【文章內(nèi)容簡介】 接收電路 (3) LM1812 收發(fā)集成電路構(gòu)成 LM1812 是一種專用于超聲波接收和發(fā)送的集成電路，它即可做發(fā)送電路，又可以做接收電路使用。如下圖所示： 云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電氣工程系 —— 電氣自動 化技術(shù) 16 圖 由 LM1812 構(gòu)成的接收電路 (4) CX20216 構(gòu)成的接收電路 圖 CX20216 構(gòu)成的接收電路 以上為常用的發(fā)射和接收電路，分立元件構(gòu)成的收發(fā)電路容易受到外界的干擾，體積、功耗也比較大。而集成電路構(gòu)成的發(fā)射和接收電路具有調(diào)試簡單，可靠 性好，抗干擾能力強(qiáng)，體積小，功耗低的優(yōu)點(diǎn)，所以首先考慮采用集成 路 來 組成收發(fā)電路。 云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電氣工程系 —— 電氣自動 化技術(shù) 17 在由集成電路構(gòu)成的收發(fā)電路中，發(fā)射電路我們選用由非門構(gòu)成，接收電路采用由紅外接收檢波芯片 CX20216 構(gòu)成，主要是考慮到 系統(tǒng)的調(diào)試簡單、成本低、可靠性好。 單片機(jī)主機(jī)系統(tǒng)電路 本次我 采用了 STC 公司的 STC90C52RD+,該單片機(jī)主要特點(diǎn)如下： (1) STC90C52RD+系列單片機(jī)以 8051 為內(nèi)核，兼容 MCS51 系列單片機(jī)。 (2) STC90C52RD+系列單片機(jī)內(nèi)、內(nèi)部含有 Flash 存儲器，在系統(tǒng)開發(fā)可以反復(fù)擦寫。 (3) STC90C52RD+采用靜態(tài)時鐘方式，可以節(jié)省電能。 (4) STC90C52RD+支持 ISP（在線編程），不需要把單片機(jī)從電路板取下來就可以擦寫程序。 (5) STC90C52RD+晶振頻率高達(dá) ，運(yùn) 行速度更快。 (6) STC90C52RD+價格也比較便宜 18 元 /片 (7) 增加了看門狗電路，防止程序“走飛”，更加安全可靠。 (8) STC90C52RD+具有工業(yè)級的性能，超強(qiáng)功能，更可靠。 (9) 獨(dú)特的 P4 口功能，實(shí)現(xiàn)最大限度 P 口利用。 單片機(jī)電路 圖 單片機(jī)主電路 （注：在 protel 里沒做 STC90C52RD+單片機(jī)，在本論文中均用 AT89S52 代替） 引腳功能： P0 口用來送顯示信號給 LCD 的數(shù)據(jù)為， P20~P22 送命令到 LCD 控云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電氣工程系 —— 電氣自動 化技術(shù) 18 制 LCD 的顯示 方式。 為 DS18B20 溫度數(shù)據(jù)采集端。 接測量按鍵。 復(fù)位電路 單片機(jī)在 RESET 端加一個大于 20ms 正脈沖即可實(shí)現(xiàn)復(fù)位，上電復(fù)位和按鈕組合的復(fù)位電路如下： 在系統(tǒng)上電的瞬間， RST 與電源電壓同電位，隨著電容的電壓逐漸上升， RST 電位下降，于是在 RST 形成一個正脈沖。只要該脈沖足夠?qū)捑涂梢詫?shí)現(xiàn)復(fù)位，即 20??RC? ms。一般取 R? 1 ?K ， C? 22uF。 當(dāng)人按下按鈕 S1 時，使電容 C1通過 R1 迅速放電，待 S1 彈起后， C再次充電，實(shí)現(xiàn)手動復(fù)位。 R1 一般取 200? 。 圖 復(fù)位電路 時鐘電路 當(dāng)使用單片機(jī)的內(nèi)部時鐘電路時，單片機(jī)的 XATL1 和 XATL2 用來接石英晶體和微調(diào)電容，如圖所示，晶體一般可以選擇 3M~24M，電容選擇 30pF 左右。我們選擇晶振為 12MHz,電容 33pF。 圖 時鐘電路 云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電氣工程系 —— 電氣自動 化技術(shù) 19 按鍵電路 我們通過 來啟動測量，程序中通過查詢 的電平來檢測是否按鍵被按下，電路原理如下： 當(dāng)按下按鍵時 為低電平，單片機(jī)通過 查詢到低電平開始測量距離，當(dāng)松開按鍵， 即為高電平。在軟件中通過軟件延時來消除按鍵的機(jī)械抖動。 圖 按鍵電路 蜂鳴器電路 本次設(shè)計(jì)通過一只蜂鳴器來提示用戶按鍵按下了，現(xiàn)在單片機(jī)開始了測距。