【文章內(nèi)容簡介】 ，可以濾除已調(diào)波的載波頻率分量。而由檢波器輸出的數(shù)據(jù)編碼信號，CPU不能識別，故在檢波器后設置由積分電路和磁滯回線型比較器組成的整形電路，整形電路是一種波形變換電路，它可將檢波器輸出的寬度編碼脈沖整形變換為CPU所能識別的數(shù)字信號。而實用的波形整形電路是積分電路和施密特比較器組成的電路。根據(jù)以上原理，超聲波測距系統(tǒng)的接收電路如下圖311所示。，進入CX20106A的1腳，經(jīng)過CX20106A的前置放大器，限幅放大，帶通濾波器（中心頻率為40KHZ），檢波器及比較器，最后經(jīng)過內(nèi)部的整形電路，從7腳輸出至89C51單片機的外部中斷0（）口。當芯片接收到38KHZ的信號時，7腳的輸出由高電平轉(zhuǎn)為低電平，單片機外部中斷0口檢測到輸入信號的下降沿或者低電平時，立即產(chǎn)生中斷，同時停止定時/計數(shù)器T0。從而得到超聲波的回波時間t.圖5　超聲波接收電路 顯示報警模塊的設計 液晶顯示器以其微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧的諸多優(yōu)點，在袖珍式儀表和低功耗應用系統(tǒng)中得到越來越廣泛的應用。隨著科技的發(fā)展，液晶顯示模塊的應用前景將更加廣闊。本系統(tǒng)選用LCD液晶ARK SR420361k顯示器做為顯示模塊。參考ARK SR420361k與單片機引腳功能畫出它們連接的原理圖312 如下：max232MAX232芯片是美信公司專門為電腦的RS232標準串口設計的接口電路,使用+5v單電源供電?！　?nèi)部結(jié)構(gòu)基本可分三個部分：　　第一部分是電荷泵電路。由6腳和4只電容構(gòu)成。功能是產(chǎn)生+12v和12v兩個電源，提供給RS232串口電平的需要?！　〉诙糠质菙?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道。由11114腳構(gòu)成兩個數(shù)據(jù)通道?！　∑渲?3腳（R1IN）、12腳（R1OUT）、11腳（T1IN）、14腳（T1OUT）為第一數(shù)據(jù)通道?！　?腳（R2IN）、9腳（R2OUT）、10腳（T2IN）、7腳（T2OUT）為第二數(shù)據(jù)通道。　　TTL/CMOS數(shù)據(jù)從T1IN、T2IN輸入轉(zhuǎn)換成RS232數(shù)據(jù)從T1OUT、T2OUT送到電腦DB9插頭；DB9插頭的RS232數(shù)據(jù)從R1IN、R2IN輸入轉(zhuǎn)換成TTL/CMOS數(shù)據(jù)后從R1OUT、R2OUT輸出。 第三部分是供電。15腳GND、16腳VCC（+5v）。 電路為： 圖315 MAX232內(nèi)部電路圖4 系統(tǒng)軟件的設計本系統(tǒng)采用模塊化設計，由主程序、發(fā)射子程序、接收子程序、定時子程序、顯示子程序等模塊組成，圖8為程序流程圖。該系統(tǒng)的主程序處于鍵控循環(huán)工作方式，當按下測量鍵時，主程序開始調(diào)用發(fā)射子程序、查詢接收子程序、定時子程序，并把測量結(jié)果用顯示子程序在數(shù)碼顯示器上顯示出來。 軟件程序框圖 定時器中斷子程序 外部中斷服務子程序5 調(diào)試 硬件調(diào)試由于本設計涉及的模塊比較多，包括了超聲波測距模塊，單片機模塊，顯示報警，所以調(diào)試起來比較費力，設計的不定因素也比較多，所以，調(diào)試的時候采用了分塊調(diào)試的方法，排除了各個模塊的干擾。在電路安裝完畢后，不要急于通電測試，而首先必須做好調(diào)試前的檢查工作。 檢查連線情況：經(jīng)常碰到的有錯接（即連線的一端正確，而另一端誤接）、少接（指安裝時漏接的線）及多接（指在電路上完全是多余的連線），等連線錯誤。檢查連線可以直接對照電路原理圖進行，但若電路中布線較多，則可以以元器件（如運放、三極管）為中心，依次檢察查其引腳的有關連線，這樣不僅可以查出錯接或少接的線，而且也較易發(fā)現(xiàn)多余的線。 為確保連線的可靠，在查線的同時，還可以用萬用表電阻檔對接線作連通檢查，而且最好在器件外引線處測量，這樣有可能查出某些“虛焊”的隱患。 檢查元器件安裝情況：元器件的檢查，重點要查集成運放、三極管、二極管、電解電容等外引線與極性有否接錯，以及外引線間有否短路，同時還須檢查元器件焊接處是否可靠。這里需要指出，在焊接前，必須對元器件進行檢測，確保元器件能正常工作，以免給調(diào)試帶來不必要的麻煩。 檢查電源輸入端與公共接地端間有否短路在通電前，還需用萬用表檢查電源輸入端與地之間是否存短路，若有則須進一步檢查其原因。 