【文章內(nèi)容簡介】 25 s?，載波為 40HZ 的超聲波脈沖串，然后加到射隨器的基極，經(jīng)過功率放大推動(dòng)超聲波發(fā)射出去。電路中的發(fā)光二極管 LED 和 R33 給出了電路的電源的供電指示。電路中的CSB40T 為超聲波的換能器，主要功能是發(fā)射超聲波。發(fā)射超聲波可以采用軟件和硬件方法，上述就是利用的軟件發(fā)生法，這種方法的特點(diǎn)就是充分利用軟件，靈活性好。第二種方法就是利用超聲波專用發(fā)生電路或者通用發(fā)生電路產(chǎn)生超聲波信號(hào)，并且直接驅(qū)動(dòng)換能器產(chǎn)生超聲波。本設(shè)計(jì)采用了第一種方法。 超聲波接收電路超聲波接收電路主要由 CSB40R 、LM567 以及 LM385 組成電路組成圖如下：超聲波接收器將接收到的反射超聲波送到放大器進(jìn)行放大，然后用鎖相環(huán)電路進(jìn)行檢波。經(jīng)處理后輸出低電平，送到 AT89C2051 的引腳啟動(dòng)中斷程序，再由軟件對(duì)其進(jìn)行計(jì)算、判別這樣就可以得出時(shí)間 t，如果有危險(xiǎn)，則觸發(fā)報(bào)警電路，同時(shí)被測(cè)的距離在 LED 上顯示出來。在選擇超聲波接收探頭的時(shí)候必須采用與發(fā)射探頭對(duì)應(yīng)的型號(hào)，主要是頻率要一致，這里采用了 CSB40R，否則因無法產(chǎn)生共振影響接收效果、甚至無法接收。圖 25 超聲波接收電路由于經(jīng)探頭變換后的信號(hào)非常弱因此必須經(jīng)放大電路放大。由于正弦波信號(hào)不鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書( 2022)13能直接被微處理器接收，因此必須進(jìn)行波形變換，LM567 就可以起到這樣的作用。 汽車測(cè)速電路的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中采用的測(cè)速器由霍爾器件 3031T、光隔離器 4N3比較 LM31發(fā)光二極管顯示器、AT89C2051 單片機(jī)組成，主要的操作過程有脈沖信號(hào)的產(chǎn)生、定時(shí)計(jì)數(shù)、速度數(shù)據(jù)處理等過程, 這種電子器件具有實(shí)時(shí)測(cè)速、反應(yīng)靈敏、測(cè)速精度高、結(jié)構(gòu)簡潔、成本較低等特點(diǎn)，且測(cè)速精度及靈敏度是可調(diào)的，這可通過選用具有不同磁鋼對(duì)數(shù)的霍爾器件及通過設(shè)置不同定時(shí)記數(shù)的時(shí)間常數(shù)來實(shí)現(xiàn)，因而可以滿足不同測(cè)速場(chǎng)合下的精度及靈敏度要求，特別適合于發(fā)動(dòng)機(jī)后置、變速箱離駕駛室較遠(yuǎn)的場(chǎng)合，硬件框圖如下： 霍 爾 元 件放 大 電 路光 隔 離 器整 形 電 路 AT89C2051圖 26 汽車測(cè)速原理圖 霍爾效應(yīng)原理假設(shè)在 N 型半導(dǎo)體薄片上通以電流 I，如圖所示，則半導(dǎo)體中的載流子(電子)沿著和電流相反的方向運(yùn)動(dòng)(電子速度為 V)，由于在垂直于半導(dǎo)體薄片平面的方向上施加磁場(chǎng) B，所以電子受到洛侖磁力 FL 的作用，向一邊偏轉(zhuǎn)，并使該邊形成電子積累而另一邊則為正電荷積累，于是形成電場(chǎng) 該電場(chǎng)阻止運(yùn)動(dòng)電子的繼續(xù)偏轉(zhuǎn) 當(dāng)運(yùn)動(dòng)電子受到的電場(chǎng)力 FE 與洛侖磁力 FL 相等時(shí)，電子的積累便達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，在薄片前后兩橫斷面之間建立電場(chǎng)，產(chǎn)生相應(yīng)的霍爾電勢(shì) UH(方向見圖)，其值為：UH=KHIB (21)式中: KH—霍爾元件的靈敏度 V/(A*T)；I—控制電流，A；B—磁感應(yīng)強(qiáng)度，T。