【正文】 語系統(tǒng)采用AT89S52的內(nèi)時鐘：12MHz；5. 言編寫程序，C語言相比匯編有許多的優(yōu)勢；編譯器使用Keil Version2進行程序編譯，Keil功能強大使用方便。對其中主要硬件單元：發(fā)射電路、接收電路、報警電路以及顯示電路的設(shè)計給出原理圖并進行了分析。圖38 發(fā)光二極管的驅(qū)動電路167。因此。167。蜂鳴器需要的驅(qū)動電流較大（50~100mA），所以這里的驅(qū)動電路以低電平有效，且外接三極管作為功率驅(qū)動器件，如圖36所示。167。 報警電路設(shè)計本設(shè)計采用蜂鳴器以及發(fā)光二極管作為報警器件。動態(tài)掃描顯示時刷新頻率最好大于50HZ，即沒顯示一輪的時間不超過20ms，每個數(shù)碼管顯示時間不能太長也不能太短，時間太長會影響刷新率，導(dǎo)致總體顯示呈現(xiàn)閃爍的現(xiàn)象，時間太短發(fā)光二極管的電流導(dǎo)通時間也就短，會影響總體的顯示亮度。所謂動態(tài)掃描顯示即輪流向各位數(shù)碼管送出字形碼和相應(yīng)的位選，只要掃描顯示速度夠快，利用發(fā)光管的余輝和人眼視覺暫留作用，使人的感覺好像各位數(shù)碼管同時都在顯示。動態(tài)顯示的特點是將所有位數(shù)碼管的段選線并聯(lián)在一起，由位選線控制是哪一位數(shù)碼管有效。本系統(tǒng)采用動態(tài)顯示。缺點是需要的硬件電路較多(每一個數(shù)碼管都需要一個鎖存器)，同時由于所有數(shù)碼管都處于被點亮狀態(tài)，所以需要的電流很大，當數(shù)碼管的數(shù)量增多時，對電源的要求也就隨之增高。當數(shù)碼管處于靜態(tài)顯示方式時，所有位選線(數(shù)碼管的公共端)連接在一起，而各個數(shù)碼管的段選線(數(shù)碼管上各筆段的引出線)是相互分離的。靜態(tài)顯示就是當顯示某一個字符時，相應(yīng)的發(fā)光二極管恒定地導(dǎo)通或截止。數(shù)碼管有微功耗、體積小、超薄輕巧、使用方便等諸多優(yōu)點。 LED數(shù)碼管的顯示本設(shè)計顯示部分采用三位共陰極數(shù)碼管顯示所測距離值。同理，根據(jù)組成0～9這10個字形的要求可以列出8421BCD七段譯碼器的真值表，共陽極的是低電平有效，共陰極的反之，共陽極數(shù)碼管的真值表如表31所示。(共陽極) （共陰極）圖35 數(shù)碼管引腳圖當輸入BCD碼(以A、B、C、D表示)，輸出是數(shù)碼管各段的驅(qū)動信號(以Fa～Fg表示)，也稱4—7譯碼器。共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極COM接到地線GND上，當某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時，相應(yīng)字段就點亮。當某一字段的陰極為高電平時，相應(yīng)字段就不亮。共陽數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極(COM)的數(shù)碼管。數(shù)碼管是一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個發(fā)光二極管單元（多一個小數(shù)點顯示）。每個數(shù)碼管可顯示0～9十個數(shù)字，數(shù)碼管（）每段發(fā)光二極管的正向壓降，隨顯示光的顏色不同略有差別，通常約為2～～10mA。顯示譯碼器的輸出級的電路結(jié)構(gòu)形式與所選用顯示器的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)相匹配，否則不僅不能正常工作，甚至?xí)?dǎo)致器件損壞。它既可以用半導(dǎo)體三極管驅(qū)動，也可以直接用TTL與非門驅(qū)動。2. 半導(dǎo)體顯示器某些特殊的半導(dǎo)體材料，例如用磷砷化鎵作成的PN結(jié)，當加正向電壓時，可以將電能轉(zhuǎn)化成光能，從而發(fā)出清晰悅目的光線。