【正文】 鐘 控 制信 號(hào) 。 復(fù) 位 電 路 采 用 上 電 復(fù) 位 方 式 。 電 路 圖 如 圖 所 示 。圖 控 制 電 路 溫度補(bǔ)償電路DS18B20 數(shù) 字 式 溫 度 傳 感 器 是 DALLAS 公 司 生 產(chǎn) 的 1－ Wire， 即 單總 線 器 件 ， 與 傳 統(tǒng) 的 熱 敏 傳 感 電 阻 溫 度 傳 感 器 不 同 ， 能 夠 直 接 讀 出 被 測 溫 度值 ， 并 且 可 根 據(jù) 實(shí) 際 要 求 ， 通 過 簡 單 編 程 ， 實(shí) 現(xiàn) 9～ 12 位 的 A/D 轉(zhuǎn) 換 。其 具 有 線 路 簡 單 ， 體 積 小 的 特 點(diǎn) 。 因 此 用 它 來 組 成 一 個(gè) 測 溫 系 統(tǒng) ， 具 有 線 路簡 單 ， 十 分 方 便 。 其 測 量 溫 度 范 圍 在 － 55～ ＋ 125℃之 間 。 引 腳 圖 如 圖。 引 腳 詳 細(xì) 功 能 描 述 如 表 。 圖 DS18B20 引 腳 圖序號(hào)名 稱 引 腳 功 能 描 述1 GND 地 信 號(hào)2 DQ 數(shù) 據(jù) 輸 入 /輸 出 引 腳 。 開 漏 單 總 線 接 口 引 腳 。 當(dāng) 被 用 著 在 寄生 電 源 下 ， 也 可 以 向 器 件 提 供 電 源 。3 VDD 可 選 擇 的 VDD 引 腳 。 當(dāng) 工 作 于 寄 生 電 源 時(shí) ， 此 引 腳 必 須 接地 。表 DS18B20 引 腳 功 能 描 述實(shí) 際 情 況 下 ， 溫 度 每 上 升 或 者 下 降 1℃, 聲 速 將 增 加 或 者 減 少 /s 。 溫 度 對 于 聲 速 影 響 很 大 。 本 設(shè) 計(jì) 溫 度 測 量 選 用 的 DS18B20 數(shù)字 式 溫 度 傳 感 器 ， 因 其 獨(dú) 特 的 一 線 接 口 ， 只 需 要 一 條 口 線 通 信 多 點(diǎn) 能 力 ， 簡化 了 分 布 式 溫 度 傳 感 應(yīng) 用 ， 無 需 外 部 元 件 ， 可 用 數(shù) 據(jù) 總 線 供 電 電 源 范 圍 為 至 無 需 備 用 電 源 。 它 通 過 輸 出 9 位 （ 二 進(jìn) 制 ） 數(shù) 字 來 直 接 表 示所 測 量 的 溫 度 值 ， 溫 度 值 是 通 過 DS18B20 的 數(shù) 據(jù) 總 線 直 接 輸 入 CPU,無需 A/D 轉(zhuǎn) 換 ， 而 且 讀 寫 指 令 ， 溫 度 轉(zhuǎn) 換 指 令 都 是 通 過 數(shù) 據(jù) 總 線 傳 入DS18B20。 DS18B20 數(shù) 字 溫 度 傳 感 器 除 了 具 有 相 當(dāng) 的 測 量 范 圍 和 精 度 外 ，還 具 有 溫 度 測 量 精 度 和 不 受 外 界 干 擾 等 的 優(yōu) 點(diǎn) 。 其 電 路 連 接 如 圖 所 示 。 圖 溫 度 補(bǔ) 償 電 路 超聲波發(fā)射和接收電路 超聲波發(fā)射部分超 聲 波 發(fā) 射 電 路 包 括 超 聲 波 產(chǎn) 生 電 路 和 超 聲 波 發(fā) 射 電 路 兩 個(gè) 部 分 ， 超 聲波 換 能 器 選 用 壓 電 式 ， 可 采 用 軟 件 發(fā) 生 法 和 硬 件 發(fā) 生 法 產(chǎn) 生 超 聲 波 。 前 者 利用 軟 件 產(chǎn) 生 40KHz 的 超 聲 波 信 號(hào) ， 通 過 輸 出 引 腳 輸 入 至 驅(qū) 動(dòng) 器 ， 經(jīng) 驅(qū) 動(dòng) 器驅(qū) 動(dòng) 后 推 動(dòng) 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 。第 二 種 方 法 是 利 用 超 聲 波 專 業(yè) 發(fā) 生 電 路 或 通 用 發(fā) 生 電 路 產(chǎn) 生 超 聲 波 信 號(hào) ， 并直 接 驅(qū) 動(dòng) 換 能 器 產(chǎn) 生 超 聲 波 。 