超聲波自動測距系統設計畢業論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 大信噪比，以利于后續電路的設計。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)。前置放大電路是由一個高精度、高輸入阻抗放大器TL082及電阻、和構成，組成反向比例放大電路，這樣可以減小地線噪聲的影響。由電路的基本知識有如下公式。 (32) (33)根據下面兩個放大器理想化的重要概念：，即U==0，若把它理想化，則有U=0，但不是短路，故常稱為虛短。，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。故可知本電路中：，且，所以有如下公式。 (34)上式表明，輸出電壓與輸入電壓成比例運算關系，式中的負號表示與反相。電路的電壓放大倍數如35公式所示。 (35)利用反相比例放大器可實現對交直流輸入信號的放大，且電路結構簡單，只需要調節和阻值即可實現調節電壓放大倍數。圖中運放的同相輸入端接有電阻，參數選擇時應使兩輸入端外接直流通路等效電阻平衡，即，靜態時使輸入級偏置電流平衡并讓輸入級的偏置電流在運算放大器的兩個輸入端的外接電阻上產生相等的壓降，以便消除放大器的偏置電流及漂移對輸出端的影響，故又稱為平衡電阻。根據本設計系統需要，接收傳感器輸出電壓很小(數十毫伏)，故分別取；；，即放大電路將輸入信號放大200倍。167。 顯示電路設計顯示器是一個典型的輸出設備，而且其應用是極為廣泛的，幾乎所有的電子產品都要使用顯示器，其差別僅在于顯示器的結構類型不同而己。最簡單的顯示器可以使LED發光二極管，給出一個簡單的開關量信息，而復雜的較完整的顯示器應該是CRT監視器或者屏幕較大的LCD于顯示的距離范圍在4米之內，選用3位LED示，表示距離的數值。液晶屏。綜合課題的實際要求由數碼管，通過單片機編程實現顯示，表示距離的數值。167。 數碼管的簡介液晶顯示器件（LCD）是一中平板薄型顯示器件，其驅動電壓很低、工作電流極小，與TTL電路結合起來可以組成微功耗系統，廣泛地用于電子鐘表、電子計算器、各種儀器和儀表中。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性，又有晶體的某些光學特性。液晶顯示器件本身不發光，在黑暗中不能數字，它依靠在外界電場作用下產生的光電效應，調制外界光線使液晶不同部位顯示出反差，從而顯示出字型。2. 半導體顯示器某些特殊的半導體材料，例如用磷砷化鎵作成的PN結，當加正向電壓時，可以將電能轉化成光能，從而發出清晰悅目的光線。利用這樣的PN結，既可以封裝成單個的發光二極管（LED），也可以封裝成分段式（或點陣式）的顯示器件。它既可以用半導體三極管驅動，也可以直接用TTL與非門驅動。在顯示譯碼器和顯示器的連接中，顯示譯碼器各個輸出端必須具有足夠的吸取電流的能力，以驅動有關顯示段發光。顯示譯碼器的輸出級的電路結構形式與所選用顯示器的結構形式應相匹配，否則不僅不能正常工作，甚至會導致器件損壞。實際數碼管是把發光二極管的管心做成條狀，用7條條狀的發光管就可以組成7段式半導體數碼管，如圖35所示。每個數碼管可顯示0～9十個數字，數碼管（）每段發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。LED數碼管要顯示BCD碼所表示的十進制數字就需要有一個專門的譯碼器，該譯碼器不但要完全成譯碼功能，還要有相當的驅動能力。數碼管是一種半導體發光器件，八段數碼管比七段數碼管多一個發光二極管單元（多一個小數點顯示）。按能顯示多少個“8”可分為1位、2位、4位等等數碼管；按發光二極管單元連接方式分為共陽極數碼管和共陰極數碼管。共陽數碼管是指將所有發光二極管的陽極接到一起形成公共陽極(COM)的數碼管。