由式(21)可看出霍爾電勢(shì)的大小正比于控制電流 I 和磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 當(dāng)電流固定不變時(shí)，UH 與 B 成正比，因而可用霍爾傳感器測(cè)量磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化來實(shí)現(xiàn)。鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書( 2022)14圖 27 霍爾效應(yīng)原理圖 光隔離器 4N37 的選用選用 4N37 主要是考慮到電子車速表是一實(shí)時(shí)測(cè)速裝置，需進(jìn)行有效的隔離，以提高抗干擾能力 4N37 的工作原理，如圖 28 所示：5 兩腳間的電阻隨發(fā)光二極管發(fā)出的光強(qiáng)度的增加而減少，當(dāng) 1 腳上有電壓時(shí)，二極管發(fā)光，照射到 5腳間的元件上，使 5 引腳間電阻下降，使 4 腳上有信號(hào)電壓輸出，當(dāng) 1 腳上無電壓時(shí)，二極管不發(fā)光，5 引腳間的電阻很大，4 腳上無信號(hào)電壓輸出?？梢?N37 光隔離器輸入、輸出間無電的直接連通，只是通過光的作用來進(jìn)行工作的因而起到了隔離電的作用。圖 28 4N37 外型 霍爾開關(guān)傳感器 3031T 的選用霍爾開關(guān)傳感器 3031T 的選用 3031T 是一種硅單片集成電路，如圖 29 所示，器件內(nèi)含有穩(wěn)壓電路、霍爾電勢(shì)發(fā)生器、放大器、史密特觸發(fā)器和集電極開路輸出電路，3031T 具有工作電壓范圍寬、可靠性高、外圍電路簡單、輸出電平可與各種數(shù)字電路兼容等特點(diǎn)，同時(shí) 3031Ｔ還具有體積小、無觸點(diǎn)、動(dòng)態(tài)特性好、使用壽命長等特點(diǎn)，故在測(cè)量轉(zhuǎn)動(dòng)物體旋轉(zhuǎn)速度領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，器件采用三端平塑封裝。 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書( 2022)15圖 29 霍爾器件 3031T集成電路 比較器的選用LM311 是一種常用的線性比較器，它廣泛應(yīng)用于比較和整形電路中，在汽車測(cè)速電路中比較器 LM311 的作用是將脈沖信號(hào)整形,它還能對(duì)脈沖的幅值進(jìn)行調(diào)節(jié)，在汽車測(cè)速的過程中起到了很大的作用，它對(duì)控制信號(hào)的輸入有著很大的影響。 汽車測(cè)速電路的設(shè)計(jì)汽車測(cè)速電路主要由霍爾傳感器 3031T，光電隔離器 4N37 和比較器 LM311 組成。霍爾器件 3031T 中產(chǎn)生脈沖信號(hào)，其頻率與車速成正比(對(duì)確定的車型,比例常數(shù)一定) 接著該脈沖信號(hào)經(jīng)過放大，光電隔離和整形，送至 AT89C2051 單片機(jī)定時(shí)計(jì)數(shù)，具體電路設(shè)計(jì)如下：圖 210 測(cè)速原理圖 報(bào)警電路的設(shè)計(jì) 音頻功率放大器 LM386 介紹任何使揚(yáng)聲器發(fā)聲的電子裝置都需要使用音頻放大器件。