【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 識(shí)，可列出:I （32)I (33)根據(jù)放大器理想化的兩個(gè)重要概念:，即U=UUO，若把它理想化，則有U=0，但不是短路，故常稱為虛短。，即凈輸入電流I0，如把它理想化，則有，但不是斷開(kāi)，故常稱為虛斷。故可知本電路中:U，且I所以有 (34)上式表明，輸出電壓與輸入電壓成比例運(yùn)算關(guān)系，式中的負(fù)號(hào)表示與反相。電路的電壓放大倍數(shù)為: (35)利用反相比例放大器可實(shí)現(xiàn)對(duì)交直流輸入信號(hào)的放大，且電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只需要調(diào)節(jié)和阻值即可實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)電壓放大倍數(shù)。圖中運(yùn)放的同相輸入端接有電阻，參數(shù)選擇時(shí)應(yīng)使兩輸入端外接直流通路等效電阻平衡，即，靜態(tài)時(shí)使輸入級(jí)偏置電流平衡并讓輸入級(jí)的偏置電流在運(yùn)算放大器的兩個(gè)輸入端的外接電阻上產(chǎn)生相等的壓降，以便消除放大器的偏置電流及漂移對(duì)輸出端的影響，故又稱為平衡電阻。根據(jù)本設(shè)計(jì)系統(tǒng)需要，接收傳感器輸出電壓很小(數(shù)十毫伏)，故分別取。，即放大電路將輸入信號(hào)放大200倍。顯示器是一個(gè)典型的輸出設(shè)備，而且其應(yīng)用是極為廣泛的，幾乎所有的電子產(chǎn)品都要使用顯示器，其差別僅在于顯示器的結(jié)構(gòu)類型不同而己。最簡(jiǎn)單的顯示器可以使LED發(fā)光二極管，給出一個(gè)簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)量信息，而復(fù)雜的較完整的顯示器應(yīng)該是CRT監(jiān)視器或者屏幕較大的LCD于顯示的距離范圍在4米之內(nèi)，選用3位LED示，表示距離的XXXcm數(shù)值。液晶屏。綜合課題的實(shí)際要求由數(shù)碼管，通過(guò)單片機(jī)編程實(shí)現(xiàn)顯示，表示距離的XXXcm數(shù)值。LED數(shù)碼管顯示與單片機(jī)接口通常涉及以下幾個(gè)問(wèn)題:問(wèn)題1采用共陰極數(shù)碼管還是共陽(yáng)極數(shù)碼管沒(méi)有太明顯的優(yōu)缺點(diǎn)。如圖34（a）所示數(shù)碼管，每個(gè)數(shù)碼管內(nèi)部，由8個(gè)發(fā)光二極管組成，其中七個(gè)組成8字形的七段筆劃，分別編號(hào)為a、b、c、d、e、f、g，還有一個(gè)為小數(shù)點(diǎn)，標(biāo)為DP。當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時(shí)，相應(yīng)的一段筆劃或點(diǎn)就發(fā)亮，控制不同二極管導(dǎo)通就能顯示出不同符號(hào)。發(fā)光二極管的陰極連在一起的稱為共陰極數(shù)碼管，如圖34（b）所示；發(fā)光二極管的陽(yáng)極連在一起的稱為共陽(yáng)，如圖34（c）所示。兩種數(shù)碼管僅在單片機(jī)編程時(shí)數(shù)碼對(duì)應(yīng)的筆劃信息碼不同。 圖34 數(shù)碼管結(jié)構(gòu)圖問(wèn)題2軟件譯碼是將各數(shù)碼的筆劃信息構(gòu)成一個(gè)表格預(yù)儲(chǔ)于內(nèi)存，以后根據(jù)要顯示的每一數(shù)碼執(zhí)行一段查表程序，查得相應(yīng)筆劃信息再送數(shù)碼管顯示。硬件譯碼則采用CD45174LS474LS474LS474LS49等BCD碼七段鎖存、譯碼、驅(qū)動(dòng)芯片直接譯出筆劃信息。問(wèn)題3動(dòng)態(tài)掃描顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一。其接口電路是把所有顯示器的8個(gè)筆劃段a—h同名端連在一起，而每一個(gè)顯示器的公共極COM是各自獨(dú)立地受I/O線控制。CPU向字段輸出口送出字形碼時(shí)，所有顯示器接收到相同的字形碼，但究竟是那個(gè)顯示器亮，則取決于COM端，而這一端是由I/O控制的，所以我們就可以自行決定何時(shí)顯示哪一位了。而所謂動(dòng)態(tài)掃描就是指我們采用分時(shí)的方法，輪流控制各個(gè)顯示器的COM端，使各個(gè)顯示器輪流點(diǎn)亮。在輪流點(diǎn)亮掃描過(guò)程中，每位顯示器的點(diǎn)亮?xí)r間是極為短暫的(約1ms)，但由于人的視覺(jué)暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位顯示器并非同時(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。采用靜態(tài)掃描方式控制點(diǎn)亮LED數(shù)碼管無(wú)位選信號(hào)，各數(shù)碼管是同時(shí)點(diǎn)亮的。