【正文】 4 位 ， 采 用 8550 三 極 管 增 強(qiáng) 其 驅(qū) 動 能 力 。8 個(gè) LED 發(fā) 光 二 極 管采 用 高 亮 度 聚 光 貼 片 綠 色 LED 發(fā) 光 二 極 管 ， 默 認(rèn) 高 電 平 點(diǎn) 亮 。8 個(gè) 獨(dú) 立 輕 觸 按 鍵高 性 能 輕 觸 按 鍵 ， 幫 您 實(shí) 現(xiàn) 不 同 觸 發(fā) 、 電 平 操 作 。2 位 撥 碼 開 關(guān)兩 種 常 見 的 按 鍵 開 關(guān) ， 幫 您 實(shí) 現(xiàn) 不 同 的 功 能 要 求 。蜂 鳴 器可 以 實(shí) 現(xiàn) 簡 單 報(bào) 警 與 奏 樂 功 能 ?？?調(diào) 電 位 器可 以 實(shí) 現(xiàn) 調(diào) 節(jié) 液 晶 屏 的 對 比 度 。外 部 電 源 接 口可 以 實(shí) 現(xiàn) 外 部 供 電 。開 發(fā) 板 的 配 件 比 較 全 ， 這 次 設(shè) 計(jì) 中 并 不 會 全 部 用 到 。 沒 有 用 到 的 配 件 可 以 在 以 后的 其 他 的 設(shè) 計(jì) 中 用 到 ， 也 可 以 自 己 探 索 著 去 使 用 。 我 們 將 該 板 的 插 槽 與 核 心 板 的 插 槽連 接 起 來 ， 就 做 好 了 電 路 的 控 制 部 分 和 顯 示 ， 報(bào) 警 模 塊 的 硬 件 部 分 的 設(shè) 計(jì) ， 下 面 只 需要 焊 接 一 個(gè) 超 聲 波 的 發(fā) 射 和 接 收 板 就 完 成 了 全 部 的 硬 件 設(shè) 計(jì) 了 。 采 用 開 發(fā) 板 節(jié) 省 了 很多 時(shí) 間 ， 方 便 快 捷 ， 使 我 有 更 多 時(shí) 間 進(jìn) 行 對 超 聲 波 的 發(fā) 射 和 接 收 部 分 的 設(shè) 計(jì) ， 焊 接 和測 試 過 程 。電子信息與電氣工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書9 本章小結(jié)本 章 介 紹 了 CPLD 是 什 么 ， CPLD 和 FPGA 的 區(qū) 別 和 特 點(diǎn) 。 通 過 對 CPLD 的 介 紹 我 加深 了 對 設(shè) 計(jì) 的 理 解 ， 通 過 討 論 CPLD 和 FPGA 的 特 點(diǎn) ， 我 對 CPLD 的 優(yōu) 點(diǎn) 有 了 了 解 。 本章 還 介 紹 了 設(shè) 計(jì) 所 用 到 的 開 發(fā) 板 的 型 號 ， 開 發(fā) 板 的 具 體 配 置 ， 以 及 一 些 優(yōu) 點(diǎn) 。 開 發(fā) 板的 使 用 為 我 解 決 了 一 些 硬 件 部 分 的 設(shè) 計(jì) ， 開 發(fā) 板 的 使 用 是 明 智 的 選 擇 。第 3 章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)10第 3 章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 硬件的總體設(shè)計(jì)圖 31 超聲波倒車?yán)走_(dá)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)從 圖 31 中 可 以 看 出 超 聲 波 倒 車 雷 達(dá) 的 設(shè) 計(jì) 被 劃 分 為 了 幾 個(gè) 小 塊 ， 超 聲 波 的 發(fā) 射模 塊 是 負(fù) 責(zé) 發(fā) 射 出 超 聲 波 的 ， 超 聲 波 接 收 模 塊 是 負(fù) 責(zé) 接 收 超 聲 波 的 ， 接 收 到 的 回 波 強(qiáng)度 有 所 衰 減 ， 需 要 進(jìn) 行 放 大 和 比 較 后 才 能 被 CPLD 核 心 板 識 別 ， 顯 示 模 塊 是 用 來 顯 示 出計(jì) 算 出 來 的 距 離 的 ， CPLD 核 心 部 分 是 用 來 進(jìn) 行 控 制 的 。 