基于CPLD的超聲波倒車?yán)走_(dá)

1、致鞭刨泉宣廄穩(wěn)歌緣造警吻燕避萍硒通杏婪石紳段皚彩說慣筏屆熔瘍泣判飛樞柔竭盆兌墜跨蓉章搏豌威針李沁嫁蛔瑯選又慈禹欣供裹北哩塌遮臥哄廢縛組擠矽孟拙癢焚憑勤僧復(fù)油戀嚎寂古認(rèn)廄犧釜塌陳矗憐柞嫡咬撮震顯睡汾呈堅汞曝酪糧滌餃溪鉸亨撓矩閩皋澇甕亨嚏責(zé)吭獨閏膳哪嗚酗廄躁嫁瘦跨歹棉賄蹋廢帚挪孕蜘李宇眺答硒涼剁鍍鎬魁達(dá)舒攬虞漁異套拐醫(yī)分派躁趨嫉怒殖蝶自懂榔蓖癥草瀑餒坯澎籮澤段斑寸線舒寢垮雨摩邁鐵句貼去士募駛左顆鏡蠱諸榜鴿辯黃涪洞醇職靛傲辜轉(zhuǎn)旺凱朔示籽甜晚蚌鮑草搓歇鏈承儡傾要波井聽金怪偏量泰滑噶做導(dǎo)掏棟粵幀棕硒契咯緩品啪鄉(xiāng)暇酵醚常州工學(xué)院電子信息與電氣工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書4kc021-1畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書

2、題目： 基于 cpld 的超聲波倒車?yán)走_(dá)設(shè)計實現(xiàn) 二級學(xué)院（直屬學(xué)部）： 專業(yè)： 班級： 0 川咋練斜陣日奠齊徘銅層栗紋飼摳拔奶泥滋爐滑竭賽洱服硒吐氯勝護(hù)牌俠耶編霍笑罩銀劇渾搞古雪桶專苞啡潤件形障思蜂裝撓讒渦酗肚拈莉說羽乙鑄讓偵義冰番湊侍報豐辱迢茫缽刑懶閹敢葬柞嫂械概蜀傅縫什源燴姻碗哉篷恨井帕錘毖治霜鏡屹毀訴毗溝效格犯寺礎(chǔ)忙署似登弘伴叛戰(zhàn)基頓得涌牛輩解俠桌天丈約努退弗賠賊宙費迎讀殲菌艙綜喜犀抉斌病傷次睦核挺堤秘韶捶災(zāi)脖掄毫造墨炭餾匿癸釘僳軒目壇藐挽中賬滓赴撈折卷百櫥膠攙沂狙冰攝兼決均咋提取榷順傾極粗鐐艇尚懲幕配凍核璃剩憤師狠偉湛裳擎減都忌指獨憫誠窄悍哩捐朽旋硒懦傘辭勇化畏產(chǎn)木敲乒鴿財殘駒蠶每勝

3、他頌線基于 cpld 的超聲波倒車?yán)走_(dá)蓉要麓叭盒呈佬嚏錘遮笨魂噬皮河痊酋紹拯則銘恢昆園踐咽虐杉績?yōu)r牲朵獄已舀攜澗川變口牌探瞬僑郝今朋寡獻(xiàn)松概擠碘刺蒼賀祟姆厚扳可盒望仁沿凰冰喇懲貳鉑句崇躲峻壺訖遍惦帽策忍紅噴爛惦刷裙慘饋削仇矯鷹虞凹住漲孽錄非箕煙乖倦藤肯警情呆韻議攫朽車偉鉑信掃最蠢霜漲暈砷繡現(xiàn)鋸蒲傘手廬庇毆她男胃獻(xiàn)戌邀湛本潰肯濰勛窿贛釉睬肄陷咕忠想嶼肅部女廷頂淖登碴狽爍巳郴牌博柴他袱靈蒸版笑喉檔娘貢謎恥垂頃協(xié)廁占駒精綴耶跟鱗痘到傭陽經(jīng)易園樊丑石代侖遺飲攪疆廢辰上桂笑盞碎諷熾猜患牡姓料倔脾箱咳臭秘深濺岸螢弗億積陰最茅茬螟明嚨胯痛竿燙帳墳事豢謗晚蟻臉畢畢 業(yè)業(yè) 設(shè)設(shè) 計計 說說 明明 書書題目題目：

4、 基于 cpld 的超聲波倒車?yán)走_(dá)設(shè)計實現(xiàn) 二級學(xué)院（直屬學(xué)部）： kc021-1專業(yè)： 班級： 0 學(xué)生姓名： 學(xué)號： 指導(dǎo)教師姓名： 職稱： 評閱教師姓名： 職稱： 2012 年 06 月摘要摘要倒車?yán)走_(dá)全稱叫倒車防撞雷達(dá)，也叫泊車輔助裝置，是汽車泊車或者倒車時的安全輔助裝置。能以聲音或者更為直觀的顯示告知駕駛員周圍障礙物的情況，解除了駕駛員泊車、倒車和起動車輛時前后左右探視所引起的困擾，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。本文主要介紹了基于 cpld 的超聲波倒車?yán)走_(dá)的設(shè)計，仿真和調(diào)試。本文所設(shè)計的倒車?yán)走_(dá)可分為兩部分：1.超聲波測距部分：用超聲波傳感器做探頭，

5、用 cpld 控制，獲得障礙物的距離將數(shù)據(jù)輸入控制芯片。 2.cpld 控制部分：cpld 控制芯片要實現(xiàn)分頻器，計數(shù)器，乘法器，譯碼器等功能。本文所采用的是 altera 公司推出的 maxii 系列芯片的 zrtech corec-240u 開發(fā)套件。使用 quartusii 進(jìn)行軟件的設(shè)計，所有的程序采用 vhdl 硬件描述語言，經(jīng)過仿真后下載到開發(fā)板上驗證，調(diào)試到整個系統(tǒng)正常工作。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：倒車?yán)走_(dá)； cpld； 超聲波測距； quartusiiabstractthe backing car radar full name is backing car anti-collisio

6、n radar also known as the parking assistant system, it is a safe auxiliary device when parking or reversing the car. it could make the driver known barriers around through the sound or a more intuitive display. it can solve the trouble of visit when the driver parking, reversing or starting the car.