在完成了以上各項檢查并確認無誤后，才可通電調(diào)試，但此時應注意電源的正、負極性不能接反。在檢查超聲波發(fā)射電路時，在未加單片機使能控制的情況下，通電待系統(tǒng)工作后，用示波器觀察NE555芯片的3腳。若輸出波形不符合要求，可通過調(diào)節(jié)R5和R6來調(diào)節(jié)輸出波形，直到得到要求的占空比為50%的38KHZ方波。調(diào)好發(fā)射電路后，啟用接收電路。在超聲波接收探頭未接收到信號的情況下，用示波器觀察其兩引腳，測得最大干擾電壓波形為38KHZ的正弦波，幅值20mv。在超聲波接收探頭接收信號的情況下，起初測得信號放大電路的一級放大輸出為幅值5V的正弦波，但是二級輸出不論接收探頭有否接收到信號，恒輸出一11V高電平。檢查電路參數(shù)后認為是NE555放大倍數(shù)過大，形成自激振蕩，所以把原來100*100的放大倍數(shù)降為100*10。再測二級輸出，在探測距離較近時輸出波形近似方波，調(diào)試成功。超聲波這個部分相對來說比較復雜，特別是涉及到了傳感器，受天氣和溫度的干擾比較大，電路內(nèi)部的干擾控制也是一個難點，所以我選擇了另外用了一塊擴展板來制作這部分電路，而且用電感來隔離各部分的干擾。考慮到本設計只是一次學習過程，對性能要求不是很高，所以采用了USB供電這樣的方法，再有就是測距的時候容易受到地面的漫反射干擾，所以增益電阻不能取得太小，這樣測距的靈敏度會受到一定影響，不過經(jīng)過多次調(diào)試，測距精度方面誤差基本上能控制在10厘米以內(nèi)，測距距離大概10米。 軟件調(diào)試匯編和keil c匯編語言是一種用文字助記符來表示機器指令的符號語言，是最接近機器碼的一種語言。其主要優(yōu)點是占用資源少、程序執(zhí)行效率高。但是不同的CPU，其匯編語言可能有所差異，所以不易移植。對于目前普遍使用的RISC架構(gòu)的8bit MCU來說，其內(nèi)部ROM、RAM、STACK等資源都有限，如果使用C語言編寫，一條C語言指令編譯后，會變成很多條機器碼，很容易出現(xiàn)ROM空間不夠、堆棧溢出等問題。而且一些單片機廠家也不一定能提供C編譯器。而匯編語言，一條指令就對應一個機器碼，每一步執(zhí)行什么動作都很清楚，并且程序大小和堆棧調(diào)用情況都容易控制，調(diào)試起來也比較方便。所以在資源較少單片機開發(fā)中，建議采用匯編語言比較好。 C語言是一種編譯型程序設計語言，它兼顧了多種高級語言的特點，并具備匯編語言的功能。C語言有功能豐富的庫函數(shù)、運算速度快、編譯效率高、有良好的可移植性，而且可以直接實現(xiàn)對系統(tǒng)硬件的控制。C語言是一種結(jié)構(gòu)化程序設計語言，它支持當前程序設計中廣泛采用的由頂向下結(jié)構(gòu)化程序設計技術。此外，C語言程序具有完善的模塊程序結(jié)構(gòu)，從而為軟件開發(fā)中采用模塊化程序設計方法提供了有力的保障。因此，使用C語言進行程序設計已成為軟件開發(fā)的一個主流。用C語言來編寫目標系統(tǒng)軟件，會大大縮短開發(fā)周期，且明顯地增加軟件的可讀性，便于改進和擴充，從而研制出規(guī)模更大、性能更完備的系統(tǒng)，用C語言進行單片機程序設計是單片機開發(fā)與應用的必然趨勢。所以作為一個技術全面并涉足較大規(guī)模的軟件系統(tǒng)開發(fā)的單片機開發(fā)人員最好能夠掌握基本的C語言編程。使用C 語言肯定要使用到C 編譯器，以便把寫好的C 程序編譯為機器碼，這樣單片機才能執(zhí)行編寫好的程序。KEIL uVISION2 是眾多單片機應用開發(fā)軟件中優(yōu)秀的軟件之一，它支持眾多不同公司的MCS51 架構(gòu)的芯片，它集編輯，編譯，仿真等于一體，同時還支持，PLM，匯編和C 語言的程序設計，它的界面和常用的微軟VC++的界面相似，界面友好，易學易用，在調(diào)試程序，軟件仿真方面也有很強大的功能。因此本系統(tǒng)采用KEIL uVISION2進行軟件的編寫和調(diào)試調(diào)試過程把燒錄好的芯片放置在電路中，接上電源，檢驗程序是否如自己所設計的那樣可以實現(xiàn)所要求的功能。如果電路板上的結(jié)果和設想的不同，由于在硬件檢查部分已經(jīng)確定了硬件沒問題。則應該是軟件部分即程序方面的問題。需要檢查程序。首先檢查紅外接收部分，用示波器檢查紅外接收管的輸出口或是INT0口的波形是否正確。紅外接收部分沒有問題后再調(diào)試電機部分，看電機是否能按照遙控要求那樣轉(zhuǎn)動。然后是超聲波部分，主要看數(shù)碼管的現(xiàn)實是否正常，還有就是控制按鈕是否按要求控制。