【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 T構(gòu)成，單片機(jī) 輸出的 40kHz的方波信號(hào)一路經(jīng)一級(jí)反向器后送到超聲波換能器的一個(gè)電極，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，用這種推換形式將方波信號(hào)加到超聲波換能器的兩端，可以提高超聲波的發(fā)射強(qiáng)度。輸出端采兩個(gè)反向器并聯(lián)，用以提高驅(qū)動(dòng)能力。上位電阻 R1O、 R11一方面可以提高反向器 CD4069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，縮短其自由振畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 10 蕩時(shí)間。 壓電式超聲波換能器是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，如果兩電極問(wèn)未外加電壓，當(dāng)共振板接收到超聲波時(shí)，將壓迫壓電晶片作振動(dòng)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，這時(shí)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(shí)應(yīng)分清器件上的標(biāo)志。 超聲波接受電路運(yùn)用集成塊 CX20216A。 集成塊 CX20216A是一款紅外線檢波接收的專用芯片，常用于電視機(jī)紅外遙控接收器?？紤]到紅外遙控常用的載波頻率 38 kHz與測(cè)距的超聲波頻率 40 kHz較為接近，可以利用它制作超聲波檢測(cè)接收電路 (如圖 6)。實(shí)驗(yàn)證明用 CX20216A接收超聲波 (無(wú)信號(hào)時(shí)輸出高電平 )，具有很好的靈敏度和較強(qiáng)的抗干擾能力。適當(dāng)更改電容 C4的大小，可以改變接收電路的靈敏度和抗干擾能力。當(dāng) R超聲波接收頭感應(yīng)到超聲波回波的時(shí)候，輸出就會(huì)從高電平變?yōu)榈碗娖剑a(chǎn)生一個(gè)下降沿觸發(fā)信 號(hào)。完成信號(hào)的采集。 由于 38KHZ 的紅外線頻率與 40KHZ 的超聲波振蕩頻率相近，并且外圍電路簡(jiǎn)單，故選用 CX20216A 芯片作為超聲波接收電路的主體。 CX20216A 的引腳注釋： l腳：超聲波信號(hào)輸入端，該腳的輸入阻抗約為 40kΩ。 2腳：該腳與 GND之間連接 RC 串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，它們是負(fù)反饋串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)組成部分，改變它們的數(shù)值能改變前置放大器的增益和頻率特性。增大電阻 R 或減小 C，將使負(fù)反饋量增大，放大倍數(shù)下降，反之則放大倍數(shù)增大。但 C 的改變會(huì)影響到頻率特性，一般在實(shí)際使用中不必改動(dòng)，推薦選用參數(shù)為 R=， C=μ F。 3腳：該腳與 GND之間連接檢波電容，電容量大為平均值檢波，瞬間相應(yīng)靈敏度低；若容量小，則為峰值檢波，瞬間相應(yīng)靈敏度高，但檢波輸出的脈沖寬度變動(dòng)大，易造成誤動(dòng)作，推薦參數(shù)為 F。 4腳：接地端。 5腳：該腳與電源端 VCC 接入一個(gè)電阻，用以設(shè)置帶通濾波器的中心頻率 f0，阻值越大，中心頻率越低。例如，取 R=200kΩ時(shí)， fn≈ 42kHz，若取 R=220kΩ，則中心頻率 f0≈ 38kHz。 6腳： 該腳與 GND 之間接入一個(gè)積分電容，標(biāo)準(zhǔn)值為 330pF，如果該電容取得太大，會(huì)使探測(cè)距離變短。 7腳：遙控命令輸出端，它是集電極開(kāi)路的輸出方式，因此該引腳必須接上一個(gè)上拉電阻到電源端，該電阻推薦阻值為 22kΩ，沒(méi)有接收信號(hào)時(shí)該端輸出為高電平，有信號(hào)時(shí)則會(huì)下降。 