首屆st-embed電子設(shè)計(jì)大賽-資料下載頁(yè)
2025-04-17 13:01本頁(yè)面
【正文】 本設(shè)計(jì)采用第一種方法產(chǎn)生超聲波，電路設(shè)計(jì)如上圖所示。40kHz的超聲波是利用555時(shí)基電路振蕩產(chǎn)生的。其振蕩頻率計(jì)算式為f=((R 9+2R 10)C 5)。將R 10設(shè)計(jì)為可調(diào)電阻的目的是為了調(diào)節(jié)信號(hào)頻率，使之與換能器的40kHz固有頻率一致。為保證555時(shí)基具有足夠的驅(qū)動(dòng)能力，宜采用+12V電源。CNT為超聲波發(fā)射控制信號(hào)，由主控芯片進(jìn)行控制。 接收電路： 超聲波接收器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。超聲波探頭必須采用與發(fā)射探頭對(duì)應(yīng)的型號(hào)，并且頻率要一致。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。正弦波信號(hào)不能直接被主控芯片接收，必須進(jìn)行波形變換。按照上面所討論的原理，主控芯片需要的只是第一個(gè)回波的時(shí)刻。接收電路的設(shè)計(jì)可采用專(zhuān)用接收電路，也可采用通用電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。超聲波在空氣中傳播時(shí)，其能量的衰減與距離成正比，即距離越近信號(hào)越強(qiáng)，距離越遠(yuǎn)信號(hào)越弱，通常在1mV～1V之間。當(dāng)然，不同接收探頭的輸出信號(hào)強(qiáng)度存在差異。由于輸入信號(hào)的范圍較大，對(duì)放大電路的增益提出了兩個(gè)要求：一是放大增益要大，以適應(yīng)小信號(hào)時(shí)的需要；二是放大增益要能變化，以適應(yīng)信號(hào)變化范圍大的需要。另外，由于輸入信號(hào)為正弦波，因此必須將放大電路設(shè)計(jì)成交流放大電路。為減少負(fù)電源的使用，放大電路采用單電源供電，信號(hào)放大和變換采用了一片LM324通用運(yùn)算放大器，前三級(jí)為放大器設(shè)計(jì)，后一級(jí)為比較器設(shè)計(jì)。LM324既可以雙電源工作，也可以單電源工作，因此能滿(mǎn)足使用要求。為滿(mǎn)足交流信號(hào)的需要，每一級(jí)的放大器均采用阻容電路進(jìn)行電平偏移，即圖4中的CC2C22和C24，容量均為10μF，實(shí)現(xiàn)單電源條件下交流信號(hào)的放大。對(duì)于交流信號(hào)而言，電容為短路，因此前三級(jí)放大電路的增益均為10。距離較近時(shí)，兩級(jí)放大的增益已能夠輸出足夠強(qiáng)度的信號(hào)了，第三級(jí)有可能出現(xiàn)信號(hào)飽和，但距離較遠(yuǎn)時(shí)，必須采用三級(jí)放大。合理調(diào)節(jié)電位器R27，選擇比較基準(zhǔn)電壓，可使測(cè)量更加準(zhǔn)確和穩(wěn)定。 接受電路原理圖： 顯示電路MAX7219如圖所示，SEGA一SEGG和SEGDP為L(zhǎng)ED七段驅(qū)動(dòng)器線和小數(shù)點(diǎn)線，供給顯示器電流。Digit O～Digit 8為8位數(shù)字驅(qū)動(dòng)線，輸出位選信號(hào)，從每位LED共陰極吸入電流。DIN是串行數(shù)據(jù)輸人端，在CLK的上升沿，一位數(shù)據(jù)由DIN移人被加載到內(nèi)部16位移位寄存器中，CLK最高輸人頻率可達(dá)10 MHz LOAD用來(lái)裝載數(shù)據(jù)，在LOAD的上升沿,16位串行輸入數(shù)據(jù)被鎖存到數(shù)字或控制寄存器中。LOAD必須在第16個(gè)CLK上升沿的同時(shí)或之后且在下一個(gè)CLK上升沿之前變高，否則會(huì)丟失數(shù)據(jù)。Dour是串行數(shù)據(jù)輸出端，用于多個(gè)MAX7219的級(jí)聯(lián)方式，只需將上一片Dour的連接到下一片的DIN即可，CLK和LOAD線全部公用。DIN端的數(shù)據(jù)在16. 5個(gè)CLK后出現(xiàn)在Dour端。通過(guò)程序單獨(dú)對(duì)每個(gè)寄存器進(jìn)行操作，程序先送控制命令字，然后向數(shù)據(jù)寄存器送數(shù)據(jù)，必須每16位為一組，從高位地址字節(jié)最高位MSB開(kāi)始送起，直至低位地址字節(jié)的最后一位LSB為止。本實(shí)驗(yàn)采用max7219來(lái)簡(jiǎn)化輸出模塊。 軟件設(shè)計(jì)流程 測(cè)量過(guò)程是由主控芯片部分和超聲波信號(hào)處理電路共同完成的,一次測(cè)量的全過(guò)程為50 ,將40 kHz的超聲波信號(hào)和一個(gè)同步脈沖信號(hào)加到與門(mén),若檢測(cè)到信號(hào),則記下該時(shí)刻t1,由時(shí)間差Δt=t1t0,則到50 ms時(shí)重復(fù)上述過(guò)程開(kāi)始下一輪的循環(huán).在超聲波發(fā)出后,如果直接進(jìn)入檢測(cè)狀態(tài),則勢(shì)必浪費(fèi)時(shí)間,因?yàn)榇讼到y(tǒng)有最小測(cè)量距離,當(dāng)距離最小時(shí),即為時(shí)間差Δt最小,記為Δtmin,這樣就節(jié)省了一些時(shí)間.流程圖： 三、 結(jié)束語(yǔ)參考文獻(xiàn)[1] 何小艇．電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M]． 杭州： 浙江大學(xué)出版社，2000．[2] 范立南，李雪飛，尹授遠(yuǎn)．單片微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)[M]．北京：人民郵電出版社，2004．[3] 謝宋和．單片機(jī)模糊控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M]．北京：電子工業(yè)出版社，1999．[4] 潘琢金．C8051F高速SOC單片機(jī)原理及應(yīng)用．北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2002．[4] 多單片機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)．北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2003．19 /
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