【正文】 掃描的意思是：電路依次往各個(gè)數(shù)碼管傳送字形碼、位選信號(hào)，由于發(fā)光管有余輝且肉眼有一個(gè)視覺暫留的效果，我們就會(huì)覺得所有的數(shù)碼管是同時(shí)顯示的。這樣做的好處是不會(huì)長(zhǎng)時(shí)間占用CPU資源，而且更加容易控制，但對(duì)硬件的要求會(huì)更高。靜態(tài)顯示要求數(shù)碼管的所有段選端都要接上8位的數(shù)據(jù)線，以此來顯示的字形碼。共陽極和共陽極的七段數(shù)碼管示意圖如下圖316所示：圖316 共陽極和共陽極七段數(shù)碼管示意圖LED顯示不同數(shù)字的方式如圖317所示：圖317數(shù)碼管數(shù)字顯示圖從上圖中我們很容易發(fā)現(xiàn),若要求顯示數(shù)字“1”，需要讓b、c兩個(gè)發(fā)光二極管點(diǎn)亮；若要求顯示數(shù)字“5”，需要讓a、f、g、c、d五個(gè)發(fā)光二極管點(diǎn)亮。按照其中7個(gè)發(fā)光二極管的接法的不同，可以將七段數(shù)碼管分為共陽（共陽極）和共陰（共陰極）兩種。按順時(shí)針方向，這七個(gè)亮段分別稱為a、b、c、d、e、f、g。在許多的電子產(chǎn)品中都采用了常見的七段數(shù)碼管來顯示所需信息。在10攝氏度到+。本設(shè)計(jì)使用數(shù)字溫度計(jì)DS18B20用于獲取環(huán)境溫度,最后通過查表法獲得聲音的速度。第二路進(jìn)到時(shí)間增益補(bǔ)償及放大電路中，用來處理遠(yuǎn)距離（50cm4m）的超聲波信號(hào)。近距離比較器用來處理3 cm50cm的距離的反射波，遠(yuǎn)距離比較器用來處理50cm4 m的距離的反射波。 實(shí)物測(cè)距系統(tǒng)的超聲波接收換能器和發(fā)射換能器的距離較近，當(dāng)測(cè)量的距離較近時(shí)，反射信號(hào)的幅值衰減較小，比起衍射產(chǎn)生的波的幅值小很多。但由于聲波特殊的性質(zhì)，會(huì)有一部分聲波沒有經(jīng)過發(fā)射到反射這個(gè)過程，而是直接進(jìn)入接收端，這是接收端子無法分辨是否為反射信號(hào)，從而會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤測(cè)量。圖312 時(shí)間增益補(bǔ)償圖　雙比較器整形電路該設(shè)計(jì)有兩個(gè)超聲波探頭，一個(gè)用于接收超聲波信號(hào)，另一個(gè)用于發(fā)射超聲波信號(hào)，由于超聲波的衍射特性，在測(cè)量的距離很近時(shí)，會(huì)有一個(gè)盲區(qū)。數(shù)字電位器由單片機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)起來相對(duì)容易，增益效果能按照電路實(shí)際要求來做出調(diào)整。數(shù)字電位器的抽頭位置由實(shí)驗(yàn)獲得的與距離對(duì)應(yīng)的放大增益換算而成，并將此位置參數(shù)寫入程序存儲(chǔ)器中。時(shí)間增益補(bǔ)償電路原理圖如圖311所示:圖311 時(shí)間增益補(bǔ)償電路原理圖該電路中MAX5161芯片為一個(gè)數(shù)字電位器，有三十二級(jí)抽頭。根據(jù)以上系統(tǒng)要求，設(shè)計(jì)出如下電路。用這樣的方法就能夠辨別出近處的信號(hào)，盲區(qū)也就變小了。本設(shè)計(jì)加入了有時(shí)間增益處理作用的放大器，這樣一來，距離近的增益小，距離遠(yuǎn)的增益比較大。也就是說，近距離物體反射的回波幅度稍大，遠(yuǎn)距離物體反射的回波幅度略小。　時(shí)間增益補(bǔ)償（ＴＧＣ）電路超聲波的傳遞一段時(shí)間后的衰減特征，即在空中傳播時(shí)，聲波的強(qiáng)度會(huì)根據(jù)傳出的距離的變大而降低，這是由于多種因素造成。　回波接收及濾波放大電路由于超聲波在傳遞的過程中能量會(huì)衰減，因此，首先我們需要將接收探頭接收到的信號(hào)進(jìn)行一定的放大，該放大電路的核心元件為NE5532運(yùn)放器，這是一個(gè)性能較高而噪聲較低的雙運(yùn)放器，而且該器件占用的信號(hào)和電源的帶寬都不高，和大多數(shù)的普通運(yùn)放相比顯示出較高的性能。然后，為了使反射回來的超聲波更加穩(wěn)定，需要設(shè)計(jì)一個(gè)時(shí)間增益補(bǔ)償處理。