【正文】 得矩形波。多諧振蕩器無(wú)外部信號(hào)輸入，卻能輸出矩形波，其實(shí)質(zhì)是將直流形式的電能變?yōu)榫匦尾ㄐ问降碾娔堋３潆姇r(shí)間 (31)放電時(shí)間 (32)矩形波的振蕩周期 (33)振蕩頻率 (34)本文設(shè)計(jì) 74LS123單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路如圖39是74LS123管腳圖圖39引出端符號(hào)：CEXT1，CEXT2 外接電容端Q1，Q2 正脈沖輸出端 負(fù)脈沖輸出端A1，A2 負(fù)觸發(fā)輸入端B1，B2 正觸發(fā)輸入端 直接清除端（低電平有效）如圖310是74LS123功能表：圖310即當(dāng)555定時(shí)器產(chǎn)生的方波信號(hào)的下降沿到來(lái)1（A）管腳時(shí)，此時(shí)2（B）,3（）管腳均為高電平，于是在13管（Q）腳產(chǎn)生觸發(fā)脈沖。 三極管放大電路如圖311是 共射極基本放大電路圖3111. 一般硅管VBE=，β (80)已知。(NPN9013型) 2. 求電壓增益： (35)本設(shè)計(jì)中采用參數(shù)Rb（R4）=510K Ohm，RL（R5）=RC（R6）=5K Ohm C2（C4）=4 uF求得 超聲波發(fā)射換能器TCT4012T壓電陶瓷超聲波傳感器TCT4012T主要性能如下：1) 標(biāo)稱頻率（KHz）：145KHz2) 發(fā)射聲壓at10V（0dB=）：≥112dB3) 接收靈敏度at 145KHz (0dB=V/ubar)：≥70dB4) 靜電容量at1KHz,1V (PF)：2000177。30%5) 探測(cè)距離（m）：~206) －6dB指向角：70o其外部封裝及形狀如下圖312：（超聲波接收換能器TCT4012R） 超聲波檢測(cè)接收電路設(shè)計(jì)如圖313，是本設(shè)計(jì)采用的超聲波接收電路。如圖所示，這部分電路主要包括： 1. 超聲波接收器R 。與超聲波發(fā)射器對(duì)應(yīng)，選用TCT4012R 接收頭。2. 由R7，R8，R9，C5，C6，LM324組成的多路反饋無(wú)限增益電路，屬于帶通濾波器，有源濾波電路只允許某中心頻率附近的信號(hào)通過，本設(shè)計(jì)中f為145KHz附近，從而濾去其他頻率的干擾。3. 二極管VD1，C7，R10組成的包絡(luò)檢波電路，通過電容C7的不斷充放電的過程，C7上獲得與包絡(luò)(調(diào)制信號(hào))相一致的電壓波形，有很小的起伏。4. LM324，C8，R11組成積分運(yùn)算器。5. C9，R12組成RC高通濾波環(huán)節(jié)。6. R13，R14，R15，C10組成電壓比較器，為施密特接法，帶有上拉電阻R15。圖313超聲波接收器S 將聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，按照電路圖313 所示與帶通濾波器連接，將接收到的超聲波電信號(hào)濾波，經(jīng)過包絡(luò)檢波環(huán)節(jié)，檢測(cè)出渦街信號(hào)，渦街信號(hào)經(jīng)過簡(jiǎn)單的積分后，在電壓比較器和RC高通濾波電路構(gòu)成的整形濾波環(huán)節(jié)中與輸入的基準(zhǔn)電壓1/2Vcc作比較，被整形為與風(fēng)速成正比的矩形波，信號(hào)周期隨檢波信號(hào)變化而變化。檢測(cè)的信號(hào)傳送到單片機(jī)T1計(jì)數(shù)器端口，檢測(cè)單位時(shí)間（T0定時(shí)）內(nèi)方波信號(hào)的頻率即可得出卡曼渦街模型內(nèi)介質(zhì)的流量速度?；灸Ｐ腿?14所示圖314(1) 傳遞函數(shù)==0，即=利用節(jié)點(diǎn)電流法，即求出傳遞函數(shù)== (36)(2) 頻率特性== (37)其中固有角頻率=，阻尼系數(shù)=，而通帶放大倍數(shù)=。