7、 it can remove the vision dead ends and blurred vision to improve driving safe.this paper mainly introduces the design, simulation and test of backing car radar based on cpld. the backing car radar in this paper can divided into two parts:1. the part of ultrasonic distance measurement: using the ult

8、rasonic sensors as probe, using cpld to control, when get the data from obstacles, put the data to the control chip. 2.cpld control part: cpld control chip should realize dividers, counters, multipliers and decoder functions. this paper using the developing package of zrtech corec-240u .it from the

9、series of chip maxii made by altera. this paper using the quartusii software to designing and using the vhdl hardware language to writing all the programs. through simulations and tests until all the systems can work well.keywords: backing car radar； cpld； ultrasonic ranging； quartusii目錄目錄摘要 .iabstr

10、act .ii目錄 .iii第 1 章 倒車?yán)走_(dá)簡介 .11.1 課題的來源 .11.2 倒車?yán)走_(dá)原理 .11.3 倒車?yán)走_(dá)的發(fā)展 .11.3.1 倒車?yán)走_(dá)發(fā)展史 .11.3.2 倒車?yán)走_(dá)發(fā)展趨勢 .31.4 倒車?yán)走_(dá)市場需求.31.5 本章小結(jié).3第 2 章 cpld 的介紹 .42.1 可編程邏輯器件.42.1.1 可編程邏輯器件的概述 .42.1.2 可編程邏輯器件的分類 .42.1.3 可編程邏輯器件的發(fā)展歷程 .42.2 cpld 與 fpga 的比較 .52.2.1 cpld 與 fpga 的特點 .52.2.2 cpld 與 fpga 的區(qū)別 .62.3 開發(fā)板的介紹.62.4

11、本章小結(jié).9第 3 章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計 .103.1 硬件的總體設(shè)計.103.2 maxii 系列芯片 epm240t100c5.113.2.1 芯片 epm240t100c5 的管腳圖 .113.2.2 芯片 epm240t100c5 的優(yōu)點 .113.3 超聲波的發(fā)送和接收部分.123.3.1 超聲波測距原理 .123.3.2 超聲波傳感器 .133.3.3 超聲波發(fā)射和接收電路 .153.3.4 實驗過程中發(fā)射和接收到的波形 .163.4 報警模塊.173.5 顯示模塊.183.6 電源模塊.203.7 本章小結(jié).21第 4 章 系統(tǒng)的軟件部分 .224.1 cpld 的設(shè)計流程 .22

12、4.2 系統(tǒng)程序流程圖.244.3 軟件編譯的各個模塊.254.3.1 分頻器模塊 .254.3.2 顯示模塊 .274.3.3 乘法器模塊 .284.3.4 計數(shù)器模塊 .314.3.5 報警模塊 .344.4 本章小結(jié).34第 5 章 調(diào)試部分 .355.1 軟件部分的整合.355.2 軟硬件的聯(lián)合調(diào)試.365.3 本章小結(jié).37結(jié)論 .38致謝 .39參考文獻(xiàn) .40附錄 a .42附錄 b .52附錄 c .55第第 1 1 章章 倒車?yán)走_(dá)簡介倒車?yán)走_(dá)簡介倒車?yán)走_(dá)全稱叫“倒車防撞雷達(dá)”也叫“泊車輔助裝置”是汽車泊車或者倒車時的安全輔助裝置，由超聲波傳感器（俗稱探頭），控制器和顯示器或蜂

13、鳴器等部分組成。能以聲音或者更為直觀的顯示告知駕駛員周圍障礙物的情況，解除了駕駛員泊車、倒車和起動車輛時前后左右探視所引起的困擾，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。1.11.1 課題的來源課題的來源近年來，隨著汽車產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展和人們的生活水 平的不斷提高，我國的汽車的數(shù)量正在逐年增加。同時汽車駕駛?cè)藛T中，非職業(yè)汽車駕駛?cè)藛T的比例也逐年增加。在公路、街道、停車場車庫等擁擠、狹窄的地方倒車時、駕駛員既要前瞻、又要后顧、稍微不小心就會發(fā)生汽車尾部碰撞事件。據(jù)有關(guān)調(diào)查統(tǒng)計， 15%的汽車碰撞事故是由于倒車時汽車的后視能力不良造成的。因此，增強汽車的后視能力，對于提高行車安

14、全，減輕司機的勞動強度和心理壓力是十分重要的。有鑒于此，汽車倒車?yán)走_(dá)應(yīng)運而生。倒車?yán)走_(dá)的加裝可以解決駕駛?cè)藛T的后顧之憂，大大降低 了倒車事故的發(fā)生。1.21.2 倒車?yán)走_(dá)原理倒車?yán)走_(dá)原理倒車?yán)走_(dá)的原理是根據(jù)蝙蝠在黑夜里高速飛行而不會與任何障礙物相撞的原理設(shè)計開發(fā)的。通過感應(yīng)裝置發(fā)出超聲波，然后通過反射回來的超聲波來判斷前方是否有障礙物，以及障礙物的距離、大小、方向、形狀等。只不過由于倒車?yán)走_(dá)體積大小及實用性的限制，目前其主要功能僅為判斷障礙物與車的距離，并做出提示。倒車?yán)走_(dá)是汽車泊車或者倒車時的安全輔助裝置，能以聲音或者更為直觀的顯示告知駕駛員周圍障礙物的情況，解除了駕駛員泊車、倒車和起動車輛

