【正文】 的外圍器件，就可以構(gòu)成一個(gè)完整的聲音錄放系統(tǒng)，片內(nèi)集成了晶體震蕩器、麥克前置放大器、自動(dòng)增益控制等, 只要很少的外圍器件, 就可以構(gòu)成一個(gè)完整的聲音錄放系統(tǒng)。圖319 LCM12864H內(nèi)部結(jié)構(gòu) LCM12864H與單片機(jī)接口電路LCM12864H與單片機(jī)的鏈接示意圖如圖320所示。其外圍接口只有9個(gè)引腳，引腳說明如表34。 結(jié)構(gòu)上，LCM模塊由接口、控制、輸出三部分組成。LCM模塊的特點(diǎn)表現(xiàn)為：1)具有簡(jiǎn)捷的MPU接口。根據(jù)上面的介紹，LCM屬于MPU的I／O接口設(shè)備，既受控于MPU，同時(shí)又操縱著LCD，以實(shí)現(xiàn)各種顯示功能。LCD工作時(shí)，需要相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)、控制電路，由于其電路連接方式基本固定而且LCD本身引腳較多，所以制造商通常將LCD和驅(qū)動(dòng)、控制電路做在一塊印制板上，即我們常見的液晶顯示模塊LCM(Liquid Crystal Module)。而點(diǎn)陣式LCD可以顯示各種各樣的字符、圖形、曲線及漢字，可以實(shí)現(xiàn)屏幕上下左右滾動(dòng)、動(dòng)畫、分區(qū)開窗口、反轉(zhuǎn)、閃爍等功能，而且點(diǎn)陣液顯示模塊具有可編程能力，與單片機(jī)接口方便。液晶顯示器按其功能可分為三類：段位式LCD、字符式LCD和點(diǎn)陣式 LCD。 LCD顯示電路現(xiàn)代智能化的儀器少不了顯示部分，常用的顯示部分有兩種LED數(shù)碼管顯示和LCD液晶顯示，而本系統(tǒng)采用的是液晶顯示，液晶顯示模塊采用的是LCM12864H。由外部電源供電實(shí)現(xiàn)的測(cè)溫系統(tǒng)中 ,主機(jī)在發(fā)出跳過 ROM命令之后,再發(fā)出統(tǒng)一的溫度轉(zhuǎn)換啟動(dòng)碼,就可以實(shí)現(xiàn)所有DS1820 的統(tǒng)一轉(zhuǎn)換,再經(jīng)過1s 后就可以用很少的時(shí)間去讀取 ,節(jié)省了時(shí)間 ,這是外部電源供電的優(yōu)點(diǎn)。采用寄生電源供電時(shí),總線發(fā)出“啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換”命令之后 ,DQ引腳必須置高,不得傳輸數(shù)據(jù),且不能同時(shí)進(jìn)行溫度變換,所以省時(shí)效應(yīng)不明顯 ,且多用一個(gè)接口引腳。讀位子程序(讀得的位到C中) 圖317 讀時(shí)序 DS18B20與單片機(jī)接口電路DS18B20與單片機(jī)有兩種接口方案，如圖318所示。圖316 寫0寫1時(shí)序(3) 讀時(shí)間隙 主機(jī)總線to時(shí)刻從高拉至低電平時(shí)，總線只須保持低電平，l 7ts之后在t1時(shí)刻將總線拉高產(chǎn)生讀時(shí)間隙，在t1時(shí)刻后t2時(shí)刻前有效t2距to為15 us也就是說在t2時(shí)刻前主機(jī)必須完成讀位并在to后的60us—120us內(nèi)釋放總線 。 圖315初始化程序(2) 寫時(shí)間隙 當(dāng)主機(jī)總線to時(shí)刻從高拉至低電平時(shí)就產(chǎn)生寫時(shí)間隙見從to時(shí)刻開始15us之內(nèi)應(yīng)將所需寫的位送到總線上，DSl820在to后1560us間對(duì)總線采樣，若低電平寫入位，那么高電平寫入的位從1連續(xù)寫2位間的間隙應(yīng)大于1us 。圖314 DS18B20測(cè)溫原理圖 DSl8B20工作過程及時(shí)序DSl8B20工作過程中的協(xié)議如下 初始化ROM操作命令存儲(chǔ)器操作命令處理數(shù)據(jù) 初始化 單總線上的所有處理均從初始化開始 ROM操作指令 總線主機(jī)檢測(cè)到DSl820的存在便可以發(fā)出ROM操作命令之一存儲(chǔ)器操作命令 指令代碼 Write Scratchpad(寫暫存存儲(chǔ)器) [4EH] Read Scratchpad(讀暫存存儲(chǔ)器) [BEH] Copy Scratchpad(復(fù)制暫存存儲(chǔ)器) [48H] Convert Temperature(溫度變換) [44H] Recall EPROM(重新調(diào)出) [B8H] Read Power supply(讀電源) [B4H] 時(shí) 序 主機(jī)使用時(shí)間隙(time slots)來讀寫DSl8B20的數(shù)據(jù)位和寫命令字的位 (1) 初始化 主機(jī)總線在to時(shí)刻發(fā)送一復(fù)位脈沖(最短為480us的低電平信號(hào))接著在tl時(shí)刻釋放總線并進(jìn)入接收狀態(tài)DSl820在檢測(cè)到總線的上升沿之后等待1560us接著DS18B20在t2時(shí)刻發(fā)出存在脈沖(低電平持續(xù)60240 us)如圖315中虛線所示 。