每數(shù)碼管應(yīng)顯示數(shù)碼的筆劃信息也分路同時(shí)送給。其原理比較簡(jiǎn)單。靜態(tài)掃描顯示編程容易，顯示比較清晰，亮度一般較高。但要求占用很多I/O接口線和增用不少硬件芯片，成本較高。因此，動(dòng)態(tài)掃描用得更多。圖35 顯示部分電路圖針對(duì)以上3個(gè)問(wèn)題，實(shí)際考慮節(jié)約單片機(jī)的接口資源以及減少硬件芯片成本投入，本單元電路設(shè)計(jì)如圖35所示，采用3位共陰極數(shù)碼顯示管，顯示字符由單片機(jī)P2口送至鎖存器74HC574鎖存，再經(jīng)顯示驅(qū)動(dòng)芯片ULN2O03驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示。74HC574為三態(tài)輸出D型上升沿觸發(fā)器，圖36為其引腳圖，在輸入使能端有效時(shí)，當(dāng)時(shí)鐘脈沖CK有上升沿跳變，觸發(fā)器發(fā)生翻轉(zhuǎn)，將鎖存的8路輸入數(shù)據(jù)(即單片機(jī)P2口送出的字符數(shù)據(jù))送出顯示。其功能表，如表31所示。OE 1 20 Vcc 1B 1 16 1C1D 2 19 1Q 2B 2 15 2C2D 3 18 2Q 3B 3 14 3C3D 4 17 3Q 4B 4 13 4C4D 5 16 4Q 5B 5 12 5C5D 6 15 5Q 6B 6 11 6C6D 7 14 6Q 7B 7 10 7C7D 8 13 7Q 8B 8 9 COM 8D 9 12 8Q9D 10 11 CLK圖36 74HC574引腳圖 圖37 ULN2003引腳圖表31 74HC574功能表INPUTSOUTPUT Q CLK DL ↑ HL ↑ L L H or L XH X XHLQ0ZULN2003為顯示驅(qū)動(dòng)芯片，抬升單片機(jī)的輸出電流，提高負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力。其引腳如圖37所示，其內(nèi)部含七對(duì)達(dá)林頓放大管，其主要功能:當(dāng)輸入為高電平時(shí)，輸出為低電平。輸入為低電平時(shí)，輸出為高電平。，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)掃描輸出。由于聲音的速度在不同的溫度下有所不同，為提高系統(tǒng)的精度，采用了溫度補(bǔ)償功能。這里采用的主要元器件是是美國(guó)Dallas半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的單總線數(shù)字溫度傳感器DS18B20，其具有精度高、智能化、體積小、線路簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。，就可以實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量，如圖38所示。圖 38 DS18B20 溫度測(cè)量電路 LCD顯示部分本設(shè)計(jì)顯示部分采用字符型TC1602液晶顯示所測(cè)距離值。TC1602顯示的容量為2行16個(gè)字。液晶顯示屏有微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧、使用方便等諸多優(yōu)點(diǎn)，與數(shù)碼管相比，顯得更專業(yè)、美觀。使用時(shí)，可將P0與LCD的數(shù)據(jù)線相連，P2口與LCD的控制線相連，如圖所示。圖 39 TC1602液晶顯示電路 其中，TC1602第4腳RS為寄存器選擇，第5腳RW為讀寫(xiě)信號(hào)線，第6腳E為使能端。第7～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。這里要注意的是，為了布線方便，單片機(jī)端的D0～D7是接到LCD／602的D1～D0，正好相反，因此在編寫(xiě)軟件時(shí)需要做處理，使讀取正確。采用一個(gè)蜂鳴器，在連接到蜂鳴器之前，經(jīng)過(guò)一個(gè)三極管9012的放大。報(bào)警部分的連線，如圖310所示。圖310報(bào)警電路本章主要介紹了基于單片機(jī)的超聲測(cè)距系統(tǒng)的具體硬件設(shè)計(jì)電路。對(duì)其中主要硬件單元:發(fā)射電路、接收電路、檢測(cè)電路以及顯示電路的設(shè)計(jì)給出原理圖并進(jìn)行了分析計(jì)算。第4章 軟件設(shè)計(jì)和測(cè)量結(jié)果分析系統(tǒng)程序結(jié)構(gòu)：(1)DS18B20溫度傳感器接口模塊，分為初始化程序、寫(xiě)入命令以及讀取子程序等部分；(2)基于YB1602的顯示模塊，分為初始化子程序、寫(xiě)入子程序以及顯示子程序；(3)溫度補(bǔ)償與距離計(jì)算模塊、分為超聲波發(fā)送控制程序、接收處理程序、溫度補(bǔ)償子程序等；(4)本次設(shè)計(jì)使用C語(yǔ)言編寫(xiě)程序，C語(yǔ)言相比匯編有許多的優(yōu)勢(shì)；編譯器使用Keil Version2進(jìn)行程序編譯，Keil功能強(qiáng)大使用方便。