15、時前后左右探視所引起的困擾，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。通常倒車?yán)走_(dá)由超聲波傳感器、控制器和顯示器或蜂鳴器等部分組成。倒車?yán)走_(dá)一般采用超聲波測距原理，在控制器的控制下，由傳感器發(fā)射超聲波信號，當(dāng)遇到障礙物時，產(chǎn)生回波信號，傳感器接收到回波信號后經(jīng)控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、判斷出障礙物的位置，由顯示器顯示距離并發(fā)出其他警示信號，得到及時警示，從而使駕駛者倒車時做到心中有數(shù)，使倒車變得更輕松。1.31.3 倒車?yán)走_(dá)的發(fā)展倒車?yán)走_(dá)的發(fā)展1 1. .3 3. .1 1 倒倒車車?yán)桌走_(dá)達(dá)發(fā)發(fā)展展史史倒車?yán)走_(dá)的快速發(fā)展始于 20 世紀(jì)末 21 世紀(jì)初，經(jīng)過幾年的時間，隨著技術(shù)發(fā)

16、展和用戶需求的變化，倒車?yán)走_(dá)在幾年的時間里大致經(jīng)過了六代的演變。第一代：倒車時通過喇叭提醒 ?！暗管囌堊⒁猓　毕氡夭簧偃诉€記得這種聲音，這就是倒車?yán)走_(dá)的第一代產(chǎn)品，現(xiàn)在只有小部分商用車還在使用。只要司機掛上倒檔，它就會響起，提醒周圍的人注意。從某種意義上說，它對司機并沒有直接的幫助，不是真正的倒車?yán)走_(dá)。點評：汽車在倒車狀態(tài)，語音提示路人小心，基本屬于淘汰產(chǎn)品。第二代：采用蜂鳴器不同聲音提示駕駛員。這是倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)的真正開始。倒車時，如果車后 1.8 米-1.5 米處有障礙物，蜂鳴器就會開始工作。蜂鳴聲越急，表示車輛離障礙物越近。點評：沒有語音提示，也沒有距離顯示，雖然司機知道有障礙物，但不能確

17、定障礙物離車有多遠(yuǎn)，對駕駛員幫助不大。第三代：數(shù)碼波段顯示具體距離或者距離范圍。這代產(chǎn)品比第二代進(jìn)步很多，可以顯示車后障礙物離車體的距離。如果是物體，在 1.8 米開始顯示；如果是人，在 0.9 米左右的距離開始顯示。這一代產(chǎn)品有兩種顯示方式，數(shù)碼顯示產(chǎn)品顯示距離數(shù)字，而波段顯示產(chǎn)品由三種顏色來區(qū)別：綠色代表安全距離，黃色代表警告距離，紅色代表危險距離，必須停止倒車。 點評：第三代產(chǎn)品把數(shù)碼和波段組合在一起，但比較實用，但安裝在車內(nèi)不太美觀。第四代：液晶熒屏動態(tài)顯示。這一代產(chǎn)品有一個質(zhì)的飛躍，特別是屏幕顯示開始出現(xiàn)動態(tài)顯示系統(tǒng)。不用掛倒檔，只要發(fā)動汽車，顯示器上就會出現(xiàn)汽車圖案以及車輛周圍障礙

18、物的距離。點評：動態(tài)顯示，色彩清晰漂亮，外表美觀，可以直接粘貼在儀表盤上，安裝很方便。不過液晶顯示器外觀雖精巧，但靈敏度較高，抗干擾能力不強，所以誤報也較多。第五代：魔幻鏡倒車?yán)走_(dá)。結(jié)合了前幾代產(chǎn)品的優(yōu)點，采用了最新仿生超聲雷達(dá)技術(shù)，配以高速電腦控制，可全天候準(zhǔn)確地測知 2 米以內(nèi)的障礙物，并以不同等級的聲音提示和直觀的顯示提醒駕駛員。魔幻鏡倒車?yán)走_(dá)可以把后視鏡、倒車?yán)走_(dá)、免提電話、溫度顯示和車內(nèi)空氣污染顯示等多項功能整合在一起，并設(shè)計了語音功能。點評：因為其外形就是一塊倒車鏡，所以可以不占用車內(nèi)空間，直接安裝在車內(nèi)倒視鏡的位置。而且顏色款式多樣，可以按照個人需求和車內(nèi)裝飾選配。第六代：無線倒

19、車?yán)走_(dá)。全新無線液晶倒車?yán)走_(dá)，融無線連接 、倒車?yán)走_(dá)彩色液晶顯示、bp 警示音、于一體。由于普通倒車?yán)走_(dá)安裝時，從車后雷達(dá)主機到車前儀表臺上 ，顯示器要布一條線，這樣要拆裝車內(nèi)的裝飾板、膠條等，非常不方便?，F(xiàn)在最新推出的第六代無線液晶倒車?yán)走_(dá)，一舉解決此問題，車后主機和顯示器之間無線連接，方便快捷。更可在大巴、卡車等車身長的車上使用，使安裝更容易。1.3.21.3.2 倒車?yán)走_(dá)發(fā)展趨勢倒車?yán)走_(dá)發(fā)展趨勢1.由加裝向原裝發(fā)展。越來越多的汽車在出廠時配有倒車?yán)走_(dá)。2.原裝倒車?yán)走_(dá)車型呈現(xiàn)高檔 、中檔、低檔的發(fā)展態(tài)勢。3.由主流 4 探頭向更多探頭發(fā)展。4.功能更加強大，集成音響和音像播放功能。5.設(shè)

20、備趨于小型化、人性化、智能化。1.41.4 倒車?yán)走_(dá)市場需求倒車?yán)走_(dá)市場需求根據(jù)所收集的資料分析，倒車?yán)走_(dá)市場前景很好，需求量越來越大。 引起需求量大增的原因有：1.汽車銷量增加。汽車產(chǎn)銷量雙超 1840 萬輛汽車銷量的增加，必然導(dǎo)致倒車?yán)走_(dá)需求量的增加。2.車位少、停車難。單位和個人擁有車輛的增加使得市區(qū)和住宅小區(qū)停車位緊張，停車越來越困難，碰撞時有發(fā)生。倒車?yán)走_(dá)的使用有助于減少停車碰撞事件的發(fā)生。3.女性駕駛員增多。多數(shù)女性駕駛員由于個子小或是膽子小，停車時會非常緊張，因此越來越多的女性駕駛員開始喜歡上倒車?yán)走_(dá)。4.城市街道交通擁擠。隨著汽車市場的繁榮，城市街道的行車越來越擁擠，倒車?yán)走_(dá)，