蜂鳴器時一塊壓電晶片，在其兩端加上 3~5V的直流電壓，就能產(chǎn)生 3KHz 的蜂鳴聲。 通過單片機(jī)軟件產(chǎn)生 3KHz 的信號從 口送到三極管 的基極，控制著電壓加到蜂鳴器上，驅(qū)動蜂鳴器發(fā)出聲音。 圖 蜂鳴器電路 超聲波發(fā)送電路 超聲波發(fā)生器包括超聲波產(chǎn)生電路和超聲波發(fā)射控制電路兩個部分，超聲波探頭（“也稱為超聲波換能器”）的型號選用 CSB40T（其中心頻率為 40KHz）。可以采用軟件產(chǎn)生 40KHz 的超聲波信號，通過輸出引腳輸入至驅(qū)動器，經(jīng)過動器驅(qū)動后推動探頭產(chǎn)生超聲波。這種方法的特點(diǎn)是充分利用軟件，靈活性好， 但是需要設(shè)云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電氣工程系 —— 電氣自動 化技術(shù) 20 計(jì)一個驅(qū)動電流為 100mA 以上的驅(qū)動電路。第二種方法是利用超聲波專用發(fā)生電路或通用發(fā)生電路產(chǎn)生超聲波信號，并直接驅(qū)動超聲波換能器產(chǎn)生超聲波。這種方法的特點(diǎn)是無需驅(qū)動電路，但缺乏靈活性。本次我采用第一種方法產(chǎn)生超聲波，非門可以選用 74LS04，具體電路如圖： 圖 超聲波發(fā)送電路 從圖中可知，當(dāng)輸入的信號為高電平時，上面經(jīng)過兩級反向 CSB40T 的 1 引腳為高電平，下面經(jīng)過一級反向后為低電平；當(dāng)輸入信號為低電平時，正好相反，實(shí)現(xiàn)了振蕩的信號驅(qū)動 CSB40T，只要控制信號接近 40KHz，就能產(chǎn)生超聲波。 超聲波接收電路 超聲波接收包括接收探頭，信號放大以及波形變換電路三部分，超聲波接收探頭必須與發(fā)送探頭相同的型號，否則可能導(dǎo)致接收效果甚至不能接收。由于超聲波接收探頭的信號非常弱，所以必須用放大器放大，放大后的正弦波不能被微處理器處理，所以必須經(jīng)過波形變換。本次設(shè)計(jì)為了降低調(diào)試難度，減少成本，提供系統(tǒng)可靠性，所以我們采用了一種用在彩色電視機(jī)上面的一種紅外接收檢波芯片CX20216，由于紅外遙控的中心頻率在 38KHz，和超聲波的 40KHz 很接近，所以可以用來做接收電路。 CX20216 是日本索尼公司的產(chǎn)品，采用單列 8 引腳的直插式封裝，內(nèi)部包含自動偏置控制電路、前置放大電路、帶通濾波、峰值檢波、積分比較器、斯密特整形輸出電路，配合少量外接元件就可以對 38KHz 左右的信號的接收與處理，該芯片內(nèi)部如下圖所示： 云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電氣工程系 —— 電氣自動 化技術(shù) 21 圖 CX20216 內(nèi)部結(jié)構(gòu) CX20216 構(gòu)成本次設(shè)計(jì)接收電路如下圖： 圖 超聲波接收電路 使用 CX20216A 集成電路對接收探頭受到的信號進(jìn)行放大、濾波。其總放大增益80db。以下是 CX20216A 的引腳注釋。 1 腳：超聲信號輸入端，該腳的輸入阻抗約為 40kΩ。 2 腳：該腳與地之間連接 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 R4 或減小 C4,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 C4 的改變會影響到頻率特性，一般在實(shí)際使用中不必改動，推薦選用參數(shù)為 R4=， C4=1μF。 3 腳：該腳與地之間連接檢波電容，電容量 大為平均值檢波，瞬間相應(yīng)靈敏度低；云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電氣工程系 —— 電氣自動 化技術(shù) 22 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大，易造成誤動作，推薦參數(shù)為 。 4 腳：接地端。 5 腳：該腳與電源間接入一個電阻，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， f0≈42kHz，若取 R=220kΩ，則中心頻率f0≈38kHz。 6 腳： 該腳與地之間接一個積分電容，標(biāo)準(zhǔn)值為 330pF，如果該電容取得太大，會使探測距離變短。 7 腳：遙控命令輸出端，它是集電極開路輸出方式，因此該引腳必須接上一個上拉電 阻到電源端，推薦阻值為 22kΩ，沒有接受信號是該端輸出為高電平，有信號時則產(chǎn)生下降。 