【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 壓為零，此時(shí)，提供復(fù)位脈沖，電源不斷的給電容充電，直至電容兩端電壓為電源電壓，電路進(jìn)入正常工作狀態(tài)。 圖34 復(fù)位電路當(dāng)在時(shí)鐘電路工作以后，只要在RESET端加上大于10ms的高電平，單片機(jī)便能實(shí)現(xiàn)復(fù)位。若RESET端保持高電平，單片機(jī)循環(huán)復(fù)位。單片機(jī)一般要求在上電時(shí)，或者按復(fù)位鍵時(shí)復(fù)位。所以復(fù)位電路分為上電復(fù)位和按鍵復(fù)位兩種。圖34為上電和按鍵復(fù)位電路。復(fù)位電路的極性電容C3直接影響單片機(jī)的復(fù)位時(shí)間，一般采用10～30uF，本次選用22uF。上電瞬間，RST端的電壓與Vcc相同，隨著電容的逐步充電，RST端的電位逐漸下降。此時(shí)τ=221061103=22ms。當(dāng)按下按鍵時(shí)，RST端出現(xiàn)100012005≈,使單片機(jī)復(fù)位。（1）時(shí)鐘電路當(dāng)使用單片機(jī)的內(nèi)部時(shí)鐘電路時(shí)，這兩個(gè)端用來(lái)外接石英晶體和微調(diào)電容，如圖35所示。時(shí)鐘電路中，晶振的振蕩頻率直接影響單片機(jī)的處理速度，頻率越大處理速度越快?！?2MHz選擇。起振電容一般用15～33pF，本設(shè)計(jì)使用30pF，并且電容離晶振越近越好，晶振離單片機(jī)越近越好。單片機(jī)的時(shí)鐘電路如圖35所示：圖35 時(shí)鐘電路（2）晶振的選擇晶振一般分為無(wú)源晶振和有源晶振兩種類型。無(wú)源晶振就是石英晶體諧振器的別稱， 晶體（crystal)，有2個(gè)引腳，體積小，需借助于時(shí)鐘電路才能產(chǎn)生振蕩信號(hào)；有源晶振叫做振蕩器（oscillator)，有4只引腳，體積較大，是一個(gè)完整的振蕩器，其中除了石英晶體外，還有晶體管和阻容元件，因此體積較大。本設(shè)計(jì)采用無(wú)源晶體振蕩器HC49/SSMD，其產(chǎn)品詳細(xì)參數(shù)如下：頻率范圍： ～90 MHz　　并聯(lián)電容（C0）：7 pF Max.儲(chǔ)存溫度范圍： 40 ～ + 85 oC老化（25℃）：177。 3 ppm / year Max.驅(qū)動(dòng)級(jí)：1 ~ 500 μW (100 μW typical)頻率公差（25℃）177。 30 ppm, or specify　　工作溫度范圍： 20 ～+70 oC, or specify在工作溫度范圍內(nèi)的頻率穩(wěn)定度：177。 30 ppm, or specify負(fù)載電容：Series, 16 pF, 20 pF, 30 pF, 32 pF, or specify 單片機(jī)的電源電路（1）直流穩(wěn)壓電源的工作原理查閱資料可知IntelMCS51系列單片機(jī)的工作電壓范圍是：+～+,一般用+5V的電源，所以本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)+5V的電壓源為系統(tǒng)單片機(jī)工作。+5V的穩(wěn)壓電路很多種方法可以得到，還有現(xiàn)在市面上的做好的+5V輸出穩(wěn)壓電源，直接變壓器輸出就是可調(diào)的直流穩(wěn)壓電源，在這里我采用最原始的電橋變壓加上LM7805整流5V穩(wěn)壓電源。直流穩(wěn)壓電源的工作流程如圖36所示：圖36 直流穩(wěn)壓電源的工作流程直流穩(wěn)壓電源的工作原理：1） 電源變壓器降壓變壓器將電網(wǎng)220V交流電，變換成符合需要的交流電壓，并送給整流電路，變壓器的變比由變壓器的副邊電壓決定。2） 整流電路利用單向?qū)щ娫?，?0HZ的正弦交流電變換成脈沖的直流電壓。常用的整流電路有全波整流、橋式整流等。本設(shè)計(jì)采用單相橋式整流電路，與全波整流一樣，在一個(gè)周期內(nèi)的正負(fù)半周都有電流流過負(fù)載，而且始終是同一方向。