報(bào) 警 模 塊 是 對 設(shè) 定 的 預(yù) 警 值 進(jìn)行 報(bào) 警 的 。 其 中 顯 示 模 塊 和 報(bào) 警 模 塊 ， 由 于 開 發(fā) 板 上 有 數(shù) 碼 管 和 蜂 鳴 器 所 以 不 需 要 自己 焊 接 ， 超 聲 波 發(fā) 送 模 塊 和 超 聲 波 接 收 模 塊 自 己 找 資 料 ， 設(shè) 計(jì) 出 可 行 的 電 路 圖 ， 購 買元 器 件 ， 進(jìn) 行 焊 接 和 測 試 。 CPLD 核 心 部 分 用 ALTERA 公 司 推 出 的 MAXII 系 列 芯 片EPM240T100C5 作 為 核 心 處 理 器 ，顯 示 模 塊 用 數(shù) 碼 管 顯 示 出 數(shù) 字 就 可 以 了 ， 報(bào) 警 模 塊 用 蜂 鳴 器 發(fā) 出 警 報(bào) 聲 即 可 。 由于 所 買 的 開 發(fā) 板 上 有 數(shù) 碼 管 和 蜂 鳴 器 所 以 不 需 要 自 己 買 材 料 焊 接 ， 超 聲 波 發(fā) 送 和 接 收模 塊 開 發(fā) 板 上 沒 有 附 帶 需 要 自 己 設(shè) 計(jì) ， 買 材 料 來 焊 接 測 試 。 下 面 開 始 介 紹 各 個(gè) 模 塊 的具 體 硬 件 設(shè) 計(jì) 。CPLD 核心部分超聲波發(fā)送模塊超聲波接收模塊 放大 比較顯示模塊報(bào)警模塊電子信息與電氣工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書11 MAXII 系列芯片 EPM240T100C5 芯片 EPM240T100C5 的管腳圖圖 32 EPM240T100C5 的管腳圖芯 片 EPM240T100C5 的 原 理 圖 如 上 圖 32 所 示 ， 芯 片 有 100 個(gè) 引 腳 ， 芯 片 的 管 腳分 配 具 體 分 配 情 況 請 看 附 錄 。芯 片 控 制 晶 振 發(fā) 出 40KHZ 的 超 聲 波 信 號 ， 輸 出 管 腳 被 我 設(shè) 定 為 管 腳 82， 得 到 的 回波 信 號 我 設(shè) 定 為 從 管 腳 42 輸 入 芯 片 。 具 體 的 控 制 芯 片 的 程 序 會 在 軟 件 部 分 詳 細(xì) 介 紹 。 芯片 EPM240T100C5 的優(yōu)點(diǎn) MAX II 器 件 具 有 新 的 CPLD 體 系 結(jié) 構(gòu) ， 打 破 了 典 型 CPLD 的 成 本 、 容 量和 功 耗 限 制 。 II CPLD 具 有 CPLD 業(yè) 界 最 低 的 動 態(tài) 功 耗 ， 只 有 以 前 MAX CPLD 的 十 分 之一 。 II 器 件 提 供 8 Kbits 用 戶 可 訪 問 Flash 存 儲 器 ， 可 用 于 片 內(nèi) 串 行 或 并 行非 易 失 存 儲 。 II 器 件 支 持 用 戶 在 器 件 工 作 時(shí) 對 閃 存 配 置 進(jìn) 行 更 新 。 II 器 件 支 持 多 種 單 端 I/O 接 口 標(biāo) 準(zhǔn) ， 例 如 LVTTL、 LVCMOS 和 PCI 。 II 器 件 含 有 JTAG 模 塊 ， 可 以 利 用 并 行 Flash 加 載 宏 功 能 來 配 置 非 JTAG第 3 章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)12兼 容 器 件 ， 例 如 分 立 閃 存 器 件 等 。 超聲波的發(fā)送和接收部分 超聲波測距原理超 聲 波 是 頻 率 高 于 20220Hz 的 聲 波 ,它 方 向 性 好 ,穿 透 能 力 強(qiáng) ,易 于 獲 得 較 集 中 的聲 能 ,在 水 中 傳 播 距 離 遠(yuǎn) ,可 用 于 測 距 、 測 速 、 清 洗 、 焊 接 、 碎 石 、 殺 菌 消 毒 等 。 