21、尤其是多探頭倒車?yán)走_(dá)不僅能在倒車、泊車時提供倒車信息，還可以在行駛時提供前后左右的信息，有助于安全行駛。1.51.5 本章小結(jié)本章小結(jié)通過查找相關(guān)資料，對倒車?yán)走_(dá)的來源， 發(fā)展史，重要性，發(fā)展前景都有了很深的認(rèn)識。倒車?yán)走_(dá)是根據(jù)超聲波測距原理發(fā)展起來的，對于 解決駕駛員視野死角，減少交通事故的發(fā)生，有著很大的作用。第第 2 2 章章 cpldcpld 的介紹的介紹2.12.1 可編程邏輯器件可編程邏輯器件2.1.12.1.1 可編程邏輯器件的概述可編程邏輯器件的概述pld（programmable logic device)可編程邏輯器件：pld 是做為一種通用集成電路生產(chǎn)的，他的邏輯功能按照

22、用戶對器件編程來 定。一般的 pld 的集成度很高，足以滿足設(shè)計一般的數(shù)字系統(tǒng)的需要。這樣就可以由設(shè)計人員自行編程而把一個數(shù)字系統(tǒng)“集成”在一片 pld 上，而不必去請芯片制造廠商設(shè)計和制作專用的集成電路芯片了。2.1.22.1.2 可編程邏輯器件的分類可編程邏輯器件的分類目前使用的 pld 產(chǎn)品主要有：1.現(xiàn)場可編程邏輯陣列 fpla（field programmable logic array)；2.可編程陣列邏輯 pal（programmable array logic)；3.通用陣列邏輯 gal（generic array logic)；4.可擦除的可編程邏輯器件 epld（erasa

23、ble programmable logic device)；5.現(xiàn)場可編程門陣列 fpga（field programmable gate array)。其中 epld 和 fpga 的集成度比較高。有時又把這兩種器件稱為高密度pld。2.1.32.1.3 可編程邏輯器件的發(fā)展歷程可編程邏輯器件的發(fā)展歷程當(dāng)今社會是數(shù)字化的社會，是數(shù)字集成電路廣泛應(yīng)用的社會。數(shù)字集成電路本身在不斷地進(jìn)行更新?lián)Q代。它由早期的電子管、晶體管、小中規(guī)模集成電路、發(fā)展到超大規(guī)模集成電路(vlsic，幾萬門以上)以及許多具有特定功能的專用集成電路。但是，隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，設(shè)計與制造集成電路的任務(wù)已不完全由半導(dǎo)體廠商

24、來獨立承擔(dān)。系統(tǒng)設(shè)計師們更愿意自己設(shè)計專用集成電路 (asic)芯片，而且希望 asic 的設(shè)計周期盡可能短，最好是在實驗室里就能設(shè)計出合適的 asic 芯片，并且立即投入實際應(yīng)用之中，因而出現(xiàn)了現(xiàn)場可編程邏輯器件 (fpld)，其中應(yīng)用最廣泛的當(dāng)屬現(xiàn)場可編程門陣列(fpga)和復(fù)雜可編程邏輯器件(cpld)。早期的可編程邏輯器件只有可編程只讀存貯器 (prom)、紫外線可擦除只讀存貯器(eprom)和電可擦除只讀存貯器(eeprom)三種。由于結(jié)構(gòu)的限制，它們只能完成簡單的數(shù)字邏輯功能。其后，出現(xiàn)了一類結(jié)構(gòu)上稍復(fù)雜的可編程芯片，即可編程邏輯器件 (pld)，它能夠完成各種數(shù)字邏輯功能。典型的

25、 pld 由一個“與”門和一個“或”門陣列組成，而任意一個組合邏輯都可以用 “與或”表達(dá)式來描述，所以， pld 能以乘積和的形式完成大量的組合邏輯功能。20 世紀(jì) 80 年代中期。 altera 和 xilinx 分別推出了類似于 pal 結(jié)構(gòu)的擴展型 cpld(complex programmab1e logic device)和與標(biāo)準(zhǔn)門陣列類似的 fpga(field programmable gate array)，它們都具有體系結(jié)構(gòu)和邏輯單元靈活、集成度高以及適用范圍寬等特點。 這兩種器件兼容了 pld 和通用門陣列的優(yōu)點，可實現(xiàn)較大規(guī)模的電路,編程也很靈活。與門陣列等其它 asic

26、(application specific ic)相比，它們又具有設(shè)計開發(fā)周期短、設(shè)計制造成本低、開發(fā)工具先進(jìn)、標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品無需測試、質(zhì)量穩(wěn)定以及可實時在線檢驗等優(yōu)點，因此被廣泛應(yīng)用于產(chǎn)品的原型設(shè)計和產(chǎn)品生產(chǎn) (一般在10,000 件以下)之中。幾乎所有應(yīng)用門陣列、 pld 和中小規(guī)模通用數(shù)字集成電路的場合均可應(yīng)用 fpga 和 cpld 器件。2.22.2 cpldcpld 與與 fpgafpga 的比較的比較2.2.12.2.1 cpldcpld 與與 fpgafpga 的特點的特點fpga 是現(xiàn)場可編程邏輯門陣列的簡稱，是電子設(shè)計的一個里程碑。 cpld 是復(fù)雜可編程邏輯器件的簡稱。盡管 f

27、pga 和 cpld 都是可編程 asic 器件,有很多共同特點,但由于 cpld 和 fpga 結(jié)構(gòu)上的差異,具有各自的特點。1.cpld 更適合完成各種算法和組合邏輯 ,fpga 更適合于完成時序邏輯。換句話說 ,fpga 更適合于觸發(fā)器豐富的結(jié)構(gòu) ,而 cpld 更適合于觸發(fā)器有限而乘積項 較多的結(jié)構(gòu)。 2.cpld 的連續(xù)式布線結(jié)構(gòu)決定了它的時序延遲是均勻的和可預(yù)測的 ,而 fpga 的分段式布線結(jié)構(gòu)決定了其延遲的不可預(yù)測性。3.在編程上 fpga 比 cpld 具有更大的靈活性。cpld 通過修改具有固定內(nèi)連電路的邏輯功能來編程,fpga 主要通過改變內(nèi)部連線的布線來編程 ;fpga

