【文章內(nèi)容簡介】 圖310所示：圖310回波放大濾波電路原理圖通過選擇合適的基準(zhǔn)參考電壓，該電路能較好的實現(xiàn)回波電路的放大要求，達(dá)到系統(tǒng)需求，在信號通過該電路后被放大和濾波，消除和過濾了因傳播而造成的噪聲和其他各種多余的信號干擾，使得信噪比達(dá)到最大，保證了測距結(jié)果的準(zhǔn)確性?！r間增益補(bǔ)償（ＴＧＣ）電路超聲波的傳遞一段時間后的衰減特征，即在空中傳播時，聲波的強(qiáng)度會根據(jù)傳出的距離的變大而降低，這是由于多種因素造成。距離增的增加會導(dǎo)致回波信號的幅值衰減，并且衰減呈現(xiàn)指數(shù)規(guī)律。也就是說，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量的精度，就需要對這部分產(chǎn)生衰減的信號作增益補(bǔ)償處理。本設(shè)計加入了有時間增益處理作用的放大器，這樣一來，距離近的增益小，距離遠(yuǎn)的增益比較大。既可以使發(fā)射信號的余振幅度降低，也可以同時使持續(xù)時問變短。用這樣的方法就能夠辨別出近處的信號，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)計出如下電路。該電路主要通過數(shù)字電位器變化主化阻值來達(dá)到目的。時間增益補(bǔ)償電路原理圖如圖311所示:圖311 時間增益補(bǔ)償電路原理圖該電路中MAX5161芯片為一個數(shù)字電位器，有三十二級抽頭。該數(shù)字電位器包含三線串行口實現(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驗獲得的與距離對應(yīng)的放大增益換算而成，并將此位置參數(shù)寫入程序存儲器中。系統(tǒng)工作時，單片機(jī)通過查表法取得相應(yīng)的增益，接著通過串行設(shè)置不同阻值，從而實現(xiàn)增益作用。數(shù)字電位器由單片機(jī)控制，實現(xiàn)起來相對容易，增益效果能按照電路實際要求來做出調(diào)整。時間增益補(bǔ)償電路效果如圖312所示：（c）補(bǔ)償后的回波曲線圖312 時間增益補(bǔ)償圖　雙比較器整形電路該設(shè)計有兩個超聲波探頭，一個用于接收超聲波信號，另一個用于發(fā)射超聲波信號，由于超聲波的衍射特性，在測量的距離很近時，會有一個盲區(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，因為兩探頭之間有外殼包圍，故而超聲波是不會直接進(jìn)入接收器的。但由于聲波特殊的性質(zhì)，會有一部分聲波沒有經(jīng)過發(fā)射到反射這個過程，而是直接進(jìn)入接收端，這是接收端子無法分辨是否為反射信號，從而會導(dǎo)致錯誤測量。這是一中無法避免的誤差源，因此需要設(shè)計一個雙比較器整形電路，用于比較兩段不同遠(yuǎn)近的回波信號。 實物測距系統(tǒng)的超聲波接收換能器和發(fā)射換能器的距離較近，當(dāng)測量的距離較近時，反射信號的幅值衰減較小，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，這時反射波就能與衍射波成功的區(qū)分開來。近距離比較器用來處理3 cm50cm的距離的反射波，遠(yuǎn)距離比較器用來處理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說，經(jīng)發(fā)射回的超聲信號首先通過NE5532進(jìn)行首次放大，其中一路信號進(jìn)入近距離比較器，經(jīng)電路處理后進(jìn)入單片機(jī)，這部分電路用來處理近距離（3cm50cm）的超聲波信號。第二路進(jìn)到時間增益補(bǔ)償及放大電路中，用來處理遠(yuǎn)距離（50cm4m）的超聲波信號?！囟妊a(bǔ)償電路的設(shè)計由第二章中表22 聲速與溫度關(guān)系可以看出溫度會造成超聲波測距的精度降低。本設(shè)計使用數(shù)字溫度計DS18B20用于獲取環(huán)境溫度,最后通過查表法獲得聲音的速度。，只有三個外接引腳,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)碼管的七個亮段表示一個數(shù)字“8”，點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)品中都采用了常見的七段數(shù)碼管來顯示所需信息。七個亮段實際上就是7個條形的發(fā)光二極管。按順時針方向，這七個亮段分別稱為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個亮段之間當(dāng)做7個發(fā)光二極管來看待。按照其中7個發(fā)光二極管的接法的不同，可以將七段數(shù)碼管分為共陽（共陽極）和共陰（共陰極）兩種。顧名思義，所謂共陽極七段數(shù)碼管意思就是將所有發(fā)光二極管的額陽極連在一體，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)計中采用了共陽極的數(shù)碼管，將所用到的4個七段數(shù)碼管的陽極并接到一起。