(3) 中心頻率： (38)本設(shè)計(jì)中中心頻率約為145KHz，選用常用電阻值R7（R2）=R8（R3）=10K ohm，C1=C2=，求得R9（R1）= ohm 包絡(luò)檢波，OPA積分器，RC高通濾波如圖315為包絡(luò)檢波工作原理：圖315設(shè)vs為已調(diào)信號(hào),vo為包絡(luò)檢波信號(hào)(φ90o) 二極管導(dǎo)通，對(duì)C充電，τ充=RDC∵RD很小∴τ充很小，vo≈vs(φ90o) 二極管截止，C經(jīng)R放電，τ放=RC∵R很大∴τ放很大，C上電壓下降不多，仍有：vo≈vs過程循環(huán)往復(fù)，C上獲得與包絡(luò)(調(diào)制信號(hào))相一致的電壓波形，有很小的起伏。電路設(shè)計(jì)中常選擇C（C7）=500 pF，R（R10）= Ohm如圖316為L(zhǎng)M324構(gòu)成的OPA積分器模型圖316在積分電容上并用了反饋電阻后，出現(xiàn)新的點(diǎn)，即： (39)使其約為本設(shè)計(jì)的中心頻率145KHz，Cf（C8）=，Rf（R11）=110Ohm如圖317為RC高通濾波器模型圖317 在電頻率信號(hào)經(jīng)過包絡(luò)檢波環(huán)節(jié)檢測(cè)出渦街信號(hào)后，設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)加入RC高通濾波電路，將雜波信號(hào)再次過濾，使信號(hào)波形更加平整。其傳奇函數(shù)為 (310)式中，用代替s可得 (311)既得頻率響應(yīng)。 (312)本設(shè)計(jì)中采用145Khz中心頻率，故參數(shù)設(shè)計(jì)值為C（C9）= R（R12）=110 Ohm 電壓比較器的施密特接法 如圖318為帶有上拉電阻的電壓比較器，屬于任意差動(dòng)型電平比較圖318 電壓比較器的功能是對(duì)兩個(gè)輸入電壓的大小進(jìn)行比較，并根據(jù)比較結(jié)果輸出高、低兩個(gè)電平。比較器在信號(hào)變換、檢測(cè)和波形產(chǎn)生電路中有廣泛應(yīng)用。此外由于高電平相當(dāng)于邏輯“1”，低電平相當(dāng)邏輯“0”，所以比較器可作為摸擬與數(shù)字電路之間的接口電路。由于比較器輸出只有兩個(gè)狀態(tài)，因此，用作比較器的運(yùn)放將工作在開環(huán)或正反饋的非線性狀態(tài)。本設(shè)計(jì)選用基準(zhǔn)電壓VREF=1/2Vcc=。即，如圖319所示：Vout=Vcc VinVREFVout=0 VinVREF圖319電壓比較器的基本特性:1. 輸出 高電平(UoH)和低電平(UoL)，用運(yùn)放構(gòu)成的比較器，其輸出的高電平UoH和低電平UoL可分別接近于正電源電壓(UCC)和負(fù)電源電壓(UCC)。2. 鑒別靈敏度，理想的電壓比較器，在高、低電平轉(zhuǎn)換的門限UT處具有階躍的傳輸特性。3. 轉(zhuǎn)換速度，作為比較器的另一個(gè)重要特性就是轉(zhuǎn)換速度，即比較器輸出狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)換所需要的時(shí)間。通常要求轉(zhuǎn)換時(shí)間盡可能短，以便實(shí)現(xiàn)高速比較。為此可對(duì)比較器施加正反饋，以提高轉(zhuǎn)換速度。電壓比較器的基本功能：1. 用做整形電路，把不規(guī)則的輸入信號(hào)整形成為矩形脈沖。如圖320圖3202. 消除信號(hào)中的干擾信號(hào)，消除鋸齒。電壓比較器和運(yùn)算放大器的區(qū)別 比較器在最常用的簡(jiǎn)單積體電路中排名第二，僅次于排名第一的運(yùn)算放大器。在各類出版物中可以經(jīng)?？吹竭\(yùn)算放大器的理論，關(guān)于運(yùn)算放大器的設(shè)計(jì)和使用方法的圖書也非常多，可是我們卻很難找到關(guān)于比較器的理論研究，究其原因，比較器本身功能十分簡(jiǎn)單，只用于比較電壓，然后根據(jù)比較結(jié)果，把輸出電壓設(shè)定在數(shù)位低態(tài)或高態(tài)。本設(shè)計(jì)中LM392 是雙電壓比較器集成電路。