其整流電路圖如圖37中（a）(b)所示：圖37 整流電路及電壓、電流波形設(shè)變壓器二次電壓U2= U2sinωt，當(dāng)U2的正半周時(shí)，a端電位高于b端電位，VV3承受正向電壓而導(dǎo)通，VV4因反偏而截止，電流路徑為a→V1→RL→V3→b，自上而下流過RL，在RL上得到上正下負(fù)的電壓。當(dāng)U2的負(fù)半周時(shí)，a端電位低于b端電位，VV4承受正向電壓而導(dǎo)通，VV3因反偏而截止，電流路徑為,b→V2→RL→V4→a, 自上而下流過RL，在RL上得到上正下負(fù)的電壓。這樣在U2的整個(gè)周期內(nèi)，都有單向脈沖的電壓輸出。其輸出波形圖如圖37中（C）所示。3）濾波電路：雖然整流電路的輸出電壓包含一定的直流成分，但脈動(dòng)較大，為了獲得平滑的直流電壓，在整流電路的后面需加一個(gè)濾波電路，濾波電路可以將整流電路輸出的電壓的交流成分大部分加以濾除，從而得到比較平滑的直流電壓。其電路圖圖38（a）所示為單相橋式整流電容濾波電路，它由電容C和負(fù)載RL并聯(lián)組成設(shè)電容兩端初始電壓為零，并假定t=0時(shí)接通電路，U2為正半周，當(dāng)U2由零上升時(shí)，VV3導(dǎo) 通，C被充電，同時(shí)電流經(jīng)VV3向負(fù)載電阻供電。忽略二極管正向壓降和變壓器內(nèi)阻，電容充電時(shí)間常數(shù)近似為零，因此Uo=Uc≈U2，在U2達(dá)到最大值時(shí)，Uc也達(dá)到最大值，然后U2下降，此時(shí)，Uc U2，VV3截止，電容C向負(fù)載電阻RL放電，由于放電時(shí)間常數(shù)τ=RLC一般較大，電容電壓Uc按 指數(shù)規(guī)律緩慢下降，當(dāng)下降到| U2|Uc時(shí)，VV4導(dǎo)通，電容C再次被充電，輸出電壓增大，以后重復(fù)上述充放電 過程。其輸出電壓波形近似為一鋸齒波直流電壓，如圖38（b）所示。3） 穩(wěn)壓電路為了使輸出的直流電壓穩(wěn)定，不隨交流電壓網(wǎng)電壓和負(fù)載的變化而變化。整流輸出的電壓仍舊有較大幅度的波動(dòng)對(duì)于電路中的芯片直接供電可能對(duì)芯片有所損害，使芯片不能正常的工作。避免這種不利的可能的發(fā)生,在濾波電路的后面再接一個(gè)穩(wěn)壓電路（如圖39），使輸出的直流電壓穩(wěn)定，不隨交流電壓網(wǎng)電壓和負(fù)載的變化而變化，再用一個(gè)LED作為電源指示燈。圖39穩(wěn)壓電路4） 單片機(jī)的電源電路圖310單片機(jī)的電源電路及仿真單片機(jī)的電源電路如圖310所示，由于大容量電解電容由一定的繞制電感分布電感，易引起自激振蕩，形成高頻干擾，因此對(duì)于市電引入的各種高頻干擾的抑制能力很差。為了解決這個(gè)問題， 在電容C旁并聯(lián)一只瓷介質(zhì)小容量電容CC7用來(lái)抵消電感效應(yīng)，抑制高頻干擾。另外，穩(wěn)壓器在開環(huán)增益較高、負(fù)載較重的狀態(tài)下時(shí)，由于分布參數(shù)的影響，有可能產(chǎn)生自激，CC7則兼有抑制高頻振蕩的作用。輸出端接入電容器CC6，也是為了改善瞬態(tài)負(fù)載響應(yīng)特性和減小高頻輸出阻抗。（2）電源電路中主要元件的選擇1）三端穩(wěn)壓集成電路的選擇電子產(chǎn)品中，常見的三端穩(wěn)壓集成電路有正電壓輸出的lm78 系列和負(fù)電壓輸出的lm79系列。顧名思義，三端IC是指這種穩(wěn)壓用的集成電路，只有三條引腳輸出，分別是輸入端、接地端和輸出端。因?yàn)槿斯潭煞€(wěn)壓電路的使用方便，電子制作中經(jīng)常采用。用lm78/lm79系列三端穩(wěn)壓IC來(lái)組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，電路內(nèi)部還有過流、過熱及調(diào)整管的保護(hù)電路，使用起來(lái)可靠、方便，而且價(jià)格便宜。該系列集成穩(wěn)壓IC型號(hào)中的lm78或lm79后面的數(shù)字代表該三端集成穩(wěn)壓電路的輸出電壓，如lm7806表示輸出電壓為正6V，lm7909表示輸出電壓為負(fù)9V。