其次是超聲波發(fā)射控制電路，采用軟件控制的方式，通過以上驅(qū)動(dòng)電路來使超聲波發(fā)射探頭發(fā)射超聲波?！“l(fā)射電路的設(shè)計(jì)超聲波的發(fā)射器利用主要是利用超聲波發(fā)射探頭的壓電晶體振動(dòng)從而帶動(dòng)周圍空氣振動(dòng)來工作。右邊電容是5V電源的濾波電容直流穩(wěn)壓電源的工作流程如圖38所示：t　電源電路的設(shè)計(jì)由于該系統(tǒng)需要用到5V的電源，為了保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行，設(shè)計(jì)如下電路，電路原理圖如圖37所示：圖37 電源電路原理圖該電路主要作用是通過將220V的交流電變?yōu)榉€(wěn)定的5V直流電，用于系統(tǒng)的供電。在XX2接時(shí)鐘電路，本設(shè)計(jì)中，由于測(cè)距系統(tǒng)需要采集超聲波發(fā)送和接收的時(shí)間差，需要計(jì)時(shí)，故選用12 MHz的晶振，這樣分頻后就是整數(shù)，能使計(jì)時(shí)更加精確?！。茫校漳K電路的設(shè)計(jì)CPU模塊主要用于控制各子電路的工作,電路原理圖如圖36所示：圖36 CPU模塊電路圖P0、（RXD）、（TXD）用于接串口通信電路，（INT0）、 （INT1）用于接雙比較整形電路的2路輸入信號(hào)。對(duì)于單線操作：漏極開路73VDD可選的VDD引腳。DS18B20是電子元器件中最早的一個(gè)支持“一跟總線”的有三個(gè)接口的測(cè)量和傳遞溫度的傳感器，該優(yōu)點(diǎn)可以靈活組建電路，而且更加經(jīng)濟(jì)，占用的體積更小。圖33 T/R4018A實(shí)物圖　溫度傳感器的選型本設(shè)計(jì)采用DS18B20單線數(shù)字溫度傳感器作為測(cè)量和向單片機(jī)輸入環(huán)境溫度數(shù)據(jù)的核心元件。其頻率特性為圖32所示： (a) 聲壓能級(jí)曲線 (b)靈敏度曲線圖32超聲波換能器頻率特性從圖中很容易看出，它的聲壓性能大約在40kHz時(shí)最優(yōu)，靈敏度也同樣。被發(fā)出的超聲波向空中各個(gè)方向不斷傳播，碰到物體后就立刻被反射回來。其中T為發(fā)出端，R為接收端，它們一般是在同一系統(tǒng)中共存。25%該超聲波換能器分為發(fā)出超聲波的部分和接收超聲波的部分，電磁的振蕩被發(fā)射端發(fā)出，接著轉(zhuǎn)換為超聲波然后發(fā)送到外界。P1口的第二功能如表31所示：表31 AT89C52 第二功能說明表引腳號(hào)第二功能T2（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2的外部計(jì)數(shù)輸入）、時(shí)鐘輸出T2EX（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2的捕捉/重載觸發(fā)信號(hào)和方向控制）續(xù)表31：引腳號(hào)第二功能RXD(串行輸入口)TXD(串行輸出口)INT0(外中斷0)INT1（外中斷1）T0 (定時(shí)/計(jì)數(shù)器0)T1(定時(shí)/計(jì)數(shù)器1)WR(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通)RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）實(shí)物圖片如圖31所示：圖31 AT89C52芯片實(shí)物圖　超聲波傳感器的選型本設(shè)計(jì)中選用的是型號(hào)為T/R4018A的壓電式換能器，具體參數(shù)如表32所示：表32 T/R4018A超聲波換能器相關(guān)參數(shù)型號(hào)中心頻率（kHz）發(fā)射聲壓最小電平（dB）接收最小靈敏度(dB)最小寬帶(kHz/dB)電容pF發(fā)射接收T/R4018A40177。特別地，P0口作為低八位地址/數(shù)據(jù)口時(shí)內(nèi)部沒有上拉電阻，使用時(shí)需要外接上拉電阻。AT89C52芯片擁有40個(gè)引腳，充足的32個(gè)可編程雙向I/O口，在該超聲波測(cè)距系統(tǒng)中，這樣多的雙向I/O口可以使所有需要的外設(shè)電路方便的與單片機(jī)連接起來，還有3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器。