【文章內(nèi)容簡介】 器，從而產(chǎn)生震蕩時(shí)鐘脈沖，直接進(jìn)入內(nèi)部時(shí)鐘的電路。振蕩電路是由1個(gè)12MHz晶體和2個(gè)33pF陶瓷電容器。 振蕩電路和AT89C52芯片的連接圖 帶通濾波電路利用單片機(jī)芯片和振蕩電路的組合電路產(chǎn)生方波，再經(jīng)過帶通濾波器使其變?yōu)檎也ā? 帶通濾波電路 回波信號(hào)判別和發(fā)射信號(hào)控制由電源電壓信號(hào)控制，啟動(dòng)發(fā)射信號(hào)發(fā)生器，同時(shí)發(fā)射連續(xù)波（常頻）信號(hào)，該系統(tǒng)是在搜尋目標(biāo)。如果在一個(gè)探測周期內(nèi)發(fā)現(xiàn)有目標(biāo)回波信號(hào)，立刻主動(dòng)切換控制發(fā)射調(diào)頻信號(hào)，系統(tǒng)進(jìn)入第二階段，即目標(biāo)跟蹤或攻擊階段，如果沒有發(fā)現(xiàn)回波信號(hào)，則繼續(xù)發(fā)射CW信號(hào)搜索目標(biāo)。確定回波信號(hào)可分為兩個(gè)階段：第一，“初步判斷”，多普勒頻移信號(hào)的檢測回波的存在，起到“發(fā)現(xiàn)”物體作用；第二、“精確判斷”， 如果若第一階段表明有頻偏信號(hào)，然后根據(jù)指定的控制器可以被檢測到的頻率偏移信號(hào)確認(rèn)目標(biāo)，以“識(shí)別”的目標(biāo)。上電啟動(dòng)延時(shí)、接收發(fā)射FM信號(hào)發(fā)射CW信號(hào)目標(biāo)回波回波NNYY 回波控制信號(hào)判別流程圖 回波信號(hào)處理電路在對(duì)目標(biāo)回波信號(hào)檢測前，就必須先要對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的處理，包括放大、濾波整形等。如經(jīng)過接收機(jī)阻抗匹配電路、兩級(jí)放大電路、帶通濾波電路、增益控制電路、整形電路之后，將形成的方波信號(hào)輸入到CPLD芯片電路中進(jìn)行計(jì)數(shù)和判別。 阻抗匹配與放大電路具有高輸出阻抗的壓電換能器，換能器陣列接收回波，必須通過阻抗變換，輸出信號(hào)可以有效地獲得傳感器陣列。，其實(shí)就是電壓跟隨器即放大倍數(shù)為1，它的輸入阻抗和OP37的輸入電阻大致相同，因?yàn)榇穗娐返妮斎胱杩狗浅４螅逸敵鲎杩瓜鄬?duì)較小，大概為60歐姆，滿足阻抗匹配要求。 阻抗匹配與放大電路 帯通濾波電路有用信號(hào)與其它信號(hào)可以根據(jù)各自不同的頻率特性而區(qū)分開來,設(shè)計(jì)滿足一定頻率要求的濾波器對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理,能夠?yàn)V除有用信號(hào)頻段外的其它成分。回波接收電路的主要功能就是提取信號(hào)，即提取頻譜純凈的多普勒頻偏信號(hào),所以接收電路的關(guān)鍵就是能夠設(shè)計(jì)出符合要求的濾波電路。 帶通濾波電路 增益控制與整形電路為了能夠使后續(xù)電路處理信號(hào)的準(zhǔn)確性得到提高。計(jì)數(shù)檢波電路是由CPLD實(shí)現(xiàn)的， V、低電平為0V。經(jīng)過前面一系列電路的處理，整形電路的輸入信號(hào)是寬度為大約為1 ms，頻率范圍為2000Hz~5800Hz、峰峰值約為10V的脈沖串，為了能夠與計(jì)數(shù)檢波電路的電平相匹配，通過由三極管Q3組成的整形電路，使信號(hào)的幅值變成高電平和低電平， 0V。 增益控制與整形電路 計(jì)數(shù)檢波電路在水下超聲探測儀中心控制電路的基礎(chǔ)上, 通過簡單的改變VHDL 程序,不用改變和添加其他硬件電路，就能夠?qū)崿F(xiàn)計(jì)數(shù)檢波器的功能。 電壓轉(zhuǎn)換電路由于CPLD ，，為芯片提供電源電壓。 電源電壓轉(zhuǎn)換電路 EPM7128SLC8415工作電路經(jīng)過以上一系列的電路的作用之后，得到了較為純凈的多普勒頻偏信號(hào)，此信號(hào)將通過芯片EPM7128SLC8415的12管腳進(jìn)入到芯片中，進(jìn)行計(jì)數(shù)和判別，并輸出控制信號(hào)，是否發(fā)射FM信號(hào)。 芯片電路4 發(fā)射控制電路軟件設(shè)計(jì)利用軟件編寫程序，由各個(gè)模塊化的子程序，以CPLD EPM7128SLC8415芯片為控制核心組成整個(gè)系統(tǒng)，在各個(gè)模塊中的編寫程序要優(yōu)化結(jié)構(gòu)，語言要簡潔，易于查處問題，實(shí)現(xiàn)實(shí)物功能目標(biāo)，按照設(shè)計(jì)程序的系統(tǒng)化和構(gòu)造化的基本原則，確保所設(shè)計(jì)的程序具有可行性和可讀性。 發(fā)射和接收流程圖首先要畫出程序流程圖，根據(jù)流程圖寫出相應(yīng)的程序，這樣做有利于明確軟件編寫部分的邏輯。上電初始化模塊內(nèi)部發(fā)出信號(hào)延時(shí)60ms判斷是否觸發(fā)否是 發(fā)射部分流程圖。