共陽極和共陽極的七段數(shù)碼管示意圖如下圖316所示：圖316 共陽極和共陽極七段數(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兩個發(fā)光二極管點亮；若要求顯示數(shù)字“5”，需要讓a、f、g、c、d五個發(fā)光二極管點亮。數(shù)碼管有不同的工作顯示方式,分為靜態(tài)和動態(tài)，這兩種不同的顯示方式有著各自不同的優(yōu)缺點，需要根據(jù)系統(tǒng)的實際需要來決定用哪種方式。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，直到下個字形碼替代原先的字形碼。這樣做的好處是不會長時間占用CPU資源，而且更加容易控制，但對硬件的要求會更高。動態(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，采用動態(tài)掃描顯示。動態(tài)掃描的意思是：電路依次往各個數(shù)碼管傳送字形碼、位選信號，由于發(fā)光管有余輝且肉眼有一個視覺暫留的效果，我們就會覺得所有的數(shù)碼管是同時顯示的。自然，動態(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。結(jié)合實際考慮，本設(shè)計中選用了動態(tài)顯示的方式?；谝陨侠碚摶A(chǔ)，本設(shè)計的顯示電路設(shè)計的具體方案為：由P0口輸出的信號經(jīng)過74LS245芯片送入4個數(shù)碼管。74LS245是一個常用的芯片，它的作用是驅(qū)動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，一般需要接入74LS245等總線驅(qū)動器。片選端/CE為低電平有效。DIR=“0”，信號由 B 向 A 傳輸，即芯片為接收的作用。 DIR=“1”，信號由 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)計計算機(jī)的功能比單片機(jī)更完善，單片機(jī)的計算能力受到硬件限制，很難完成復(fù)雜計算和數(shù)據(jù)的處理。利用計算機(jī)來控制和管理單片機(jī)，由計算機(jī)和單片機(jī)組成的系統(tǒng)能實現(xiàn)更多拓展功能，所以我們很有必要設(shè)計單片機(jī)和計算機(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和缺點。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)線同時傳輸過去。優(yōu)點是容易控制且比串行的傳送速度快很多。缺點是因為傳輸線非常多，如果需要長距離傳送的話會用到許多路線，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：用到的傳輸線少，長距離傳送也只用一條線，與并行通信比起來便宜很多。而且可以直接通過電話線等現(xiàn)有的線路經(jīng)行傳送。缺點是數(shù)據(jù)傳送控制起來較難，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年被美國電子工業(yè)協(xié)會所修訂，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個針連接器，另外還有具體尺寸規(guī)定，這25個插針的位置如下圖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信號名稱功能信號方向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插針序號信號名稱功能信號方向4（7）RTS請求發(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信號接地8（1）DCD載波檢測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：表中括號內(nèi)的標(biāo)號對應(yīng)的是九針非標(biāo)準(zhǔn)型接口從硬件條件來看，該設(shè)計的主控芯片為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)主要是對數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和控制電路，計算機(jī)主要是對單片機(jī)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行一系列計算和處理以及對單片機(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電平變成計算機(jī)能識別的232電平，也能將計算機(jī)發(fā)出的232電平變成單片機(jī)可以識別的TTL電平。所謂232信號電平就是負(fù)10到正10伏的信號，單片機(jī)TTL電平就是0到正5伏的信號。該電路支持遠(yuǎn)距離通信和多個計算機(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