8 腳：電源正極， ～ 5V。 溫度采集 DS18B20 電路 超聲波在空氣中的傳播速度為： TC G ??? 3 1 ，由此可見，超聲波的速度和溫度密切關(guān)系，即溫度每增加 1176。 C，超聲波速度約增加 ， 我們 必須 考慮溫度補(bǔ)償，以使我們的設(shè)計(jì)更加精確，溫度的采集通常使用 DS18B20 一線式數(shù)字溫度傳感器，電路非常簡潔，具體電路圖如下圖所示。 DS18B20 是美國 DALLS公司推出的 DS1820 的替代產(chǎn)品，具有 1 12 位的轉(zhuǎn)換精度，未編程時默認(rèn)的精度是 12 位，測量精度一般為176。 C，軟件處理后可以達(dá)到 176。C，溫度輸出以 16 位符號擴(kuò)展的二進(jìn)制 數(shù) 形式 提供 ， 低位 在先 ， 以176。 C/LSB 形式表達(dá)。其中高五位為擴(kuò)展符號位。轉(zhuǎn)換周期與轉(zhuǎn)換精度有關(guān)， 9 位轉(zhuǎn)換精度時，最大轉(zhuǎn)換時間為 ms， 12 位轉(zhuǎn)換精度時，最大 圖 DS18B20 溫度傳感器 轉(zhuǎn) 換時間為 750ms。 DS18B20 引腳判斷方法是：字面朝人，從左到右依次是 1 （ GND）、 2（輸入 /輸出）、 3（ VDD） 。圖中的 R13 為上拉電阻，阻值選 5K左右。 LCD 顯示電路 本設(shè)計(jì)采用 LCD 液晶顯示屏顯示。其具有體積小、功耗低、界面美觀大方等優(yōu)點(diǎn)，這里使用 YB1602 液晶屏， 1602 顯示模塊用點(diǎn)陣圖形顯示字符，顯示模式分為2 行 16 個字符。它具有 16 個引腳，其正面左起為第一腳，如下圖所示： 第一腳 GND：接地。 第二腳 VCC： +5V電源。 第三腳 VO：對比度調(diào)整端。使用時通過接一個 10K 的電阻來調(diào)節(jié)。 第四腳 RS:寄存器選擇信號線。 云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電氣工程系 —— 電氣自動 化技術(shù) 23 第五腳 RW:讀寫信號線。 第六腳 E：使能端，當(dāng) E 由高電平跳變?yōu)榈碗娖綍r執(zhí)行 命令。 第 7~14 腳： 8 位數(shù)據(jù)線 D0~D7。 第十五腳 BLA:背光電源正極輸入端。 第十六腳 BLK:背光電源負(fù)極輸入端。 圖 LCD 顯示電路 操作控制表 操作 讀狀態(tài) 寫指令 讀數(shù)據(jù) 寫數(shù)據(jù) 輸入 RS=0， RW=1，E=1 RS=0， RW=0， D0~7= 指令碼， E=H 脈沖 RS=1， RW=1，E=1 RS=1， RW=0， D0~7= 數(shù)據(jù)， E=H 脈沖 表 LCD1602 操作指令 1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（ CGROM)已經(jīng)存儲了 160個不同的點(diǎn)陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼，比如大寫的英文字母 “A”的代碼是 01000001B（ 41H），顯示時模塊把地址 41H 中的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母 “A”。 因?yàn)?1602識別的是 ASCII 碼，試驗(yàn)可以用 ASCII 碼直接賦值，在單片機(jī)編程中還可以用字符型常量或變量賦值，如 39。A’。 1602通過 D0~D7的 8位數(shù)據(jù)端傳輸數(shù)據(jù) 和指令。 顯示模式設(shè)置： (初始化 ) 0011 0000 [0x38]設(shè)置 162顯示， 57點(diǎn)陣， 8位數(shù)據(jù)接口； 顯示開關(guān)及光標(biāo)設(shè)置： (初始化 ) 0000 1DCB D 顯示 (1有效 )、 C 光標(biāo)顯示 (1有效 )、 B 光標(biāo)閃爍 (1有效 ) 云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電氣工程系 —— 電氣自動 化技術(shù) 24 0000 01NS N=1(讀或?qū)懸粋€字符后地址指針加 1 amp。光標(biāo)加 1)， N=0(讀或?qū)懸粋€字符后地址指針減 1 amp。光標(biāo)減 1)， S=1 且 N=1 (當(dāng)寫一個字符后，整屏顯示左移 ) s=0 當(dāng)寫一個字符后，整屏顯示不移動 數(shù)據(jù)指針設(shè)置： 數(shù)據(jù)首地址為 80H，所以數(shù)據(jù)地址