【正文】 電源電路中主要元件的選擇 1）三端穩(wěn)壓集成電路的選擇 電子產(chǎn)品中，常見的三端穩(wěn)壓集成電路有正電壓輸出的 lm78 系列和負(fù)電壓輸出的 lm79系列。 因?yàn)槿斯潭煞€(wěn)壓電路的使用方便，電子制作中經(jīng)常采用。該系列集成穩(wěn)壓IC 型號中的 lm78 或 lm79 后面的數(shù)字代表該三端集成穩(wěn)壓電路的輸出電壓，如 lm7806表示輸出電壓為正 6V， lm7909 表示輸出電壓為負(fù) 9V。當(dāng)穩(wěn)壓管溫度過高時，穩(wěn)壓性能將變差，甚至損壞。另外在輸出電流上留有一定的余量，以避免個別集成穩(wěn)壓電路失效時導(dǎo)致其他電路的連鎖燒毀。 20xx 年 11 月 28 日更正： 7805 引腳正確的順序： 1 腳接輸入， 2 腳接地， 3 腳接輸出。在本直流穩(wěn)壓電源中，我們將 220V 的交流電壓變換為 5V。其具體如下表 參數(shù)如下： 表 變壓器參數(shù) 外形結(jié)構(gòu) 立式效率 (η) 電壓比 220V:22V 電源相數(shù) 單相 鐵心形狀 E 型 加工定制 是 冷卻形式 液 /油浸式 頻率特性 低頻 應(yīng)用范圍 電力 防潮 方式 開放式 鐵心形式 殼式 額定功率 50（ KVA） 冷卻方式 油浸風(fēng)冷式 型號 220V/22V 變壓器繞組形式 雙繞組 品牌 220V/22V 變壓器 3）橋式整流器的選擇 整流二極管的選擇 因 Id= 1/2IL Vrm= 故 Idmax= 1/2 = Vrm= （ 1+5%） ≈33V 則二極管可選擇：最大正向電流 最大反向電壓 33V 綜上所述本設(shè)計(jì)選擇型號為 2W005G 的橋式整流器，其具體參數(shù)如表 20 表 2W005G 橋式整流器參數(shù) 產(chǎn)品分類 RF/IF 和 RFID 橋式整流器 描述 橋式整流器 50V 2A BRIDGE 制造商 Fairchild Semiconductor 產(chǎn)品 Single Phase Bridge 峰值反向電壓 50 V 最大 RMS 反向電壓 35 V 正向連續(xù)電流 最大浪涌電流 60 A 正向電壓下降 V 最大反向漏泄電流 5 uA 功率耗散 最大工作溫度 + 150 C 長度 mm 寬度 mm 高度 mm 安裝風(fēng)格 SMD/SMT 封裝 / 箱體 WOB4 封裝 Bulk 超聲波發(fā)射電路 接收信號的大小和好壞直接取決于發(fā)射傳感器的發(fā)射信號 ,由于使用收發(fā)共 用型超聲換能器，所以除了選用性能優(yōu)良的超聲波傳感器外，發(fā)射電路和前級信 號接收電路至關(guān)重要，它決定著整個系統(tǒng)的靈敏度和精度。從早先國內(nèi)進(jìn)口的日本超聲波流量計(jì)來看，基本都采用的是窄脈沖驅(qū)動電路。由于需要輸出激勵信號的瞬時功率大，因此開關(guān)器件必須由直流高壓供電，一般要達(dá)到幾十到一百伏以上，這在電池供電的系統(tǒng)中無法實(shí)現(xiàn)；此外，開關(guān)瞬間會產(chǎn)生高壓脈沖，對整個電路的抗干擾設(shè)計(jì)不利。諧振電路能夠使用較低的電壓產(chǎn)生較強(qiáng)的超 聲波發(fā)射，適合使用電池供電的系統(tǒng)，而且它能精確地控制發(fā)射信號，效率高。發(fā)射電路主要由反向器74LS04 和超聲波換能器構(gòu)成， 其中 74LS04 是一個高速 CMOS 六反相器，具有放大作用，具有對稱的傳輸延遲和轉(zhuǎn)換時間，而相對于 LSTTL 邏輯 IC，它的功耗減 小 很多 ， 單片機(jī) 端口輸出 40KHz 方波信號一路經(jīng)一級反向器后送到超聲波換能器的一個電極，另一路經(jīng)兩級反向器后送到超聲波換能器的另一個電極。