共陽數碼管在應用時應將公共極COM接到+5V，當某一字段發光二極管的陰極為低電平時，相應字段就點亮。當某一字段的陰極為高電平時，相應字段就不亮。共陰數碼管是指將所有發光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(COM)的數碼管。共陰數碼管在應用時應將公共極COM接到地線GND上，當某一字段發光二極管的陽極為高電平時，相應字段就點亮。當某一字段的陽極為低電平時，相應字段就不亮。(共陽極) （共陰極）圖35 數碼管引腳圖當輸入BCD碼(以A、B、C、D表示)，輸出是數碼管各段的驅動信號(以Fa～Fg表示)，也稱4—7譯碼器。例如，當輸入8421碼ABCD=0100時，應顯示為“4”,即要求同時點亮b、c、f、g段，熄滅a、d、e段，故譯碼器的輸出應為Fa～Fg=0110011，這也是一組代碼，常稱為段碼。同理，根據組成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，共陽極數碼管的真值表如表31所示。表31 數碼管段碼表十進制數段碼（不帶點顯示）段碼（帶點顯示）00xeb0xef10x280x2c20xb30xb730xba0xbe40x780x7c50xda0xde60xdb0xdf70xa80xac80xfb0xff90xfa0xfe167。 LED數碼管的顯示本設計顯示部分采用三位共陰極數碼管顯示所測距離值。其顯示的容量為3個字。數碼管有微功耗、體積小、超薄輕巧、使用方便等諸多優點。使用時，可將P0與LCD的數據線相連，~，如圖36 所示。靜態顯示就是當顯示某一個字符時，相應的發光二極管恒定地導通或截止。使用靜態顯示時，需要在每一個數碼管上添加一個鎖存器，當需要某個數碼管顯示其他內容時，只需要修改與其相連的鎖存器的值即可。當數碼管處于靜態顯示方式時，所有位選線(數碼管的公共端)連接在一起，而各個數碼管的段選線(數碼管上各筆段的引出線)是相互分離的。靜態顯示的優點是數碼管顯示無閃爍，亮度高，與單片機之間的連接比較簡單，例如上圖中使用串行轉并行芯片74LS164N作為數碼管的驅動，軟件控制比較容易。缺點是需要的硬件電路較多(每一個數碼管都需要一個鎖存器)，同時由于所有數碼管都處于被點亮狀態，所以需要的電流很大，當數碼管的數量增多時，對電源的要求也就隨之增高。所以在大部分硬件電路設計中，很少采用靜態顯示方式。本系統采用動態顯示。由于LED靜態顯示需要占用較多的I/O口，且功耗較大，因此在大多數場合通常不采用靜態顯示，而采用動態掃描的方法來控制LED數碼管的顯示。動態顯示的特點是將所有位數碼管的段選線并聯在一起，由位選線控制是哪一位數碼管有效。點亮數碼管采用動態掃描顯示。所謂動態掃描顯示即輪流向各位數碼管送出字形碼和相應的位選，只要掃描顯示速度夠快，利用發光管的余輝和人眼視覺暫留作用，使人的感覺好像各位數碼管同時都在顯示。動態顯示的亮度比靜態顯示要差一些，所以在選擇限流電阻時應略小于靜態顯示電路中的。動態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，導致總體顯示呈現閃爍的現象，時間太短發光二極管的電流導通時間也就短，會影響總體的顯示亮度。圖36 數碼管驅動電路167。 報警電路設計本設計采用蜂鳴器以及發光二極管作為報警器件。能以聲音或光告知駕駛員周圍障礙物的情況，解除了駕駛員倒車時前后探視所引起的困擾，并幫助駕駛員掃除了視野死角和視線模糊的缺陷，提高駕駛的安全性。167。 蜂鳴器的驅動圖37 蜂鳴器的驅動電路單片機輸出端輸出低電平的驅動能力比高電平要強得多，但在保證邏輯電平時也只有5mA左右，不需要保證邏輯電平時可以有幾十毫安。蜂鳴器需要的驅動電流較大（50~100mA），所以這里的驅動電路以低電平有效，且外接三極管作為功率驅動器件，如圖36所示。其中。167。 