【正文】 接收超聲波的標(biāo)志位 DQ 。7279數(shù)據(jù)口 KEY_7279 BIT 。7279片選信號口 CLK_7279 BIT 。 3．更復(fù)雜的算法可以作研究嘗試，但從實(shí)際效果考慮上，更好的辦法可能是改進(jìn)外圍電路設(shè)計(jì)，本系統(tǒng)的外圍電路設(shè)計(jì)還有很大的改善空間。今后 工作可以嘗試更好的算法設(shè)計(jì)。 本系統(tǒng)的不足和需改進(jìn)的地方 受時(shí)間和經(jīng)驗(yàn)限制，本系統(tǒng)有不足和需改進(jìn)的地方： 1．本系統(tǒng)的平面安裝大小為 140mm*120mm，為了進(jìn)一步縮小整個(gè)系統(tǒng)的體積，便于應(yīng)用推廣，可以用貼片電子元件替代直插元件和制作雙面板的方法。在硬件的制作過程中，應(yīng)盡量減小電源的波動(dòng)對系統(tǒng)的影響，以及在做 PCB 板時(shí)可通過網(wǎng)格線的方式增加 系統(tǒng)的抗干擾能力。在硬件的設(shè)計(jì)過程中，最主要是要具有高速性和較強(qiáng)的抗干擾能力。在硬件設(shè)計(jì)中主要工作是：設(shè)計(jì)硬件的結(jié)構(gòu)框圖，完成硬件的設(shè)計(jì)。 圖 接收模 塊中的各點(diǎn)波形圖 表 7 在 29℃時(shí)的 測量結(jié)果 實(shí)測距離（ cm） 測量結(jié)果（ cm） 測量距離誤差（ cm） 測量誤差（ %） 5 30 10 14 20 9 30 3 10 40 0 0 50 60 3 100 135 2 180 南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 32 第七章 總結(jié) 研究結(jié)論 本系統(tǒng)研制歷時(shí)近半年，通 過和老師、同學(xué)充分合作共同努力已完成并驗(yàn)收，這是一個(gè)團(tuán)隊(duì)的成果。當(dāng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，通過采用卷尺對所設(shè)計(jì)的超聲波測距系統(tǒng)進(jìn)行比較，在其測量的距離值如表 7 所示。 在將控制超聲波發(fā)射和計(jì)數(shù)的程序調(diào)試完成之后，再將修改后的總程序下載到單片機(jī)中，通電后發(fā)現(xiàn)電路能夠工作正常。在經(jīng)過多方面的考慮和分析后，最終嘗試采用 555 定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器來產(chǎn)生 100KHz 的脈沖信號 作為 T1 計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)脈沖。于是采用示波器觀察 T1 的波形，顯示的輸入波形為脈沖信號其脈寬為 4us。最后將 口的上拉電壓改為 +5V，發(fā)現(xiàn)電路工作正常。這時(shí)檢測 口的電壓，發(fā)現(xiàn)該點(diǎn)始終為高電平。這時(shí)再次通過軟件的方式來控制 口電平的高低，用萬用表檢測 口的電平，發(fā)現(xiàn)能夠通過軟件來控制該口為高或?yàn)榈碗娖?。在這里采用的是先將 口為低電平，然后延時(shí) 2s 后在將 口置 1，觀察發(fā)光二極管 的亮滅情況，發(fā)現(xiàn)其始終都亮著，并沒出現(xiàn)亮滅交替的情況。通過使用萬用表和示波器來檢查各個(gè)模塊的輸入輸出電壓及波形，發(fā)現(xiàn) 555多諧振蕩器的復(fù)位端 4腳始終為高電平，超聲波一直在發(fā)射，并沒有達(dá)到設(shè)計(jì)要求。在系統(tǒng)調(diào)試過程中，首先將軟件通過 MAX232 芯片將程序下載到單片機(jī)內(nèi)，觀察二極管的亮滅及數(shù)碼管的顯示內(nèi)容。 結(jié)果存儲單元清零 調(diào)用 V*t 的程序 調(diào)用除法程序 V*t/2020 顯示處理程序 返回 圖 距離計(jì)算流程圖 ? ?? ?21 2Nxxy N???? ?南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 30 第六章 超聲波測距系統(tǒng)最終調(diào)試 在本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，分別對系統(tǒng)的軟件和硬件進(jìn)行分別調(diào)試完畢后，再將系統(tǒng)的軟件和硬件相結(jié)合來進(jìn)行調(diào)試。