到目前為止，在激勵(lì)小型揚(yáng)聲器的音頻放大器件中用的最多的是美國國家半導(dǎo)體公司 1975 年推出的集成電路 LM386，它主要應(yīng)用于低電壓消費(fèi)類產(chǎn)品。在電路設(shè)計(jì)中為使外圍元件最少，電壓增益內(nèi)置為 20。但在 1 腳和 8 腳之間增加一只外接電阻和電容，便可將電壓增益調(diào)為任意值，直至 200。輸入端以地位參考，同時(shí)輸出端被自動(dòng)偏置到電源電壓的一半，在 6V 電源電壓下它的靜態(tài)功耗僅為 24Mw，使得 LM386 特別適用于電池供電的場(chǎng)合。LM386 的封裝形式有塑封 8 引線雙列直插式和貼片式。LM386 缺點(diǎn)是它需要使用大容量的電容，使整個(gè)電路的體積和價(jià)格上升，并可能使聲音失真，LM386 的輸入阻抗很高，這些對(duì)設(shè)計(jì)的影響可以忽略。a)靜態(tài)功耗底，約為 4mA,可用于電池供電；b)工作電壓范圍寬，4—12V 或 5—18V；c)外圍元件少；d)電壓增益可調(diào) 20—200；鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書( 2022)16e)低失真度。 設(shè)計(jì)電路設(shè)計(jì)電路如圖 211 所示，報(bào)警電路主要由音頻功率放大器 LM386 和揚(yáng)聲器組成，LM386 的 3 腳接單片機(jī) AT89C2051 的 ，管腳 6 接電源，當(dāng)汽車處于危險(xiǎn)的狀態(tài)時(shí)候，由單片機(jī)發(fā)出一個(gè)脈沖信號(hào)，經(jīng)過音頻功率放大器 LM386 放大從而使揚(yáng)聲器發(fā)出報(bào)警信號(hào)。圖 2 11 報(bào)警電路原理圖 顯示電路的設(shè)計(jì) 顯示芯片介紹MC14499 是 Motorola 公司新近生產(chǎn)的一種串行 BCD 碼輸入—十進(jìn)制碼輸出的CMOS 集成電路。一片 MC14499 可直接驅(qū)動(dòng)和控制 4 位共陰極 LED 顯示器(聯(lián)級(jí)時(shí)可控制、驅(qū)動(dòng) 4N 個(gè) LED 顯示器)，它采用動(dòng)態(tài)掃描顯示方式，功耗較低。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，由于 MC14499 具有占用的輸入口線少(只 3 根)、單片控制的顯示位數(shù)多、使用方便可靠等優(yōu)點(diǎn)，因而得到了廣泛的應(yīng)用。MC14499 的引腳排列如圖 212 所示。片內(nèi)主要由移位寄存器、鎖存器、多路輸出器、譯碼驅(qū)動(dòng)器及振蕩器組成，由多路輸出器從鎖存器中取出的 BCD 碼數(shù)據(jù)經(jīng)段譯碼器譯碼后，送到 ag 及 DP 上，片內(nèi)振蕩器產(chǎn)生的振蕩信號(hào)經(jīng) 4 分頻后分別送至 I—IV4 條位控制線上,以提供對(duì) 4 位顯示器的輪流掃描。引腳功能如下：ag，DP：七段碼管及小數(shù)點(diǎn)輸出；IIV：字位選擇輸出；OSC：外接電容端。外接電容使片內(nèi)振蕩器產(chǎn)生一定頻率的掃描信號(hào)，以防 LED 顯示器閃爍；DATA：串行數(shù)據(jù)輸入端；CLK：時(shí)鐘輸入端。用于提供串行輸入時(shí)的時(shí)鐘控制信號(hào)；EN:使能端,此端為 0 時(shí)，MC14499 允許接收串行數(shù)據(jù)；為 1 時(shí)禁止接收串行數(shù)據(jù)，并將片內(nèi)移位寄存器中的數(shù)據(jù)送入鎖存器中鎖存。鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書( 2022)17圖 212 MC14499的引腳圖 在本設(shè)計(jì)中的應(yīng)用在由單片機(jī)控制的具有顯示功能的系統(tǒng)中，使用 MC14499 來完成其顯示功能，不但使用的外圍線路少，而且軟件設(shè)計(jì)也很簡單。單片機(jī)與 MC14499 進(jìn)行接口時(shí)有 2 種方式：第 1 種為 I/O 口控制方式，即由單片機(jī)提供 3 根 I/O 口線來和 MC14499 進(jìn)行串口接口，用軟件來模擬串行輸出操作，以提供 MC14499 的 EN、CLK 和 DATA。第 2 種為串行口控制方式，由單片機(jī)的串行數(shù)據(jù)發(fā)送端 TXD 提供 CLK 時(shí)鐘信號(hào)，串行數(shù)據(jù)接收端 RXD 輸出串行數(shù)據(jù)，再由 P1 口或 P3 口任意一口提供 EN 信號(hào)，串行口控制方式工作于單片機(jī)的工作方式。其顯示電路接線如圖 213 所示。圖 2 13 顯示電路原理圖MC14499 引腳 4 分別接 AT89C2051 的 、。鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書( 2022)183 系統(tǒng)軟件部分的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) 基于匯編語言實(shí)現(xiàn) DSB18B20 程序設(shè)計(jì) 初始化總線上的所有操作前要初始化操作，先發(fā)復(fù)位信號(hào)，通知傳感器 DS18B20，并等待接收命令。 ROM 操作命令單片機(jī)收到 DS18B20 信號(hào)后，就可以發(fā)送四個(gè) ROM 操作命令中的一個(gè)，這些命令字均為 8 位的 16 進(jìn)制數(shù)（最低位在前） ，現(xiàn)將這些命令說明如下。 A．讀命令：通過該命令單片機(jī)可以讀出 ROM 中 8 位系列產(chǎn)品代碼、48 位產(chǎn)品序列號(hào)和 8 位 CRC 碼。讀命令僅用在單個(gè) DS18B20 在線情況，當(dāng)多于一個(gè)時(shí)由于DS18B20 為開漏輸出將產(chǎn)生線路混亂，從而引起數(shù)據(jù)沖突；B．選擇定位命令：多片 DS18B20 接線時(shí)，單片發(fā)出該命令和一個(gè) 64 位數(shù)列，DS18B20 內(nèi)部 ROM 與單片數(shù)列一致者，才響應(yīng)單片機(jī)發(fā)送的寄存器操作命令，其他DS18B20 等待復(fù)位。該命令也可以用在單片 DS18B20 情況； C．跳過 ROM 序列號(hào)檢測(cè)命令：對(duì)于單片 DS18B20 在線系統(tǒng)，該命令允許主機(jī)跳過 ROM 序列號(hào)檢測(cè)而直接對(duì)寄存器操作，從而節(jié)省時(shí)間。對(duì)于多片 DS18B20 在線系統(tǒng)，該命令將引起數(shù)據(jù)沖突；D．報(bào)警查詢命令：該命令操作過程同 ROM 查詢命令，但是，僅當(dāng)上次溫度測(cè)量值已置位報(bào)警標(biāo)志（由于高于 TH 或低于 TL 時(shí)） ，DS18B20 才響應(yīng)該命令，如果DS18B20 處于上電狀態(tài)，該標(biāo)志將保持有效，直到遇到下列兩種情況：a)本次測(cè)量溫度發(fā)生變化，測(cè)量值處于 TH、TL 之間；b)TH、TL 改變，溫度值處于新的范圍之間。設(shè)置報(bào)警時(shí)要考慮到 EEROM 中的值。 存貯器操作命令：用此命令把數(shù)據(jù)寫入寄存第 2～4 字節(jié)，從第 2 字節(jié)（TH）開始。復(fù)位信號(hào)發(fā)出之前必須把這三個(gè)字節(jié)寫完。 ：用此命令讀出寄存器中的內(nèi)容，從第 1 字節(jié)開始，直到讀完第 9 字節(jié)，如果僅需要寄存器中部分內(nèi)容，主機(jī)可以在合適時(shí)刻發(fā)送復(fù)位命令結(jié)束該過程。 ：用該命令把暫存器第 2～4 字節(jié)轉(zhuǎn)存到 DS18B20 的 EEROM 中，如果DS18B20 是由信號(hào)線供電，主機(jī)發(fā)出此命令后，總線必須保證至少 10ms 的上拉，當(dāng)發(fā)出命令后，主機(jī)發(fā)出讀時(shí)隙來讀總線，如果轉(zhuǎn)存正在進(jìn)行，讀結(jié)果為 0，轉(zhuǎn)存結(jié)束為 1。：DS18B20 收到該命令后立刻開始溫度轉(zhuǎn)換，不需要其他數(shù)據(jù)。此時(shí) DS18B20 處于空閑狀態(tài)，當(dāng)溫度轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行時(shí)，主機(jī)讀總線將收到 0，轉(zhuǎn)換結(jié)束為 1。如果 DS18B20 是由信號(hào)線供電，主機(jī)發(fā)出此命令后主機(jī)必須立即提供用于DS18B20的上拉電平。 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書( 2022)19：執(zhí)行該命令把 EEROM 中的內(nèi)容回調(diào)到寄存器 TH、TL 和設(shè)置寄存器單元中，DS18B20 上電時(shí)能自動(dòng)回調(diào)，因此設(shè)備上電后 TH、TL 就存在有效數(shù)據(jù)。該命令發(fā)出后，如果主機(jī)跟著讀總線，讀到 0 意味著忙，1 為回調(diào)結(jié)束。：主機(jī)發(fā)出命令后讀總線，DS18B20 將發(fā)送電源標(biāo)志，0 為信號(hào)線供電，1 為外接電源。單片 DS18B20 使用時(shí)，總線接 5k 電阻，應(yīng)適當(dāng)降低上拉電阻值，調(diào)試時(shí)，可把上拉電阻換作電位器，逐步調(diào)節(jié)電位器直到獲得正確的溫度數(shù)據(jù)。讀寫 DS18B20 時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格按照既定的時(shí)序操作，否則，讀寫無效。 DS18B20 的讀寫操作：對(duì) DS18B20 操作時(shí)，首先要將它復(fù)位。復(fù)位時(shí)，DQ 線被拉為低電平，時(shí)間為 480～960ms；接著將數(shù)據(jù)線拉為高電平，時(shí)間為 15～60ms；最后 DS18B20發(fā)出 60～240ms 的低電平作為應(yīng)答信號(hào)，這時(shí)主機(jī)才能進(jìn)行其他操作。：將數(shù)據(jù)線從高電平拉至低電平，產(chǎn)生寫起始信號(hào)。從 DQ 線的下降沿起計(jì)時(shí)，在 15ms 到 60ms 這段時(shí)間內(nèi)對(duì)數(shù)據(jù)線進(jìn)行檢測(cè)，如數(shù)據(jù)線為高電平則寫1；若為低電平，則寫 0，完成了一個(gè)寫周期。在開始另一個(gè)寫周期前，必須有 1ms以上的高電平恢復(fù)期。每個(gè)寫周期必須要有 60ms 以上的持續(xù)期。：主機(jī)將數(shù)據(jù)線從高電平拉至低電平 1ms 以上，再使數(shù)據(jù)線升為高電平，從而產(chǎn)生讀起始信號(hào)。從主機(jī)將數(shù)據(jù)線從高電平拉至低電平起 15ms 至 60ms，主機(jī)讀取數(shù)據(jù)。每個(gè)讀周期最短的持續(xù)期為 60ms。周期之間必須有 1ms 以上的高電