單片機(jī)課程設(shè)計(jì)倒車?yán)走_(dá)

1、目錄1、緒論 11.1論文研究的背景意義 11.2國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 12、單片機(jī)超聲波測(cè)距系統(tǒng)構(gòu)想 32.1 系統(tǒng)總體方案工作原理 32.2系統(tǒng)主要參數(shù)考慮 4 傳感器的指向角 4 測(cè)距儀的工作頻率 4 聲速 5發(fā)射脈沖寬度 5測(cè)量盲區(qū) 53、硬件設(shè)計(jì) 73.1發(fā)射與接收電路的設(shè)計(jì)方案 73.2選頻電路 93.3顯示報(bào)警電路 11 LED顯示原理 11 系統(tǒng)顯示電路設(shè)計(jì) 12 報(bào)警電路 13 3.4 單片機(jī)復(fù)位電路143.5 時(shí)鐘電路15 3.6 穩(wěn)壓電源153.7單片機(jī)硬件 163.7.1單片機(jī) AT89C51 163.7.2 8155芯片介紹 183.7.3探頭UCM介紹183.7

2、.4反相驅(qū)動(dòng)器74LS244介紹 193.7.5反相驅(qū)動(dòng)器74LS06 20 運(yùn)算放大器 214、軟件設(shè)計(jì) 224.1主程序 224.2顯示子程序和蜂鳴報(bào)警子程序 255、結(jié)論 286、致謝 297、參考文獻(xiàn) 308、附錄 31汽車倒車防撞裝置的設(shè)計(jì)摘 要本文主要介紹了一種利用超聲波測(cè)距技術(shù)的汽車倒車防撞裝置，設(shè)計(jì)了超聲波發(fā)射電路來產(chǎn)生40kHZ的超聲波脈沖信號(hào)，并通過超聲波接收電路接收回波信號(hào)，通過放大、鑒幅、檢波電路對(duì)所接收的信號(hào)進(jìn)行鑒別。主機(jī)采用AT89C51單片機(jī)，完成對(duì)超聲波反射信號(hào)的識(shí)別、往返時(shí)間的計(jì)算及距離測(cè)量。報(bào)警顯示電路，當(dāng)車距小于所設(shè)置的安全車距時(shí)，啟動(dòng)報(bào)警，提示司機(jī)進(jìn)行安

3、全操作。本文對(duì)汽車倒車防撞裝置的硬件和軟件的設(shè)計(jì)、參數(shù)的計(jì)算、以及器件的選用等做了詳細(xì)介紹。關(guān)鍵字： 超聲波 溫度傳感器 單片機(jī) 檢波Abstract This article mainly introduced automobile back-draft anti-collision system that using ultrasonic ranging technology. The ultrasonic wave transmission circuit produces the 40kHZ ultrasonic wave pulse signal. The reception cir

4、cuit receives echo signal. The echo signal is differentiated through the enlarging and detecting circuit. The system uses AT89C51 single chip computer as the center, which can recognize the ultrasonic wave reflection signal and computes the round-trip time and the distance. The function of the alarm

5、 and display circuit is that, when the distance between vehicles was smaller than the security distance, which has been established by program. The alarm circuit reminds the driver of carrying on the safe operation. The article makes the detailed introduction of the automobile back-draft anti-collis

6、ion systems hardware and the software design, the parameter computation, as well as the component selected and so on.Key words: Ultrasonic wave, Temperature sensor, Single-chip computer, Detection1、緒論1.1論文研究的背景意義隨著汽車大量增加，路上車流不息，使道路交通事故逐年大幅度增加，造成大量人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。交通事故的主要原因包括超速行使、占道行使、酒后駕駛、疲勞駕駛等。而碰撞是交通事故的主要

7、表現(xiàn)形式，其中大部分是車與車碰撞和人與車碰撞?？梢钥隙?，隨著我國(guó)汽車保有量和生產(chǎn)量的快速增長(zhǎng)，高速公路和高等級(jí)公路里程的快速延伸，如果不加大汽車交通安全控制，交通安全事故會(huì)大量增加，造成更多的傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。專家對(duì)汽車交通事故的分析結(jié)果表明，在所發(fā)生的交通事故中，有80%是由于駕駛員反應(yīng)不及時(shí)、處置不當(dāng)造成的。其中有65%的事故屬汽車追尾碰撞造成，其余則屬于側(cè)面碰撞、擦掛所致。因此，德國(guó)奔馳公司的專家們?cè)趯?duì)各類交通事故進(jìn)行系統(tǒng)研究分析后得出：若駕駛員能在事故發(fā)生前提早1秒鐘意識(shí)到會(huì)有交通事故發(fā)生，并采取了相應(yīng)的正確措施，則絕大多數(shù)事故都可能避免。汽車防撞預(yù)警系統(tǒng)對(duì)提高汽車行駛安全性十分重要。從

8、1971年開始，國(guó)內(nèi)外相繼出現(xiàn)了超聲波、雷達(dá)、激光、機(jī)器視覺、紅外以及交互式等防撞預(yù)警系統(tǒng)的研究或者產(chǎn)品。本文將對(duì)超聲波防撞預(yù)警系統(tǒng)的原理、特點(diǎn)等方面進(jìn)行分析，并提出汽車防撞預(yù)警系統(tǒng)的發(fā)展方向。目前，超聲波測(cè)距技術(shù)一般應(yīng)用于汽車倒車避撞方面。本文主要介紹一種利用超聲波測(cè)距的汽車倒車防撞裝置，本設(shè)計(jì)可以自動(dòng)連續(xù)測(cè)量行駛車輛后方障礙物（車輛，行人或其他物體）的距離，如果后方障礙物的距離太近，裝置可發(fā)出報(bào)警聲，提醒駕駛員采取措施，進(jìn)一步的開發(fā)還可以完成自動(dòng)減速剎車的作用。本設(shè)計(jì)可以輔助汽車駕駛者對(duì)影響公路交通安全的人、車、路環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，在危險(xiǎn)情況下提醒駕駛員注意謹(jǐn)慎駕駛，防止汽車倒車相撞事故的

