【文章內(nèi)容簡介】 )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。當某一字段的陽極為低電平時，相應(yīng)字段就不亮。 7LED 數(shù)碼顯示管結(jié)構(gòu) LED 管的顯示可以分為靜態(tài)和動態(tài)兩種 。 靜態(tài) 顯示： 靜態(tài)驅(qū)動是指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個單片機的 I/O 端口進行驅(qū)動，或者使用如 BCD 碼二 十進制譯碼器譯碼進行驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動的優(yōu)點是編程簡單，顯示亮度高，缺點 是占用 I/O 端口多 。 動態(tài)顯示 數(shù)碼管動 態(tài)顯示 是單片機中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的 8 個顯示筆劃 a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極 COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的 I/O線控制，當單片機輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機對位選通 COM 端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的的 COM 端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅(qū)動。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點亮?xí)r間為3~5ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實際上各位數(shù)碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的 I/O 端口，而且功耗更 低。 84. 系統(tǒng)軟件的設(shè)計 的方案 超聲波測距是通過不斷檢測超聲波發(fā)射后遇到障礙物所反射的回波 , 從而測出發(fā)射和接收回波的時間差 t,然后求出距離。 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。距離的計算公式為 d=s/2=(ct)/2 。 其中， d 為被測物與測距儀的距離，s 為聲波的來回的路程， c 為聲速， t 為聲波來回所用的時間。 在啟動發(fā)射電路的同時啟動單片機內(nèi)部的定時器 T1，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，產(chǎn)生一個中斷請求信號，單片機響應(yīng)外部中斷請求， 執(zhí)行外部中斷服務(wù)子程序，讀取時間差，計算距離。 95. 系統(tǒng)的硬件的調(diào)試 超聲波發(fā)射和接收采用 型號 為 TCT4016R/T超聲波模塊 (直徑 16mm）標稱頻率 為 40kHz。為提高超聲波發(fā)射的效率， 用 555 記時 IC 作為頻率發(fā)生器 時使的 555 的輸出頻率為 40kHZ 的信號 方波 為最佳。 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。 超聲波接收頭接收到超聲波后 ,轉(zhuǎn)換為電信號 ,此時的信號比較弱 ,必需經(jīng)過放大 。 根據(jù)測量范圍要求不同，可適當調(diào)整 本系統(tǒng) 中 采用 的 LF347 對接收到的 信號進行放大 的大小 。一般一級放大 10 倍，保證波形的完整性，二級放大可以放大 10 到 100 倍，以提高系統(tǒng)的 靈敏度 。綜合上述的建議可 以獲得 較好 的接收靈敏度和抗干擾能力。 應(yīng)該要注意的事項： 超聲波模塊標稱頻率為 40kHz。 本系統(tǒng) 中 對接收到的信號進行放大 時曾采用 LM324，由 LM324 的頻率特性可知道，放大倍數(shù)最大為 一級放大 10倍，二級放大可以放大到 10 倍。這點對 系統(tǒng)的 靈敏度 造成較大的影響，不建議采用。而 LF347 對接收到的信號進行放大 時， 一般一級放大 10倍，二級放大可以放大 10 到 100 倍， 這點對 提高系統(tǒng)的 靈敏度 起到了關(guān)鍵的作用。 LM324 的頻率特性 10 74HC164 是高速硅門 CMOS 器件，與低功耗肖特基型 TTL (LSTTL) 器件的引腳兼容。 74HC164 是 8 位邊沿觸發(fā)式移位寄存器，串行輸入數(shù)據(jù)，然后并行輸出。數(shù)據(jù)通過兩個輸入端（ DSA 或 DSB）之一串行輸入；任一輸入端可以用作高電平使能端，控制另一輸入端的數(shù)據(jù)輸入。兩個輸入端或者連接在一起，或者把不用的輸入端接高電平，一定不要懸空。 但當 LED 顯示出現(xiàn)亂碼或顯示出錯的時候，就需要檢查 74HC164 硬件 電路是否在正常的工作。 在超聲波接收的端口檢測不到發(fā)射后回來的信號時，要檢測的原件有 555IC 和 4069 放大電路。 555IC 的檢測可以在 555 的輸出端用萬用表測量是否有 40KHZ 的方波輸出；而 4069 放大電路的檢測，可以從 4069的工作電壓，是否工作在放大的狀態(tài)，和是否有輸出幾方面來檢測。 電路制作完成并調(diào)試好后，便可將程序編譯好下載到單片機試運行。根據(jù)實際情況可以修改超聲波發(fā)生子程序每次發(fā)送的脈沖寬度和兩次測量的間隔時間，以適應(yīng)不同距離的測量需要。系統(tǒng)調(diào)試完后應(yīng)不斷優(yōu)化系統(tǒng)使其達到 超聲波測距系統(tǒng)的精度要求。使 系統(tǒng)軟硬件設(shè)計合理 、抗干擾能力強、實時性良好 11 6. 總結(jié) 超聲波測距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(shè)計采用反射波方式。 超聲波測距儀 硬件電路的設(shè)計主要包括單片機系統(tǒng)及顯示電路、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 AT89C51 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。 利 用 555 記時 IC 作為頻率發(fā)生器 時使得 555 的輸出 端 頻率為 40kHZ 的信號方波 輸出 ，利用外中斷 0 口監(jiān)測超聲波接收電路輸出的返回信號。顯示電路采用簡單實用的 4 位 LED 數(shù)碼管，段碼用74HC164N 驅(qū)動，位碼用三極管 S9013 作為開關(guān)來 驅(qū)動 電路 。 超聲波 發(fā)射電路主要由 555 記時 IC 輸出頻率為 40kHZ 的 方波 信號 ，經(jīng) 4069 內(nèi)部集成 的 六個反向器 的其中四個 ,使用它 具有 的 放大功能 。經(jīng) 反相器 4069 放大后 和超聲波發(fā)射換能器 T構(gòu)成 一個完整的發(fā)射電路。 555 的輸出 端 口輸出的 40kHz 的方波信號一路經(jīng)一級反向器后送到超聲波換能器的一個 電極，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。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(yīng)分清器件上的標志。 超聲波檢測接收電路 主要是由 集成 放大 電 器 LF347N和 超聲波接收換能器 組成， 超聲波接收頭接收到超聲波后 ,轉(zhuǎn)換為電信號 ,此時的信號比較弱 ,必需經(jīng)過放大。 根據(jù)測量范圍要求不同，可適當調(diào)整 本系統(tǒng)中采用的 LF347 對接收到的信號進行放大的大小 ， 以提高系統(tǒng)的 靈敏度 。 12 超聲波測距的算法設(shè)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 T1，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 端產(chǎn)生一個中斷請求信號，單片機響應(yīng)外部中斷請求，執(zhí)行外部中斷服務(wù)子程序，讀取時間差，計算距離。 超聲波測距儀的軟件設(shè)計主要由超聲波發(fā)生子程序、超聲波接收中斷程序、 鍵盤掃描和處理程序 及顯示子程序組成。超聲波測距儀主程序利用外中斷 0， 邊沿觸發(fā)方式， 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(guān)掉定時器 1 停止計時，并將測距 所得的數(shù)據(jù)進行計算處理，然后送到 4位 LED數(shù)碼管顯示 。 在元件及調(diào)制方面， 由于采用的電路使用了 較多的 集成電路。 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 C0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