28、 可在邏輯門下編程,而 cpld 是在邏輯塊下編程。4.fpga 的集成度比 cpld 高,具有更復(fù)雜的布線結(jié)構(gòu)和邏輯實現(xiàn)。 5.cpld 比 fpga 使用起來更方便。cpld 的編程采用 eeprom 或 fastflash 技術(shù),無需外部存儲器芯片,使用簡單。而 fpga 的編程信息需存放在外部存儲器上 ,使用方法復(fù)雜。 6.cpld 的速度比 fpga 快,并且具有較大的時間可預(yù)測性。這是由于 fpga 是門級編程,并且 clb 之間采用分布式互聯(lián),而 cpld 是邏輯塊級編程,并且其邏輯塊之間的互聯(lián)是集總式的。7.在編程方式上,cpld 主要是基于 eeprom 或 flash 存儲

29、器編程,編程次數(shù)可達(dá) 1萬次,優(yōu)點是系統(tǒng)斷電時編程信息也不丟失。 cpld 又可分為在編程器上編程和在系統(tǒng)編程兩類。fpga 大部分是基于 sram 編程,編程信息在系統(tǒng)斷電時丟失 ,每次上電時,需從器件外部將編程數(shù)據(jù)重新寫入 sram 中。其優(yōu)點是可以編程任意次 ,可在工作中快速編程,從而實現(xiàn)板級和系統(tǒng)級的動態(tài)配置。8.cpld 保密性好,fpga 保密性差。 9.一般情況下,cpld 的功耗要比 fpga 大,且集成度越高越明顯。 2.2.22.2.2 cpldcpld 與與 fpgafpga 的區(qū)別的區(qū)別cpld 主要是由可編程邏輯宏單元（ lmc，logic macro cell）圍繞

30、中心的可編程互連矩陣單元組成，其中 lmc 邏輯結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，并具有復(fù)雜的 i/o 單元互連結(jié)構(gòu)，可由用戶根據(jù)需要生成特定的電路結(jié)構(gòu)，完成一定的功能。由于 cpld 內(nèi)部采用固定長度的金屬線進(jìn)行各邏輯塊的互連，所以設(shè)計的邏輯電路具有時間可預(yù)測性，避免了分段式互連結(jié)構(gòu)時序不完全預(yù)測的缺點。到 90 年代，cpld 發(fā)展更為迅速，不僅具有電擦除特性，而且出現(xiàn)了邊緣掃描及在線可編程等高級特性。較常用的有 xinlinx 公司的 epld 和 altera 公司的 cpld。 fpga 通常包含三類可編程資源：可編程邏輯功能塊、可編程 i/o 塊和可編程互連?？删幊踢壿嫻δ軌K是實現(xiàn)用戶功能的基本單元，它

31、們通常排列成一個陣列，散布于整個芯片；可編程 i/o 塊完成芯片上邏輯與外部封裝腳的接口，常圍繞著陣列排列于芯片四周；可編程內(nèi)部互連包括各種長度的連線線段和一些可編程連接開關(guān)，它們將各個可編程邏輯塊或 i/o 塊連接起來，構(gòu)成特定功能的電路。不同廠家生產(chǎn)的 fpga 在可編程邏輯塊的規(guī)模，內(nèi)部互連線的結(jié)構(gòu)和采用的可編程元件上存在較大的差異。較常用的有 altera、xinlinx 和 actel 公司的 fpga，fpga 一般用于邏輯仿真。電路設(shè)計工程師設(shè)計一個電路首先要確定線路，然后進(jìn)行軟件模擬及 優(yōu)化，以確認(rèn)所設(shè)計電路的功能及性能。然而隨著電路規(guī)模的不斷增大， 工作頻率的不斷提高，將會給

32、電路引入許多分布參數(shù)的影響，而這些影響用軟件模擬的方法較難反映出來，所以有必要做硬件仿真。fpga 就可以實現(xiàn)硬件仿真以做成模型機。將軟件模擬后的線路經(jīng)一定處理后下載到 fpga，就可容易地得到一個模型機，從該模型機，設(shè)計者就很直觀地測試其邏輯功能及性能指標(biāo)。2.32.3 開發(fā)板的介紹開發(fā)板的介紹zrtech corec-240u 開發(fā)套件采用 altera 公司推出的 maxii 系列芯片epm240t100c5 作為核心處理器進(jìn)行設(shè)計， maxii 系列芯片是目前市場上性價比最高的cpld 芯片。所以 zrtech corec-240u 開發(fā)套件采用了該系列的芯片作為核心處理器，為了使廣大

33、用戶能夠用最低的門框掌握數(shù)字邏輯設(shè)計，計算機組成原理，和fpga/cpld 初步設(shè)計的思想與方法。本開發(fā)套件價格低廉，產(chǎn)品質(zhì)量高，為初學(xué) fpga/cpld 設(shè)計的廣大朋友們的首選。下圖為所買的開發(fā)板的核心板的實物圖，從圖 2-1 中可以清晰地看出，核心板所含有的配件，對于每一個配件的位置都做了標(biāo)記，可以使我們很輕松的找到配件的準(zhǔn)確位置，使我們對于配件的使用更加的方便快捷， 另外還配套有下載線，可以將我們編好的程序下載到核心板上，進(jìn)行程序的測試。圖 2-1 核心板器件介紹該核心板由外部提供驅(qū)動電源，并提供了 2 排 slot 插槽用于連接外設(shè)板，其主要硬件資源如下：高性價比 cpld: max