9、發(fā)生。1.2國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀從二十世紀(jì)八十年代起，國(guó)內(nèi)外著名大學(xué)、研究機(jī)構(gòu)以及汽車生產(chǎn)廠家就積極地研究汽車防撞預(yù)警系統(tǒng)，各個(gè)運(yùn)輸公司和保險(xiǎn)公司也非常關(guān)心如何減少交通事故的發(fā)生，其原因有以下幾點(diǎn)：據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球每年都有約120萬人死于交通事故，汽車事故的增加不僅帶來了經(jīng)濟(jì)損失，還給城市交通帶來了不必要的堵塞，給家庭帶來許多創(chuàng)傷，使人們的生活受到負(fù)面影響，這日益成為人們關(guān)心的社會(huì)問題；研究表明，早1s報(bào)警會(huì)減少50%90%追尾事故；安全一直是汽車市場(chǎng)的焦點(diǎn)，調(diào)查表明，大部分用戶認(rèn)為最重要考慮的問題是汽車的安全性；系統(tǒng)的市場(chǎng)前景很大。通過對(duì)現(xiàn)有的各種汽車防撞預(yù)警系統(tǒng)的特點(diǎn)、性能進(jìn)行分析，我們發(fā)現(xiàn)，超聲波

10、、雷達(dá)、激光有以下的固有缺陷：在汽車一方出現(xiàn)多目標(biāo)時(shí)，不能很好的辨識(shí)出最危險(xiǎn)的目標(biāo)，導(dǎo)致誤報(bào)；在道路彎道處不能很好檢測(cè)到危險(xiǎn)目標(biāo)，受公路上欄桿影響，也導(dǎo)致誤報(bào)和漏報(bào)；雷達(dá)和激光都能測(cè)出上幾公里的距離，但是在200m以下效果不好、成本高、大題小做，并且它們系統(tǒng)復(fù)雜、體積龐大、造價(jià)昂貴；激光的視覺角度幾乎為0，方向性強(qiáng)；機(jī)器視覺的防撞預(yù)警系統(tǒng)的技術(shù)要求和硬件要求高，受氣候影響；紅外防撞預(yù)警系統(tǒng)相對(duì)來說是最好的，可以全天候使用，抗干擾能力強(qiáng)，但是系統(tǒng)的技術(shù)要求和硬件要求也高；交互式智能化防撞預(yù)警系統(tǒng)在交通信息化上有一定的促進(jìn)作用，但是要廣泛應(yīng)用和汽車配套使用都需要漫長(zhǎng)的過程。電子技術(shù)的發(fā)展將帶動(dòng)防撞

11、預(yù)警系統(tǒng)的發(fā)展。為了使防撞預(yù)警系統(tǒng)克服上面各個(gè)系統(tǒng)的缺陷，應(yīng)該從以下幾個(gè)方面去做：提高抗干擾能力，減少誤報(bào)；增加視覺角度，提高監(jiān)控范圍；增強(qiáng)穩(wěn)定性，減少誤報(bào)、漏報(bào)；增加駕駛員和汽車檢測(cè)，因?yàn)榕鲎彩鹿手旭{駛員的疲勞駕駛和汽車的性能也有關(guān)系；增加報(bào)警決策因素，超聲波、雷達(dá)、激光等系統(tǒng)報(bào)警的因素是汽車和危險(xiǎn)物的距離，應(yīng)該考慮相對(duì)速度、相對(duì)加速度、車型以及天氣；形成智能型專家系統(tǒng)，提高報(bào)警的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性，因?yàn)椴煌能囆秃筒煌奶鞖鈱?duì)安全距離和安全時(shí)間要求不同， 形成行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，這是當(dāng)務(wù)之急，因?yàn)楫a(chǎn)品的成功應(yīng)用離不開行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。防撞預(yù)警系統(tǒng)的應(yīng)用將推動(dòng)汽車的智能化、信息化，也對(duì)無人駕駛技術(shù)起到促進(jìn)作用，從

12、而讓我們的行車生活處于安全、舒適、快捷之中。2、單片機(jī)超聲波測(cè)距系統(tǒng)構(gòu)想2.1 系統(tǒng)總體方案工作原理本裝置的應(yīng)用原理是：超聲波由于其反射性強(qiáng)、能量消耗緩慢、傳播距離較遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)，而經(jīng)常用于距離的測(cè)量，如測(cè)距儀和物位測(cè)量?jī)x等都可以通過超聲波來實(shí)現(xiàn)。超聲波測(cè)距主要應(yīng)用于倒車?yán)走_(dá)、建筑施工工地以及一些工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，例如液位、井深、管道長(zhǎng)度等場(chǎng)合。利用超聲波檢測(cè)往往比較迅速、方便、計(jì)算簡(jiǎn)單、易于做到實(shí)時(shí)控制，并且在測(cè)量精度方面能達(dá)到工業(yè)實(shí)用的要求，因此在測(cè)控系統(tǒng)的研制上得到了廣泛應(yīng)用。本文介紹一種以STC89C51單片機(jī)為核心的低成本、高精度、微型化數(shù)字顯示汽車倒車防撞裝置，它由硬件電路和軟件設(shè)計(jì)組成 。超

13、聲波測(cè)距從原理上可分為共振式、脈沖反射式兩種。由于共振法的應(yīng)用要求復(fù)雜，在這里使用脈沖反射式。超聲波測(cè)距原理是通過超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時(shí)刻的同時(shí)開始計(jì)時(shí)，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物立即返回，超聲波接收器收到反射波立即停止計(jì)時(shí)。超聲波在空氣中的傳播速度為c，而根據(jù)計(jì)時(shí)器記錄的超聲波發(fā)射和接收回波的時(shí)間差為，就可以計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)到障礙物的距離S，即：S=ct/2。圖2.1這就是所謂的時(shí)間差測(cè)距法。由于超聲波也是一種聲波，其聲速c與溫度有關(guān)，在溫差變化較大的地區(qū)使用超聲波測(cè)距要進(jìn)行溫度補(bǔ)償。在使用時(shí)，如果溫度變化不大，則可認(rèn)為聲速是基本不變的。如果測(cè)距精度要求很高，則應(yīng)通過

14、溫度補(bǔ)償?shù)姆椒右孕Ｕ?。聲速確定后，只需測(cè)得超聲波往返的時(shí)間，即可求得距離。這就是超聲波測(cè)距裝置的原理。汽車倒車?yán)走_(dá)裝置是基于STC89C51單片機(jī)為核心的測(cè)量顯示系統(tǒng)。測(cè)量距離是通過超聲波發(fā)生器發(fā)出超聲波，通過超聲波接收器接收超聲波，同時(shí)利用單片機(jī)通過外界中斷計(jì)算超聲波在空氣中的傳播時(shí)間，通過程序進(jìn)一步計(jì)算距離。本設(shè)計(jì)選用8155芯片作為單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)擴(kuò)展的I/O口。系統(tǒng)報(bào)警電路由一個(gè)運(yùn)算放大器、一個(gè)發(fā)光二極管和一個(gè)喇叭組成。硬件設(shè)計(jì)方框圖如圖2.2。圖2.2 汽車倒車防撞系統(tǒng)硬件框圖本裝置的主要工作原理是單片機(jī)控制超聲波的發(fā)射，當(dāng)發(fā)射超聲波時(shí)單片機(jī)同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)中斷，當(dāng)單片機(jī)接到中斷信號(hào)時(shí)，