超聲波接收電路組成及原理 超聲波接收模塊設(shè)計(jì)如圖 6 所示通過(guò) 集成塊 CX20216A（ 包括超聲波接收探頭、信號(hào)放大電路及波形變換電路三部分）經(jīng)外圍。超聲波探頭必須采用與發(fā)射探頭對(duì)應(yīng)的型號(hào)，關(guān)鍵是頻率要一致，本設(shè)計(jì)采用發(fā)生端同型號(hào)的壓電式超聲波傳感器，否則將因無(wú)法產(chǎn)生共振而影響接收效果，甚至無(wú)法接收。由于經(jīng)探頭變換后的正弦波電信號(hào)非常弱，因此必須經(jīng) 放大電路放大。由于是倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)所畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 11 測(cè)距離在兩米左右所以采用兩級(jí)放大，用 LF353 實(shí)現(xiàn)。第一級(jí)放大 100 倍，第二級(jí)放大 50 倍總計(jì)放大 5000 倍，這樣不僅放大增益足夠大，可以適合小信號(hào)的需求，而且信號(hào)增益也能夠變化，適應(yīng)信號(hào)變化范圍大的需求。 放大后的交流信號(hào)經(jīng) LM567 鎖相環(huán)鎖定后 向 CPU 發(fā)中斷申請(qǐng)。在中斷服務(wù)程序中，讀取時(shí)間計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值，并通過(guò)計(jì)算算出雷達(dá)與障礙物的距離。 圖 6 超聲波接受電路 接收探頭 將超聲波調(diào)制脈沖變?yōu)榻蛔冸妷盒盘?hào)，經(jīng)運(yùn)算放大器兩極放大后加至 LM567。 LM567 是帶有鎖相環(huán)的音頻譯 碼集成塊， LM567 內(nèi)部的壓控振蕩器的中心頻率。電容決定其鎖定帶寬。 當(dāng) 發(fā)射的載頻上，則 LM567輸入信號(hào)大于 25mV，輸出端 8 腳由高電平躍變?yōu)榈碗娖?，作為中斷?qǐng)求信號(hào)，送至單片機(jī)處理。 選頻放大電路的作用是僅允許一定頻率的信號(hào)通過(guò)并放大，而其他頻率的信號(hào)將被阻斷或衰減。只要把選頻放大電路工作的中心頻率設(shè)定為 40 KHz，就可以把其他頻率的干擾信號(hào)清除或衰減，同時(shí)把 40 KHz 的回波信號(hào)進(jìn)行放大。 信號(hào)處理電路使用集成電路 LM2907N，它原是測(cè)量轉(zhuǎn)速用的 IC,其內(nèi)部有 F/V轉(zhuǎn)換器和比 較器 、充電泵、高增益運(yùn)算放大器， 它的輸出要求有一定頻率的信號(hào)，能將頻率信號(hào)轉(zhuǎn)換為直流電壓信號(hào)。 LM2907N 具有以下特點(diǎn)： LM2907N 進(jìn)行頻率倍增時(shí)只需使用一個(gè) RC 網(wǎng)絡(luò)； 以地為參考點(diǎn)的轉(zhuǎn)速計(jì)（頻率）輸入可直接從輸入管腳接入； 運(yùn)算放大器／比較器采用浮動(dòng)三極管輸出； 最大 50mA 的輸出電流可驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)管、發(fā)光二極管等； 內(nèi)含的轉(zhuǎn)速計(jì)使用充電泵技術(shù)，對(duì)低紋波有頻率倍增功能； 比較器的滯后電壓為 30mV 利用這個(gè)特性可以抑制外界干擾； 輸出電壓與輸入頻率成正比，線性度典型值為 177。%； 具有保護(hù)電路，不會(huì)受高于 Vcc 值或低于地參考點(diǎn)輸入信號(hào)的損傷； 在零頻率輸入時(shí)， LM2907N 的輸出電壓可根據(jù)外圍電路自行調(diào)節(jié)； 當(dāng)輸入頻率達(dá)到或超過(guò)某一給定值時(shí)，可將輸出用于驅(qū)動(dòng)繼電器、指示燈等負(fù)載。 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 12 LM2907N 的引腳功能如下： 腳（ F）和 11 腳（ IN）為運(yùn)算放大器／比較器的輸入端 。 腳接充電泵的定時(shí)電容（ C1）。 3 腳接充電泵的輸出電阻和積分電容（ R1/C2）。 