在 醫(yī)學(xué) 、 軍 事 、 工 業(yè) 、 農(nóng) 業(yè) 上 有 很 多 的 應(yīng) 用 。 超 聲 波 因 其 頻 率 下 限 大 約 等 于 人 的 聽 覺 上 限而 得 名 ?？?學(xué) 家 們 將 每 秒 鐘 振 動 的 次 數(shù) 稱 為 聲 音 的 頻 率 ， 它 的 單 位 是 赫 磁 (HZ)。 我 們 人類 耳 朵 能 聽 到 的 聲 波 頻 率 為 20HZ～ 20220HZ。 當(dāng) 聲 波 的 振 動 頻 率 大 于 20KHZ 或 小 于20HZ 時(shí) ,我 們 便 聽 不 見 了 。 因 此 ， 我 們 把 頻 率 高 于 20220HZ 的 聲 波 稱 為 “超 聲 波 ”。理 論 研 究 表 明 ， 在 振 幅 相 同 的 條 件 下 ， 一 個(gè) 物 體 振 動 的 能 量 與 振 動 頻 率 成 正 比 ，超 聲 波 在 介 質(zhì) 中 傳 播 時(shí) ， 介 質(zhì) 質(zhì) 點(diǎn) 振 動 的 頻 率 很 高 ， 因 而 能 量 很 大 。 在 中 國 北 方 干 燥的 冬 季 ， 如 果 把 超 聲 波 通 入 水 罐 中 ， 劇 烈 的 振 動 會 使 罐 中 的 水 破 碎 成 許 多 小 霧 滴 ， 再用 小 風(fēng) 扇 把 霧 滴 吹 入 室 內(nèi) ， 就 可 以 增 加 室 內(nèi) 空 氣 濕 度 .這 就 是 超 聲 波 加 濕 器 的 原 理 .如咽 喉 炎 、 氣 管 炎 等 疾 病 ， 很 難 利 用 血 流 使 藥 物 到 達(dá) 患 病 的 部 位 .利 用 加 濕 器 的 原 理 ，把 藥 液 霧 化 ， 讓 病 人 吸 入 ， 能 夠 提 高 療 效 .利 用 超 聲 波 巨 大 的 能 量 還 可 以 使 人 體 內(nèi) 的 結(jié)石 做 劇 烈 的 受 迫 振 動 而 破 碎 ， 從 而 減 緩 病 痛 ， 達(dá) 到 治 愈 的 目 的 。 超 聲 波 在 醫(yī) 學(xué) 方 面 應(yīng)用 非 常 廣 泛 ， 像 現(xiàn) 在 的 彩 超 、 B 超 、 碎 石 （ 例 如 膽 結(jié) 石 、 腎 結(jié) 石 、 祛 眼 袋 之 類 的 ） ，還 能 破 壞 細(xì) 菌 結(jié) 構(gòu) ， 對 物 品 進(jìn) 行 殺 菌 消 毒 。聲 波 是 物 體 機(jī) 械 振 動 狀 態(tài) （ 或 能 量 ） 的 傳 播 形 式 。 所 謂 振 動 是 指 物 質(zhì) 的 質(zhì) 點(diǎn) 在 其平 衡 位 置 附 近 進(jìn) 行 的 往 返 運(yùn) 動 形 式 。 譬 如 ， 鼓 面 經(jīng) 敲 擊 后 ， 它 就 上 下 振 動 ， 這 種 振 動狀 態(tài) 通 過 空 氣 媒 質(zhì) 向 四 面 八 方 傳 播 ， 這 便 是 聲 波 。 超 聲 波 是 指 振 動 頻 率 大 于 20220HZ以 上 的 ， 其 每 秒 的 振 動 次 數(shù) （ 頻 率 ） 很 高 ， 超 出 了 人 耳 聽 覺 的 一 般 上 限 （ 20220HZ） ，人 們 將 這 種 聽 不 見 的 聲 波 叫 做 超 聲 波 。 超 聲 和 可 聞 聲 本 質(zhì) 上 是 一 致 的 ， 它 們 的 共 同 點(diǎn)都 是 一 種 機(jī) 械 振 動 模 式 ， 通 常 以 縱 波 的 方 式 在 彈 性 介 質(zhì) 內(nèi) 會 傳 播 ， 是 一 種 能 量 的 傳 播形 式 ， 其 不 同 點(diǎn) 是 超 聲 波 頻 率 高 ， 波 長 短 ， 在 一 定 距 離 內(nèi) 沿 直 線 傳 播 具 有 良 好 的 束 射性 和 方 向 性 ， 目 前 腹 部 超 生 成 像 所 用 的 頻 率 范 圍 在 2~5MHZ 之 間 ， 常 用 為3~（ 每 秒 振 動 1 次 為 1HZ， 1MHZ=106Hz,即 每 秒 振 動 100 萬 次 ， 可 聞 波 的 頻 率 在16~20220HZ 之 間 ） 。