15、停止計(jì)時(shí)，并記錄超聲波傳播時(shí)間。通過程序計(jì)算障礙物與車輛之間的距離。2.2系統(tǒng)主要參數(shù)考慮系統(tǒng)的主要參數(shù)有傳感器的指向角、測(cè)距的工作頻率、聲速、脈沖寬度、測(cè)量盲區(qū)等，下面做介紹并闡述。 傳感器的指向角傳感器的指向角是聲束半功率點(diǎn)的夾角，是影響測(cè)距的一個(gè)重要技術(shù)參數(shù)，它直接影響測(cè)量的分辨率。對(duì)圓片傳感器來說，它的大小與工作波長(zhǎng)，傳感器半徑r有關(guān)。由(2/)*r*sin(/2)=1.615 (2-1)選 f0=40KHz 時(shí)，C/f0=8.5mm。當(dāng) f0選定后，指向角近似與傳感器半徑成反比。指向角愈小，空間分辨率愈高，則要求傳感器半徑r愈大。鑒于目前電子市場(chǎng)的壓電傳感片規(guī)格有限，為降低成本，在不

16、降低空間分辨率的條件下，選用國(guó)產(chǎn)現(xiàn)有電傳感器片最大半徑 r=6.3mm，故=2*arcsin (1.615/2*r)=75°。 測(cè)距儀的工作頻率由文獻(xiàn)5知，空氣中超聲波的衰減系數(shù)為=as=Af2+Bf4。所以，空氣中超聲波的衰減對(duì)頻率很敏感，要求合理選擇超聲波頻率，一般在 40KHz 左右。太高頻率的超聲波在空氣中是無法傳播開去的。傳感器的工作頻率是測(cè)距系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)，它直接影響超聲波的擴(kuò)散和吸收損失，障礙物反射損失，背景噪聲，并直接決定傳感器的尺寸。工作頻率的確定主要基于以下幾點(diǎn)考慮：(1) 如果測(cè)距的能力要求很大，聲波傳播損失就相對(duì)增加，由于介質(zhì)對(duì)聲波的吸收與聲波頻率的平方成

17、正比，為減小聲波的傳播損失，就必須降低工作頻率。(2) 工作頻率越高，對(duì)相同尺寸的換能器來說，傳感器的方向性越尖銳，測(cè)量障礙物復(fù)雜表面越準(zhǔn)，而且波長(zhǎng)短，尺寸分辨率高，“細(xì)節(jié)”容易辨識(shí)清楚，因此從測(cè)量復(fù)雜障礙物表面和測(cè)量精度來看，工作頻率要求提高。(3) 從傳感器設(shè)計(jì)角度看，工作頻率越低，傳感器尺寸就越大，制造和安裝就越困難。綜上所述，由于本測(cè)距儀最大測(cè)量量程不大，因而選擇測(cè)距儀工作頻率在 40KHz，定為 44KHz。這樣傳感器方向性尖銳，且避開了噪聲，提高了信噪比；雖然傳播損失相對(duì)低頻有所增加，但不會(huì)給發(fā)射和接收帶來困難。 聲速由S=C*t/2=C*t0知，聲速的精確程度線性的決定了測(cè)距系統(tǒng)

18、的測(cè)量精度。傳播介質(zhì)中聲波的傳播速度隨溫度，雜質(zhì)含量，和介質(zhì)壓力的變化而變化。聲速隨溫度變化公式為V=331.40.607T(m/s) (2-2)式中，T 是溫度。由于該測(cè)距系統(tǒng)用于室內(nèi)測(cè)量，且量程也不大，溫度可以看作定值。在常溫下，聲音在空氣中的傳播速度可依據(jù)上式計(jì)算出為 340 m/s。發(fā)射脈沖寬度發(fā)射脈沖寬度決定了測(cè)距儀的測(cè)量盲區(qū)，也影響測(cè)量精度，同時(shí)與信號(hào)的發(fā)射能量有關(guān)。根據(jù)資料，減小發(fā)射脈沖寬度，可以提高測(cè)量精度，減小測(cè)量盲區(qū)，但同時(shí)也減小了發(fā)射能量，對(duì)接收回波不利。但是根據(jù)實(shí)際的經(jīng)驗(yàn)，過寬的脈沖寬度會(huì)增加測(cè)量盲區(qū)，對(duì)接收回波及比較電路都造成一定困難。在具體設(shè)計(jì)中，比較了 24s (

19、1個(gè)40KHz 脈沖方波)，120s( 5個(gè)40KHz 脈沖方波)，240s (10個(gè)40KHz 脈沖方波)，720s( 30個(gè)40KHz 脈沖方波)的發(fā)射脈沖寬度作為發(fā)射信號(hào)后的接收信號(hào)，最終選用 120s (5個(gè)40KHz 脈沖方波)的發(fā)射脈沖寬度。此時(shí)，從接收回波信號(hào)幅度和測(cè)量盲區(qū)兩個(gè)方面來衡量比較適中。測(cè)量盲區(qū)在以傳感器脈沖反射方式工作的情況下，電壓很高的發(fā)射電脈沖在激勵(lì)傳感器的同時(shí)也進(jìn)入接收部分。此時(shí)，在短時(shí)間內(nèi)放大器的放大倍數(shù)會(huì)降低，甚至沒有放大作用，這種現(xiàn)象稱為阻塞。不同的檢測(cè)儀阻塞程度不一樣。根據(jù)阻塞區(qū)內(nèi)的缺陷回波高度對(duì)缺陷進(jìn)行定量評(píng)價(jià)會(huì)使結(jié)果偏低，有時(shí)甚至不能發(fā)現(xiàn)障礙物，這是