4 腳（ IN+）和 10 腳（ UF1）為運(yùn)算放大器的輸入端。 5 腳為輸出晶體管的發(fā)射極（ U0）。 8 腳為輸出晶體管的集電極，一般接電源（ UC）。 9 腳為正電源端（ VCC） 。 12 腳為接地端（ GND） 。 6， 7， 13， 14 腳未用。 圖 7 LM2907N 原理框圖 將 LM2907N 的 8 腳接到單片機(jī)輸入口。 由圖 7 可以看出，由于兩個(gè)串聯(lián) Ω 電阻的分壓， LM290N7 的 10 腳電壓 Vop=6V，這是內(nèi)部比較器的參考電壓。內(nèi)部比較器的 4 腳電壓為 Vop+輸入電壓，它是電阻 R（ 51KΩ ）上的電壓，這個(gè)電壓和頻率有關(guān)的。當(dāng) Vop+大于 Vop時(shí)，比較器輸出為 “ 1” ， LM2907N 內(nèi)部三極管導(dǎo)通（或飽和）輸出為 “ 0” ,則發(fā)光二極管 LED 點(diǎn)亮。 因此，當(dāng)超聲發(fā)射電路由 LM555 產(chǎn)生 40KHz 方波來(lái)起振超聲波發(fā)射探頭，使其發(fā)射超聲波 ，如智能電動(dòng)小車前方遇到障礙物時(shí)，此超聲波信號(hào)被障礙物反射回來(lái)，超聲波 接收電路接收到超聲波信號(hào)（為正弦波信號(hào)）后輸入到比較器LM393 使其調(diào)整為方波輸出到 LM2907N， LM2907N 芯片會(huì)把此方波信號(hào)的頻率轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)電壓值，當(dāng)此電壓值大于由 4 號(hào)引腳輸入的門(mén)電壓時(shí)， LM2907N 的 8號(hào)引腳輸出低電平， LED 處于發(fā)光狀態(tài)。即當(dāng)有障礙物時(shí) LED 處于發(fā)光狀 態(tài)，LM2907N 的 8 號(hào)引腳輸出低電平，同時(shí)通過(guò) 8 腳將 信號(hào)送給單片機(jī)，使單片機(jī)該根據(jù)信號(hào)控制小車轉(zhuǎn)向，從而實(shí)現(xiàn)避開(kāi)障礙物的目的。 語(yǔ)音播報(bào) 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)采用的 APR9600 語(yǔ)音芯片 ，有關(guān)芯片介紹： APR9600 語(yǔ)音芯片 一款音質(zhì)好、噪音低、不怕斷電、可反復(fù)錄放的新型語(yǔ)音電路，單片電路可錄放 3260 秒，串行控制時(shí)可分 256 段以上，并行控制時(shí)最大可分 8段。與 ISD 同類芯片相比它具有：價(jià)格便宜，有多種手動(dòng)控制方式，分段管理方便、多段控制時(shí)電路簡(jiǎn)單、采樣速度及錄放音時(shí)間可調(diào)、每個(gè)單鍵均有開(kāi)始停止循環(huán)多種功 能等特點(diǎn)，同時(shí)保留了 ISD2500 芯片的一些特點(diǎn)，都是 DIP28畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 13 雙列直插塑料封裝，在管腳排列上也基本相同。 APR9600 的電性能參數(shù)：電源電壓 ，靜態(tài)電流 1uA ，工作電流 25mA。其外接振蕩電阻與采樣率、語(yǔ)音頻帶 ，該電阻可以根據(jù)用戶需要的時(shí)間和音質(zhì)效果無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)。 如圖 8所示 總的來(lái)說(shuō)工作方式分為串行控制和并行控制兩種，由芯片 MSEL1（ 24腳）、MSEL2（ 25 腳）、 /M8（ 9 腳）的設(shè)置來(lái)實(shí)現(xiàn)。本設(shè)計(jì)運(yùn)用的是串行選段控制方式。 串行控制方式用到的鍵要少得多 ，它僅需要一、二個(gè)鍵來(lái)控制所有的語(yǔ)音段錄放，而且段數(shù)可以足夠多，每段也沒(méi)有時(shí)間限制。只是在選段上沒(méi)有并行控制模式方便。將全功能應(yīng)用電路板上撥碼開(kāi)關(guān)的第 2位開(kāi)關(guān)向下?lián)?