輸出端采用兩個反向器并聯(lián)，用以提高驅(qū)動能力，上拉電阻 R R5 一方面可以提高反向器 74LS04 輸出高電平的驅(qū)動能力，另一方面可以增加超聲波換能器的阻尼效果，縮短其自由振蕩的時間。超聲波換能器內(nèi)部有兩個壓電晶片和一個換能板。超聲波發(fā)射換能器與接收換能器在結(jié)構(gòu)上稍有不同，使用時應(yīng)分清器件上的標(biāo)志。常用的載波頻率 38KHz 與測距的 40KHz 較為相近，可以利用它來做接收電路。 圖 313 CX20xx6A 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 CX20xx6A 是日本索尼公司生產(chǎn)的在紅外遙控系統(tǒng)中作接收預(yù)放用的雙極型集成電路 。其 內(nèi)部含可前置放大、自動偏置、限幅放大、通帶 濾 波、峰值檢波、積分比較及施密特整形輸出等電路。 23 表 CX20xx6A 各引腳功能 引腳 名稱 功能 1 IN 信號輸入端 2 C1 RC 網(wǎng)絡(luò)連接端，該端與地串接一 RC 網(wǎng)絡(luò)，以確定前置放大器的頻率特性與增益。 3 C2 檢波電容連接端，該端與地接檢波電容，電容量大，則為平均值檢波，瞬態(tài)響應(yīng)靈敏度低；電容值小，則為峰值檢波，瞬態(tài)響應(yīng)靈敏度高，但檢波輸出的脈寬變動大。 6 C3 積分電容連接端，該腳所接積分電容標(biāo)準(zhǔn)值為 330PF，當(dāng)電容值增大時，則外部濾波干擾增強(qiáng)，而且輸出脈沖的低電平持續(xù)時間增加。超聲波探頭必須采用與發(fā)射探頭對應(yīng)的型號，關(guān)鍵是頻率要一致，本設(shè)計(jì)采用與發(fā)射端同型號的TR4016 壓電式超聲波傳感器，否則將因無法產(chǎn)生共振而影響接收效果，甚至無法接收。 集成芯片 CX20xx6A 內(nèi)部電路由前置放大器、自動偏置電平控制電路、限幅放大器、帶通濾波器、峰值檢波器和整形輸出電路組成。為了不使放大器的輸出信號過 24 強(qiáng)而產(chǎn)生失真，集成塊內(nèi)部有自動電平限制電路，對前置放大器的增益進(jìn)行自動限制。 （ 2） 限度放大器 當(dāng)信號太強(qiáng)時為了防止放大器過載，限制高電平振幅，同時也可消除寄生調(diào)幅干擾。 （ 4） 檢測器 將返回的超聲波的包絡(luò)解調(diào)回來。接收的回波信號先經(jīng)過前置放大器和限幅放大器，將信號調(diào)整到合適的幅值；再經(jīng)過帶通濾波器濾波得到有用信號，濾除干擾信號；最后由峰值檢波器和整形電路輸出到鎖相環(huán)路，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的計(jì)時。 圖 314 超聲波接收電路 距離顯示電路 超聲波測距顯示電路如圖 315 所示。 單片機(jī) AT89C51 采用 12MHz 高精度的晶振，以獲得較穩(wěn)定的時鐘頻率，減少測 量誤差。顯示電路采用簡單實(shí)用的 3 位共陽 LED 數(shù)碼管，用于顯示車尾障礙物的距離，由單片機(jī) ～ 接 LED 的 a～ g 七個筆段， ～ 選擇 25 端，通過軟件以動態(tài)掃描方式顯示。 具有自身功耗低、更新內(nèi)鏈增益可調(diào)整、電源電壓范圍大、外接元件少和總諧波失真小等優(yōu)點(diǎn)的功率放大器，廣泛應(yīng)用于錄音機(jī)和收音機(jī)之中。但在 1 腳和 8 腳之間增加一只外接電阻和電容，便可將電壓增益調(diào)為任意值，直至 200。 （ 1） LM386 內(nèi)部電路 ： LM386 內(nèi)部電路原理圖如圖 316 所示。 26 圖 316 LM386 內(nèi)部電路及管腳分布 第一級為 差分放大電路 ， T1 和 T T2 和 T4 分別構(gòu)成復(fù)合管，作為差分放大電路的放大管； T5 和 T6 組成 鏡像電流源 作為 T1 和 T2 的有源負(fù)載； T3 和 T4 信號從管的基極輸入，從 T2 管的集電極輸出，為雙端輸入單端輸 出差分電路。 