【文章內(nèi)容簡介】 ,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 C1的改變會(huì)影響到頻率特性， 17 一般在實(shí)際使用中不必改動(dòng)，推薦選用參數(shù)為 R1= ， C1=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；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 。 4 腳：接地端。 5 腳：該腳與電源間接入一個(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)， f0≈42kHz ，若取 R=220kΩ ，則中心頻率f0≈38kHz 。 6 腳： 該腳與地之間接一個(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(gè)上拉電阻到電源端，推薦阻值為 22kΩ ，沒有接受信號(hào)是該端輸出為高電平，有信號(hào)時(shí)則產(chǎn)生下降。 8 腳：電源正極， ～ 5V。 最初，我們直接用 7腳輸出，但用示波器發(fā)現(xiàn)無信號(hào)是其輸出高電平的同時(shí)夾雜這少量的低電平。因此，我們在此處再加一個(gè)旁通電容，平均華其電壓輸出，以去除低電平信號(hào)。 CX20216A引腳圖和 超聲波接收電路如圖 37所示 。 18 圖 CX20216A引腳圖和 超聲波接收電路圖 37 19 3. 5. 5 鳴響電路、電源電路 鳴響電路和電源電路如圖 38所示： 鳴響電路、電源電路 圖 38 限制系統(tǒng)的最大可測 距離的因素 限制系統(tǒng)的最大可測距離存在 四個(gè)因素：超聲波的幅度，反射 面 的質(zhì)地，反射聲波 和入射聲波之間的夾角以及接收換能器的靈敏度。 由此可以看出 接收換能器對(duì) 20 聲波脈沖的直接接收能力將決定最小的可測距離。 硬件電路設(shè)計(jì)總結(jié) AT89S52單片機(jī)通過外部引腳 2個(gè)左右超聲波脈沖信號(hào)（頻率為 40KHz，脈沖寬度為 25us左右），以推挽的形式反射出去，同時(shí)打開計(jì)數(shù)器，等待反射信號(hào)。反射信號(hào)通過三個(gè)三級(jí)管的放大電路將信號(hào)放大后送到單片機(jī)中。單片機(jī)再通過一定的算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，完成之后，以動(dòng)態(tài)掃描 的形式顯示的 LED上面。這就是超聲波測距儀硬件電路的基本原理。 用 PROTEL 繪制原理圖 1． 設(shè)計(jì)圖紙大小 進(jìn)入 Protel 99SE 后，首先要構(gòu)思零件圖，設(shè)置圖紙大小。圖紙大小根據(jù)電路圖的規(guī)模和復(fù)雜程度而定，設(shè)置合適的圖紙大小示設(shè)計(jì)原理圖的第一步。 2. 設(shè)置設(shè)計(jì)環(huán)境 設(shè)置 Protel 99SE 的設(shè)計(jì)環(huán)境包括設(shè)置格點(diǎn)大小和類型，光標(biāo)類型等。一般大多數(shù)參數(shù)均可用系統(tǒng)默認(rèn)值，設(shè)置之后無需修改。 3. 放置元件和定義元件屬性 在這個(gè)階段，設(shè)計(jì)者根據(jù)電路圖的需要，將元件實(shí)體從元件庫（ *.LAB）中取出放置到圖紙 上，并定義放置元件的序號(hào)和元件封裝等。另外，還需要對(duì)齊放置的元件，然后根據(jù)需要設(shè)置元件參數(shù)。 4． 原理圖布線 原理圖布線即利用 Protel 99SE 提供的各種連線工具，用具有電氣意義的導(dǎo)線、網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)、端口標(biāo)號(hào)和電氣連接點(diǎn)等連接圖紙上的元件，構(gòu)成一個(gè)完整的原理圖。 5． 調(diào)整線路 調(diào)整線路即進(jìn)一步調(diào)整和修改初步繪制的電路圖，使其更加美觀使用。 ，保存以便日后使用。 總圖在附件一 4 軟件設(shè)計(jì) 總體方案 超聲波測距器的軟件設(shè)計(jì)主要由主程序、超聲波發(fā)射子程序、超聲波接收中 斷子程序及顯示子程序組成。 編譯器采用 keil c51。該編譯器是 51系列單片機(jī)程序設(shè)計(jì)的常用工具，既可用 匯編 語言，也支持 C編譯。同時(shí)具有完善的調(diào)試功能。 程序流圖 21 圖 41 超聲波測距儀程 序流程圖 超聲波測距的原理在前面已經(jīng)介紹過了，即超聲波發(fā)生器 T在某一時(shí)刻發(fā)出一個(gè)超聲波信號(hào)，當(dāng)這個(gè)超聲波信號(hào)遇到被測物體后反射回來，就會(huì)被超聲波接收器 R接收到，此時(shí)只要計(jì)算出從發(fā)出超聲波信號(hào)到接收到返回信號(hào)所用的時(shí)間，就可算出超聲波發(fā)射器與反射物體的距離。該距離的計(jì)算公試為： / 2 ( ) / 2d s v t? ? ? () 其中： d 為被測物與測距儀的距離； s 為聲波往返的路程； v 為聲速； t 為聲波往返所用的時(shí)間。 主函數(shù) 主函數(shù)程序首先是對(duì)系統(tǒng)環(huán)境初始化，設(shè)置定時(shí)器 T0工作模式為 16位定時(shí)計(jì)數(shù)器模式，置位總中斷允許位 EA。然后調(diào)用超聲波發(fā)生子程序送出一個(gè)超聲波脈沖，開始 發(fā)射超聲波脈沖 打開定時(shí) 計(jì)算距離 顯示結(jié)果 系統(tǒng)初始化 等待反射超聲波 22 為了避免超聲波從發(fā)射器直接傳送到接收器引起的直射波觸發(fā)，需要延時(shí)一段時(shí)間（這也是超聲波測距器會(huì)有一個(gè)最小可測距離的原因）后打開外中斷 0接收返回的超聲波信號(hào)。由于采用的是 24MHz的晶振 ，計(jì)數(shù)器每計(jì)一個(gè)數(shù)是 ，當(dāng)主程序檢測到接收成功的標(biāo)志位后，將計(jì)數(shù)器 T0中的數(shù)（即超聲波往返所用的時(shí)間）按試 ()計(jì)算，即可得被測物體與測距儀之間的距離，設(shè)計(jì)時(shí)取 20攝式度時(shí)的聲速 344m/s，則有 d=172m/s*t0=8/1000cm () 其中： 0T 為計(jì)數(shù)器 T0的計(jì)數(shù)器。 測出距離后結(jié)果將送往 LED顯示，然后再發(fā)超聲波脈沖重復(fù)測量過程。為了有利于程序結(jié)構(gòu)化和容易計(jì)算出距離，主程序采用匯編語言編寫。 接收子程序 超聲波發(fā)生子函數(shù)的作用是通過 ，脈沖寬度為25us左右（頻率約為 40kHz），同時(shí)把計(jì)數(shù)器 T0打開進(jìn)行計(jì)時(shí)。超聲波發(fā)生子函數(shù)比較簡單，但要求程序運(yùn)行時(shí)間準(zhǔn)確。 超聲波測距儀主函數(shù)利用外中斷 0檢測返回超聲波信號(hào)，一旦接受到返回超聲波信號(hào)（溢出標(biāo)志位為 1），計(jì)算距離，顯示結(jié)果。 若計(jì)時(shí)器溢出時(shí)還未檢測到超聲波返回信號(hào)，則溢出標(biāo)志位為 0，則表示測距不成功。 詳細(xì)程序在 附件 二 5．制作與調(diào)試 硬件的制作與調(diào)試 電路設(shè)計(jì)完成之后，就要進(jìn)行硬件的制作了。制作硬件電路是制作這個(gè)儀器的前提保證，所以也是非常重要的一步。 首先就布局。布局的好壞是影響整個(gè)儀器的制作的。布局的第一步先要選好一塊合適的試驗(yàn)版， 把實(shí)物先在沒有焊盤的一面布局。考慮到軟件調(diào)試和以后更換的需要， AT89S5 74LS04 、 74LS164 要插入插座使用，所以布局時(shí)使用插座。布局 23 時(shí)要考慮連接線的焊接，元件與元件之間盡量不要靠得太近，要留出足夠的空間給連接線，特別是接收電路和單片機(jī)以及兩個(gè)超聲換能器之間的距離。確定好了布局，接下來就是焊接了。 