【文章內(nèi)容簡介】 大信噪比，以利于后續(xù)電路的設(shè)計。圖34 超聲波接收電路框圖電路如圖33所示，考慮到超聲換能器的輸出電阻比較大(一般數(shù)百兆歐姆以上)，因此前置放大器必須有足夠大的輸入阻抗(Input Impedance))；同時，換能器的輸出電壓很小(數(shù)十毫伏)，這就要求前置放大電路有很高的精度、很小的輸入偏置電壓 (Input Offset Voltage)。前置放大電路是由一個高精度、高輸入阻抗放大器TL082及電阻、和構(gòu)成，組成反向比例放大電路，這樣可以減小地線噪聲的影響。由電路的基本知識有如下公式。 (32) (33)根據(jù)下面兩個放大器理想化的重要概念：，即U==0，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，故常稱為虛斷。故可知本電路中：，且，所以有如下公式。 (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)號表示與反相。電路的電壓放大倍數(shù)如35公式所示。 (35)利用反相比例放大器可實現(xiàn)對交直流輸入信號的放大，且電路結(jié)構(gòu)簡單，只需要調(diào)節(jié)和阻值即可實現(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)選擇時應(yīng)使兩輸入端外接直流通路等效電阻平衡，即，靜態(tài)時使輸入級偏置電流平衡并讓輸入級的偏置電流在運(yùn)算放大器的兩個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輸出端的影響，故又稱為平衡電阻。根據(jù)本設(shè)計系統(tǒng)需要，接收傳感器輸出電壓很小(數(shù)十毫伏)，故分別?。?；，即放大電路將輸入信號放大200倍。167。 顯示電路設(shè)計顯示器是一個典型的輸出設(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。最簡單的顯示器可以使LED發(fā)光二極管，給出一個簡單的開關(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，表示距離的數(shù)值。液晶屏。綜合課題的實際要求由數(shù)碼管，通過單片機(jī)編程實現(xiàn)顯示，表示距離的數(shù)值。167。 數(shù)碼管的簡介液晶顯示器件（LCD）是一中平板薄型顯示器件，其驅(qū)動電壓很低、工作電流極小，與TTL電路結(jié)合起來可以組成微功耗系統(tǒng)，廣泛地用于電子鐘表、電子計算器、各種儀器和儀表中。液晶是一種介于晶體和液體之間的有機(jī)化合物，常溫下既有液體的流動性和連續(xù)性，又有晶體的某些光學(xué)特性。液晶顯示器件本身不發(fā)光，在黑暗中不能數(shù)字，它依靠在外界電場作用下產(chǎn)生的光電效應(yīng)，調(diào)制外界光線使液晶不同部位顯示出反差，從而顯示出字型。2. 半導(dǎo)體顯示器某些特殊的半導(dǎo)體材料，例如用磷砷化鎵作成的PN結(jié)，當(dāng)加正向電壓時，可以將電能轉(zhuǎn)化成光能，從而發(fā)出清晰悅目的光線。利用這樣的PN結(jié)，既可以封裝成單個的發(fā)光二極管（LED），也可以封裝成分段式（或點陣式）的顯示器件。它既可以用半導(dǎo)體三極管驅(qū)動，也可以直接用TTL與非門驅(qū)動。在顯示譯碼器和顯示器的連接中，顯示譯碼器各個輸出端必須具有足夠的吸取電流的能力，以驅(qū)動有關(guān)顯示段發(fā)光。顯示譯碼器的輸出級的電路結(jié)構(gòu)形式與所選用顯示器的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)相匹配，否則不僅不能正常工作，甚至?xí)?dǎo)致器件損壞。實際數(shù)碼管是把發(fā)光二極管的管心做成條狀，用7條條狀的發(fā)光管就可以組成7段式半導(dǎo)體數(shù)碼管，如圖35所示。每個數(shù)碼管可顯示0～9十個數(shù)字，數(shù)碼管（）每段發(fā)光二極管的正向壓降，隨顯示光的顏色不同略有差別，通常約為2～～10mA。LED數(shù)碼管要顯示BCD碼所表示的十進(jìn)制數(shù)字就需要有一個專門的譯碼器，該譯碼器不但要完全成譯碼功能，還要有相當(dāng)?shù)尿?qū)動能力。數(shù)碼管是一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個發(fā)光二極管單元（多一個小數(shù)點顯示）。