是一個(gè)八位的高性能CMOS芯片,片內(nèi)有8K Bytes ISP的只讀程序存儲(chǔ)器,該存儲(chǔ)器可以多次的寫入和刪除數(shù)據(jù),反復(fù)使用的次數(shù)高達(dá)一千次。此外，單片機(jī)還需要負(fù)責(zé)控制顯示電路，將測(cè)量出的距離的結(jié)果通過LED數(shù)碼管直觀的顯示出來。３　硬件設(shè)計(jì)　硬件的選型　主控單片機(jī)的選型本系統(tǒng)中，單片機(jī)主要用于控制超聲波的發(fā)射和接收，與此同時(shí)，還要進(jìn)行準(zhǔn)確的時(shí)間的記錄，也就是說需要在發(fā)送的同時(shí)啟動(dòng)計(jì)時(shí)器，并且在接收到回波的時(shí)候立刻停止計(jì)時(shí)并將時(shí)間長(zhǎng)度值返回，用于計(jì)算目標(biāo)距離。該測(cè)量結(jié)果由顯示電路輸出，該顯示模塊主要由74LS245鎖存器來驅(qū)動(dòng)4個(gè)LED數(shù)碼管，采用了動(dòng)態(tài)顯示的方法，占用的I/O資源更少，充分發(fā)揮了軟件作用。雙比較器設(shè)置了不同的閾值，A比較器用于測(cè)量遠(yuǎn)距離的信號(hào)，B比較器用于測(cè)量近距離的信號(hào)，因此不符合的信號(hào)會(huì)被完全屏蔽掉，系統(tǒng)的精度得到非常大的提升。其中一路信號(hào)經(jīng)過TGC時(shí)間增益補(bǔ)償電路經(jīng)行增益處理，然后再次放大，通過雙比較器整形電路的A比較器送入單片機(jī)。當(dāng)信號(hào)到達(dá)被測(cè)目標(biāo)后，立即被反射回來，而超聲波接收探頭將接收到的回波信號(hào)經(jīng)行適當(dāng)?shù)姆糯?。該測(cè)距的原理可簡(jiǎn)單的表示為圖22所示： 圖22 超聲波測(cè)距原理圖系統(tǒng)框圖如圖23所示：雙比較器整形電路圖23 系統(tǒng)框圖系統(tǒng)工作總流程說明：首先,系統(tǒng)初始化完成后，測(cè)溫電路開始工作，DS18B20芯片開始采集環(huán)境溫度并將最后采集到的數(shù)據(jù)送入單片機(jī)。具體來說就是，當(dāng)聲波發(fā)射出去后，一旦遇到阻擋物就會(huì)被反彈回來，我們知道，超聲波在空氣中相同溫度下是的速度是一個(gè)定值，所以距離的計(jì)算很簡(jiǎn)單了，只要得到發(fā)出和接收到的時(shí)間差值，和通過查詢表格就能算出距離。有一些特殊的材料在接受一定壓力是會(huì)在其內(nèi)部產(chǎn)生一個(gè)電場(chǎng)，這就是我們通常所說的壓電效應(yīng)，而能達(dá)到這種效應(yīng)的材料就是作為超聲波傳感器的核心部件。超聲波傳感器的種類多樣化，可分為壓電、電磁、磁滯、電動(dòng)等幾類?！〕暡〒Q能器簡(jiǎn)介超聲波傳感器，別名超聲波換能器，是超聲波測(cè)距系統(tǒng)里不可或缺的一個(gè)重要元件。通常，超聲波在空氣中的向各個(gè)方向傳的速度約為340 m/s 。?代表系數(shù)，單位是：奈培/cm。造成其減小的原因主要有波的發(fā)散、散射等。且有如下關(guān)系： （23）上式中a代表介質(zhì)常數(shù)，f代表振動(dòng)頻率。根據(jù)物理的反射、折射等定律可知，波的傳播遵守如圖21所示的規(guī)則。最后，也是最重要的一點(diǎn)，超聲波傳播的方向是直的，這就使得超聲波用于測(cè)距有了一個(gè)很好的基礎(chǔ)條件。其次，遇到障礙后一部分聲波會(huì)被反彈回來。聲波是一種傳遞了物體運(yùn)動(dòng)的能量，比如，桌子被拍打，桌面就會(huì)產(chǎn)生上下運(yùn)動(dòng)，從而傳播聲音。說道超聲波的命名來源，顧名思義，超過聲音的波，人類的聽力是無法接收如此高頻率的波的。超聲波的使用范圍也是很廣的，比如：測(cè)量，測(cè)量又分為速度的測(cè)量和距離的測(cè)量；各種需要?dú)缂?xì)菌的環(huán)境；超聲波的能量還可用于破碎物體，用于分割等。它具有很好的方向性，并且有著非同一般的穿透力。 ２　超聲波測(cè)距原理和方案　超聲波測(cè)距的基本理論　超聲波簡(jiǎn)介所謂超聲波，跟普通聲波的區(qū)別是頻率范圍不同。漸漸形成一個(gè)深入、實(shí)用、值得探討的專業(yè)