上電初始化模塊內(nèi)部開始計(jì)數(shù)延時(shí)10ms判斷是否收到否是 接收部分流程圖5 超聲探測發(fā)射控制電路實(shí)驗(yàn)及分析系統(tǒng)的調(diào)試是最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)了，通過系統(tǒng)的調(diào)試能夠查出許多問題，例如硬件上的調(diào)試來檢測電路問題，軟件上的調(diào)試是驗(yàn)證程序的對(duì)錯(cuò)問題，實(shí)物的調(diào)試是看看能否到達(dá)要設(shè)計(jì)功能和要求。 發(fā)射控制電路，做出電路板，由于本設(shè)計(jì)用的是CPLD芯片，其管腳非常的多而且排列的很密，所以不能用萬能板焊接，必須制作出PCB電路板進(jìn)行焊接，實(shí)物主要由超聲波發(fā)射頭，超聲波接收頭，LED燈以及AT89C52芯片和CPLDEPM7128SLC8415芯片和各種元器件組成。按照開始設(shè)計(jì)好的電路原理圖，將元器件焊接起來，各個(gè)管腳要相互對(duì)應(yīng)，焊接時(shí)要多加注意，焊接時(shí)是從電源模塊到EPM7128SLC8415芯片，由于CPLD的管腳很多，而且很小，所以在焊接時(shí)千萬要注意，全部焊接完成之后先不要急著通電，而是先用萬用表檢查線路，正不正確，看看有無虛焊或漏焊的問題，并核查元器件的型號(hào)、規(guī)格是不是符合要求。特別要注意正負(fù)電源，短路和開路，電源的存在，并重點(diǎn)檢查地址總線，數(shù)據(jù)總線，用于短路信號(hào)線或其他之間的控制總線。通電后，要用萬用表仔細(xì)測量各個(gè)引腳的電位，檢查電位是否正常，尤其對(duì)芯片的插座上的各點(diǎn)電位謹(jǐn)慎對(duì)待，一旦電位過高，一不小心將會(huì)把仿真器燒毀。 發(fā)射電路原理圖 控制發(fā)射信號(hào)電路 實(shí)驗(yàn)方法本設(shè)計(jì)涉及到單片機(jī)芯片和CPLD芯片，所以先對(duì)CW信號(hào)發(fā)射的程序以及CPLD芯片控制信號(hào)的程序進(jìn)行編寫。然后利用QuartusⅡ系統(tǒng)對(duì)芯片的程序仿真，經(jīng)過反復(fù)調(diào)試，確定最終的程序。將完整的程序通過下載器寫入到芯片中，然后把芯片插入到電路板上的芯片槽里，將實(shí)物平整的放在實(shí)驗(yàn)桌上，保證超聲波發(fā)射頭和接收頭周圍沒有遮擋物，為了避免不必要的干擾，此實(shí)驗(yàn)有兩個(gè)方面的驗(yàn)證，分為靜態(tài)測試和動(dòng)態(tài)測試。接通電源，將手靜止放在超聲波發(fā)射頭前端，看LED燈的狀態(tài)；將手放在超聲波發(fā)射頭前端慢慢地來回移動(dòng)，同樣的，觀察LED的狀態(tài)。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析根據(jù)以上的操作方法進(jìn)行驗(yàn)證，接通電源，將手靜止放在超聲波發(fā)射頭前端，看LED燈是否亮，燈亮表明有FM控制信號(hào)發(fā)出,燈不亮則表明沒有FM控制信號(hào)發(fā)出。將手放在超聲波發(fā)射頭前端慢慢地來回移動(dòng)，同時(shí)，觀察LED的狀態(tài)，燈亮表明有FM控制信號(hào)發(fā)出，燈不亮則表明沒有FM控制信號(hào)發(fā)出。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，計(jì)數(shù)探測器可以區(qū)分信號(hào)的頻率，它的檢測和過濾扮演的雙重角色；使元器件的數(shù)目大大減少，使信號(hào)抗干擾的能力得到極大的改善，電路的可靠性也相應(yīng)的改善，避免與傳統(tǒng)檢波電路出現(xiàn)相同的缺陷。最后進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了基于CPLD的計(jì)數(shù)檢測電路的設(shè)計(jì)，如果限制在整形電路中放大器的增加，可提高探測器的信號(hào)幅度檢測電路的一致性，進(jìn)一步提高了計(jì)數(shù)電路的性能。 實(shí)物圖上電之后，LED燈亮，表明電路板供電正常。 電路板供電正常 ，LED燈亮，表明有回波信號(hào)，即切換發(fā)射控制信號(hào)，控制FM信號(hào)的發(fā)射。 接收到回波信號(hào)， LED燈沒亮，表明沒有接收到回波信號(hào)，即不切換發(fā)射控制信號(hào)，繼續(xù)發(fā)射CW信號(hào)。 沒有接收到回波信號(hào)基于CPLD計(jì)數(shù)檢測電路，可以分辨出信號(hào)的頻率，它的檢測和過濾扮演的雙重角色；使元器件的數(shù)目大大減少，使信號(hào)抗干擾的能力得到極大的改善，電路的可靠性也相應(yīng)的改善，避免與傳統(tǒng)檢波電路出現(xiàn)相同的缺陷。由于CPLD在線編程，從而通過改變VHDL程序可以重新配置到CP