，?3位開(kāi)關(guān)向上撥，第 4 位開(kāi)關(guān)向上撥，將撥碼開(kāi)關(guān)的第 1位置向上撥進(jìn)入錄音模式，按住 /M1 即開(kāi)始錄第一段，松鍵即停止。再按住 /M1 即錄第二段，如此一直分段錄音，直到芯片溢出。在放音時(shí)（ /RE=1）有兩種狀態(tài)， /M8 置 1 為串行順序控制方式，按一下 /M1 即放音第一段，再按一下即放第二段，如此順序逐段放音，到最后一段結(jié)束時(shí)即停止放音，必須按一下 CE 鍵復(fù)位 ，然后再按 /M1 鍵就可以又從第一段放音。這種方式下的段不可選擇只能按錄音的順序播放，適合走馬燈、流程控制等電路使用； /M8 置 0為串行選段控制方式，按一下 /M1 只能放音第一段，再按還是放音第一段。這時(shí)的 /M2 有效成為快進(jìn)選段鍵，每按一下 /M2 即向后移動(dòng)一段，例如現(xiàn)在按了三下 /M2，再按 /M1 就放音第四段。因此可以實(shí)現(xiàn)選段放音。按 /CE鍵復(fù)位為第一段。 顯示電路設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 14 方案一 : 采用 LED 數(shù)碼管顯示。 在系統(tǒng)中要用到多只 LED 數(shù)碼管進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示即可達(dá)到要求。其優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格便宜，壽命長(zhǎng)。缺點(diǎn)是只能顯示 0～ 9 的數(shù) 字和一些簡(jiǎn)單的字符，電路設(shè)計(jì)繁鎖，且占用空間。 方案二 : 采用 LCD1602 液晶顯示器。 LCD 廣泛應(yīng)用于微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中。與 LED 相比，它具有功耗低，抗干擾能力強(qiáng)，體積小，廉價(jià)的特點(diǎn)，且有良好的人機(jī)界面，直觀，顯示效果漂亮。目前已廣泛應(yīng)用在各種顯示領(lǐng)域。另外， LCD 在大小和形狀上更加靈活，接口簡(jiǎn)單，不但可以顯示數(shù)字、字符，而且可以顯示漢字和圖形，因此在袖珍儀表、醫(yī)療儀器、分析儀器及低功耗便攜式儀器中， LCD 已成為一種占主導(dǎo)地位的顯示器件。 因此，本設(shè)計(jì)采用方案二 本設(shè)計(jì)采用 LCD1602 顯示，其與單片 機(jī)的連接方式如圖 9 所示。單片機(jī)的P1 口與 LCD1602 的連接。 圖 9 顯示電路 該電路用到 2 行 16 個(gè)字的 DM162 液晶模塊，它采用標(biāo)準(zhǔn)的 14 腳接口， 其中： (1)第 1腳： VSS 為地電源。 (2)第 2腳： VDD 接 5V正電源。 (3)第 3腳： V0 為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高。 (4)第 4腳： RS 為寄存器選擇，高電平時(shí)選數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選指令寄存器。 (5)第 5腳： RW 為讀寫(xiě)信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫(xiě)操作。當(dāng) RS 和 RW 共同為低電平時(shí)可以寫(xiě)入指令或 者顯示地址，當(dāng) RS 為低電平 RW 為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng) RS 為高電平 RW為低電平時(shí)可以寫(xiě)入數(shù)據(jù)。 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 15 (6)第 6 腳： E 端為使能端，當(dāng) E 端由高電平跳成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。 (7)第 7～ 14腳： D0～ D7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)線。 LCD