【文章內(nèi)容簡介】 二極管的陰極為低電平時，相應(yīng)字段就點亮。當(dāng)某一字段的陰極為高電平時，相應(yīng)字段就不亮。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(COM)的數(shù)碼管。共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極COM接到地線GND上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時，相應(yīng)字段就點亮。當(dāng)某一字段的陽極為低電平時，相應(yīng)字段就不亮。 LED 數(shù)碼顯示管結(jié)構(gòu) LED 管的顯示可以分為靜態(tài)和動態(tài)兩種。靜態(tài)顯示：靜態(tài)驅(qū)動是指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個單片機的I/O端口進(jìn)行驅(qū)動，或者使用如BCD碼二十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動的優(yōu)點是編程簡單，顯示亮度高，缺點是占用I/O端口多。動態(tài)顯示數(shù)碼管動態(tài)顯示是單片機中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的8個顯示筆劃a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的I/O線控制，當(dāng)單片機輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機對位選通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。通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的的COM端，就使各個數(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)碼管的點亮?xí)r間為3~5ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實際上各位數(shù)碼管并非同時點亮，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I/O端口，而且功耗更低。4. 系統(tǒng)軟件的設(shè)計超聲波測距是通過不斷檢測超聲波發(fā)射后遇到障礙物所反射的回波, 從而測出發(fā)射和接收回波的時間差 t,然后求出距離。超聲波發(fā)生器T在某一時刻發(fā)出一個超聲波信號，當(dāng)這個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。這樣只要計算出從發(fā)出超聲波信號到接收到返回信號所用的時間，就可算出超聲波發(fā)生器與反射物體的距離。距離的計算公式為d=s/2=(ct)/2 。其中，d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間。在啟動發(fā)射電路的同時啟動單片機內(nèi)部的定時器T1，利用定時器的計數(shù)功能記錄超聲波發(fā)射的時間和收到反射波的時間。當(dāng)收到超聲波反射波時，接收電路輸出端產(chǎn)生一個負(fù)跳變，產(chǎn)生一個中斷請求信號，單片機響應(yīng)外部中斷請求，執(zhí)行外部中斷服務(wù)子程序，讀取時間差，計算距離。 5. 系統(tǒng)的硬件的調(diào)試超聲波發(fā)射和接收采用型號為TCT4016R/T超聲波模塊(直徑16mm）標(biāo)稱頻率為40kHz。為提高超聲波發(fā)射的效率，用555記時IC作為頻率發(fā)生器時使的555的輸出頻率為40kHZ的信號方波為最佳。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。超聲波接收頭接收到超聲波后,轉(zhuǎn)換為電信號,此時的信號比較弱,必需經(jīng)過放大。根據(jù)測量范圍要求不同，可適當(dāng)調(diào)整本系統(tǒng)中采用的 LF347 對接收到的信號進(jìn)行放大的大小。一般一級放大10倍，保證波形的完整性，二級放大可以放大10到100倍，以提高系統(tǒng)的靈敏度。綜合上述的建議可以獲得較好的接收靈敏度和抗干擾能力。應(yīng)該要注意的事項：超聲波模塊標(biāo)稱頻率為40kHz。本系統(tǒng)中對接收到的信號進(jìn)行放大時曾采用LM324，由LM324的頻率特性可知道，放大倍數(shù)最大為一級放大10倍，二級放大可以放大到10 倍。這點對系統(tǒng)的靈敏度造成較大的影響，不建議采用。而LF347 對接收到的信號進(jìn)行放大時，一般一級放大10倍，二級放大可以放大10到100倍，這點對提高系統(tǒng)的靈敏度起到了關(guān)鍵的作用。LM324的頻率特性 74HC164是高速硅門 CMOS 器件，與低功耗肖特基型 TTL (LSTTL) 器件的引腳兼容。74HC164是8位邊沿觸發(fā)式移位寄存器，串行輸入數(shù)據(jù)，然后并行輸出。數(shù)據(jù)通過兩個輸入端（DSA 或 DSB）之一串行輸入；任一輸入端可以用作高電平使能端，控制另一輸入端的數(shù)據(jù)輸入。