在調(diào)試過程中，采用的是先給各子模塊賦初值后查看其結(jié)果的方式。首先根據(jù)流程圖編寫程序，然后對給定的 6 個(gè)二 字節(jié)數(shù)進(jìn)行濾波處理，最終查看結(jié)果。在濾波子程序的設(shè)計(jì)過程中，其濾波處理采用的中值平均濾波方法。其軟件設(shè)計(jì)流程如圖 所示。在距離的計(jì)算過程中，當(dāng)溫度每升高 1℃，其超聲波的傳播速度增加。 Y 開始 7279 初始化，存儲單元和定時(shí)器初始化 調(diào)顯示 HELLO 測溫度并顯示， 進(jìn)行聲速補(bǔ)償 N 50H=0? 數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波及距離運(yùn)算 N 關(guān)計(jì)數(shù)器和發(fā)射并存儲計(jì)數(shù)值 Y Y 有按鍵否？ 接收到回波 ? 發(fā)超聲波并開始計(jì)數(shù) 延 時(shí) 20us N 計(jì)數(shù)器清零， 50H=6 圖 主程序流程圖 南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 29 2Lt V? () （其中 L 為測量的距離， V為超聲波的傳播速度， t 為所需要的時(shí)間）。按照設(shè)計(jì)要求其測量距離為4cm4m，當(dāng)測量距離 為 4m時(shí)，根據(jù)公式 可知，從超聲波發(fā)射到接收所需時(shí)間 t≈ 23255us（當(dāng)環(huán)境溫度 T=25℃時(shí) ），其 T1 的計(jì)數(shù)值為 2325。 測距軟件程序的基本流程： ① 開機(jī)運(yùn)行后顯示友好畫面 HELLO； ② 溫度測量及速度補(bǔ)償子程序； ③ 判斷是否按下了超聲波發(fā)射按鈕，若沒有鍵按下則返回執(zhí)行第②步； 若按下， ④ 將 555 多諧振蕩器的復(fù)位端 4 腳置高電平發(fā)射超聲波，開啟計(jì)數(shù)器計(jì)時(shí)，待回波進(jìn)入接收電路，經(jīng)放大、比較和電平轉(zhuǎn)換等硬件處理后輸出一列負(fù)脈沖，送給單片機(jī)處理，停止發(fā)射超聲波和 T1 計(jì)數(shù)并將計(jì)數(shù)值存 儲起來，然后返回從第 ④步開始執(zhí)行，重復(fù)以上流程直到滿足測量次數(shù)為止，并進(jìn)行 濾波處理（在其中通過延時(shí) 20us 的方式，對超聲波測距進(jìn)行盲區(qū)處理）；在計(jì)數(shù)值經(jīng)過濾波處理后，乘上計(jì)數(shù)脈沖的寬度及經(jīng)過溫度補(bǔ)償后的超聲波速度除以 2 來計(jì)算最后結(jié)果并將結(jié)果送顯示，其主流程圖如圖 所示。vision2 軟件編程環(huán)境下，根據(jù)超聲波測距的公式 采用匯編語言將其分為主程序、溫度測量及速度補(bǔ)償子程 序、濾波子程序、距離計(jì)算子程序和顯示子程序子個(gè)模塊，其中主程序完成超聲波發(fā)射控制和計(jì)數(shù)功能。 南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 27 第五章 超聲波測距系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)及調(diào)試 超聲波測距系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)流程 主程序設(shè)計(jì)流程 本系統(tǒng)以單片機(jī) STC89C52 為核心（其晶振頻率為 6MHz），實(shí)現(xiàn)對各部分的控制和響應(yīng)。檢查發(fā)射端，仍然在發(fā)射超聲波。然后，在將書遠(yuǎn)離超聲波傳感器，發(fā)現(xiàn)當(dāng)將書離傳感器 30cm時(shí)，二極管熄滅了。 在確定超聲波接收端的放大電路、峰值檢波電路、電壓比較電路和電平轉(zhuǎn)換電路都能正常工作之后，將超聲波發(fā)射端和超聲波接收端的電路通電工作。其次觀察峰值檢波后的信號波形，發(fā)現(xiàn)將交流信號整為直流后，其直流電壓為12V左右波動(dòng)。 在調(diào)好超聲波發(fā)射電路后，接下來調(diào)超聲波接收部分的電路。其次通過調(diào)節(jié) R3 的電阻值 ，使得其輸出脈沖的頻率為 40KHz。在檢查了發(fā)射部分的電路后，在電源兩端加上一個(gè) 和一個(gè) 22uf 的電解電容。 