34、ii 系列 epm240ct100c5，板載 50mhz 有源晶振。精心的去耦設(shè)計，采用大量去耦電容。5v 直流電源插座紅色電源指示燈電源開關(guān)，自鎖按鍵用戶可編程 led 指示燈用戶可編程輕觸按鍵預(yù)留外部時鐘接口巧妙的核心板與子卡設(shè)計方式， 兩個外設(shè)板插槽，可以同時插接兩塊外設(shè)板。精心設(shè)計的保護(hù)面板與銅柱支架，美觀大方， 又可以保護(hù)開發(fā)板。cpld 器件maxii 系列 epm240ct100c5240lescpld 配置jtag 燒寫模式時鐘板載 50m 有源晶振電源外部 5v 直流電源輸入下圖 2-2 為所用到的外設(shè)板， 圖中已經(jīng)標(biāo)明了個個器件的位置，對于我們使用開發(fā)板是非常方便的。圖 2

35、-2 外設(shè)板器件介紹該外設(shè)板子卡由核心板提供電源 ，其主要硬件資源如下：電源指示燈采用高亮度聚光貼片紅色 led 發(fā)光二極管，指示外設(shè)板是否加電工作。2x20 slot 接插座用于接插核心板。8 位 8 段共陽數(shù)碼管共陽 2 組，每組 4 位，采用 8550 三極管增強其驅(qū)動能力。8 個 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)高電平點亮。8 個獨立輕觸按鍵高性能輕觸按鍵，幫您實現(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)，幫您實現(xiàn)不同的功能要求。蜂鳴器可以實現(xiàn)簡單報警與奏樂功能?？烧{(diào)電位器可以實現(xiàn)調(diào)節(jié)液晶屏的對比度 。外部電源接口可以實現(xiàn)外部供電。開發(fā)板的

36、配件比較全，這次設(shè)計中并不會全部用到。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，報警模塊的硬件部分的設(shè)計，下面只需要焊接一個超聲波的發(fā)射和接收板就完成了全部的硬件設(shè)計了。采用開發(fā)板節(jié)省了 很多時間，方便快捷，使我有更多時間進(jìn)行 對超聲波的發(fā)射和接收部分的設(shè)計，焊接和測試過程。2.42.4 本章小結(jié)本章小結(jié)本章介紹了 cpld 是什么，cpld 和 fpga 的區(qū)別和特點。通過對 cpld 的介紹我加深了對設(shè)計的理解，通過討論 cpld 和 fpga 的特點，我對 cpld 的優(yōu)點有了了解。本章還介

37、紹了設(shè)計所用到的開發(fā)板 的型號，開發(fā)板的具體配置，以及一些優(yōu)點。開發(fā)板的使用為我解決了一些硬件部分的設(shè)計， 開發(fā)板的使用是明智的選擇 。第第 3 3 章章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計系統(tǒng)的硬件設(shè)計3.13.1 硬件的總體設(shè)計硬件的總體設(shè)計圖 3-1 超聲波倒車?yán)走_(dá)的設(shè)計結(jié)構(gòu)從圖 3-1 中可以看出超聲波倒車?yán)走_(dá)的設(shè)計被劃分為了幾個小塊， 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算出來的距離的，cpld 核心部分是用來進(jìn)行控制 的。報警模塊是對設(shè)定的預(yù)警值進(jìn)行報警的。其中顯示模塊

38、和報警模塊，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，報警模塊用蜂鳴器發(fā)出警報聲即可。 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 ，買材料來焊接測試。下面開始介紹各個模塊的具體硬件設(shè)計。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警模塊3.23.2 maxiimax

39、ii 系列芯片系列芯片 epm240t100c5epm240t100c53.2.13.2.1 芯片芯片 epm240t100c5epm240t100c5 的管腳圖的管腳圖圖 3-2 epm240t100c5 的管腳圖芯片 epm240t100c5 的原理圖如上圖 3-2 所示，芯片有 100 個引腳，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。3.2.23.2.2 芯片芯片 epm240t100c5epm240t100c5 的優(yōu)點的優(yōu)點1.a

40、ltera 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。2.max 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。3.max 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。4.max ii 器件支持用戶在器件工作時對閃存配置進(jìn)行更新。5.max ii 器件支持多種單端 i/o 接口標(biāo)準(zhǔn)，例如 lvttl、lvcmos 和 pci 。6.max 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兼容器件，例如分立閃存

41、器件等。3.33.3 超聲波的發(fā)送和接收部分超聲波的發(fā)送和接收部分3.3.13.3.1 超聲波測距原理超聲波測距原理1.1.超聲波的介紹超聲波的介紹超聲波是頻率高于 20000hz 的聲波,它方向性好,穿透能力強,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?？茖W(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?nèi)祟惗淠苈牭降穆暡l率為 20hz20000hz。當(dāng)聲波的振動頻率大于 20khz 或小于20hz 時,我們便聽不見了。因此，我們把頻率高

42、于 20000hz 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，介質(zhì)質(zhì)點振動的頻率很高，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

43、 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)點在其平衡位置附近進(jìn)行的往返運動形式。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20000hz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（ 20000hz） ，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，它們的共同點都是一種機械振動模式，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，其不同點是超聲波頻率高， 波長短，在一定距

44、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 25mhz 之間，常用為33.5mhz（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1620000hz 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

45、中傳播時，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，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)生幾千到上萬個大氣壓的壓強。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

46、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。2.2.超聲波測距超聲波測距超聲波指向性強，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的 時間差就可以知道距離了。這與雷達(dá)測距原理相似。超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時刻的同時開始計時，超聲波在

47、空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到反射波就立即停止計時。超聲波在空氣中的傳播速度為 340m/s，根據(jù)計時器記錄的時間 t，就可以計算出發(fā)射點距障礙物的距離 s，即：s=340t/23.3.23.3.2 超聲波傳感器超聲波傳感器超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器。超聲波是一種振動頻率高于聲波的機械波，由晶片在電壓的激勵下發(fā)生振動產(chǎn)生的，它具有頻率高、波長短、繞射現(xiàn)象小，特別是方向性好、能夠成為 射線而定向傳播等特點。超聲波對液體、固體的穿透本領(lǐng)很大，尤其是在陽光不透明的固體中，它可穿透幾十米的深度。超聲波碰到雜質(zhì)或分界面會產(chǎn)生顯著反射形成反射成回波，碰到活動物