計(jì)數(shù)器被預(yù)置為與 55℃對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值 ,如果計(jì)數(shù)器在高溫系數(shù)振蕩器輸出的門周期結(jié)束前計(jì)數(shù)到零 ,表示測(cè)量的溫度高于 55 ℃,被預(yù)置在 55℃的溫度寄存器的值就增加一個(gè)增量 ,同時(shí)為了補(bǔ)償溫度振蕩器的拋物線特性 ,計(jì)數(shù)器被斜率累加器所決定的值進(jìn)行預(yù)置 ,時(shí)鐘再次使計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)直至零 ,如果開通時(shí)間仍未結(jié)束 ,那么重復(fù)此過程 ,直到高溫度系數(shù)振蕩器的門周期結(jié)束為止。表33 DS18B20高速暫存器分布暫存器內(nèi)容字節(jié)地址溫度最高數(shù)字位0溫度最低數(shù)字位1高溫限值2低溫限值3配置寄存器4保留5計(jì)數(shù)剩余值6每度計(jì)數(shù)值7CRC校驗(yàn)8DS18B20的測(cè)溫原理如圖314所示。高速暫存器是一個(gè)9字節(jié)的存儲(chǔ)器，如表33所列。RR0決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)R1R0=00，9位精度，；R1R0=01，10位精度，；R1R0=10，11位精度，最大轉(zhuǎn)換時(shí)間375ms；R1R0=11，12位精度，最大轉(zhuǎn)換時(shí)間750ms；未編程時(shí)默認(rèn)為12位精度。高低溫報(bào)警觸發(fā)器TH 和 TL、配置寄存器均由一個(gè)字節(jié)的 EEPROM 組成，使用一個(gè)存儲(chǔ)器功能命令可對(duì)TH、TL或配置寄存器寫入。因此，可用多只DS18B20同時(shí)測(cè)量溫度并進(jìn)行告警探索搜索。表32 溫度值對(duì)照表溫度數(shù)字輸出量（二進(jìn)制）數(shù)字輸出量（十六進(jìn)制）+125℃0000 0111 1101 000007D0+℃0000 0001 1001 00010191+℃0000 0000 1010 001000A2+℃0000 0000 0000 100000080℃0000 0000 0000 00000000℃1111 1111 1111 1000FFF8℃1111 1111 0101 1110FF5E℃1111 1110 0110 1111FF6F55℃1111 1100 1001 0000FC90DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換后，就把測(cè)得的溫度值與TH、TL（TH和TL分別為最高和最低檢測(cè)溫度）作比較。光刻 ROM 的作用是使每一個(gè)DS18B20都各不相同，這樣就可以實(shí)現(xiàn)一根總線上掛接多個(gè)DS18B20的目的。圖313 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖激光ROM中的64位序列號(hào)是出廠前被光刻好的，它可以看作是該DS18B20的地址序列碼。圖312 DS18B20的管腳排列DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖313所示。DS18B20采用3腳PR235封裝或8腳SOIC封裝,管腳排列如圖312所示。(7) 支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能, 多個(gè)DS18B20 可以并聯(lián)在惟一的三線上, 實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫。(5) 通過編程可實(shí)現(xiàn)9～ 12 位的數(shù)字讀數(shù)方式。(4) 測(cè)溫范圍: 55～ + 125 ℃。(2) 在使用中不需要任何外圍元件。它在測(cè)溫精度、轉(zhuǎn)換時(shí)間、傳輸距離、分辨率等方面較DS18B20有了很大的改進(jìn)，給用戶帶來了更方便的使用和更令人滿意的效果。 內(nèi)完成9 位和12 位的數(shù)字量，而且從DS18B20 讀出的信息或?qū)懭隓S18B20的信息僅需要一根口線（單線接口）讀寫，溫度變換功率來源于數(shù)據(jù)總線，總線本身也可以向所掛接的DS18B20供電，而無需額外電源。圖311 溫度補(bǔ)償電路DS18B20 是美國DALLAS 半導(dǎo)體公司繼DS1820 之后最新推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器。