20、需要注意的。由于發(fā)射聲脈沖自身有一定的寬度，加上放大器有阻塞問題，在靠近發(fā)射脈沖一段時(shí)間范圍內(nèi)，所要求發(fā)現(xiàn)的缺陷往往不能被發(fā)現(xiàn)，這段距離，稱為盲區(qū)，具體分析如下：當(dāng)發(fā)射超聲波時(shí)，發(fā)射信號(hào)雖然只維持一個(gè)極短時(shí)間，但停止施加發(fā)射信號(hào)后，探頭上還存在一定余振（由于機(jī)械慣性作用）。因此，在一段較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)，加在接收放大器輸入端的發(fā)射信號(hào)幅值仍具一定幅值高度，可以達(dá)到限幅電路的限幅電平VM；另一方面，接收探頭上接收到的各種反射信號(hào)卻遠(yuǎn)比發(fā)射信號(hào)小，即使是離探頭較近的表面反射回來的信號(hào)，也達(dá)不到限幅電路的限幅電平。當(dāng)反射面離探頭愈來愈遠(yuǎn)，接收和發(fā)射信號(hào)相隔時(shí)間愈來愈長(zhǎng)，其幅值也愈來愈小。在超聲波檢測(cè)中，接收

21、信號(hào)的衰減總是比發(fā)射信號(hào)余振衰減慢的多。為保證一定的信噪比，接收信號(hào)幅值需達(dá)到規(guī)定的閾值 Vm ，亦即接收信號(hào)的幅值必須大于這一閾值才能使接受放大器有輸入信號(hào)。3、硬件設(shè)計(jì)3.1發(fā)射與接收電路的設(shè)計(jì)方案超聲波發(fā)射接收電路如圖3.1所示。該電路簡(jiǎn)單實(shí)用，通過兩極放大，增強(qiáng)接收信號(hào)，比較適合本設(shè)計(jì)需要。測(cè)距系統(tǒng)中的超聲波傳感器采用壓電陶瓷傳感器，它的工作電壓是40kHZ的脈沖信號(hào)，前方測(cè)距電路的輸入端接單片機(jī)P1.0端口，單片機(jī)執(zhí)行程序后，在P1.0端口輸出一個(gè)40kHZ的脈沖信號(hào)，經(jīng)過三極管T放大，驅(qū)動(dòng)超聲波發(fā)射頭UCM40T，發(fā)出40kHZ的脈沖超聲波，且持續(xù)發(fā)射200s。圖3.1超聲波測(cè)距系

22、統(tǒng)發(fā)射接收電路由AT89C51單片機(jī)編程，執(zhí)行程序后P1.0 口產(chǎn)生40KHZ的脈沖信號(hào)，經(jīng)三極管放大后來驅(qū)動(dòng)超聲波發(fā)射探頭UCM40T，產(chǎn)生超聲波。接收頭采用和發(fā)射頭配對(duì)的UCM40R，將超聲波調(diào)制脈沖變?yōu)榻蛔冸妷盒盘?hào)，經(jīng)運(yùn)算放大器兩級(jí)放大后加至DC2。DC2是帶有鎖定環(huán)的音頻譯碼集成塊LM567，內(nèi)部的壓控振蕩器的中心頻率f0=1/1.1R8C3，電容C4 決定其鎖定帶寬。調(diào)解R8在發(fā)射的載頻上，則LM567輸入信號(hào)大于25mV，輸出端8腳由高電平躍變?yōu)榈碗娖?，作為中斷?qǐng)求信號(hào)，送至單片機(jī)處理。在啟動(dòng)發(fā)射電路的同時(shí)啟動(dòng)單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器T0，利用定時(shí)器的計(jì)數(shù)功能記錄超聲波發(fā)射的時(shí)間和收到反

23、射波的時(shí)間。當(dāng)收到超聲波反射波時(shí)，接收電路輸出端產(chǎn)生一個(gè)負(fù)跳變，在INT0或INT1端產(chǎn)生一個(gè)中斷請(qǐng)求信號(hào)，單片機(jī)響應(yīng)外部中斷請(qǐng)求，執(zhí)行外部中斷服務(wù)子程序，讀取時(shí)間差，計(jì)算距離。發(fā)射電路電路圖如圖3.2所示：圖3.2系統(tǒng)發(fā)射電路此電路由一個(gè)9V的電源，R1=3.6K，R2=360，三極管T一個(gè)，激勵(lì)換能器T40-16一個(gè)。其流程圖如圖3.3所示：圖3.3流程圖發(fā)射電路原理：當(dāng)單片機(jī)AT89C51,通過P1.0這個(gè)I/O口，發(fā)送一系列的脈沖，經(jīng)過三極管T進(jìn)行放大，從而使T40-16這個(gè)激勵(lì)換能器發(fā)射出超聲波。接收電路如3.4所示：圖3.4接收電路圖其原理框圖如下：圖3.5 原理框圖3.2選頻電路

24、本裝置采用帶有鎖定環(huán)的音頻譯碼集成塊LM567進(jìn)行頻率選擇，只接收超聲波發(fā)生器發(fā)出的一定頻率的脈沖信號(hào)，將其他頻率的噪音信號(hào)和其他干擾信號(hào)去除，從而減少系統(tǒng)的誤報(bào)和錯(cuò)報(bào)。鎖相環(huán)是一個(gè)閉環(huán)的相位負(fù)反饋控制系統(tǒng)，它由相位檢波器（亦稱鑒相器），低通濾波器（又稱環(huán)路濾波器）和壓控振蕩器（簡(jiǎn)稱VCO）三個(gè)基本部件組成。鎖相環(huán)音頻譯碼器LM567采用8腳雙列直插式封裝，管腳功能如圖3.6。 圖3.6 LM567管腳圖LM567由相位比較器、壓控振蕩器、正交相位檢波器、邏輯輸出放大器等幾部分構(gòu)成。圖3.7 LM567內(nèi)部電路圖它的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)由正交相位探測(cè)器、鎖相環(huán)、放大器等組成。LM567的工作電壓為4.