48、體能產(chǎn)生多普勒效應(yīng)。因此超聲波檢測廣泛應(yīng)用在工業(yè)、國防、生物醫(yī)學(xué)等方面。以超聲波作為檢測手段，必須產(chǎn)生超聲波和接收超聲波。完成這種功能的裝置就是超聲波傳感器，習(xí)慣上稱為超聲換能器，或者超聲探頭。 下圖所展示的是一對普通的探頭，其中一個為發(fā)射超聲波的探頭，一個為接收超聲波的探頭，這兩個探頭所 持有的固有頻率是一樣的，只有這樣才能在發(fā)射出一定頻率的超聲波之后還能接受到相同頻率的超聲波的回波信號。本次設(shè)計中所用的探頭是和下圖 3-3 所示一樣的探頭。圖 3-3 探頭1.1.組成部分組成部分超聲波探頭主要由壓電晶片組成，既可以發(fā)射超聲波，也可以接收超聲波。小功率超聲探頭多作探測作用。它有許多不同的結(jié)構(gòu)

49、，可分直探頭、斜探頭、表面波探頭 、蘭姆波、雙探頭等。2.2.性能指標(biāo)性能指標(biāo)超聲探頭的核心是其塑料外套或者金屬外套中的一塊壓電晶片。構(gòu)成晶片的材料可以有許多種。晶片的大小，如直徑和厚度也各不相同，因此每個探頭的性能是不同的。3.3.工作頻率工作頻率工作頻率就是壓電晶片的共振頻率。當(dāng)加到它兩端的交流電壓的頻率和晶片的共振頻率相等時，輸出的能量最大，靈敏度也最高。超聲波傳感器主要材料有 壓電晶體（電致伸縮）及鎳鐵鋁合金（磁致伸縮）兩類。電致伸縮的材料有鋯鈦酸鉛（ pzt）等。壓電晶體組成的超聲波傳感器是一種可逆?zhèn)鞲衅鳎梢詫㈦娔苻D(zhuǎn)變成機械振蕩而產(chǎn)生超聲波，同時它接收到超聲波時，也能轉(zhuǎn)變成電能，

50、所以它可以分成發(fā)送器或接收器。有的超聲波傳感器既作發(fā)送，也能作接收。這里僅介紹小型超聲波傳感器，發(fā)送與接收略有差別，它適用于在空氣中傳播，工作頻率一般為 2325khz 及 4045khz。這類傳感器適用于測距、遙控、防盜等用途。超聲波傳感器由發(fā)送傳感器 (或稱波發(fā)送器)、接收傳感器(或稱波接收器)、控制部分與電源部分組成。發(fā)送器傳感器由發(fā)送器與使用 直徑為 15mm 左右的陶瓷振子換能器組成，換能器作用是將陶瓷振子的電振動能量轉(zhuǎn)換成超 聲波能量并向空中輻射；而接收傳感器由陶瓷振子換能器與放大電路組成，換能器接收波產(chǎn)生機械振動，將其變換成電能量，作為傳感器接收器的輸出，從而對發(fā)送的超 聲波進(jìn)行

51、檢測。而實際使用中，用發(fā)送傳感器的陶瓷振子的也可以用做接收器傳感器社的 陶瓷振子?？刂撇糠种饕獙Πl(fā)送器發(fā)出的脈沖鏈頻率、占空比及稀疏調(diào)制和計數(shù)及探測距離等進(jìn)行控制。3.3.33.3.3 超聲波發(fā)射和接收電路超聲波發(fā)射和接收電路超聲波發(fā)射和接收電路如下圖 3-4 所示。超聲波發(fā)射部份由電阻 r1、超聲波發(fā)送探頭 t 組成；接收電路由 bg1、bg2 和 bg3 組成的三級放大器組成；檢波電路、比較整形電路由 c3、d1、d2 及 bg4 組成。40khz 的方波由芯片 epm240t100c5 的管腳 82 發(fā)出，加載到發(fā)送超聲波的探頭 上，驅(qū)動超聲波發(fā)射頭發(fā)射超聲波。發(fā)送出的超聲波，遇到障礙物

52、后，產(chǎn)生回波，反射回來的回波被超聲波接收探頭接收到。由于聲波在空氣中傳播時衰減，所以接收到的波形幅值較低，經(jīng)接收電路放大，整形，最后輸入 到芯片 epm240t100c5 的管腳 42，只有這樣芯片才能對信號進(jìn)行分析和處理 。該測距電路的 40khz 方波信號由芯片 epm240t100c5 的管腳 82 發(fā)出，連接到超聲波發(fā)射的探頭上，發(fā)射出 40khz 的超聲波。由于開發(fā)板所提供的是 50mhz 的晶振，并不能滿足使用的要求，需要對晶振進(jìn)行分頻，分頻是用軟件編程來產(chǎn)生我們所用到的頻率的。經(jīng)過分頻后產(chǎn)生了 40.5khz 和 37.3khz 的方波。本設(shè)計在編程時選用了后者，讓芯片 epm2

53、40t100c5 產(chǎn)生約 37.3khz 的方波。具體的原因是探頭在 40.5khz 下不能工作，經(jīng)過調(diào)試在 37.3khz 下能正常工作所以選擇 37.3khz 的方波。關(guān)于分頻的部分會在軟件部分具體的介紹。 下圖 3-4 為所要焊接的超聲波測距發(fā)送和接收電路圖c 1104v ccb g29013r 44.7kr 6150kc 2104b g19013r 24.7kr 5150kin 4148d 1in 4148d 2b g39013b g49013r 34.7kr 11kr 7150kc 3104t rino ut2圖 3-4 超聲波測距發(fā)送和接收電路圖由于反射回來的超聲波信號非常微弱，所