液晶是一種介于晶體和液體之間的有機化合物，常溫下既有液體的流動性和連續(xù)性，又有晶體的某些光學(xué)特性。167。液晶屏。 顯示電路設(shè)計顯示器是一個典型的輸出設(shè)備，而且其應(yīng)用是極為廣泛的，幾乎所有的電子產(chǎn)品都要使用顯示器，其差別僅在于顯示器的結(jié)構(gòu)類型不同而己。根據(jù)本設(shè)計系統(tǒng)需要，接收傳感器輸出電壓很小(數(shù)十毫伏)，故分別?。?；，即放大電路將輸入信號放大200倍。 (35)利用反相比例放大器可實現(xiàn)對交直流輸入信號的放大，且電路結(jié)構(gòu)簡單，只需要調(diào)節(jié)和阻值即可實現(xiàn)調(diào)節(jié)電壓放大倍數(shù)。 (34)上式表明，輸出電壓與輸入電壓成比例運算關(guān)系，式中的負號表示與反相。，即凈輸入電流I0，如把它理想化，則有，但不是斷開，故常稱為虛斷。由電路的基本知識有如下公式。圖34 超聲波接收電路框圖電路如圖33所示，考慮到超聲換能器的輸出電阻比較大(一般數(shù)百兆歐姆以上)，因此前置放大器必須有足夠大的輸入阻抗(Input Impedance))；同時，換能器的輸出電壓很小(數(shù)十毫伏)，這就要求前置放大電路有很高的精度、很小的輸入偏置電壓 (Input Offset Voltage)。所以需要一個前置放大電路將這一微小交變電壓信號充分放大，同時考慮可能出現(xiàn)干擾信號，放大有用信號的同時加入濾波電路，驅(qū)動后面的比較器輸出電位跳變，作為確定接收到的時刻。 超聲波的接收電路設(shè)計接收換能器晶片接收到超聲波垂直作用后，因諧振而形成逐步加強的機械振動。為了增加所測量的覆蓋范圍、減小測量誤差，可采用多個超聲波換能器分別作為多路超聲波發(fā)射／接收的設(shè)計方法。，因而不可避免地存在發(fā)射和反射之間的夾角，其大小為2，當很小的時候，可直接按式進行距離的計算；當夾角很大的時候，必須進行距離的修正，修正的公式為： (31) 實際的調(diào)試過程中，要十分注意發(fā)射和接收探頭在電路板上的安裝位置，這是因為每一種超聲波發(fā)射、接收頭都有一個有效測量夾角，這里用到的發(fā)射、接收頭有效測量夾角為45176。穩(wěn)定準確的超聲波傳播速度是保證測量精度的必要條件，波的傳播速度取決于傳播媒質(zhì)的特性。，所以實際測量時，不一定是第一個回波的過零點觸發(fā)。存在4個因素限制了該系統(tǒng)的最大可測距離：超聲波的幅度、反射的質(zhì)地、反射回波和入射聲波之間的夾角以及接收換能器的靈敏度。 超聲波發(fā)射器的注意事項超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射超聲波的同時開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物反射后立即返回來，超聲波接收器收到反射波就立即停止計時。另外考慮實際發(fā)射傳感器的最大輸入電壓為20Vpp，以及單片機正常工作輸出最大電壓5V，傳感器發(fā)射信號的功率直接決定發(fā)射探頭發(fā)出超聲信號的遠近，所以考慮電壓的同時應(yīng)該考慮如何提高其功率，才能使得發(fā)射電路更合理。本系統(tǒng)采用間斷多脈沖發(fā)射，系統(tǒng)自動識別被測距離遠近，設(shè)置發(fā)射脈沖個數(shù)。間斷地激發(fā)換能器晶片振動。通常發(fā)射電路按發(fā)射方式分為：單脈沖發(fā)射、多脈沖發(fā)射和連續(xù)發(fā)射。由于超聲波是換能器壓電晶片振動時推動附近的空氣發(fā)出的疏密波，其“波形”應(yīng)與晶片振動規(guī)律相同。 發(fā)射電路輸出波形分析為獲得高分辨力，發(fā)射電路設(shè)計應(yīng)保證發(fā)射的超聲波波形有良好的重復(fù)性；此外，所發(fā)射的超聲波應(yīng)盡量單純，即發(fā)射波的各個振動應(yīng)近似為同一頻率的振動，以便接收時可采用帶通濾波器消除干擾和每次都接收到同一個振動波峰。由此通過發(fā)射信號到收到的回響信號時間間隔可以計算得到距離。