本文采用的溫度傳感器是一線制數(shù)字集成溫度傳感器DS18B20。表31給出了6N136的主要性能參數(shù)。圖310所示為6N136的管腳和內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。其作用是能夠?qū)纹瑱C(jī)發(fā)出的40KHz脈沖波進(jìn)行隔離并放大，使之能夠傳輸?shù)捷^遠(yuǎn)的距離，采用的光耦是6N136。主機(jī)部分放置在地面工作的地方，測(cè)量部分則安裝在車尾和車的側(cè)邊。圖39 鎖相環(huán)電路本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想是把本系統(tǒng)設(shè)計(jì)成兩大部分，一部分是主機(jī)部分，由單片機(jī)電路和按鍵顯示部分組成。鎖相環(huán)電路如圖39所示，鎖相環(huán)電路的作用是經(jīng)過放大后的接收信號(hào)從3腳輸入鎖相環(huán)電路，當(dāng)該信號(hào)為40KHz，即確定為接收到的回波信號(hào)，在8腳上將輸出低電平。在輸入信號(hào)幅度小于200mV時(shí)，可用公式（32）計(jì)算，當(dāng)輸入信號(hào)幅度大于200mV之后，帶寬不會(huì)再增加。鎖相環(huán)路輸出信號(hào)由電壓控制振蕩器VCO產(chǎn)生，電壓控制振蕩器的自由振蕩頻率(即無外加控制電壓時(shí)的振蕩頻率)與外接定時(shí)元件Rt、Ct的關(guān)系式為：Fo≈1/*Ct （31）圖38 LM567內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，工作頻率可達(dá)500KHz，靜態(tài)工作電流僅8mA，第3腳是信號(hào)輸入腳，要求輸入信號(hào)大于25mA，第8腳是邏輯輸出腳，允許最大灌電流為100mA，第6腳外接的電阻、電容決定了IC內(nèi)部壓控振蕩的中心頻率。LM567內(nèi)部包含了兩個(gè)鑒相器PD1及PD放大器AMP、電壓控制振蕩器VCO等單元電路。如電力線載波通信、對(duì)講機(jī)亞音頻譯碼、遙控等。LM567是一個(gè)高穩(wěn)定性的低頻集成鎖相環(huán)路解碼器．由于其良好的噪聲抑制能力和中心頻率穩(wěn)定性而被廣泛應(yīng)用于各種通信設(shè)備中的解碼以及AM、FM信號(hào)的解調(diào)電路中。 LM567及鎖相環(huán)電路本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)方案中，在放大電路后面還加入了鎖相環(huán)電路，集成鎖相環(huán)路解碼器LM567是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的56系列集成鎖相環(huán)路中的一種。3～177。圖37 超聲波接收驅(qū)動(dòng)電路圖NE5532是高性能低噪聲運(yùn)放，與很多標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)放相似，它具有較好的低噪聲性能，優(yōu)良的輸出驅(qū)動(dòng)能力及相當(dāng)高的小信號(hào)放大性能與電源帶寬，高信號(hào)響應(yīng)速率，還具有輸入保護(hù)二極管和輸出短路保護(hù)。鎖相環(huán)電路再根據(jù)放大后的信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，若檢測(cè)到的信號(hào)為超聲波反射回來產(chǎn)生的信號(hào)，就會(huì)產(chǎn)生脈沖信號(hào)，送入計(jì)數(shù)控制電路部分。接收部分主要由超聲波接收傳感器、放大電路、鎖相環(huán)電路等環(huán)節(jié)組成，如圖37所示。圖36 整體超聲波發(fā)射驅(qū)動(dòng)電路圖接收電路中，超聲波傳感器將接收到的超聲波能量轉(zhuǎn)換成電能，但其電能非常弱小。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)證明，該驅(qū)動(dòng)電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，符合設(shè)計(jì)要求。而本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求是電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所以不予采用。(a) (b) (c)(d)圖35 發(fā)射驅(qū)動(dòng)電路圖其中圖35（a）、（c）所示電路所用元件較少，結(jié)構(gòu)也較簡(jiǎn)單，但是它們的驅(qū)動(dòng)能力有限，不能使超聲波傳感器發(fā)出較大的超聲波能量，只適用測(cè)量范圍較小的場(chǎng)合使用。