這 種 方 法 的 優(yōu) 點(diǎn) 是 無 需 驅(qū) 動(dòng) 電 路 ， 但 缺 點(diǎn) 是 靈活 性 低 。 本 設(shè) 計(jì) 采 用 第 一 種 方 法 產(chǎn) 生 超 聲 波 發(fā) 射 信 號(hào) 。 利 用 AT89C51 的 口 發(fā) 射 40kHz 的 方 波 信 號(hào) 后 經(jīng) 過 74LS04 三 級(jí) 放 大 后 輸 出 到 超 聲 波 換能 器 ， 產(chǎn) 生 超 聲 波 。 74LS04 是 一 個(gè) 高 速 CMOS 六 反 相 器 ， 具 有 放 大 作 用 ，具 有 對 稱 的 傳 輸 延 遲 和 轉(zhuǎn) 換 時(shí) 間 ， 而 相 對 于 LSTTL 邏 輯 IC， 它 的 功 耗 減少 很 多 。 對 于 HC 類 型 ， 其 工 作 電 壓 為 2～ 6 V， 它 具 有 高 抗 擾 度 ， 可 以 兼容 直 接 輸 入 LSTTL 邏 輯 信 號(hào) 和 CMOS 邏 輯 輸 入 等 特 點(diǎn) 。 本 系 統(tǒng) 將 40KHz方 波 信 號(hào) 分 成 兩 路 ， 分 別 由 74LS04 經(jīng) 兩 次 和 一 次 反 向 放 大 ， 從 而 構(gòu) 成 推拉 式 反 向 放 大 。發(fā) 射 電 路 主 要 由 反 向 器 74LS04 和 超 聲 波 換 能 器 構(gòu) 成 ， 如 圖 所 示 。單 片 機(jī) 端 口 輸 出 40KHz 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 挽 形 式 將 方 波 信 號(hào) 加 到 超 聲 波 換 能 器 兩 端 ， 可 以 提 高 超 聲 波 的 發(fā) 射 強(qiáng)度 。 輸 出 端 采 用 兩 個(gè) 反 向 器 并 聯(lián) ， 用 以 提 高 驅(qū) 動(dòng) 能 力 ， 上 拉 電 阻R R11 一 方 面 可 以 提 高 反 向 器 74LS04 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 蕩 的 時(shí) 間 。圖 超 聲 波 發(fā) 射 電 路 超聲波接收電路 超聲波接收包括接收探頭，信號(hào)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(hào)，否則可能導(dǎo)致接收效果不好甚至不能接收。由于超聲波接收探頭的信號(hào)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 CX20226，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。CX20226 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(dòng)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(hào)的接收與處理，該芯片內(nèi)部如下圖 所示： 圖 CX20226 內(nèi)部結(jié)構(gòu)前置放大器：它是高增益的放大器，由于超聲波在空氣中直線傳輸時(shí)，傳輸距離越大，能量的衰減越厲害，故反射回來的超聲波信號(hào)的幅值會(huì)有很大的變化。為了不使放大器的輸出信號(hào)過強(qiáng)而產(chǎn)生失真，集成塊內(nèi)部有自動(dòng)電平限制電路，對前置放大器的增益進(jìn)行自動(dòng)限制。通過反饋將放大器設(shè)定于適當(dāng)?shù)臓顟B(tài)，再由限制電平電路進(jìn)行自動(dòng)控制。限度放大器：當(dāng)信號(hào)太強(qiáng)時(shí)為了防止放大器過載，限制高電平振幅，同時(shí)也可消除寄生調(diào)幅干擾。寬頻帶濾波器：其頻率范圍為 30Hz~60Hz，其中心頻率可調(diào)。