主程序，分為系統(tǒng)初始化、按鍵處理以及各個(gè)子程序的調(diào)度管理等部分。如圖41所示描述了各個(gè)模塊的關(guān)系：圖 41系統(tǒng)軟件方框圖系統(tǒng)主程序：本設(shè)計(jì)主程序的思想如下：(1)溫度為兩位顯示，距離為四位顯示單位為mm；(2)溫度每隔900ms采樣一次，DS18B20在12位精度下轉(zhuǎn)換周期為750ms ,故900ms滿足該速度要求；超聲波每隔60ms發(fā)送一次。(3)按鍵S為測(cè)量啟動(dòng)鍵；(4)系統(tǒng)采用AT89S52的內(nèi)時(shí)鐘：12MHz；(5)沒(méi)有使用看門(mén)狗功能；(6)超聲波發(fā)送一定時(shí)間后才開(kāi)始啟動(dòng)檢測(cè)，避免直達(dá)信號(hào)造成誤判。所以系統(tǒng)最小測(cè)量約為112mm；系統(tǒng)主程序如下：void main(void){uchar i,j。for(i=0。i255。i++)for(j=0。j255。j++)。 //延時(shí)，等待系統(tǒng)外圍復(fù)位完成 sys_init()。 //初始化display()。 //顯示sta_flag=0。 //標(biāo)準(zhǔn)復(fù)位 waitforstarting: //檢測(cè)按鍵while(START)。for(i=0。i20。i++)delay1ms()。if(START)goto waitforstarting。BUZZER=0。 //蜂鳴器鳴音一次提示按鍵按下i=100000。while(i)。BUZZER=1。i=100000。while(i)。TR0=1。 //啟動(dòng)定時(shí)器0ET0=1。testtemp()。 //啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換while(1) { if(sta_flag) //60MS到了，超聲波已經(jīng)發(fā)送 { while(0==CSBIN)。 //等待超聲波返回TR1=0。jsh=TH1。 //停止計(jì)數(shù)jsl=TL1。if(15==count) //1S到，檢測(cè)溫度{temp=wd()。 count=0。testtemp()。 //重新啟動(dòng)轉(zhuǎn)換display()。 //刷新顯示}puter()。 //計(jì)算距離hextobcd()。 //轉(zhuǎn)化成BCD碼sta_flag=0。 //標(biāo)志清零} }}void sys_init(void){ uchar i。for(i=0。i29。i++) //顯示清零{ num[i]=0。}TMOD=0x11。TH0=0x15。TL0=0xA0。P0=0。CNT=0。 //超聲波發(fā)送關(guān)閉CSBIN=1。EA=1。 //開(kāi)放總中斷Init_LCD()。}如圖所示，中斷服務(wù)程序是響應(yīng)單片機(jī)的外部中斷。在系統(tǒng)主程序中，發(fā)射的4OKHz脈沖信號(hào)遇到障礙物反射后，經(jīng)接收檢測(cè)電路產(chǎn)生外中斷信號(hào)至單片機(jī)。在中斷服務(wù)程序中，首先進(jìn)行必要的現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)，再把進(jìn)入中斷服務(wù)程序處的計(jì)數(shù)值讀出并對(duì)該數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，計(jì)算得到相應(yīng)的距離值，同時(shí)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制，最后送到P2口顯示輸出。RECEIVE： PUSH PSW ；中斷現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)PUSH ACLR EXO ；關(guān)閉外部中斷INTOMOV R0，TL0 ；讀取時(shí)間MOV R1，TH0LCALL MULD ；調(diào)用乘法子程序計(jì)算機(jī)距離LCALL ADJ ；調(diào)用十進(jìn)制調(diào)整子程序LCALL DISPSETB EX0 ；打開(kāi)外部中斷INT0POP A POP PSWRETI定時(shí)器中斷子程序流程圖如圖42所示。由于51單片機(jī)是16位定時(shí)器，最大計(jì)時(shí)時(shí)間為65536us，當(dāng)測(cè)量的距離很遠(yuǎn)的時(shí)候，定時(shí)器就會(huì)發(fā)生溢出。所以必須對(duì)溢出中斷進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置才能使得單片機(jī)正常工作。同時(shí)由于電路的測(cè)量距離有限最遠(yuǎn)為5米，當(dāng)測(cè)量距離超出5米時(shí)，接收探頭就不能檢測(cè)回波，即不能產(chǎn)出外部中斷更不可能關(guān)閉定時(shí)器。程序如下:TIME0: PUSH PSW ；中斷現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)PUSH ACLR EX0CLR TR0MOV TL0，00H