第二級為共射放大電路， T7 為放大管，恒流源作有源負(fù)載，以增大放大倍數(shù)。二極管D1 和 D2 為輸出級提供合適的偏置電壓，可以消除交越失真。電路由單電源供電，故為 OTL 電路。 電阻 R7 從輸出端連接到 T2 的發(fā)射極，形成反饋通路，并與 R5 和 R6 構(gòu)成反饋網(wǎng)絡(luò)，從而引入了深度電壓串聯(lián)負(fù)反饋，使整個電路具有穩(wěn)定的電壓增益。引腳 2 為反相輸入端， 3 為同相輸入端；引腳 5 為輸出端；引腳 6 和 4 分別為電源和地；引腳 1 和 8 為電壓增益設(shè)定端 （ 通過接在 1腳、 8 腳間的電容（ 1 腳接電容 +極）來改變增益，斷開時增益為 20） 使 用時在引腳 7 和地之間接旁路電容，通常取 10μF。 C 語言程序有利于實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的算法，匯編語言程序則具有較高的效率且容易精細(xì)計(jì)算程序運(yùn)行的時間， 在 超聲波測距儀的程序 設(shè)計(jì)中 ,計(jì)算距離時 較為復(fù)雜 ，程序運(yùn)行時間 的計(jì)算又較為精細(xì) ，控制程序 的編程只使用一種語言編寫并不理想 ,所以該程序采用 C 語言和匯編語言混合編程。這樣只要計(jì)算出從發(fā)出超聲波信號到接收到返回信號所用的時間，就可算出超聲波發(fā)生器與反射物體的距離。 在啟動發(fā)射電 路的同時啟動單片機(jī)內(nèi)部的定時器 T0，利用定時器的計(jì)數(shù)功能記錄超聲波發(fā)射的時間和收到反射波的時間。 主程序流程圖 軟件分為兩部分，主程序和中斷服務(wù)程序，如圖 41（ a）（ b） (c) 所示。 定時中斷服務(wù)子程序完成三方向超聲波的輪流發(fā)射，外部中斷服務(wù)子程序主要完成時間值的讀取、 距離計(jì)算、結(jié)果的輸出等工作。置位總中斷允許位 EA 并給顯示端口 P0 和 P1 清 0。由于采用的是 12 MHz 的晶 振，計(jì)數(shù)器每計(jì)一個數(shù)就是 1μs，當(dāng)主程序檢測到接收成功的標(biāo)志位后，將 計(jì)數(shù)器 T0 中的數(shù)（即超聲波來回所用的時間）按式（ 2）計(jì)算，即可得被測物體與測距儀之間的距離，設(shè)計(jì)時取 20℃ 時的聲速為 344 m/s 則有： d=(ct)/2=172T0/10000cm (2) 其中， T0 為計(jì)數(shù)器 T0 的計(jì)算值。為了有利于程序結(jié)構(gòu)化和容易計(jì)算出距離，主程序采用 C 語言編寫。超聲波發(fā)生子程序較簡單，但要求程序運(yùn)行準(zhǔn)確，所以采用匯編語言編程。進(jìn)入中斷后就立即關(guān)閉計(jì)時器 T0 停止計(jì)時，并將測距成功標(biāo)志字賦值 1。 前方測距電路的輸出端接單片機(jī) INT0 端口，中斷優(yōu)先級最高，左、右測距電路的輸出通過與門 IC3A 的輸出接單片機(jī) INT1 端口，同時單片機(jī) 和 接到 IC3A 的輸入端，中斷源的識別由程序查詢來處理，中斷優(yōu)先級為先右后左。若能將超聲波接收電路用金屬殼屏蔽起來，則可提高抗干擾能力。 硬件電路制作完成并調(diào)試好后，便可將程序編譯好下載到單片機(jī)試運(yùn)行。根據(jù)所設(shè)計(jì)的電路參數(shù)和程序，測距儀能測的范圍為 ～ ， 測距儀最大誤差不超過 1cm。 30 結(jié)論 本 畢業(yè)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)的 基于單片機(jī)的汽車 倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)是保證汽車安全的輔助系統(tǒng)。