檢測器：將返回的超聲波的包絡(luò)解調(diào)回來。積分濾波器與整形電路：檢測器輸出的信號(hào)經(jīng)積分濾波器送到整形電路，輸出較好的矩形波。接收的回波信號(hào)先經(jīng)過前置放大器和限幅放大器，將信號(hào)調(diào)整到合適的幅值；再經(jīng)過帶通濾波器濾波得到有用信號(hào)，濾除干擾信號(hào)；最后由峰值檢波器和整形電路輸出到鎖相環(huán)路，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的計(jì)時(shí)。X20226 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 CX20226A 集成電路對接收探頭受到的信號(hào)進(jìn)行放大、濾波。其總放大增益 80db。以下是 CX20226A 的引腳注釋 [10]。 1 腳：超聲信號(hào)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(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 R18 或減小 C12,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 C12 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R18=，C12=10μF。 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 10μf。 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)，f 0≈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 200kΩ，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。 LED 顯示模塊圖 LED 顯示電路超聲波測距儀顯示控制模塊電路如圖 所示。通過單片機(jī)的22228 四個(gè)管腳的信號(hào)控制四位三極管的 B 極，利用三極管的開關(guān)特性，實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管的點(diǎn)亮，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)顯示。采用 LED 動(dòng)態(tài)顯示，數(shù)據(jù)經(jīng)過PIC 芯片的計(jì)算后傳到 LED 上，顯示精度是厘米。單片機(jī)用 端口輸出超聲波換能器所需的 40KHz 方波信號(hào)，利用外中斷 0 口檢測超聲波接收電路輸出的返回信號(hào)。顯示電路采用簡單實(shí)用的 4 位共陽 LED 數(shù)碼管，用于顯示障礙物的距離，由單片機(jī) — 接 LED 的 a~g七個(gè)筆段，~ 接四位 8550 的公共端，通過軟件以動(dòng)態(tài)掃描方式顯示。段碼用 74LS244 驅(qū)動(dòng)，位碼用 PNP 三極管 8550 驅(qū)動(dòng)。 語音實(shí)時(shí)播報(bào)電路 ISD1700 系列錄放芯片是一種高集成度，高性能的芯片。它可以多段錄音，采樣率在 4k 至 12k 間調(diào)節(jié)，供電范圍可以在 至 之間。ISD1700 系列錄放芯片可工作于獨(dú)立按鍵模式和 SPI 控制模式。芯片內(nèi)有存儲(chǔ)管理系統(tǒng)來管理多段語音，這樣在獨(dú)立按鍵模式下也能進(jìn)行多段語音錄放。此芯片內(nèi)有振蕩器，可通過外部電阻來調(diào)節(jié)其振蕩頻率；還有帶自動(dòng)增益控制(AGC)的話筒運(yùn)放，模擬線路輸入，抗鋸齒濾波器，多級(jí)存儲(chǔ)陣列，平滑濾波器，音量控制，直接驅(qū)動(dòng)喇叭的 PWM 輸出與接外部功放的電流/電壓輸出。