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)在三端集成穩(wěn)壓電路上安裝足夠大的散熱器（當(dāng)然小功率的條件下不用）。當(dāng)穩(wěn)壓管溫度過高時(shí)，穩(wěn)壓性能將變差，甚至損壞。，通常采用幾塊三端穩(wěn)壓電路并聯(lián)起來(lái)，但應(yīng)用時(shí)需注意：并聯(lián)使用的集成穩(wěn)壓電路應(yīng)采用同一廠家、同一批號(hào)的產(chǎn)品，以保證參數(shù)的一致。另外在輸出電流上留有一定的余量，以避免個(gè)別集成穩(wěn)壓電路失效時(shí)導(dǎo)致其他電路的連鎖燒毀。在lm78 ** 、lm79 ** 系列三端穩(wěn)壓器中最常應(yīng)用的是TO220 和TO202 兩種封裝。這兩種封裝的圖形以及引腳序號(hào)、引腳功能如圖311所示。圖中的引腳號(hào)標(biāo)注方法是按照引腳電位從高到底的順序標(biāo)注的。這樣標(biāo)注便于記憶。引腳①為最高電位，③腳為最低電位，②腳居中。從圖中可以看出，不論正壓還是負(fù)壓，②腳均為輸出端。對(duì)于lm78**正壓系列，輸入是最高電位，自然是①腳，地端為最低電位，即③腳。對(duì)與lm79**負(fù)壓系列，輸入為最低電位，自然是③腳，而地端為最高電位，即①腳。 2011年11月28日更正：7805引腳正確的順序：1腳接輸入，2腳接地，3腳接輸出。本設(shè)計(jì)采用LM7805的三端穩(wěn)壓集成電路，其主要參數(shù)如表32所示：表32 LM7805的三端穩(wěn)壓集成電路參數(shù)參數(shù)符號(hào)測(cè)試條件最小值典型值最大值單位輸出電壓VoTj=25℃Vamp。lt。1oamp。lt。,Poamp。lt。15WVi= to 20vV線性調(diào)整率△VoTj=25℃,Vi= to 25V100mVTj=25℃,Vi=8V to 12V50mV負(fù)載調(diào)整率△VoTj=25℃,lo= to 9100mVTj=25℃,lo=250mA to 750mA450mV靜態(tài)電流IQTj=25℃8mA靜態(tài)電流變化率△IQlo=5mA to mAVi=8V to 25VmA輸出電壓溫漂△Vo/△Tlo=5mAmV/℃輸出噪音電壓VNf=10Hz to 100KHz,Ta=25℃42μV紋波抑制比RRf=120Hz,Vi=8V to 18V6273dB輸入輸出電壓差Volo=,Tj=25℃2V輸出阻抗Rof=1KHz15mΩ短路電流1SCVi=35V,Ta=25℃230mA峰值電流1PKTj=25℃A2）變壓器的選擇電源變壓器的作用是將來(lái)自電網(wǎng)的220V交流電壓U1變換為整流電路所需要的交流電壓U2。在本直流穩(wěn)壓電源中，我們將220V的交流電壓變換為5V。輸出為5V直流穩(wěn)壓電路電源變壓器的選擇：由于LM7805輸入電壓與輸出電壓的最小值， U輸入電壓與輸出電壓差的最大值，故LM7805的輸入電壓范圍為：即 ，綜合考慮取 （L1:L2=100:1）變壓器副邊電流： ，取因此，變壓器副邊輸出功率： 由于變壓器的效率，所以變壓器原邊輸入功率，為留有余地，選用功率為的220V/22V型號(hào)的變壓器(深圳市永昌智興電子有限公司生產(chǎn))。其具體如下表33參數(shù)如下：外形結(jié)構(gòu)立式效率(η)電壓比220V:22V電源相數(shù)單相鐵心形狀E型加工定制是冷卻形式液/油浸式頻率特性低頻應(yīng)用范圍電力防潮方式開放式鐵心形式殼式額定功率50（KVA）冷卻方式油浸風(fēng)冷式型號(hào)220V/22V變壓器繞組形式雙繞組品牌220V/22V變壓器表33 變壓器參數(shù)3）橋式整流器的選擇整流二極管的選擇因 Id= 1/2IL Vrm=故 Idmax= 1/2= Vrm= （1+5%）≈33V則二極管可選擇： 最大反向電壓33V綜上所述本設(shè)計(jì)選擇型號(hào)為2W005G的橋式整流器，其具體參數(shù)如表34產(chǎn)品分類RF/IF 