超聲波測距系統(tǒng)硬件調(diào)試 通過對系統(tǒng)的各個(gè)模塊電路進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)無誤后將其按硬件結(jié)構(gòu)框圖連接起南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 26 來。 圖 HD7279 鍵盤及顯示電路 在電路連接中將單片機(jī)的 ~ 分 別接 7279 的片選端、時(shí)鐘輸入端、串行數(shù)據(jù)輸入 /輸出端。 因?yàn)樾酒苯域?qū)動(dòng) LED 數(shù)碼竹顯小，電流較大，目‘為動(dòng)態(tài)掃描方式，故如果該部分電路電源連線較細(xì)較長，可能會引入較大的電源噪聲干擾，將 HD7279A 的 I1，負(fù)電源端上并入去耦電容可以提高電路的抗干擾能力。如果在沒有按鍵的情況下收到‘讀鍵盤’指令， HD7279A 將輸出 FFH(255)。當(dāng)有鍵按下時(shí)， KEY 引腳輸出變?yōu)榈碗娖?，此時(shí)如果接收到‘讀鍵盤’指令， HD7279A 將輸出所按下鍵的代碼。在上電或 RESET 端由低電平變?yōu)楦唠娖胶螅?HD7279A 大約需要經(jīng)過 1825MS 的時(shí)間才會進(jìn)入正常工作狀態(tài)。在印刷電路板布線時(shí)，所有元件，尤其是振蕩電路的元件應(yīng)盡量靠近 HD7279A，并盡量使電路連線最短。 HD7279A 需要一外接的 RC 振蕩電路以供系統(tǒng)上作，其典型位分別為 R=，C=15pF。 因?yàn)椴捎醚h(huán)掃描的工作方式，如果 采用普通的數(shù)碼管，亮度有可能不夠，采用高亮或超高亮的型號，可以解決這個(gè)問題。 南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 24 圖 串行接口的時(shí)序圖 實(shí)際應(yīng)用中 8 只下拉電阻和 8 只鍵盤連接位選線 DIGODIG7 的 8 只電阻 (以下簡稱位選電阻 )，應(yīng)遵從一定的比例關(guān)系，下拉電阻應(yīng)大于位選電阻的 5 倍而小于其 50倍，典型值為 10 倍 。除非不接入數(shù)碼管，否則串入DP 及 SASG 連線的 8 只 200。 如果不用鍵盤，則典型電路圖中連接到鍵盤的 8 只 10K 電阻和 8 只 100K 下拉電阻均可以省去。 HD7279A 應(yīng)連接共陰式數(shù)碼管。 讀取鍵盤數(shù)據(jù)指令，寬度為 16 個(gè) B IT，前 8 個(gè)為微處理器發(fā)送到 HD7279A 的指令，后 8 個(gè) BIT 為 HD7279A 返回的鍵盤代碼。 HD7279A的指令結(jié)構(gòu)有二種類型： 不帶數(shù)據(jù)的純指令，指令的寬度為 8 個(gè) B IT，即微處理器需發(fā)送 8 個(gè) CLK 脈沖。 HD7279A 采用串行方式與微處理器通訊，串行數(shù)據(jù)從 DATA 引腳送入芯片，并由 CLK 端同步。 當(dāng) HD7279A 檢測到有效的按鍵時(shí)， KEY 引腳從高電平變?yōu)榈碗娖剑⒁恢北３值桨存I結(jié)束。此指令的前半段，HD7279A 的 DATA 引腳處于高阻輸入狀態(tài)，以接受來自微處理器的指令；在指令的后半段， DATA 引腳從輸入狀態(tài)轉(zhuǎn)為輸出狀態(tài)，輸出鍵盤代碼的值。 4．讀鍵盤數(shù)據(jù)指令 15H（如表 6 所示） 南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 23 表 6 鍵盤數(shù)據(jù)指令存放 該指令從 HD7279A 讀出當(dāng)前的按鍵代碼。 d1 d8 分別對應(yīng)數(shù)碼竹 18， 0=閃爍， 1=不閃爍。當(dāng)相應(yīng)的數(shù)據(jù)位為‘ 1’時(shí)，該段點(diǎn)亮，否則不亮。 