以數(shù)字的形式顯示測量距離。實(shí)用的測距方法有兩種，一種是在被測距離的兩端，一端發(fā)射，另一端接收的直接波方式，適用于身高計(jì)； 一種是發(fā)射波被物體反射回來后接收的反射波方式，適用于測距儀。 超聲波測距儀硬件電路的設(shè)計(jì)主要包括 AT80C51 單片機(jī)系統(tǒng)及顯示電路、超聲波發(fā)射電路和超聲波接收電路三部分。采用 12MHz 高精度的晶振，以獲得較穩(wěn)定時鐘頻率，減小測量誤差。顯示電路采用簡單實(shí)用的 4 位共陽 LED 數(shù)碼管，段碼用 74LS244 驅(qū)動，位碼用 PNP 三極管 8550 驅(qū)動。輸出端采兩個反向器并聯(lián)，用以提高驅(qū)動能力。壓電式超聲波換能器是利用壓電晶體的諧振來工作的。當(dāng)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，壓電晶片會發(fā)生共振，并帶動共振板振動產(chǎn)生超聲波，這時它就是一個超聲波發(fā)生器；反之，如果兩電極問未外加電壓，當(dāng)共振板接收到超聲波時，將壓迫壓電晶片作振動，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電信號，這時它就成為超聲波接收換能器。 超聲波檢測接收電路主要是由 集成電路 CX20xx6A組成，它是一款紅外線檢波接收的專用芯片，常用于電視機(jī)紅外遙控接收器。實(shí)驗(yàn)證明用 CX20xx6A接收超聲波 (無信號時輸出高電平 )，具有很好的靈敏度和較強(qiáng)的抗干擾能力。 31 超聲波測距儀的軟件設(shè)計(jì)主要由主程序、超聲波發(fā)生子程序、超聲波接收中斷程序及顯示子程序組成。主超聲波測距儀主程序利用外中斷 0 檢測返回超聲波信號，一旦接收到返回超聲波信號（即 INT0 引腳出現(xiàn)低電平），立即進(jìn)入中斷程序。如果當(dāng)計(jì)時器溢出時還未檢測到超聲波返回信號，則定時器 T0 溢出中斷將外中斷 0 關(guān)閉，并將測距成功標(biāo)志字賦值 2 以表示此次測距不成功。 超聲波測距的算法設(shè)計(jì)原理為超聲波發(fā)生器 T 在某一時刻發(fā)出一個超聲波信號，當(dāng)這個超聲波遇到被測物體后反射回來，就被超聲波接收器 R 所接收到。在啟動發(fā)射電路的同時啟動單片機(jī)內(nèi)部的定時器 T0，利用定時器的計(jì)數(shù)功能記錄超聲波發(fā)射的時間和收到反射波的時間。 在元件及調(diào)制方面，由于采用的電路使用了很多集成電路。一般只要電路焊接無誤，稍加調(diào)試應(yīng)該會正常工作。根據(jù)測量范圍要求不同，可適當(dāng)調(diào)整與接收換能器并接的濾波電容 C0 的大小，以獲得合適的接收靈敏度和抗干擾能力。在我畢業(yè)論文設(shè)計(jì)期間，各位老師在無論是在生活還是專業(yè)知識上都給我提供了很大的幫助。 其次，我還要感謝我的朋友。 最后感謝在大學(xué)三年期間，傳授我知識的老師們，感謝在學(xué)習(xí)和生活上給予我?guī)椭耐瑢W(xué)們，沒有他們的幫助就沒有我今天的驕的成績。我相信通過這次全面系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及在這個過程中各位老師的不斷點(diǎn)撥，在今后的工作中我一定會做到更好。 33 參考文獻(xiàn) [1] 盛春明 .超聲波測距儀 [J].制作天地， 20xx,(5):31～ 42 [2] 曾一江 .《單片機(jī) 微機(jī)原理與接口技術(shù) 》 [J].北京： 科學(xué) 出版社， 20xx [3] 李瀚蓀 .《電路分析基礎(chǔ)》 [M].北京：高等教育出版社， 20xx [4]