25、759V，工作頻率可達(dá)500KHZ，靜態(tài)工作電流僅8mA。第3腳是信號(hào)輸入端，要求輸入信號(hào)大于25mV。第8腳是邏輯輸出端，它是一個(gè)集電極開路的晶體管輸出，允許最大灌電流為100mA。第5、6腳外接的電阻、電容，它們決定了DC內(nèi)部的壓控振蕩器中心頻率fT1.1/RC。第1、2腳通常是分別對(duì)地接電容，形成輸出濾波網(wǎng)絡(luò)和環(huán)路低通濾波網(wǎng)絡(luò)，其中第2腳所接電容決定了鎖相環(huán)路的捕捉帶寬，電容數(shù)值越大，環(huán)路帶寬越窄。LM567的環(huán)路帶寬BW可由下式計(jì)算：BW=1070(Vi/FoC2)，當(dāng)音頻譯碼器LM567工作時(shí)，其鎖相環(huán)內(nèi)部電壓控制振蕩器產(chǎn)生一定頻率的振蕩信號(hào)，此信號(hào)連同引腳3輸入的信號(hào)頻率一起送入正

26、交相位探測(cè)器進(jìn)行比較，若連續(xù)輸入的信號(hào)頻率落在給定的通頻帶時(shí)，鎖相環(huán)即將這個(gè)信號(hào)鎖定，同時(shí)LM567的內(nèi)部晶體管受控導(dǎo)通，引腳8輸出端輸出低電平。LM567的引腳5輸出內(nèi)部振蕩器的矩形信號(hào)，引腳6輸出鋸齒波脈沖，二者的頻率都與內(nèi)部振蕩器的中心頻率相同。LM567的特性參數(shù)：、外接電阻和電容實(shí)現(xiàn)20：1的頻率調(diào)整范圍；、邏輯兼容性：輸出端具有接受100mA灌電流的能力；、可調(diào)帶寬：10%14%；、抑制噪聲的能力強(qiáng)；、抗干擾能力強(qiáng)；、振蕩頻率（中心頻率fT）穩(wěn)定性好；、中心頻率可調(diào)整從0.01HZ500kHZ。選頻電路工作原理分析:圖3.8 選頻電路的外部接線其5、6腳外接的電阻Rp1和電容C23

27、決定了內(nèi)部壓控振蕩器的中心頻率fT1.1/(Rp1×C23)。2腳所接電容C25決定鎖相環(huán)路的捕捉帶寬，C25的確定方法是：C25=130fT(Rp2+10Rp2)。1腳所接電容C24的容量應(yīng)至少是2腳電容的2倍。第3腳為信號(hào)輸入端，要求輸入信號(hào)的幅度大于25mV，最佳值為200mV左右。當(dāng)LM567的3腳輸入信號(hào)的頻率落在其內(nèi)部壓控振蕩器中心頻率附近時(shí)且信號(hào)幅度大于25mV時(shí)，邏輯輸出端（8腳）將由原高電平變?yōu)榈碗娖剑敵鲆粋€(gè)負(fù)脈沖。8腳不僅可以實(shí)現(xiàn)選頻，而且還有負(fù)脈沖形成功能。改變Rp可改變選頻頻率。我們可利用了LM567接收到相同頻率的載波信號(hào)后8腳輸出低電平這一特性，來形成對(duì)

28、控制對(duì)象的控制。由于8腳為集電極開路輸出，故實(shí)際應(yīng)用時(shí)，其8腳應(yīng)接一上拉電阻至電源正極Vdd。 LM567的輸出端8腳接單片機(jī)的中端口，由高電平躍變?yōu)榈碗娖?，作為判斷回波的信?hào)，送至單片機(jī)處理，關(guān)掉定時(shí)器讀取定時(shí)器的記錄時(shí)間。3.3顯示報(bào)警電路3.3.1 LED顯示原理 本裝置的顯示采用了共陰極數(shù)碼管作為顯示器件，數(shù)碼管LED結(jié)構(gòu)和顯示原理：LED（Light Emitting Diode）顯示器是由發(fā)光二極管作為顯示字段的顯示器件，最常見的是由7段型發(fā)光二極管（a-g7段）和1個(gè)圓點(diǎn)型發(fā)光二極管（常以dp表示，主要用來顯示小數(shù)點(diǎn)）組成的LED顯示器，其排列形狀如圖3.9所示。這種LED顯示器

29、也可稱為7段數(shù)碼顯示器（或8段數(shù)碼顯示器，如圖3.9所示）。圖3.9 LED管腳圖 圖3.10(a)共陰極圖3.10(b)共陽(yáng)極LED顯示中的發(fā)光二極管根據(jù)其連接的方法有共陰極和共陽(yáng)極兩種結(jié)構(gòu)。共陰極結(jié)構(gòu)：把各段發(fā)光二極管的陰極連接在一起構(gòu)成公共陰極，如圖3.10(a)所示。使用時(shí)，公共陰極接地，根據(jù)要求需點(diǎn)亮發(fā)光二極管的陽(yáng)極輸入高電平，不需點(diǎn)亮的發(fā)光二極管的陽(yáng)極輸入低電平。共陽(yáng)極結(jié)構(gòu)：把各段發(fā)光二極管的陽(yáng)極連接在一起構(gòu)成公共陽(yáng)極，如圖3.10(b)所示。使用時(shí)，公共陽(yáng)極接+5V，根據(jù)要求需要點(diǎn)亮發(fā)光二極管的陰極輸入低電平，不需點(diǎn)亮的發(fā)光二極管的陰極輸入高電平。通過控制7個(gè)段的發(fā)光二極管的亮暗

30、的不同組合，可以顯示多種數(shù)字、字母以及其他符號(hào)。字段碼：為了顯示各個(gè)數(shù)字或字符，就需要為L(zhǎng)ED提供相應(yīng)的代碼，因?yàn)檫@些代碼是控制各段的亮或滅，供顯示器顯示字形的，所以稱為字段碼（也可以稱為段選碼或字形碼）。七段發(fā)光二極管再加上1個(gè)小數(shù)點(diǎn)位，共計(jì)8段，因此提供給LED顯示器的字段碼正好1個(gè)字節(jié) 。3.3.2系統(tǒng)顯示電路設(shè)計(jì)顯示器是一個(gè)典型的輸出設(shè)備，而且其應(yīng)用是極為廣泛的，幾乎所有的電子產(chǎn)品都要使用顯示器，其差別僅在于顯示器的結(jié)構(gòu)類型不同而已。最簡(jiǎn)單的顯示器可以使LED 發(fā)光二極管，給出一個(gè)簡(jiǎn)單的開關(guān)量信息，而復(fù)雜的較完整的顯示器應(yīng)該是CRT監(jiān)視器或者屏幕較大的LCD液晶屏。綜合課題的實(shí)際要求以

