【文章內(nèi)容簡介】 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 11 頁 共 38 頁 帶通濾波電路 利用單片機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?，帶通濾波電路圖如 所示。 圖 帶通濾波電路 回波信號 判別和發(fā)射信號 控制 由電源電壓信號控制 ，啟動發(fā)射信號發(fā)生器， 同時 發(fā)射 連續(xù)波 （常頻） 信號 ， 該系統(tǒng)是在搜尋目標(biāo) 。 如果 在一個探測周期內(nèi) 發(fā)現(xiàn)有目標(biāo)回波信號，立刻主動 切換 控制發(fā)射 調(diào)頻 信號，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，則 繼續(xù)發(fā)射 CW 信號搜索目標(biāo) 。 確定回波信號可分為兩個階段：第一，“初步判斷”，多普勒頻移信號的檢測回波的存在 ，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 ，然后根據(jù)指定的控制器可以被檢測到的頻率偏移信號確認(rèn)目標(biāo)，以“識別”的目標(biāo) 。 回波控制信號判別流程圖如圖 所示。 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 12 頁 共 38 頁 圖 回波控制信號判別流程圖 回波信號處理 電路 在 對目標(biāo)回波信號檢測 前 ， 就 必須先 要 對回波信號進(jìn)行相應(yīng)的處理， 包括放大、濾波整形等。 如經(jīng)過接收機阻抗匹配電路、兩級放大電路、帶通濾波電路、增益 控制電路、整形電路之后，將形成的方波信號輸入到 CPLD 芯片電路中進(jìn)行計數(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，輸出信號可以有效地獲得傳感器陣列。 采用運算放大器 OP37 實現(xiàn)的阻抗變換電路如圖 所示，其實就是電壓跟隨器即 放大倍數(shù)為 1，它的輸入阻抗和 OP37 的輸入電阻大致相同 ， 因為此 電路的輸入阻抗非常大 ，而且輸出阻抗相對較小，大概 為 60 歐姆 ，滿足阻抗匹配要求。 阻抗匹配與放大電路如圖 所示。 上電啟動 延時、接收 發(fā)射 FM 信號 發(fā)射 CW 信號 目標(biāo)回波 回波 N N Y Y 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 13 頁 共 38 頁 圖 阻抗匹配與放大電路 帯通濾波電路 有用信號與其它信號 可以根據(jù)各自不同的頻率特性而區(qū)分開來 ,設(shè)計滿足一定頻率要求的濾波器對信號進(jìn)行處理 ,能夠 濾除有用信號頻段外的其它成分?；夭ń邮针娐返闹饕δ?就是提取信號，即 提取頻譜純凈的多普勒頻偏信號 ,所以 接收電路的 關(guān)鍵 就是能夠 設(shè)計 出符合要求的濾波電路。帶通濾波電路如圖 所示。 圖 帶通濾波電路 增益控制與整形電路 為了能夠使 后續(xù)電路處理信號的準(zhǔn)確性 得到提高，設(shè)計出了 如圖 所示 電路。計數(shù)檢波電路是由 CPLD 實現(xiàn)的，要 求輸入信號的幅值高電平為 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是寬度為 大約為 1 ms， 頻率范圍為 20xxHz~5800Hz、峰峰值約為 10V 的脈沖串， 為了能夠 與計數(shù)檢波電 路的電平相匹 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 14 頁 共 38 頁 配， 通過由三極管 Q3 組成的整形電路，使 信號的 幅值變成高電平 和 低電平 ，分別 為 和 0V。 圖 增益控制與整形電路 計數(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)計數(shù)檢波器 的功能。 電壓轉(zhuǎn)換電路 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 15 頁 共 38 頁 由于 CPLD 芯片 EPM7128SLC8415 要求是 的電壓， 所以經(jīng)過如圖 電壓轉(zhuǎn)換電路之后，將 5V 電壓轉(zhuǎn)換為 ，為芯片提供電源電壓。 圖 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，此信號將通過芯片 EPM7128SLC8415 的 12 管腳進(jìn)入到芯片中，進(jìn)行計數(shù)和判別，并輸出控制信號，是否發(fā)射 FM 信號。芯片電路如圖 所示 。 