按能顯示多少個“8”可分為1位、2位、4位等等數(shù)碼管；按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極(COM)的數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極COM接到+5V，當(dāng)某一字段發(fā)光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。(共陽極) （共陰極）圖35 數(shù)碼管引腳圖當(dāng)輸入BCD碼(以A、B、C、D表示)，輸出是數(shù)碼管各段的驅(qū)動信號(以Fa～Fg表示)，也稱4—7譯碼器。例如，當(dāng)輸入8421碼ABCD=0100時，應(yīng)顯示為“4”,即要求同時點亮b、c、f、g段，熄滅a、d、e段，故譯碼器的輸出應(yīng)為Fa～Fg=0110011，這也是一組代碼，常稱為段碼。同理，根據(jù)組成0～9這10個字形的要求可以列出8421BCD七段譯碼器的真值表，共陽極的是低電平有效，共陰極的反之，共陽極數(shù)碼管的真值表如表31所示。表31 數(shù)碼管段碼表十進(jìn)制數(shù)段碼（不帶點顯示）段碼（帶點顯示）00xeb0xef10x280x2c20xb30xb730xba0xbe40x780x7c50xda0xde60xdb0xdf70xa80xac80xfb0xff90xfa0xfe167。 LED數(shù)碼管的顯示本設(shè)計顯示部分采用三位共陰極數(shù)碼管顯示所測距離值。其顯示的容量為3個字。數(shù)碼管有微功耗、體積小、超薄輕巧、使用方便等諸多優(yōu)點。使用時，可將P0與LCD的數(shù)據(jù)線相連，~，如圖36 所示。靜態(tài)顯示就是當(dāng)顯示某一個字符時，相應(yīng)的發(fā)光二極管恒定地導(dǎo)通或截止。使用靜態(tài)顯示時，需要在每一個數(shù)碼管上添加一個鎖存器，當(dāng)需要某個數(shù)碼管顯示其他內(nèi)容時，只需要修改與其相連的鎖存器的值即可。當(dāng)數(shù)碼管處于靜態(tài)顯示方式時，所有位選線(數(shù)碼管的公共端)連接在一起，而各個數(shù)碼管的段選線(數(shù)碼管上各筆段的引出線)是相互分離的。靜態(tài)顯示的優(yōu)點是數(shù)碼管顯示無閃爍，亮度高，與單片機(jī)之間的連接比較簡單，例如上圖中使用串行轉(zhuǎn)并行芯片74LS164N作為數(shù)碼管的驅(qū)動，軟件控制比較容易。缺點是需要的硬件電路較多(每一個數(shù)碼管都需要一個鎖存器)，同時由于所有數(shù)碼管都處于被點亮狀態(tài)，所以需要的電流很大，當(dāng)數(shù)碼管的數(shù)量增多時，對電源的要求也就隨之增高。所以在大部分硬件電路設(shè)計中，很少采用靜態(tài)顯示方式。本系統(tǒng)采用動態(tài)顯示。由于LED靜態(tài)顯示需要占用較多的I/O口，且功耗較大，因此在大多數(shù)場合通常不采用靜態(tài)顯示，而采用動態(tài)掃描的方法來控制LED數(shù)碼管的顯示。動態(tài)顯示的特點是將所有位數(shù)碼管的段選線并聯(lián)在一起，由位選線控制是哪一位數(shù)碼管有效。點亮數(shù)碼管采用動態(tài)掃描顯示。所謂動態(tài)掃描顯示即輪流向各位數(shù)碼管送出字形碼和相應(yīng)的位選，只要掃描顯示速度夠快，利用發(fā)光管的余輝和人眼視覺暫留作用，使人的感覺好像各位數(shù)碼管同時都在顯示。動態(tài)顯示的亮度比靜態(tài)顯示要差一些，所以在選擇限流電阻時應(yīng)略小于靜態(tài)顯示電路中的。動態(tài)掃描顯示時刷新頻率最好大于50HZ，即沒顯示一輪的時間不超過20ms，每個數(shù)碼管顯示時間不能太長也不能太短，時間太長會影響刷新率，導(dǎo)致總體顯示呈現(xiàn)閃爍的現(xiàn)象，時間太短發(fā)光二極管的電流導(dǎo)通時間也就短，會影響總體的顯示亮度。圖36 數(shù)碼管驅(qū)動電路167。 報警電路設(shè)計本設(shè)計采用蜂鳴器以及發(fā)光二極管作為報警器件。能以聲音或光告知駕駛員周圍障礙物的情況，解除了駕駛員倒車時前后探視所引起的困擾，并幫助駕駛員掃除了視野死角和視線模糊的缺陷，提高駕駛的安全性。167。 蜂鳴器的驅(qū)動圖37 蜂鳴器的驅(qū)動電路單片機(jī)輸出端輸出低電平的驅(qū)動能力比高電平要強(qiáng)得多，但在保證邏輯電平時也只有5mA左右，不需要保證邏輯電平時可以有幾十毫安。