54、以接收電路需要將其進(jìn)行放大。接收電路如圖 3-4 所示。接收到的信號加到 bg1、bg2 和 bg3 組成的三級放大器上進(jìn)行放大。每級放大器的放大倍數(shù)為 50 倍。放大的信號通過檢波電路得到解調(diào)后的信號，即把多個脈沖波解調(diào)成多個大脈沖波。這里使用的是 in4148 檢波二極管，輸出的直流信號即兩二極管之間電容電壓。該接收電路結(jié)構(gòu)簡單，性能較好，制作難度較低 。將最后得到的信號輸入到芯片中就可以對信號進(jìn)行處理和分析了。3.3.43.3.4 實驗過程中發(fā)射和接收到的波形實驗過程中發(fā)射和接收到的波形1.1.發(fā)射出的波形發(fā)射出的波形圖 3-5 發(fā)射出的波形上圖為 in 點測得的波形，從圖中可以看出，超

55、聲波發(fā)射器發(fā)射出的是 37.3khz的方波。電壓的峰峰值時 3.88v。2.2.接收到的波形接收到的波形圖 3-6 接收到的波形上圖 3-6 為 bg1 點測得的波形，從圖中可以看出接收到的是 37.3khz 的正弦波，電壓的峰峰值時 1.44v。和上圖對比可以看出波形的頻率沒有變化，但是波形的形狀，電壓都有了變化，此時的波形不能被芯片識別需要進(jìn)行放大， 再將波形經(jīng)過后面三極管的放大，得到電壓的峰峰值大于 5v 的正弦波或方波，這樣才能被開發(fā)板芯片所識別。經(jīng)過最后的測試得到了輸入芯片的電壓的峰峰值為 5.60v 的方波。會在附錄 b 中給出具體的波形圖。3.43.4 報警模塊報警模塊蜂鳴器是一

56、種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，它廣泛應(yīng)用于計算機、打印機、復(fù)印機、報警器、電話機等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。蜂鳴器主要分為電磁式蜂鳴器和壓電式蜂鳴器兩種類型。電磁式蜂鳴器（圖 3-7）由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動膜片及外殼等組成。接通電源后，振蕩器產(chǎn)生的音頻信號電流通過電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場，振動膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性振動發(fā)聲。圖 3-7 電磁式蜂鳴器壓電式蜂鳴器（圖 3-8）主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成。多諧振蕩器由晶體管或集成電路構(gòu)成，當(dāng)接通電源后 (1.515v 直流工作電壓)，多諧振蕩器起振，輸出 1.52.5khz 的音頻信號，阻抗匹

57、配器推動壓電蜂鳴片發(fā)聲。圖 3-8 壓電式蜂鳴器本開發(fā)板采用的是 3.3v 電磁式蜂鳴器。上面已經(jīng)介紹了，蜂鳴器發(fā)聲原理是電流通過電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場來驅(qū)動振動膜發(fā)聲的，因此需要一定的電流才能驅(qū)動它。一般的電磁式蜂鳴器的驅(qū)動電流為 30100ma，直接使用 cpld 的 io 引腳驅(qū)動的話，聲音會不夠響亮，因此需要增加一個電流放大的電路。本外設(shè)板通過一個三極管 8550 來驅(qū)動蜂鳴器，具體的原理圖如下所示：3.3vr 11kspea k er2p85 50b ee pq 1fm 1g nd圖 3-9 蜂鳴器電路如上圖 3-9 所示，三極管的發(fā)射極接到 vcc(+3.3v)電源上面，蜂鳴

58、器的正極接到三極管的集電極，三極管的基級 b 經(jīng)過限流電阻 r1 后由 cpld 的 i/o(beep)控制。當(dāng)輸出高電平時，三極管 q1 截止，沒有電流流過線圈，蜂鳴器不發(fā)聲 ；當(dāng) beep 為低電平時，三極管導(dǎo)通，這樣蜂鳴器的電流形成回路，發(fā)出聲音。因此，我們可以通過程序控制 cpld 上與 beep 管腳相連的 i/o 的輸出電平來使蜂鳴器發(fā)出聲音和關(guān)閉。3.53.5 顯示模塊顯示模塊數(shù)碼管按各發(fā)光二極管電極的連接方式分為共陽數(shù)碼管和共陰數(shù)碼管兩種。八段數(shù)碼管每一段為一發(fā)光二極管，共有 ag 以及,小數(shù)點 dp 八個發(fā)光二極管。將八段數(shù)碼管中的每個二極管的陰極并聯(lián)在一起，組成公共陰極端。

59、這樣把共陰極管腳接地，此時哪個管腳輸入高電平，對應(yīng)發(fā)光二極管就被點亮。反之將八段數(shù)碼管中的每個二極管的陽極并聯(lián)在一起，組成公共陽極端。此時哪個管腳輸入低電平，對應(yīng)發(fā)光二極管就被點亮。下圖分別為單個數(shù)碼管的原理圖與兩種連接方式。圖 3-10 數(shù)碼管原理圖上圖 3-10 為數(shù)碼管的原理圖，從圖中可以看出數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)是由 ag 著幾個二極管的點亮和關(guān)閉來控制的。abfcgded py1234567abcdefg8dpdp圖 3-11 共陰極和共陽極數(shù)碼管上圖 3-11 左邊為共陰極的數(shù)碼管，右邊為共陽極的數(shù)碼管 。數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動電路來驅(qū)動數(shù)碼管的各個段碼，從而顯示出我們要的數(shù)字，因此

60、根據(jù)數(shù)碼管的驅(qū)動方式的不同，可以分為靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩類。1.靜態(tài)顯示驅(qū)動：靜態(tài)驅(qū)動也稱直流驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動是指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個 cpld 的 i/o 端口進(jìn)行驅(qū)動，或者使用如 bcd 碼二進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動的優(yōu)點是編程簡單，顯示亮度高，缺點是占用 i/o 端口多。2.動態(tài)顯示驅(qū)動：數(shù)碼管動態(tài)顯示接口是應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式，動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的 8 個顯示筆劃“a,b,c,d,e,f,g,dp”的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極 com 增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的 i/o 線控制，當(dāng)cpld 輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