其次是焊 接。焊接實(shí)驗(yàn)板是一項(xiàng)細(xì)致的工作。實(shí)驗(yàn)板的焊接不同與成品 PCB 的焊接，每一根走線都要經(jīng)過測量 —— 彎角 —— 剝線 —— 焊接的過程，工作量大大增加。走線彎角要盡量走直角。有些點(diǎn)距離很近，走線不好焊接，就直接用焊錫短路。 再是硬件的調(diào)試。硬件調(diào)試，首先是線路的檢查。焊接完實(shí)驗(yàn)板后檢查器件有否錯(cuò)焊、漏焊、虛焊，電解電容是否焊反，走線是否正確。再用萬用表檢查兩點(diǎn)之間是否有虛焊。檢查無誤后，接下來就是上電，這時(shí)， AT89S5 74LS04 不要插上。在正式上電前，用萬用表量一下電源與地是否短路。短路的話，要耐心檢查、排除故障 。 然后進(jìn)行顯示電路，用同樣的方法對(duì)顯示部分進(jìn)行調(diào)試后，給單片機(jī)與數(shù)碼管段碼連接的輸出的各個(gè)引腳加高低不同的電平，在用一個(gè)高電平分別對(duì)位碼進(jìn)行選種，數(shù)碼管能夠顯示，說明顯示部分電路沒有了問題。 最后對(duì)發(fā)射和接收電路，用函數(shù)信號(hào)發(fā)生器把 40K 的方波信號(hào)直接加到發(fā)射電路的輸入端后，用示波器檢測超聲波發(fā)射的換能器，結(jié)果有方波信號(hào)。再用函數(shù)信號(hào)發(fā)生器對(duì)超聲波接收的換能器直接加 40K 的方波信號(hào)，用示波器對(duì)接收電路輸出端進(jìn)行檢測。 通過這些過程，硬件部分的調(diào)試就基本上完成了，剩下的就只有軟件和硬件之間的聯(lián)調(diào)了。 軟件的調(diào)試 本程序采用 匯編 語言編寫。編程環(huán)境是 keil c51。 首先，先編每一個(gè)子模塊。包括顯示程序、超聲波發(fā)生程序和主函數(shù)，用 keil c51看是否實(shí)現(xiàn)了預(yù)先的功能。 其次，在保證每一個(gè)子程序都正確的前提下，把所有的子程序都結(jié)合起來進(jìn)行調(diào)試，保證沒有語法錯(cuò)誤，并可以用端口來驗(yàn)證是否正確。也可以用海神的仿真軟件進(jìn)行仿真，雖然跟現(xiàn)實(shí)有所不符，但是還是不會(huì)差太遠(yuǎn)的。 最后，在能基本實(shí)現(xiàn)功能的條件下，對(duì)程序再進(jìn)行反復(fù)的修改，使其達(dá)到指標(biāo)要求。 軟硬件結(jié)合調(diào)試 在做好軟件和硬件的調(diào)試之后，就可以把兩者結(jié)合到一起了。 把程序用燒路器燒到單片機(jī)中，看其是否實(shí)現(xiàn)所要求的功能，如 果不行，則要 24 進(jìn)行反復(fù)的調(diào)試，不斷的對(duì)軟件和硬件進(jìn)行修改。由于采用 匯編 語言編寫，所以在時(shí)序方面要多進(jìn)行調(diào)試，知道時(shí)序符和要求，以達(dá)到功能。最后做出來的超聲波測距儀基本上實(shí)現(xiàn)功能，只是有一些干擾，可以再超聲波接收電路上套上一個(gè)罩子，以減少干擾，也可以通過其它方法。 在程序設(shè)計(jì)時(shí)，由于超聲波的速度受溫度的影響，對(duì)于精度要求高的情況下，要進(jìn)行溫度補(bǔ)償措施，對(duì)于精度要求不太高的情況下可以不進(jìn)行溫度補(bǔ)償措施，但為了能使精度盡可能高的情況下，即使在精度要求不太高的情況下，也要對(duì)距離進(jìn)行相應(yīng)的處理，以達(dá)到指標(biāo)要求 。 6 結(jié) 論 整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)過程歷經(jīng)三個(gè)多月，通過對(duì)這個(gè)超聲波測距儀的制作，培養(yǎng)了我各方面的能力，包括學(xué)習(xí)能力，動(dòng)手能力和實(shí)際操作能力。這是一種綜合能力的培養(yǎng)，通過這個(gè)可以驗(yàn)證你四年所學(xué)的知識(shí)是否扎實(shí)。 