超 聲 波 在 媒 質(zhì) 中 的 反 射 、 折 射 、 衍 射 、 散 射 等 傳 播 規(guī) 律 ， 與 可 聽 聲 波 的 規(guī) 律 沒 有本 質(zhì) 上 的 區(qū) 別 。 但 是 超 聲 波 的 波 長 很 短 ， 只 有 幾 厘 米 ， 甚 至 千 分 之 幾 毫 米 。 與 可 聽 聲波 比 較 ， 超 聲 波 具 有 許 多 奇 異 特 性 ： 傳 播 特 性 ： 超 聲 波 的 波 長 很 短 ， 通 常 的 障 礙 物 的尺 寸 要 比 超 聲 波 的 波 長 大 好 多 倍 ， 因 此 超 聲 波 的 衍 射 本 領(lǐng) 很 差 ， 它 在 均 勻 介 質(zhì) 中 能 夠電子信息與電氣工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書13定 向 直 線 傳 播 ， 超 聲 波 的 波 長 越 短 ， 該 特 性 就 越 顯 著 。 功 率 特 性 ： 當(dāng) 聲 音 在 空 氣 中 傳播 時(shí) ， 推 動 空 氣 中 的 微 粒 往 復(fù) 振 動 而 對 微 粒 做 功 。 聲 波 功 率 就 是 表 示 聲 波 做 功 快 慢 的物 理 量 。 在 相 同 強(qiáng) 度 下 ， 聲 波 的 頻 率 越 高 ， 它 所 具 有 的 功 率 就 越 大 。 由 于 超 聲 波 頻 率很 高 ， 所 以 超 聲 波 與 一 般 聲 波 相 比 ， 它 的 功 率 是 非 常 大 的 。 空 化 作 用 ： 當(dāng) 超 聲 波 在 液體 中 傳 播 時(shí) ， 由 于 液 體 微 粒 的 劇 烈 振 動 ， 會 在 液 體 內(nèi) 部 產(chǎn) 生 小 空 洞 。 這 些 小 空 洞 迅 速脹 大 和 閉 合 ， 會 使 液 體 微 粒 之 間 發(fā) 生 猛 烈 的 撞 擊 作 用 ， 從 而 產(chǎn) 生 幾 千 到 上 萬 個(gè) 大 氣 壓的 壓 強(qiáng) 。 微 粒 間 這 種 劇 烈 的 相 互 作 用 ， 會 使 液 體 的 溫 度 驟 然 升 高 ， 起 到 了 很 好 的 攪 拌作 用 ， 從 而 使 兩 種 不 相 溶 的 液 體 （ 如 水 和 油 ） 發(fā) 生 乳 化 ， 且 加 速 溶 質(zhì) 的 溶 解 ， 加 速 化學(xué) 反 應(yīng) 。 這 種 由 超 聲 波 作 用 在 液 體 中 所 引 起 的 各 種 效 應(yīng) 稱 為 超 聲 波 的 空 化 作 用 。研 究 頻 率 高 于 20KHZ 的 聲 波 的 產(chǎn) 生 、 傳 播 、 接 收 ， 以 及 各 種 超 聲 效 應(yīng) 和 應(yīng) 用 的 聲學(xué) 分 支 叫 超 聲 波 。 產(chǎn) 生 超 聲 波 的 裝 置 有 機(jī) 械 型 超 聲 發(fā) 生 器 （ 例 如 氣 哨 、 汽 笛 和 液 哨 等 ）、 利 用 電 磁 感 應(yīng) 和 電 磁 作 用 原 理 制 成 的 電 動 超 聲 發(fā) 生 器 、 以 及 利 用 壓 電 晶 體 的 電 致 伸縮 效 應(yīng) 和 鐵 磁 物 質(zhì) 的 磁 致 伸 縮 效 應(yīng) 制 成 的 電 聲 換 能 器 等 。超 聲 波 指 向 性 強(qiáng) ， 能 量 消 耗 緩 慢 ， 在 介 質(zhì) 中 傳 播 的 距 離 較 遠(yuǎn) ， 因 而 超 聲 波 經(jīng) 常 用于 距 離 的 測 量 ， 如 測 距 儀 和 物 位 測 量 儀 等 都 可 以 通 過 超 聲 波 來 實(shí) 現(xiàn) 。通 過 超 聲 波 發(fā) 射 裝 置 發(fā) 出 超 聲 波 ， 根 據(jù) 接 收 器 接 到 超 聲 波 時(shí) 的 時(shí) 間 差