兩個輸入端或者連接在一起，或者把不用的輸入端接高電平，一定不要懸空。但當(dāng)LED顯示出現(xiàn)亂碼或顯示出錯的時候，就需要檢查74HC164硬件電路是否在正常的工作。 在超聲波接收的端口檢測不到發(fā)射后回來的信號時，要檢測的原件有555IC 和4069放大電路。555IC的檢測可以在555的輸出端用萬用表測量是否有40KHZ的方波輸出；而4069放大電路的檢測，可以從4069的工作電壓，是否工作在放大的狀態(tài)，和是否有輸出幾方面來檢測。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試運行。根據(jù)實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。系統(tǒng)調(diào)試完后應(yīng)不斷優(yōu)化系統(tǒng)使其達(dá)到超聲波測距系統(tǒng)的精度要求。使系統(tǒng)軟硬件設(shè)計合理、抗干擾能力強、實時性良好6. 總結(jié)超聲波測距的原理是利用超聲波的發(fā)射和接受，根據(jù)超聲波傳播的時間來計算出傳播距離。實用的測距方法有兩種，一種是在被測距離的兩端，一端發(fā)射，另一端接收的直接波方式，適用于身高計；一種是發(fā)射波被物體反射回來后接收的反射波方式，適用于測距儀。此次設(shè)計采用反射波方式。超聲波測距儀硬件電路的設(shè)計主要包括單片機系統(tǒng)及顯示電路、超聲波發(fā)射電路和超聲波檢測接收電路三部分。單片機采用AT89C51或其兼容系列。采用12MHz高精度的晶振，以獲得較穩(wěn)定時鐘頻率，減小測量誤差。利用555記時IC作為頻率發(fā)生器時使得555的輸出端頻率為40kHZ的信號方波輸出，利用外中斷0口監(jiān)測超聲波接收電路輸出的返回信號。顯示電路采用簡單實用的4位LED數(shù)碼管，段碼用74HC164N驅(qū)動，位碼用三極管S9013作為開關(guān)來驅(qū)動電路。超聲波發(fā)射電路主要由555記時IC輸出頻率為40kHZ的方波信號，經(jīng)4069內(nèi)部集成的六個反向器的其中四個,使用它具有的放大功能。經(jīng)反相器4069放大后和超聲波發(fā)射換能器T構(gòu)成一個完整的發(fā)射電路。555的輸出端口輸出的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)射強度。輸出端采兩個反向器并聯(lián)，用以提高驅(qū)動能力。超聲波換能器是利用壓電晶體的諧振來工作的。超聲波換能器內(nèi)部有兩個壓電晶片和一個換能板。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，這時它就是一個超聲波發(fā)生器；反之，如果兩電極問未外加電壓，當(dāng)共振板接收到超聲波時，將壓迫壓電晶片作振動，將機械能轉(zhuǎn)換為電信號，這時它就成為超聲波接收換能器。超聲波發(fā)射換能器與接收換能器在結(jié)構(gòu)上稍有不同，使用時應(yīng)分清器件上的標(biāo)志。超聲波檢測接收電路主要是由集成放大電器LF347N和超聲波接收換能器組成，超聲波接收頭接收到超聲波后,轉(zhuǎn)換為電信號,此時的信號比較弱,必需經(jīng)過放大。根據(jù)測量范圍要求不同，可適當(dāng)調(diào)整本系統(tǒng)中采用的 LF347 對接收到的信號進(jìn)行放大的大小，以提高系統(tǒng)的靈敏度。超聲波測距的算法設(shè)計原理為超聲波發(fā)生器T在某一時刻發(fā)出一個超聲波信號，當(dāng)這個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。這樣只要計算出從發(fā)出超聲波信號到接收到返回信號所用的時間，就可算出超聲波發(fā)生器與反射物體的距離。在啟動發(fā)射電路的同時啟動單片機內(nèi)部的定時器T1，利用定時器的計數(shù)功能記錄超聲波發(fā)射的時間和收到反射波的時間。當(dāng)收到超聲波反射波時，接收電路輸出端產(chǎn)生一個負(fù)跳變，在INT0端產(chǎn)生一個中斷請求信號，單片機響應(yīng)外部中斷請求，執(zhí)行外部中斷服務(wù)子程序，讀取時間差，計算距離。超聲波測距儀的軟件設(shè)計主要由超聲波發(fā)生子程序、超聲波接收中斷程序、鍵盤掃描和處理程序及顯示子程序組成。超聲波測距儀主程序利用外中斷0，邊沿觸發(fā)方式，檢測返回超聲波信號，一旦接收到返回超聲波信號（即INT0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)掉定時器1停止計時，并將測距所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行計算處理，然后送到4位LED數(shù)碼管顯示。 在元件及調(diào)制方面，由于采用的電路使用了較多的集成電路。對各電子元件也無特別要求。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C0的大小，以獲得合適的接收靈敏度和抗干擾能力。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。外圍元件不是很多，一般只要電路焊接無誤，稍加調(diào)試應(yīng)該會正常