ISD1700 還有有新錄音提示功能，當(dāng)有新的錄音后，LED 回每秒閃一次來提示用戶有新的錄音。此外還有 4 種音效來提示用戶的操作結(jié)果，如開始錄音、停止錄音、擦除、下一曲和全部擦除等。錄音數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在芯片的 FLASH 內(nèi)，沒有經(jīng)過任何壓縮，所以有較好的音質(zhì)和斷電存儲(chǔ)。芯片有兩路獨(dú)立的語音信號(hào)輸入通道，話筒輸入與模擬信號(hào)輸入。在獨(dú)立按鍵模式下，當(dāng)某功能操作完成后芯片會(huì)自動(dòng)進(jìn)入掉電模式來降低功耗。在 SPI 模式下，用戶可對芯片進(jìn)行更多功能操作。如對任意存儲(chǔ)地址進(jìn)行錄放，對模擬通道配置寄存器（APC）進(jìn)行讀寫 [11]。ISD1700 語音芯片具有以下特點(diǎn)：（1） 可錄、放音十萬次，存儲(chǔ)內(nèi)容可以斷電保留一百年（2）兩種控制方式，兩種錄音輸入方式，兩種放音輸出方式。（3）可處理多達(dá) 159 段以上信息。（4）有豐富樣的工作狀態(tài)提示。 （5）多種采樣頻率對應(yīng)多種錄放時(shí)間。（6）音質(zhì)好，電壓范圍寬，應(yīng)用靈活。（7）用戶可利用震蕩電阻來自定芯片的采樣頻率，從而決定芯片的錄放時(shí)間和錄放音質(zhì)。ISD1700 電氣特性如下：（1）工作電壓：，最高不能超過 6V（2）靜態(tài)電流 ISTB： 1181。A.（3）工作電流 IOP：20mA.本系統(tǒng)采用 SPI 控制模式，通過外接 1KΩ 電阻來設(shè)定芯片的采樣率為。如圖 所示為實(shí)時(shí)播報(bào)電路：圖 實(shí)時(shí)播報(bào)部分電路原理圖值得注意的，當(dāng)系統(tǒng)上電時(shí)有時(shí)會(huì)出現(xiàn)意料之外的錄音過程，而這個(gè)意外的錄音過程會(huì)妨礙以前的聲音回放，一個(gè)偽 EOM 標(biāo)記會(huì)出現(xiàn)在存儲(chǔ)空間的開始部分。為了防止這種現(xiàn)象的發(fā)生，在控制端 REC 和 VCC 之間并聯(lián)一個(gè)電容（大約為 即可。它使控制端的電壓同步拉起，一旦電壓變高，電壓上拉部分將保持高電平直到人為地使電壓變低，從而防止偽 EOM 標(biāo)記的產(chǎn)生。當(dāng)然這種異?，F(xiàn)象與印刷線路板的電容有關(guān)，因此不是每個(gè)人都會(huì)遇到這種情況。但為了使電路穩(wěn)定工作，這個(gè)電容是必須的。硬件電路原理圖見附圖。4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)超聲波倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要由主程序、超聲波發(fā)射子程序、超聲波接收中斷程序及顯示子程序四個(gè)主要模塊組成。軟件設(shè)計(jì)的總體結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示。圖 系統(tǒng)模塊框圖（1） 系統(tǒng)初始化模塊：系統(tǒng)剛上電的時(shí)候?qū)ο到y(tǒng)的各個(gè)引腳的電平分配和對各寄存器的初值賦值。（2） 發(fā)射接收控制模塊：發(fā)射控制模塊是軟件控制超聲波發(fā)射電路發(fā)射超聲脈沖啟動(dòng)定時(shí)器工作，同時(shí)啟動(dòng)接收電路工作，當(dāng)接收電路有信號(hào)輸入時(shí)，對輸入信號(hào)進(jìn)行處理。 （3）溫度補(bǔ)償模塊：根據(jù) DS18B20 傳到 AT89C51 的溫度值進(jìn)行處理修正聲速。（4） 運(yùn)算結(jié)果處理模塊：運(yùn)算結(jié)果處理模塊將多次所測得時(shí)間進(jìn)行處理，進(jìn)行軟件取大值工作，根據(jù)公式計(jì)算出距離，然后再對計(jì)算得出的結(jié)果進(jìn)行修