31、及考慮單片機(jī)的接口資源，采用串行方式顯示的LED驅(qū)動(dòng)輸出設(shè)備。由于全程顯示的距離范圍在4米之內(nèi)，用3個(gè) LED數(shù)碼管表示距離的cm數(shù)值。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，發(fā)光二極管LED顯示器常用兩種驅(qū)動(dòng)方式：靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)和動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)。所謂靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)，就是給要點(diǎn)亮的LED通以恒定的電流，即每一位LED顯示器各引腳都要占用單獨(dú)的具有鎖存功能的I/O接口。單片機(jī)只需要把要顯示的字形段碼發(fā)送到接口電路并保持不變即可，如果要顯示新的數(shù)據(jù)，再發(fā)送新的字形段碼。因此，使用這種方法單片機(jī)中CPU開銷小，但這種驅(qū)動(dòng)方法需要寄存器、譯碼器等硬件設(shè)備。當(dāng)需要顯示的位數(shù)增加時(shí)，所需的器件和連線也相應(yīng)增加，成本也增加。而所謂動(dòng)

32、態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)就是給欲點(diǎn)亮的LED通以脈沖電流，即采用分時(shí)的方法，輪流控制各個(gè)顯示器的COM端，使各個(gè)顯示器輪流點(diǎn)亮，這時(shí)LED的亮度就是通斷的平均亮度?？紤]各種因素，本設(shè)計(jì)選用動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)顯示。本設(shè)計(jì)選用8155芯片作為單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)擴(kuò)展的I/O口。8155的PA口作為L(zhǎng)ED的字形輸出口，為提高顯示亮度，采用8路反相驅(qū)動(dòng)器74LS244驅(qū)動(dòng)；PC口作為L(zhǎng)ED的位選控制口，采用共陽(yáng)極的LED顯示器，由于8段全亮?xí)r位控線的驅(qū)動(dòng)電流較大，采用6路反相驅(qū)動(dòng)器74LS06以提高驅(qū)動(dòng)能力。圖3.11系統(tǒng)顯示電路3.3.3報(bào)警電路 系統(tǒng)報(bào)警電路由一個(gè)運(yùn)算放大器、一個(gè)發(fā)光二極管和一個(gè)喇叭組成。R25的阻值為1K，R

33、26的阻值為10K。對(duì)于二級(jí)運(yùn)算放大器，都采用F007芯片。兩級(jí)放大電路均是負(fù)反饋接法，即反相比例運(yùn)算電路。而反相比例運(yùn)算電路中，輸入信號(hào)從反相輸入端輸入，同相輸入端接地。根據(jù)“虛短”和“虛斷”的特點(diǎn)，即u_=u+，i_=i+=0，可得u+=0。而所謂“虛短”是由于理想集成運(yùn)放Au0，所以可以認(rèn)為兩個(gè)輸入端之間的差模電壓近似為零，即Uid=u_=u+0，即u_=u+，而u0具有一定值。由于兩個(gè)輸入端間的電壓為零，而又不是短路，故稱為“虛短”。而“虛斷”是由于理想集成運(yùn)放的輸入電阻Rid，故可以認(rèn)為輸入端不取電流，即i_=i+0。這樣，輸入端相當(dāng)于斷路，而又不是斷開，稱為“虛斷”。而電路中，反相

34、輸入端與地端等電位，但又不是真正接地，這種情況稱為“虛地”。所以iI=，iF=，因?yàn)閕_=0，iI=if，則可得u0=-uI。故可將信號(hào)進(jìn)行放大。圖3.12 系統(tǒng)報(bào)警電路當(dāng)單片機(jī)AT89C51通過P1.0口，發(fā)射出超聲波的信號(hào)，即輸出一個(gè)高電平給這個(gè)I/O口，大約5V的電壓，同時(shí)單片機(jī)計(jì)數(shù)器T0開始計(jì)時(shí)。則信號(hào)經(jīng)過三極管T1，T2，T3進(jìn)行放大。使電流達(dá)到T40-16的工作電流，從而發(fā)射出超聲波。當(dāng)T40-16發(fā)射出去的超聲波遇到障礙物時(shí)被反射回來，這時(shí)接收器R40-16便會(huì)將反射回來的超聲波接收，并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)過運(yùn)算放大器的兩極放大，將信號(hào)送給LM567的輸入端，當(dāng)LM567的輸入端電流

35、大于25mA時(shí)，其8號(hào)輸出引腳會(huì)產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)，使得單片機(jī)AT89C51產(chǎn)生一個(gè)中斷。這樣，計(jì)數(shù)器便停止計(jì)數(shù)。單片機(jī)把計(jì)得的時(shí)間差進(jìn)行運(yùn)算，根據(jù)S=170*t這個(gè)公式來計(jì)算車與障礙物的距離，并把運(yùn)算結(jié)果以十進(jìn)制的方式送到七段LED顯示電路去顯示。如果距離小于1m或0.5m，則單片機(jī)AT89C51便給P1.5口一個(gè)信號(hào)，使得報(bào)警電路工作，實(shí)現(xiàn)報(bào)警。3.4單片機(jī)復(fù)位電路在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)工作時(shí)，除了進(jìn)入系統(tǒng)正常的初始化之外，當(dāng)由于程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，為擺脫困境，也需按復(fù)位鍵以重新啟動(dòng)。所以，系統(tǒng)的復(fù)位電路必須準(zhǔn)確、可靠地工作。單片機(jī)的復(fù)位都是靠外部電路實(shí)現(xiàn)的，在時(shí)鐘電路工作后，

36、只要在單片機(jī)的RST引腳上出現(xiàn)24個(gè)時(shí)鐘振蕩脈沖以上的高電平，單片機(jī)便實(shí)現(xiàn)初始化狀態(tài)復(fù)位。為了保證應(yīng)用系統(tǒng)可靠地復(fù)位，在設(shè)計(jì)復(fù)位電路時(shí)，通常使RST保持高電平。只要RST保持高電平，則單片機(jī)就循環(huán)復(fù)位。單片機(jī)復(fù)位電路通常采用以下幾種方式：a、上電自動(dòng)復(fù)位在通電瞬間，由于R·C電路充電過程中，RST端出現(xiàn)正脈沖，從而使單片機(jī)復(fù)位。圖3.13上電復(fù)位電路b、按鍵電平復(fù)位通過使復(fù)位端經(jīng)電阻與VCC電源接通而實(shí)現(xiàn)的。c、系統(tǒng)復(fù)位在實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中，為了保證復(fù)位電路可靠工作，常將RC電路接施密特電路后再接入單片機(jī)復(fù)位端和外圍電路復(fù)位端。這特別適合于應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)干擾大、電壓波動(dòng)大的工作環(huán)境，并且，當(dāng)系