因此為了加大超聲波的測(cè)量范圍，驅(qū)動(dòng)電路需要較大的驅(qū)動(dòng)能力。超聲波反射回后，能量會(huì)減弱，在距離較遠(yuǎn)的情況下會(huì)減小的更弱。不同型號(hào)單片機(jī)的存儲(chǔ)器容量和外圍模塊各不相同，使用者可以根據(jù)需要具體選擇適應(yīng)工業(yè)級(jí)應(yīng)用環(huán)境。MSP430的16位定時(shí)器中斷可用于事件計(jì)數(shù)，時(shí)序發(fā)生，PWM 等；是應(yīng)用于工業(yè)控制的理想配置。MSP430 產(chǎn)品系列可以提供多種存儲(chǔ)器容量組合的選擇，從14位模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)到液晶顯示器(LCD) 驅(qū)動(dòng)電路的混合信號(hào)外設(shè)，可根據(jù)需要進(jìn)行選擇，簡(jiǎn)化了各類應(yīng)用的電路設(shè)計(jì)。(9) ESD保護(hù)： 抗干擾力強(qiáng)。(7)強(qiáng)大的中斷功能。(5)低時(shí)鐘頻率可實(shí)現(xiàn)高速通信。(3)低電壓供電、寬工作電壓范圍：～。 MSP430特點(diǎn)有：(1)功耗低,典型功耗是:，活動(dòng)模式為200uA ，且具有5種節(jié)能工作方式。MSP430不同系列產(chǎn)品所包含外圍模塊的種類及數(shù)目可能不同。其中MSP430各系列單片機(jī)的程序存儲(chǔ)器有ROM、OTP、EPROM和FLASH型。有程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。這樣可以提高指令執(zhí)行速度和效率，增強(qiáng)了MSP430的實(shí)時(shí)處理能力。其外部引腳圖如圖34，主要功能部件有CPU：MSP430系列單片機(jī)的CPU和通用微處理器基本相同，只是在設(shè)計(jì)上采用了面向控制的結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)。在單片機(jī)的選擇中，本系統(tǒng)選用的是MSP430147單片機(jī)，它較傳統(tǒng)使用的51單片機(jī)的最大優(yōu)點(diǎn)是高速低功耗，性能有極大的提高，開發(fā)成本低，下面就MSP430單片機(jī)進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。而產(chǎn)生40KHz信號(hào)的方法有多種，如使用LC振蕩電路、555時(shí)鐘電路、單片機(jī)發(fā)生等等。 圖33 復(fù)位電路 超聲波傳感器發(fā)出超聲波，需要40KHz的激勵(lì)信號(hào)源。為了簡(jiǎn)化電路，本系統(tǒng)采用的是電源管理芯片LD1117，輸出為+，如圖32所示。但要獲得+，還需要進(jìn)行電源的設(shè)計(jì)。為了減少設(shè)計(jì)任務(wù)，本文選用的是獨(dú)立的開關(guān)電源模塊，能夠輸出177。12V，光耦6N136及集成鎖相環(huán)路解碼器LM567使用的是+5V的電源，聲音提示芯片ISD4004使用的是+3V的電源，而單片機(jī)MSP430F147和LCD模塊LCM12864H使用的是+。12V，+5V，++3V。超聲波接收部分則負(fù)責(zé)對(duì)超聲波接收傳感器產(chǎn)生的電信號(hào)進(jìn)行濾波放大，經(jīng)過檢波電路，產(chǎn)生接收中斷信號(hào)，使單片機(jī)能夠計(jì)算出超聲波發(fā)射到接收所消耗的時(shí)間。LCD部分用來顯示測(cè)量的結(jié)果，即可以顯示出距離。單片機(jī)控制部分用來產(chǎn)生40kHz的方波，并測(cè)量出超聲波從發(fā)射到接收所傳播的時(shí)間，驅(qū)動(dòng)液晶顯示模塊，采集溫度測(cè)量部分的溫度信息以及進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理。第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)超聲波倒車?yán)走_(dá)測(cè)量系統(tǒng)框圖如圖31。由(24)可知:聲速與熱力學(xué)溫度的平方根成正比, 溫度越高聲速越大。 圖24超聲波測(cè)距原理圖傳感器發(fā)出40KHz 超聲波, 但并不是單獨(dú)發(fā)射一個(gè)脈沖,而是一串的幾個(gè)脈沖, 并對(duì)測(cè)量邏輯電路提供一個(gè)短脈沖，開始計(jì)時(shí),超聲波接收器接收到遇到障礙而返回的脈沖串前端, 同樣也對(duì)測(cè)量邏輯電路提供一個(gè)短脈沖,計(jì)時(shí)結(jié)束,這就得到了超聲波運(yùn)行時(shí)間間隔t(s), 結(jié)合空氣中超聲波傳播速度v(m/s