發光二極管的驅動發光二極管工作電壓很低（有的僅一點幾伏）；工作電流很小（有的僅零點幾毫安即可發光）；抗沖擊和抗震性能好，可靠性高，壽命長；通過調制通過的電流強弱可以方便地調制發光的強弱。因此。如圖37 所示。圖38 發光二極管的驅動電路167。 本章小結本章主要介紹了基于單片機的超聲測距系統的具體硬件設計電路。對其中主要硬件單元：發射電路、接收電路、報警電路以及顯示電路的設計給出原理圖并進行了分析。33第4章 軟件設計167。 系統程序結構；，分為超聲波發送控制程序、接收處理程序；、按鍵處理以及各個子程序的調度管理等部分；4. 本次設計使用C語系統采用AT89S52的內時鐘：12MHz；5. 言編寫程序，C語言相比匯編有許多的優勢；編譯器使用Keil Version2進行程序編譯，Keil功能強大使用方便。圖41 程序流程圖167。 初始化程序1. 啟用定時器0，定時器1，16位工作方式。外部中斷0，用做判斷回波電平。定時器0中斷,用做顯示。 uint distance_data,a,b。 uchar CONT_1。 P0M1 = 0。 //將io口設置為推挽輸出 P1M1 = 0。 P2M1 = 0。 P0M0 = 0XFF。 P1M0 = 0XFF。 P2M0 = 0XFF。 i=0。 flag=0。 test =0。 Trig=0。 //首先拉低脈沖輸入引腳 TMOD=0x11。 //定時器0，定時器1，16位工作方式 TR0=1。 //啟動定時器0 IT0=0。 //由高電平變低電平，觸發外部中斷 ET0=1。 //打開定時器0中斷 EX0=0。 //關閉外部中斷 EA=1。 //打開總中斷0 167。 超聲波發射接收程序 以上脈沖觸發信號，模塊內部將發出8 個40kHz 周期電平并檢測回波。一旦檢測到有回波信號則輸出回響信號。回響信號的脈沖寬度與所測的距離成正比。由此通過發射信號到收到的回響信號時間間隔可以計算得到距離。while(1) //程序循環 { EA=0。 //關總中斷 Trig=1。 //超聲波輸入端 delay_20us()。 //延時20us Trig=0。 //產生一個20us的脈沖，在Trig引腳 while(Echo==0)。 //等待Echo回波引腳變高電平 succeed_flag=0。 //清測量成功標志 EX0=1。 //打開外部中斷 TH1=0。 //定時器1清零 TL1=0。 //定時器1清零 TF1=0。 //計數溢出標志 TR1=1。 //啟動定時器1 EA=1。 //開總中斷while(TH1 30)。 //等待測量的結果，（可用中斷實現） TR1=0。 //關閉定時器1 EX0=0。 //關閉外部中斷 if(succeed_flag==1) { distance_data=outeH。 //測量結果的高8位 distance_data=8。 //放入16位的高8位distance_data=distance_data|outeL。 //與低8位合并成為16位結果數據distance_data=distance_data*。 //厘米 } if(succeed_flag==0) { distance_data=0。 //沒有回波則清零 test = !test。 //測試燈變化 } a=distance_data。 conversion(a)。 baojing (a)。 } }167。 外部中斷子程序中斷服務程序是響應單片機的外部中斷。在系統主程序中，發射的4OKHz脈沖信號遇到障礙物反射后，經接收檢測電路產生外中斷信號至單片機。在中斷服務程序中，讀出計數值，并將高8位存儲到outeH低8位存儲到outeL 。外部中斷0，用做判斷回波電平INTO_() interrupt 0 //外部中斷是0號 { outeH =TH1。 //取出定時器的值 outeL =TL1。 //取出定時器的值 succeed_flag=1。 //至成功測量的