和 RFID 橋式整流器描述橋式整流器 50V 2A BRIDGE制造商Fairchild Semiconductor產(chǎn)品Single Phase Bridge峰值反向電壓50 V最大 RMS 反向電壓35 V正向連續(xù)電流最大浪涌電流60 A正向電壓下降 V最大反向漏泄電流5 uA功率耗散最大工作溫度+ 150 C長(zhǎng)度 mm寬度 mm高度 mm安裝風(fēng)格SMD/SMT封裝 / 箱體WOB4封裝Bulk表34 2W005G橋式整流器參數(shù) 超聲波發(fā)射電路接收信號(hào)的大小和好壞直接取決于發(fā)射傳感器的發(fā)射信號(hào),由于使用收發(fā)共 用型超聲換能器，所以除了選用性能優(yōu)良的超聲波傳感器外，發(fā)射電路和前級(jí)信 號(hào)接收電路至關(guān)重要，它決定著整個(gè)系統(tǒng)的靈敏度和精度。超聲波測(cè)量最常用的換能器發(fā)射電路大體可分為三種類型：窄脈沖觸發(fā)的寬帶激勵(lì)電路、調(diào)制脈沖諧振電路和單脈沖發(fā)射電路。從早先國(guó)內(nèi)進(jìn)口的日本超聲波流量計(jì)來(lái)看，基本都采用的是窄脈沖驅(qū)動(dòng)電路。這種電路在設(shè)計(jì)上一般是用一個(gè)極快速的電子開關(guān)通過對(duì)儲(chǔ)能元件的放電來(lái)實(shí)現(xiàn)，這些開關(guān)器件通常為晶閘管或大功率場(chǎng)效應(yīng)管（MOSFET）。由于需要輸出激勵(lì)信號(hào)的瞬時(shí)功率大，因此開關(guān)器件必須由直流高壓供電，一般要達(dá)到幾十到一百伏以上，這在電池供電的系統(tǒng)中無(wú)法實(shí)現(xiàn)；此外，開關(guān)瞬間會(huì)產(chǎn)生高壓脈沖，對(duì)整個(gè)電路的抗干擾設(shè)計(jì)不利。而脈沖諧振電路設(shè)計(jì)起來(lái)比較簡(jiǎn)單，其基本方法是用振蕩電路產(chǎn)生一個(gè)高頻振蕩，經(jīng)過幅值和功率放大后接至換能器，使換能器發(fā)出超聲波，確保高頻振蕩的頻率與換能器固有頻率一致，則可獲得超聲發(fā)射的最佳效果。諧振電路能夠使用較低的電壓產(chǎn)生較強(qiáng)的超聲波發(fā)射，適合使用電池供電的系統(tǒng)，而且它能精確地控制發(fā)射信號(hào)，效率高。圖312超聲波發(fā)射電路本設(shè)計(jì)的脈沖發(fā)射采用軟件方式，電路圖如圖312所示。發(fā)射電路主要由反向器74LS04和超聲波換能器構(gòu)成，其中74LS04是一個(gè)高速CMOS六反相器，具有放大作用，具有對(duì)稱的傳輸延遲和轉(zhuǎn)換時(shí)間，而相對(duì)于LSTTL邏輯IC，它的功耗減小很多，另一路經(jīng)兩級(jí)反向器后送到超聲波換能器的另一個(gè)電極。用這種推挽形式將方波信號(hào)加到超聲波換能器兩端，可以提高超聲波的發(fā)射強(qiáng)度。輸出端采用兩個(gè)反向器并聯(lián)，用以提高驅(qū)動(dòng)能力，上拉電阻RR5一方面可以提高反向器74LS04輸出高電平的驅(qū)動(dòng)能力，另一方面可以增加超聲波換能器的阻尼效果，縮短其自由振蕩的時(shí)間。本設(shè)計(jì)采用的是TR4016的壓電式超聲波換能器，其主要利用壓電晶體的諧振來(lái)工作的。超聲波換能器內(nèi)部有兩個(gè)壓電晶片和一個(gè)換能板。當(dāng)它的兩極外加脈沖信號(hào)，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時(shí)，壓電晶片會(huì)發(fā)生共振，并帶動(dòng)共振板振動(dòng)產(chǎn)生超聲波，這時(shí)它就是一個(gè)超聲波發(fā)生器；反之，如果兩電極間未外加電壓，當(dāng)共振板接收到超聲波時(shí)，將壓迫壓電晶片振動(dòng)，使機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，這時(shí)它就成為超聲波