37、統(tǒng)有多個(gè)復(fù)位端時(shí)，能保證可靠地同步復(fù)位?？紤]本設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，干擾小，故采用上電自動(dòng)復(fù)位。3.5時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作所需要的時(shí)鐘信號(hào)，單片機(jī)本身就是一個(gè)復(fù)雜的同步時(shí)序電路，為了保證同步工作方式的實(shí)現(xiàn)，電路應(yīng)在惟一的時(shí)鐘信號(hào)控制下嚴(yán)格地按時(shí)序進(jìn)行工作 。該時(shí)鐘電路由兩個(gè)電容和一個(gè)晶體振蕩器組成。X1是接外部晶體管的一個(gè)引腳。在單片機(jī)內(nèi)部，它是一個(gè)反相放大器的輸入端，這個(gè)放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。輸出端為引腳X2，在芯片的外部通過這兩個(gè)引腳接晶體振蕩器和微調(diào)電容，形成反饋電路，構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。圖3.14晶振電路電路中的C1和C2一般取30PF左右，而晶體振蕩器的頻率范圍通常是1

38、.212MHz，而電路中采用6MHz，晶體振蕩器的頻率越高，振蕩頻率就越高。3.6穩(wěn)壓電源大部分的電子電路與電子設(shè)備都需要有一個(gè)穩(wěn)定的直流電源提供能量，而且對(duì)于我們通常所接觸的控制器而言，一般都是利用電網(wǎng)提供的交流電源，經(jīng)過整流、濾波、穩(wěn)壓后，濾去其不穩(wěn)定的脈動(dòng)、干擾成分，提供一個(gè)穩(wěn)定的直流電壓，來使電子電路與電子設(shè)備保持正常的工作。并且，我們目前絕大部分電子電路與電子設(shè)備都是使用線性電源，即通過降壓、整流、濾波、穩(wěn)壓后提供穩(wěn)定的直流電壓給電子電路及芯片工作的。固定式三端穩(wěn)壓電源(7805)是由輸出腳Vo,輸入腳Vi和接地腳GND組成,它的穩(wěn)壓值為+5V,它屬于CW78xx系列的穩(wěn)壓器,輸入端

39、接電容可以進(jìn)一步的濾波,輸出端也要接電容可以改善負(fù)載的瞬間影響,此電路的穩(wěn)定性也比較好。由于固定式三端穩(wěn)壓電源（7805）的輸出電流有1.5A，而本次設(shè)計(jì)電路電流在1A到2A之間，考慮到電路的一般余量在2倍到3倍左右。故本次設(shè)計(jì)電源電路需要采用擴(kuò)流電路，如圖3.15。圖 3.15電源電路采用外接PNP型大功率管的方法，這是一種最基本的擴(kuò)展電流電路，擴(kuò)展的輸出電流取決于外接功率管的電流負(fù)載量，電路中的R1是VT的偏置電阻，為VT1提壓導(dǎo)通時(shí)的基極偏壓，VT與集成穩(wěn)壓器內(nèi)電路中的NPN型調(diào)整管組成復(fù)合管，設(shè)Ir為流過電阻R1中的電流，Ic為流過外接調(diào)整管的集電極電流，Td為7805的靜態(tài)工作電流，

40、這時(shí)7805的輸出電流為Ioxx，可表示為式中為VT的電流放大系數(shù)，穩(wěn)壓擴(kuò)展后的輸出電流Io可表示為。因?yàn)?805的的最大輸出電流為1.5A，當(dāng)Io取1.5A時(shí)，則穩(wěn)壓器的擴(kuò)展后的輸出電流為3A，加一只二極管VD與R1并聯(lián)，把外接整流管的VT1的發(fā)射結(jié)電阻限制在0.7V以內(nèi)，當(dāng)輸出電流超過額定植時(shí)，保護(hù)電阻R2上的壓降增大，必然會(huì)使VT1的Vbe減小，從而使VT1的輸出電流減小，以至不導(dǎo)通，這樣便達(dá)到了保護(hù)外接管的目的。電路中的VT1可選用3CD6等PNP型硅低頻大功率管。3.7單片機(jī)硬件3.7.1單片機(jī) AT89C51圖3.16 AT89C51單片機(jī)芯片根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，各接口功能

41、如下：P1.0：產(chǎn)生輸出一個(gè)40KHZ的脈沖信號(hào)。（用于測(cè)距電路）INT0：產(chǎn)生中斷請(qǐng)求，接測(cè)距電路。P0.0：用于顯示輸出，接顯示器。P0.1：用于顯示輸出，接顯示器。P0.2：用于顯示輸出，接顯示器。P0.3：用于顯示輸出，接顯示器。P0.4：用于顯示輸出，接顯示器。P0.5：用于顯示輸出，接顯示器。P0.6：用于顯示輸出，接顯示器。P0.7：用于顯示輸出，接顯示器。P1.5：接報(bào)警電路XTAL1：接外部晶振的一個(gè)引腳。在單片機(jī)內(nèi)部，它是一反相放大器輸入端，這個(gè)放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。它采用外部振蕩器時(shí)，此引腳應(yīng)接地。XTAL2：接外部晶振的一個(gè)引腳。在片內(nèi)接至振蕩器的反相放大器輸出端和內(nèi)

42、部時(shí)鐘發(fā)生器輸入端。當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，則此引腳接外部振蕩信號(hào)的輸入。RST：AT89C51 的復(fù)位信號(hào)輸入引腳，高電位工作，當(dāng)要對(duì)芯片復(fù)位時(shí)，只要將此引腳電位提升到高電位，并持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上的時(shí)間，AT89C51便能完成系統(tǒng)復(fù)位的各項(xiàng)工作，使得內(nèi)部特殊功能寄存器的內(nèi)容均被設(shè)成已知狀態(tài)。3.7.2 8155芯片介紹圖3.17 8155芯片8155引腳功能：AD7AD0（1912腳）：三態(tài)地址/數(shù)據(jù)引出線；CE（8）：片選信號(hào)線，低電平有效；RD（9）：存儲(chǔ)器讀信號(hào)線，低電平有效；WR（10）：存儲(chǔ)器寫信號(hào)線，低電平有效；ALE（11）：地址及片選信號(hào)鎖存信號(hào)線，高電平有效；IO/M (7)