一旦檢測到有回波信號則輸出回響信號。40 kHz左右的方波脈沖信號的產(chǎn)生通常有兩種方法：采用硬件如由555振蕩產(chǎn)生或軟件如單片機軟件編程輸出，本系統(tǒng)采用后者。圖 32 單片機最小系統(tǒng)電路圖引腳功能： 為超聲波發(fā)射端口； 為超聲波測試端口（用 LED 顯示時候有回波）； 為超聲波回波接受端口； 位蜂鳴器報警端口； 為發(fā)光二極管報警端口；P0 為LCD顯示端口； 為顯示位控制端口；167。 單片機最小系統(tǒng)一個單片機最小系統(tǒng)需要一個電鍵、一個 10uF 電容、一個 10k 電阻組成復(fù)位電路；兩個 30pF 電容和一個 12Mhz 的晶振組成時鐘電路?，F(xiàn)代社會中嵌入式系統(tǒng)無處不在，早已被應(yīng)用在國防、國民經(jīng)濟、以及人們?nèi)粘Ｉ畹母鱾€領(lǐng)域。嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用可以使傳統(tǒng)的電子系統(tǒng)升級成為智能化的電子產(chǎn)品，使其成為具有“生命”的現(xiàn)代化智能系統(tǒng)。從此，計算機技術(shù)在兩個重要領(lǐng)域——通用計算機領(lǐng)域和嵌入式計算機領(lǐng)域都得到了極其重要的發(fā)展,并正在深深地改變著我們的社會。 單片機應(yīng)用系統(tǒng)概述單片機是一個單芯片形態(tài)、面向控制對象的嵌入式應(yīng)用計算機系統(tǒng)。超聲波自動測距系統(tǒng)原理框圖如圖31所示。同時單片機控制器內(nèi)部T0計數(shù)器開始記數(shù)。其設(shè)計方案如下所示： 的高電平測距觸發(fā)信號；模塊自動發(fā)送8個40khz的方波，自動檢測是否有信號返回。 超聲波測距系統(tǒng)的整體設(shè)計方案本設(shè)計主要是以單片機為核心利用超聲波自動測距的系統(tǒng)。選用HCSR04超聲波測距模塊，其價格比較實惠，程序控制簡單具有較高的實用性。因此，其測量距離在2m之內(nèi)，可以選用200181。167。從距離上說，根據(jù)盲區(qū)時間和聲速，就可以求得盲區(qū)距離。另外，從圖中a點以后，接收信號才比發(fā)射信號大，但還將與發(fā)射信號相迭加，難以分辨。為保證一定的信噪比，接收信號幅值需達到規(guī)定的閾值Vm，亦即接收信號的幅值必須大于這一閾值才能使接受放大器有輸入信號。當反射面離探頭愈來愈遠，接收和發(fā)射信號相隔時間愈來愈長，其幅值也愈來愈小。由于發(fā)射聲脈沖自身有一定的寬度，加上放大器有阻塞問題，在靠近發(fā)射脈沖一段時間范圍內(nèi)，所要求發(fā)現(xiàn)的缺陷往往不能被發(fā)現(xiàn)，這段距離，稱為盲區(qū)，具體分析如下： 圖28傳感器回波測距原理分析圖如圖所示，當發(fā)射超聲波時，發(fā)射信號雖然只維持一個極短時間，但停止施加發(fā)射信號后，探頭上還存在一定余振(由于機械慣性作用)。不同的檢測儀阻塞程度不一樣。 測量盲區(qū)在以傳感器脈沖反射方式工作的情況下，電壓很高的發(fā)射電脈沖在激勵傳感器的同時也進入接收部分。此時，從接收回波信號幅度和測量盲區(qū)兩個方面來衡量比較適中，并且接收準確響應(yīng)速度快。s(8個40KHz方波脈沖)發(fā)射脈沖寬度；長距離(2m外)發(fā)射800181。s(32個40KHz方波脈沖)的發(fā)射脈沖寬度，作為發(fā)射信號后的接收信號。s(4個40KHz方波脈沖)，200181。在具體設(shè)計中，比較了25181。減小發(fā)射脈沖寬度，可以提高測量精度，減小測量盲區(qū)，但同時也減小了發(fā)射能量，對接收回波不利。167。表22 聲速與溫度的關(guān)系表溫度（攝氏度）－30－20－100102030100聲速（米／秒）313319325323338344349386在使用時，如果溫度變化不大，則可認為聲速c是基本不變的，計算時取c為340m/s。如果環(huán)境溫度變化顯著，必須考慮溫度補償問題。這樣可以求出距離：S=C(T2T1)/2。