該電路的特點(diǎn)如下：工作電源電壓范圍寬，單電源、雙電源均可工作，單電源：2～36V，雙電源177。1～177。18V；消耗電流小， ICC=；輸入失調(diào)電壓小， VIO=177。2mV；共模輸入電壓范圍寬， VIC=0～；輸出與TTL，DTL，MOS，CMOS 等兼容；輸出可以用開路集電極連接“或”門；采用雙列直插8 腳塑料封裝（DIP8）和微形的雙列8 腳塑料封裝（SOP8）。 鍵盤的分類: 鍵盤分編碼鍵盤和非編碼鍵盤。鍵盤上閉合鍵的識(shí)別由專用的硬件編碼器實(shí)現(xiàn)，并產(chǎn)生鍵編碼號(hào)或鍵值的稱為編碼鍵盤，如計(jì)算機(jī)鍵盤；而靠軟件編程來(lái)識(shí)別的稱為非編碼鍵盤；在單片機(jī)組成的各種系統(tǒng)中，用的最多的是非編碼鍵盤。非編碼鍵盤有分為：獨(dú)立鍵盤和行列式（又稱為矩陣式）鍵盤。 非編碼鍵盤的鍵輸入程序應(yīng)完成的基本任務(wù) 。 鍵的閉合與否, 反映在電壓上就是呈現(xiàn)出高電平或低電平, 所以通過電平的高低狀態(tài)的檢測(cè), 便可確認(rèn)按鍵按下與否。 。 。 常用的按鍵有三種: 機(jī)械觸點(diǎn)式按鍵、導(dǎo)電橡膠式和柔性按鍵( 又稱觸摸式鍵盤) 。機(jī)械觸點(diǎn)式按鍵是利用彈性使鍵復(fù)位, 手感明顯, 連線清晰, 工藝簡(jiǎn)單, 適合單件制造。但是觸點(diǎn)處易侵入灰塵而導(dǎo)致接觸不良, 體積相對(duì)較大。導(dǎo)電橡膠按鍵是利用橡膠的彈性來(lái)復(fù)位, 通過壓制的方法把面板上所有的按鍵制成一塊, 體積小, 裝配方便, 適合批量生產(chǎn)。但是時(shí)間長(zhǎng)了, 橡膠老化而使彈力下降, 同時(shí)易侵入灰塵。柔性按鍵是近年來(lái)迅速發(fā)展的一種新型按鍵, 可以分為凸型和平面型兩種。凸球型動(dòng)作幅度觸感明顯, 富有立體感, 但制造工藝相對(duì)復(fù)雜。 平面型幅度微小, 觸感較弱, 但工藝簡(jiǎn)單, 壽命長(zhǎng)。柔性按鍵最大特點(diǎn)是防塵、防潮、耐蝕, 外形美觀, 裝嵌方便。而且外形和面板的布局、色彩、鍵距可按照整機(jī)的要求來(lái)設(shè)計(jì)。 矩陣式鍵盤 矩陣式鍵盤是一種常見的輸入裝置，在日常的生活中，矩陣式鍵盤在計(jì)算機(jī)，電話，手機(jī)，微波爐等各式電子產(chǎn)品上已經(jīng)被廣泛應(yīng)用。在鍵盤中按鍵數(shù)量較多時(shí)，為了減少I/O口線的占用通常將按鍵排列成矩陣式。矩陣鍵盤用I/O口線組成行列結(jié)構(gòu)，按鍵設(shè)置在行列的交點(diǎn)上。例如2x2的行列結(jié)構(gòu)可構(gòu)成4個(gè)鍵的鍵盤，4x4的行列結(jié)構(gòu)可構(gòu)成16個(gè)鍵的鍵盤。獨(dú)立式鍵盤接法簡(jiǎn)單，但是嚴(yán)重浪費(fèi)單片機(jī)的I/O口資源。當(dāng)按鍵數(shù)目較少、I/O口不是很緊張的情況下可以采用獨(dú)立式接法。本設(shè)計(jì)采用的就是獨(dú)立式鍵盤。未按下前各端口為高電平，按下某個(gè)鍵時(shí)被拉低為低電平，單片機(jī)通過檢測(cè)高低電平來(lái)判斷哪個(gè)鍵按下。如圖321：圖321第4章 軟件設(shè)計(jì) 主程序 主程序首先對(duì)系統(tǒng)環(huán)境進(jìn)行初始化，設(shè)置定時(shí)器T1工作模式為16位定時(shí)計(jì)數(shù)器模式,并給顯示端口P0，P2，RXD端口置零。單片機(jī)AT89S52每秒對(duì)T1計(jì)數(shù)端口計(jì)數(shù)，運(yùn)算得風(fēng)速（m/s）。即超聲波幅度變化頻率與旋渦的頻率一致，從接收換能器上檢測(cè)出超聲波束幅度變化次數(shù)即可測(cè)得風(fēng)速值。 基本計(jì)算公式為： （41）f——旋渦頻率，Hz ；v——?dú)饬魉俣?，m／s ；d——旋渦發(fā)生體直徑，mm；St——斯特拉哈爾系數(shù)(雷諾數(shù)在200～50 000范圍內(nèi)，St為常數(shù))。 ，計(jì)數(shù)器每計(jì)一個(gè)數(shù)大約就是1us，當(dāng)主程序檢測(cè)到接收成功的標(biāo)志位后，將計(jì)數(shù)器T1中的數(shù)（即超聲波單位時(shí)間內(nèi)的方波個(gè)數(shù)）讀出，然后加以計(jì)算，就可以得出速度值，假設(shè)本設(shè)計(jì)中取常溫下的聲速為344m/s，則有氣體流體介質(zhì)速度值： （42） 其中是單片機(jī)T1口的計(jì)數(shù)值，測(cè)得風(fēng)速值結(jié)果后將以十進(jìn)制BCD碼的方式送到數(shù)碼管顯示，如果超出范圍將會(huì)出現(xiàn)報(bào)警。 具體程序如下：YUNSUAN1 EQU 7AH YUNSUAN2 EQU 7BH JS1 EQU 7EH JS2 EQU 7FH ORG 0000H LJMP START ORG 0003H LJMP INT0 ORG 000BH LJMP T0 ORG 0040H。*********************。初始化。*********************START: MOV 70H,00H 。設(shè)定顯示初值 MOV 71H,00H MOV 72H,00H MOV 73H,00H MOV TMOD,01H 。設(shè)定定時(shí)器1為方式1 MOV TH0,00H 。設(shè)定時(shí)間常數(shù)，約70ms延時(shí) MOV TL0,00H JMP MAIN。*********************。主程序。*********************MAIN: SETB TR0 。開定時(shí)中斷1，并開始計(jì)數(shù) SETB ET0 SETB EX0 。開外部中斷1 SETB EA 。開CPU中斷LOOP: LCALL DISPLAY JMP LOOP主程序流程圖如下：圖41 超聲波接收子程序 利用單片機(jī)的T0、T1兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)用來(lái)定時(shí)，另一個(gè)用來(lái)計(jì)數(shù)，兩者均應(yīng)該工作在中斷方式，一個(gè)中斷用于1s時(shí)間的中斷處理，一個(gè)中斷用于對(duì)頻率脈沖的計(jì)數(shù)溢出處理。明確頻率計(jì)工作原理以后，為了思路更清晰地對(duì)程序編寫，還應(yīng)該作出程序的總體框圖，如圖54所示。程序的主體可以分為4個(gè)模塊：定時(shí)計(jì)數(shù)、采集數(shù)據(jù)、進(jìn)制轉(zhuǎn)換和數(shù)碼顯示。圖54本次設(shè)計(jì)選用定時(shí)器T0完成定時(shí)功能，選用方式1時(shí)最多也只能定時(shí)，顯然不能滿足定時(shí)1的要求，可以用下面這種方法解決：采用T0定時(shí)50ms，連續(xù)循環(huán)定時(shí)20次即可完成1定時(shí)，用一個(gè)計(jì)數(shù)單元20H存放循環(huán)的次數(shù)，每一次循環(huán)20H單元自減1，當(dāng)20H單元為零時(shí)則1定時(shí)到時(shí)。設(shè)計(jì)中T1采用計(jì)數(shù)功能，需要注意的一個(gè)問題是，輸入的待測(cè)時(shí)鐘信號(hào)的頻率最高可以達(dá)到460800Hz，但計(jì)數(shù)器最多只能計(jì)數(shù)65536次，顯然需要對(duì)計(jì)數(shù)單元進(jìn)行擴(kuò)展，擴(kuò)展的思路是除了計(jì)數(shù)器T1的TH1和TL1用于計(jì)數(shù)外，再選用一個(gè)計(jì)數(shù)單元23H，每當(dāng)計(jì)數(shù)器T1溢出回零時(shí)產(chǎn)生中斷，中斷程序執(zhí)行23H單元自增1，這樣，當(dāng)一秒到時(shí)時(shí)采集的計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)，23H單元存放的是數(shù)據(jù)的最高位，TH1存放的是數(shù)據(jù)的次高位，TL1存