【文章內(nèi)容簡介】 字形碼但究竟是那個(gè)數(shù)碼管會顯示出字形取決于單片機(jī)對位選通 COM 端電路的控制所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開該位就顯示出字形沒有選通的數(shù)碼管就不會亮通過分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的的 COM 端就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示這就是動態(tài)驅(qū)動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)不會有閃爍感動態(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 端由于是共陽極只有某一位對應(yīng)的 COM 端為1 時(shí)所送的段碼對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 語言程序有利于實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的算法匯編語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 語言編程 41 超聲波測距的算法設(shè)計(jì) 超聲波測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)超聲波信號當(dāng)這個(gè)超聲波遇到被測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)出超聲波信號到接收到返回信號所用的時(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為被測物與測距儀的距離 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)間在啟動發(fā)射電路的同時(shí)啟動單片機(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)跳變在 INT0或 INT1端產(chǎn)生一個(gè)中斷請求信號單片機(jī)響應(yīng)外部中斷請求執(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 這也就是超聲波測距會有一個(gè)最小可測距離的原因后才打開外中斷 1 接收返回的超聲波信號 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)算即可得被測物體與測距儀之間的距離設(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 測出距離后結(jié)果將傳給 LCD 數(shù)碼顯示約 5s同時(shí)測量距離送語音模塊播報(bào)然后再發(fā)超聲波脈沖重復(fù)測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 超聲波測距主程序利用外中斷 1 檢測返回超聲波信號一旦接收到返回超聲波信號即 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)還未檢測到超聲波返回信號則定時(shí)器 T0 溢出中斷將外中斷 1 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 44 語音模塊子程序 設(shè)所測量距離值為 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)行組合播放語音本例所播放的語音為 1 點(diǎn) 35 米 流程圖如下 圖 44 語音播報(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 播放語音片段 1 ISD_SET_PLAY add1[10]0add2[10]0 delay1 100 播放語音片段點(diǎn) ISD_SET_PLAY add1[shi1]0add2[shi1]0 delay1 100 播放語音片段 3 ISD_SET_PLAY add1[ge1]0add2[ge1]0 delay1 100 播放語音片段 5 ISD_SET_PLAY add1[11]0add2[11]0 delay1 100 播放語音片段米 第五章 溫度補(bǔ)償 采用超聲波測量距離的方法實(shí)時(shí)檢測現(xiàn)場溫度用以實(shí)現(xiàn)實(shí)際波速數(shù)據(jù)的校準(zhǔn)減小溫度對測距產(chǎn)生的誤差最終由數(shù)碼管顯示所測距離測量范圍為 7cm1m 誤差177。 2cm 51 設(shè)計(jì)方案 超聲波傳聲器結(jié)構(gòu)簡單行能可靠成本低易集成因此常用超聲波測距 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 s1 313 319 322 331 337 344 350 油此可見溫度對超聲波測距系統(tǒng)的影響是不可忽略的為了得到較為精確的測量結(jié)果必須對波速進(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)場溫度 V 為實(shí)際波速從式中 可看出要獲得精確的波速值必須首先獲取現(xiàn)場溫度 T的大小本設(shè)計(jì)采用 DS18B20檢測現(xiàn)場溫度用以實(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)溫度測控系統(tǒng)在進(jìn)行溫度測量時(shí)通常采用模擬式溫度敏感元件如熱電阻熱電偶紅外測溫儀等將溫度轉(zhuǎn)化為電信號經(jīng)過信號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量結(jié)構(gòu)復(fù)雜測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 根信號線 DS18B20的測溫原理如圖 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量前首先將55℃所對應(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℃所對應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值 計(jì)數(shù)器 1對低溫 度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(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)值即為所測溫度圖中的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測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)到被測溫度值由經(jīng)驗(yàn)公式 V 33150607T 得出現(xiàn)場波速實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償 圖 51 測溫原理 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 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 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