其原理是利用超聲波的發(fā)射和接受,根據(jù)超聲波傳播的時間來計算出傳播距離。 超聲波測距原理超聲波測距的方法有多種：如往返時間檢測法、相位檢測法、聲波幅值檢測法。公式：uS/58=厘米或者uS/148=英寸；或是距離=高電平時間聲速（340M/S）/2；建議測量周期為60ms 以上，以防止發(fā)射信號對回響信號的影響。回響信號的脈沖寬度與所測的距離成正比。3. 電氣參數(shù)表21 HCSR04超聲波測距模塊的電氣參數(shù)電氣參數(shù)HCSR04超聲波模塊工作電壓DC 5 V工作電流15mA工作頻率40kHz最遠射程4m最近射程2cm測量角度15度輸入觸發(fā)信號10uS 的TTL 脈沖輸出回響信號輸出TTL 電平信號，與射程成比例規(guī)格尺寸452015mm圖26 HCSR04超聲波測距模塊的時序圖以上時序圖表明你只需要提供一個10uS 以上脈沖觸發(fā)信號，該模塊內(nèi)部將發(fā)出8 個40kHz 周期電平并檢測回波。測試距離=(高電平時間聲速(340M/S))/2。（2）模塊自動發(fā)送8個40khz 的方波，自動檢測是否有信號返回。 HCSR04超聲波測距模塊的簡介HCSR04超聲波測距模塊可提供2cm400cm的非接觸式距離感測功能，測距精度可達高到3mm；模塊包括超聲波發(fā)射器、接收器與控制電路。本文中選用的探頭是40KHz的收發(fā)分體式HCSR04超聲波測距模塊。在超聲波測量系統(tǒng)中，頻率取得太低，外界的雜音干擾較多。其中收發(fā)一體式就是發(fā)送器和接受器為一體的傳感器，即可發(fā)送超聲波，又可接受超聲波。超聲波傳感器分通用型、寬頻帶型、耐高溫型、密封放水型等多種產(chǎn)品。本文設(shè)計主要用于倒車雷達等方面的應(yīng)用, 故選擇頻率高的傳感器。超聲波傳感器是一種采用壓電效應(yīng)的傳感器,常用的材料是壓電陶瓷。167。金屬板的中心有圓錐形振子，發(fā)送超聲波時，圓錐形振子有較強的方向性，因而能高效率地發(fā)送超聲波。雙晶振子為正方形，正方形的左右兩邊由圓弧形凸起部分支撐著。超聲波傳感器采用雙晶振子，即把雙壓電陶瓷片以相反極化方向粘在一起，在長度方向上，一片伸長另一片就縮短。這樣，超聲傳感器才有較高的靈敏度。壓電陶瓷晶片有一個固定的諧振頻率，即中心頻率?o。 圖23雙壓電晶片示意圖雙壓電晶片如圖23所示，當在AB間施加交流電壓時，若A片的電場方向與極化方向相同，則下面的方向相反，因此，上下一伸一縮，形成超聲波振動。也就是說，在壓電陶瓷晶片上加有頻率為兒交流電壓，它就會產(chǎn)生同頻率的機械振動，這種機械振動推動空氣等媒介，便會發(fā)出超聲波。這種超聲傳感器需要的壓電材料較少，價格低廉，且非常適用于氣體和液體介質(zhì)中。前者用于超聲波的發(fā)射，后者即為超聲波的接收。傳感器的主要組成部分是壓電晶片，當壓電晶片發(fā)射電脈沖激勵后產(chǎn)生振動，即可發(fā)射聲脈沖，是逆壓電效應(yīng)。所以，只要對這種材料加以交變電場，它就會產(chǎn)生交變的應(yīng)變，從而產(chǎn)生超聲振動。其具有下列的特性:把這種材料置于電場之中，它就產(chǎn)生一定的應(yīng)變。壓電材料分為晶體和壓電陶瓷兩類。壓電傳感器屬于超聲傳感器中電聲型的一種。流體動力型中包括有氣體與液體兩種類型的哨笛。目前常用的超聲傳感器有兩大類，即電聲型與流體動力型。超聲波為直線傳播方式，頻率越高，繞射能力越弱，但反射能力越強，為此，利用超聲波的這種性質(zhì)就可制成超聲波傳感器。在超聲波電路中，發(fā)射端輸出一系列脈沖方波，脈沖寬度越大，輸出的個數(shù)越多，能量越大，所能測的距離也越遠。當它的兩極外加脈沖信號，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時，壓電晶片將會發(fā)生共振，并帶動共振板振動，產(chǎn)生超聲波。它實際上是一種換能器，在發(fā)射端它把超聲波換能器，它是利用壓電晶體的諧振來工作的。 超聲波傳感器的結(jié)構(gòu)超聲波傳感器分機械方式和電氣方式兩類本。超聲波傳感器結(jié)構(gòu)如圖21和22所示。當它的兩極外加脈沖信號，