因為前面已經(jīng)確定硬件沒有問題了，所以，在軟件調(diào)試的時候可以結(jié)合硬件來在線調(diào)試，這樣很直觀，而且發(fā)現(xiàn)問題也很容易。表5—1 測試結(jié)果真實距離實測距離總 結(jié) 由于時間和其它客觀上的原因，此次設計沒有做出溫度補償。但是對設計有一個很好的理論基礎。設計的最終結(jié)果是使超聲波測距模塊能夠產(chǎn)生超聲波，實現(xiàn)超聲波的發(fā)送與接收，從而實現(xiàn)利用超聲波方法測量物體間的距離。以數(shù)字的形式顯示測量距離。并通過蜂鳴器，指示燈進行相應的報警。超聲波防撞報警系統(tǒng)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。此次設計采用反射波方式。超聲波防撞報警系統(tǒng)硬件電路的設計主要包括單片機系統(tǒng)及顯示報警電路、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STC89C51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。，并通過NE555芯片產(chǎn)生。利用外中斷0口監(jiān)測超聲波接收電路輸出的返回信號。超聲波發(fā)射電路主要由反相器74LS04和超聲波發(fā)射換能器T構(gòu)成，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。上位電阻RR6一方面可以提高反向器74LS04輸出高電平的驅(qū)動能力，另一方面可以增加超聲波換能器的阻尼效果，縮短其自由振蕩時間。壓電式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，使用時應分清器件上的標志。超聲波檢測接收電路主要是由集成電路CX20106A組成，它是一款紅外線檢波接收的專用芯片，常用于電視機紅外遙控接收器。考慮到紅外遙控常用的載波頻率38 kHz與測距的超聲波頻率38 kHz相同，可以利用它制作超聲波檢測接收電路。實驗證明用CX20106A接收超聲波(無信號時輸出高電平)，具有很好的靈敏度和較強的抗干擾能力。適當更改電容C1的大小，可以改變接收電路的靈敏度和抗干擾能力。超聲波測距儀的軟件設計主要由主程序、超聲波發(fā)生子程序、超聲波接收中斷程序及顯示子程序組成。我們知道C語言程序有利于實現(xiàn)較復雜的算法，匯編語言程序則具有較高的效率且容易精細計算程序運行的時間，而超聲波測距儀的程序既有較復雜的計算（計算距離時），又要求精細計算程序運行時間（超聲波測距時），所以控制程序可采用C語言和匯編語言混合編程。主超聲波測距儀主程序利用外中斷0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），立即進入中斷程序。進入中斷后就立即關閉計時器T0停止計時，并將測距成功標志字賦值1。如果當計時器溢出時還未檢測到超聲波返回信號，則定時器T0溢出中斷將外中斷0關閉，并將測距成功標志字賦值2以表示此次測距不成功。前方測距電路的輸出端接單片機INT0端口，中斷優(yōu)先級最高，左、右測距電路的輸出通過與門IC3A的輸出接單片機INT1端口，中斷源的識別由程序查詢來處理，中斷優(yōu)先級為先右后左。超聲波測距的算法設計原理為超聲波發(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T0，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。當收到超聲波反射波時，接收電路輸出端產(chǎn)生一個負跳變，在INT0或INT1端產(chǎn)生一個中斷請求信號，單片機響應外部中斷請求，執(zhí)行外部中斷服務子程序，讀取時間差，計算距離。在元件及調(diào)制方面，由于采用的電路使用了很多集成電路。外圍元件不是很多，所以調(diào)試應該不會太難。一般只要電路焊接無誤，稍加調(diào)試應該會正常工作。電路中除集成電路外，對各電子元件也無特別要求。根據(jù)測量范圍要求不同，可適當調(diào)整與接收換能器并接的濾波電容C1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。致 謝首先，我要感謝我的導師老師在畢業(yè)設計中對我給予的細心指導和嚴格要求，同時也感謝本校的一些老師在畢業(yè)設計期間所給予我得幫助。在我畢業(yè)論文寫作期間，各位老師給我提供了種種專業(yè)知識上的指導和日常生活上的關懷，沒有您們這樣的幫助和關懷，我不會這么順利的完成畢業(yè)設計，借此機會，