首先這個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)要注意一下幾點(diǎn)： 1． 設(shè)計(jì)完電路以后，進(jìn)行焊接之前要注意擺放元器件的擺放位置，因?yàn)槿绻骷[放不當(dāng)可能會(huì)造成干擾，影響最后的測量結(jié)果。 40KHZ已經(jīng)屬于高頻的部分它對(duì)元器件的擺放和焊接都有很高的要求，所以即使焊接正確，軟件編程也正確，但不能保證兩個(gè)湊到一起就能正確顯示結(jié)果。 2． 安裝時(shí)應(yīng)保持兩換能器中心軸 線平行并相距 3～ 5cm，如果距離太近，兩換能器會(huì)互相干擾，影響測量結(jié)果。 3． 發(fā)射頻率的選擇也很重要， 頻率越高，衰減系數(shù) a越大，傳播的距離也越短。在實(shí)際的應(yīng)用中，一般選用 30 100KHz的超聲波進(jìn)行距離測量，比較的典型的頻率為 40KHz。 4． 接收電路，主要注意的就是要將接收信號(hào)的電路放大，這里還要注意的是接收電路要離單片機(jī)盡量遠(yuǎn)一點(diǎn)。 5． 編程的時(shí)候由于采用的是匯編語言，因?yàn)閰R編語言比 C語言來說在時(shí)間精確度方面精確了一些，但在編程的時(shí)候還是要注意時(shí)間延時(shí)的調(diào)試。 這 次畢業(yè)設(shè)計(jì)基本上實(shí)現(xiàn)了所要求的各項(xiàng)指標(biāo)，但由于時(shí) 間、水平和經(jīng)驗(yàn)方面的欠缺，本設(shè)計(jì)在很多方面還有很多的不足，比如干擾、電路設(shè)計(jì)合理性等問題，這些還需日后有待解決。 通過實(shí)際工程的設(shè)計(jì)也使我了解到書本知識(shí)和實(shí)際應(yīng)用的差別。在實(shí)際應(yīng)用中遇到很多的問題，這都需要我對(duì)問題進(jìn)行具 25 體的分析，并一步一步地去解決它。這就讓我認(rèn)識(shí)到只有不斷的學(xué)習(xí)才會(huì)不斷的提高。 致謝 在學(xué)習(xí)了模擬電路、數(shù)字電路、單片機(jī)原理以及微機(jī)基礎(chǔ)等相關(guān)電子學(xué)科后，我參加 畢業(yè)設(shè)計(jì)過程歷經(jīng)三個(gè)多月，通過這個(gè)超聲波測距儀的制作，不緊鞏固了我在 大學(xué)器件所學(xué)的知識(shí)，而且培養(yǎng)了自己動(dòng)手能力和實(shí)際操作能力，這是用來 驗(yàn)證大學(xué)期間所學(xué)的知識(shí)。 在這次的設(shè)計(jì)中，最大的收獲是發(fā)現(xiàn)了我的不足之處。以前學(xué)習(xí)的時(shí)候，感覺學(xué)的扎扎實(shí)實(shí)的，好像什么都知道 ,但是我現(xiàn)在才真真的明白 :實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。很多知識(shí)只有應(yīng)用到實(shí)際，才能真正地領(lǐng)會(huì)到其中的奧秘，才能真正地學(xué)會(huì)它。所以在設(shè)計(jì)當(dāng)中，我不斷的復(fù)習(xí)、鞏固學(xué)過的知識(shí)，不斷地請教老師，最后才把作品設(shè)計(jì)好。 在這期間，許多人給與了我很多幫助。首先，我要感謝學(xué)校給我這次實(shí)踐機(jī)會(huì)。其次，我要感謝我的指導(dǎo)老師 詹 老師， 衷心感謝他這幾個(gè)月來對(duì)我的嚴(yán)格要求和無私幫助。 他給與了我很多幫助，尤其在我們 遇到各種難題， 他總能引導(dǎo)我們走向光明。 更重要得是他不但幫助我解決了困難而且教給了我解決困難的方法和做人的道理。 再次我要感謝所有給與我?guī)椭耐瑢W(xué)和老師，謝謝他們給我的許許多多的幫助。 最后感謝學(xué)校和老師們大學(xué) 叁 年對(duì)我的培養(yǎng)。感謝父母對(duì)我的養(yǎng)育之恩。 同時(shí)向答辯委員會(huì)審閱我論文的各位專家領(lǐng)導(dǎo)表示衷心的感謝。 總 結(jié) 在學(xué)習(xí)了模擬