南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 22 表 3 HD7279 引腳說明 引腳 名稱 說明 1,2 VDD 正電源 3,5 NC 無連接，必須懸空 4 VSS 接地 6 CS 片選輸入端，此引腳為低電平時(shí)，可向芯片發(fā)送指令及讀取鍵盤數(shù)據(jù) 7 CLK 同步時(shí)鐘輸入端，向芯片發(fā)送數(shù)據(jù)及讀取鍵盤數(shù)據(jù)時(shí)，此引腳電平上升沿表示數(shù)據(jù)有效 8 DATA 串行數(shù)據(jù)輸入輸出端，當(dāng)芯片接收指令時(shí)，此引腳為輸入端；當(dāng)讀取鍵盤數(shù)據(jù)時(shí)，此引腳 在‘讀’指令最后一個(gè)時(shí)鐘的下降沿變?yōu)檩敵龆? 9 KEY 按鍵有效輸出端，平時(shí)為高電平，當(dāng)檢測到有效按鍵時(shí)，此引腳變?yōu)榈碗娖? 1016 SGSA 段 g段 a驅(qū)動(dòng)輸出 17 DP 小數(shù)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)輸出 1825 DIG0DIG7 數(shù)字 0數(shù)字 7驅(qū)動(dòng)輸出 26 CLKO 振蕩輸出端 27 RC RC 振蕩器連接端 28 RESET 復(fù)位端 2．下載數(shù)據(jù)但不譯碼（如表 4 所示） 表 4 下載數(shù)據(jù)的控制字和數(shù)據(jù)存放 其中， a2 , a 1 , a0 為位地址 (參見‘下載數(shù)據(jù) A‘譯碼’指令 )， AG 和 DP 為顯小數(shù)據(jù)，分別對應(yīng) 7 段 LED 數(shù)碼竹的各段。 1．復(fù)位 (清除 )指令 A4H 當(dāng) HD7279A 收到該指令后，將所有的顯小清除，所有設(shè) 置的字符消隱、閃爍等屬性也被一起清除。此外， HD7279A 還具有多種控制指令，如消隱、閃爍、左移、右移、段尋址等，并且具有片選信號，可方便地實(shí)現(xiàn)多于 8 位的顯示或多于 64 鍵的鍵盤接口， HD7279 的引腳說明如表 3 所示。 圖 溫度測量電路 鍵盤 顯示電路 HD7279 是一片具有串行接口的，可同時(shí)驅(qū)動(dòng)并連接 64 個(gè)矩陣按鍵的智能顯示驅(qū)動(dòng)芯片。其優(yōu)點(diǎn)在于 I/O線不需要強(qiáng)上拉 ， 而且總線控制器無需在溫度轉(zhuǎn)換期間一直保持高電平。 ， 控制 DS18B20進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換和傳輸數(shù)據(jù) ， 同時(shí)數(shù)據(jù)總線上還要接 。操作協(xié)議為 ： 初始化 DS18B20 (發(fā)復(fù)位脈沖 ) →發(fā) ROM功能命令→發(fā)存儲器操作命令→處理數(shù)據(jù)。 另外 ， 由于 DS18B20單總線通信功能是分時(shí)完成的 ， 因此他有嚴(yán)格的時(shí)隙概念 ，因此讀寫時(shí)序很重要。圖 中的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測溫過程中振蕩器溫度特性的非線性 ， 以產(chǎn)生高分辨率的溫度測量。計(jì)數(shù)器 1對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行減法計(jì)數(shù) ， 當(dāng)計(jì)數(shù)器 1的預(yù)置值減到 0時(shí)溫度寄存器的值將加 1， 計(jì)數(shù)器 1的預(yù)置將重新被裝入 ， 重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行計(jì)數(shù)。當(dāng)計(jì)數(shù)門打開時(shí) ， DS18B20就對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖后進(jìn)行計(jì)數(shù) ， 進(jìn)而完成溫度測量。每個(gè) DS18B20有唯一的 64位序列號 ， 這使得可以有多個(gè) DS18B20同時(shí)在一條單總線上工作。將測量溫度轉(zhuǎn)換為 12位的數(shù)字量最大需要 750ms， 而且 DS18B20有 2種供電方式 ：外部供電方式和寄生電源方式。 DS18B20提供 9～ 12位精度的溫度測量 ， 溫度測量范圍為 55～ + 125℃ ， 在 10～85℃范圍內(nèi) ， 測量分辨率為177。 DS18B20抗干擾能力強(qiáng) ,轉(zhuǎn)換精度高 ， 使用時(shí)無需標(biāo)定或調(diào)試 ， 與微處理器的接口電路簡單 ， 可方便地實(shí)現(xiàn)多點(diǎn) 組網(wǎng)測溫 ， 給硬件設(shè)計(jì)工作帶來了極大的方便。他將數(shù)據(jù)線、控制線、地址線合為 1根信號線。它具有節(jié)省系統(tǒng) I/O口線資