蜂鳴器需要的驅(qū)動電流較大（50~100mA），所以這里的驅(qū)動電路以低電平有效，且外接三極管作為功率驅(qū)動器件，如圖36所示。其中。167。 發(fā)光二極管的驅(qū)動發(fā)光二極管工作電壓很低（有的僅一點幾伏）；工作電流很?。ㄓ械膬H零點幾毫安即可發(fā)光）；抗沖擊和抗震性能好，可靠性高，壽命長；通過調(diào)制通過的電流強(qiáng)弱可以方便地調(diào)制發(fā)光的強(qiáng)弱。因此。如圖37 所示。圖38 發(fā)光二極管的驅(qū)動電路167。 本章小結(jié)本章主要介紹了基于單片機(jī)的超聲測距系統(tǒng)的具體硬件設(shè)計電路。對其中主要硬件單元：發(fā)射電路、接收電路、報警電路以及顯示電路的設(shè)計給出原理圖并進(jìn)行了分析。33第4章 軟件設(shè)計167。 系統(tǒng)程序結(jié)構(gòu)；，分為超聲波發(fā)送控制程序、接收處理程序；、按鍵處理以及各個子程序的調(diào)度管理等部分；4. 本次設(shè)計使用C語系統(tǒng)采用AT89S52的內(nèi)時鐘：12MHz；5. 言編寫程序，C語言相比匯編有許多的優(yōu)勢；編譯器使用Keil Version2進(jìn)行程序編譯，Keil功能強(qiáng)大使用方便。圖41 程序流程圖167。 初始化程序1. 啟用定時器0，定時器1，16位工作方式。外部中斷0，用做判斷回波電平。定時器0中斷,用做顯示。 uint distance_data,a,b。 uchar CONT_1。 P0M1 = 0。 //將io口設(shè)置為推挽輸出 P1M1 = 0。 P2M1 = 0。 P0M0 = 0XFF。 P1M0 = 0XFF。 P2M0 = 0XFF。 i=0。 flag=0。 test =0。 Trig=0。 //首先拉低脈沖輸入引腳 TMOD=0x11。 //定時器0，定時器1，16位工作方式 TR0=1。 //啟動定時器0 IT0=0。 //由高電平變低電平，觸發(fā)外部中斷 ET0=1。 //打開定時器0中斷 EX0=0。 //關(guān)閉外部中斷 EA=1。 //打開總中斷0 167。 超聲波發(fā)射接收程序 以上脈沖觸發(fā)信號，模塊內(nèi)部將發(fā)出8 個40kHz 周期電平并檢測回波。一旦檢測到有回波信號則輸出回響信號。回響信號的脈沖寬度與所測的距離成正比。由此通過發(fā)射信號到收到的回響信號時間間隔可以計算得到距離。while(1) //程序循環(huán) { EA=0。 //關(guān)總中斷 Trig=1。 //超聲波輸入端 delay_20us()。 //延時20us Trig=0。 //產(chǎn)生一個20us的脈沖，在Trig引腳 while(Echo==0)。 //等待Echo回波引腳變高電平 succeed_flag=0。 //清測量成功標(biāo)志 EX0=1。 //打開外部中斷 TH1=0。 //定時器1清零 TL1=0。 //定時器1清零 TF1=0。 //計數(shù)溢出標(biāo)志 TR1=1。 //啟動定時器1 EA=1。 //開總中斷while(TH1 30)。 //等待測量的結(jié)果，（可用中斷實現(xiàn)） TR1=0。 //關(guān)閉定時器1 EX0=0。 //關(guān)閉外部中斷 if(succeed_flag==1) { distance_data=outeH。 //測量結(jié)果的高8位 distance_data=8。 //放入16位的高8位distance_data=distance_data|outeL。 //與低8位合并成為16位結(jié)果數(shù)據(jù)distance_data=distance_data*。 //厘米 } if(succeed_flag==0) { distance_data=0。 //沒有回波則清零 test = !test。 //測試燈變化 } a=distance_data。 conversion(a)。 baojing (a)。 } }167。 外部中斷子程序中斷服務(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脈沖信號遇到障礙物反射后，經(jīng)接收檢測電路產(chǎn)生外中斷信號至單片機(jī)。在中斷服務(wù)程序中，讀出計數(shù)值，并將高8位存儲到outeH低8位存儲到outeL 。外部中斷0，用做判斷回波電平INTO_() interrupt 0 //外部中斷是0號 { outeH =TH1。 //取出定時器的值 outeL =TL1。 //取出定時器的值 succeed_flag=1。 //至成功測量的