圖 芯片電路 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 16 頁 共 38 頁 上電初始化 模塊內(nèi)部發(fā)出信號 延時 60ms 判斷是否觸發(fā) 否 是 4 發(fā)射控制電路 軟件設(shè)計 利用 軟件 編寫程序，由各個模塊化的子程序，以 CPLD EPM7128SLC8415 芯片為控制核心組成整個系統(tǒng)，在各個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，實現(xiàn)實物功能目標(biāo)，按照設(shè)計程序的系統(tǒng)化和構(gòu)造化的基本原則，確保所設(shè)計的程序 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 ， 發(fā)射部分的流程圖如圖 所 示。 圖 發(fā)射部分流程圖 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 17 頁 共 38 頁 上電初始化 模塊內(nèi)部開始計數(shù) 延時 10ms 判斷是否收到 否 是 接收部分的流程圖如圖 所示。 圖 接收 部分流程圖 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 18 頁 共 38 頁 5 超聲探測發(fā)射控制電路實驗及分析 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)試是驗證程序的對錯問題，實物的調(diào)試是看看能否到達(dá)要設(shè)計功能和要求 。 發(fā)射控制電路 根據(jù)第三章設(shè)計的發(fā)射 電路原理圖 如圖 所示 ，做出電路板，由于本設(shè)計用的是 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)計好的電路原理圖 ，將元器件焊接起來 ，各個管腳要相互對應(yīng)，焊接時要 多加注意，焊接時是從電源模塊到 EPM7128SLC8415 芯片，由于 CPLD 的管腳很多，而且很小，所以在焊接時千萬要注意， 依次焊接 AT89C52 單片機 和EPM7128SLC8415 芯片 相關(guān)工作 電路 如圖 所示 ，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、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，并重點檢查地址總線，數(shù)據(jù)總線，用于 短路信號線或其他之間的控制總線 。 通電后 ， 要 用萬用表仔細(xì)測量各個引腳的電位，檢查電位是否 正常， 尤其對 芯片的插座上 的 各點電位 謹(jǐn)慎對待，一旦電位過高，一不小心將會 把 仿真器 燒毀 。 圖 發(fā)射電路原理圖 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 19 頁 共 38 頁 圖 控制 發(fā)射信號電路 實驗方法 本設(shè)計涉及到 單片機芯片和 CPLD芯片，所以先對 CW信號發(fā)射的程序以及 CPLD芯片控制信號的程序進(jìn)行編寫。然后利用 QuartusⅡ系統(tǒng)對 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， 將實物平整的放在實驗桌上，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，此實驗有兩個方面的驗證，分為靜態(tài)測試和動態(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，同樣的，觀察 LED 的狀態(tài)。 實驗結(jié)果及分析 根據(jù)以上的操作方法進(jìn)行驗證，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 控制信號發(fā)出 ,燈不亮則表明沒有 FM 控制信號發(fā)出。將手放在超聲波發(fā)射頭前端慢慢地來回移動，同時，觀察 LED 的狀態(tài)，燈亮表明有FM 控制信號發(fā)出，燈不亮則表明沒有 FM 控制信號發(fā)出。 經(jīng)過實驗驗 證，計數(shù)探測器可以區(qū)分信號的頻率，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 抗干擾 的 能力 得到極大的改善， 電路的可靠性 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 20 頁 共 38 頁 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 實驗，驗證了基于CPLD 的計數(shù)檢測電路的設(shè)計 ， 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幅度檢測電路的一致性，進(jìn)一步提高了 計數(shù)電路 的性能 。 實物圖如圖 所示。 圖 實物圖