43、：I/O接口與存儲(chǔ)器選擇信號(hào)線，高電平表示選擇I/O接口，低電平表示選擇存儲(chǔ)器；PA7PA0（2821）：A口輸入/輸出線；PB7PB0（3629）：B口輸入/輸出線；PC5PC0（5、2、1、39、38、37）：C口輸入/輸出線或控制信號(hào)線；T/IN（3）：定時(shí)器/計(jì)數(shù)器輸入端；（T/OUT）（6）：定時(shí)器/計(jì)數(shù)器輸出端；RESET（4）：復(fù)位，高電平有效，復(fù)位后三個(gè)I/O口均為輸入功能。3.7.3探頭UCM介紹壓電陶瓷超聲波換能器（超聲波傳感器）體積小，靈敏度高、性能可靠、價(jià)格低廉，是遙控、遙測(cè)、報(bào)警等電子裝置最理想的電子器件、用此換能器構(gòu)成的超聲波遙控開關(guān)，可使家電產(chǎn)品、電子玩具加速更新

44、換代，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。表1 傳感器特性參數(shù)型號(hào)UCMT40K1UCMR40K1結(jié)構(gòu)開放式開放式發(fā)射距離810米810米使用方式發(fā)射接收諧振頻率40KHZ±1KHZ40KHZ±1KHZ頻帶寬2KHZ±0.5KHZ2KHZ±0.5KHZ靈敏度70dB / V / ubar70dB / V / ubar外形尺寸16mm×22.5mm16mm×22.5mm溫度范圍20 + 60 20 + 60 相對(duì)濕度20 ± 5時(shí)達(dá)98%20 ± 5時(shí)達(dá)98%使用注意事項(xiàng)：兩接線腳焊接時(shí)間不宜過長(zhǎng)，以免器件內(nèi)之焊點(diǎn)溶化脫焊及造成底座與

45、接線腳之間松動(dòng)。不宜與腐蝕性物質(zhì)接觸。3.7.4反相驅(qū)動(dòng)器74LS244介紹74LS244芯片介紹74LS244內(nèi)部共有兩個(gè)四位三態(tài)緩沖器,分別以1和2作為它們的選通工作信號(hào)。當(dāng)1和2都為低電平時(shí),輸入端A和輸出端Y狀態(tài)相同;當(dāng)1和2都為高電平時(shí),輸出呈高阻態(tài)。74LS244內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖:圖3.18 74LS244內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖表2 74LS244的真值表8 輸入3態(tài)緩沖電路；把8個(gè)輸入分成2組，4個(gè)一組；H高電平；L低電平；Z高阻；G0 的時(shí)候，輸入>輸出；G1的時(shí)候，輸出為高阻態(tài)。 74LS06芯片介紹74LS06是六路反相驅(qū)動(dòng)器,與七段數(shù)碼管的位碼相連； 74LS06的邏輯圖。圖3.19

46、 74LS06的邏輯圖表3 74LS06功能表表4 74LS06工作條件表運(yùn)算放大器主要技術(shù)參數(shù):1、開環(huán)差模電壓增益Au0：Au0是指集成運(yùn)放在無外加反饋情況下,并工作在線性區(qū)時(shí)的差模電壓增益.用分貝表示則是20lgAu0.性能較好的集成運(yùn)放的Au0可達(dá)140db以上。2、輸入失調(diào)電壓及其溫漂：失調(diào)電壓的大小主要反映了差分輸入元件的失配；輸入失調(diào)電壓是隨溫度,電源電壓或時(shí)間而變化的,通常將輸入失調(diào)電壓對(duì)溫度的平均變化率稱為輸入電壓溫度漂移。3、輸入失調(diào)電流及其溫漂：在常溫下，輸入信號(hào)為零時(shí)，放大器的兩個(gè)輸入端的基極靜態(tài)電流之差稱為輸入失調(diào)電流II0。輸入失調(diào)電流溫度漂移是指輸入失調(diào)電壓隨溫度

47、變化的平均變化率。一般以mA/0C為單位。高質(zhì)量的為每度幾個(gè)皮安。4、輸入偏置電流IIB：IIB是指常溫下輸入信號(hào)為零時(shí)，兩個(gè)輸入端靜態(tài)電流的平均值，即：IIB=（IB1+IB2）/2 IIB的大小反映了放大器的輸入電阻和輸入失調(diào)電流的大小，IIB越小，運(yùn)算放大器的輸入電阻越高，輸入失調(diào)電流越小。5、差模輸入電阻Rid：Rid是指運(yùn)算放大器兩個(gè)輸入端之間的動(dòng)態(tài)電阻，一般為幾兆。6、輸出電阻R0：運(yùn)算放大器在開環(huán)工作時(shí)，在輸出端對(duì)地之間看進(jìn)去的等效電阻即為輸出電阻。R0大小放映了運(yùn)算放大器的負(fù)載能力。7、共模抑制比KcmRKcmR=Aud/Auc 用dB表示，即為20lg(Aud/Auc).8、

48、最大差模輸入電壓UidM：UIdM是指運(yùn)算放大器同相端和反相端之間所能加的最大電壓。9、最大共模輸入電壓UicM：UIcM是指運(yùn)算放大器在線性工作范圍內(nèi)能承受的最大共模輸入電壓。4、軟件設(shè)計(jì)在系統(tǒng)硬件構(gòu)架了超聲波測(cè)距的基本功能之后，系統(tǒng)軟件所實(shí)現(xiàn)的功能主要是針對(duì)系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)及數(shù)據(jù)的處理和應(yīng)用。根據(jù)第三節(jié)所述系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)和所完成的功能，系統(tǒng)軟件需要實(shí)現(xiàn)以下功能：一、信號(hào)控制在系統(tǒng)硬件中，已經(jīng)完成了發(fā)射電路、接收電路、檢測(cè)電路、顯示電路、門限檢測(cè)的設(shè)計(jì)。在系統(tǒng)軟件中，要完成增益控制信號(hào)、門控信號(hào)、發(fā)射脈沖信號(hào)、峰值采集信號(hào)、遠(yuǎn)近控制信號(hào)的時(shí)序及輸出。二、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)為了得到發(fā)射信號(hào)與接收回波間的時(shí)間

49、差，要讀出此刻計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值，然后存儲(chǔ)在 RAM 中，而且每次發(fā)射周期的開始，需要對(duì)計(jì)數(shù)器清零，以備后續(xù)處理。三、信號(hào)處理RAM 中存儲(chǔ)的計(jì)數(shù)值并不能作為距離值直接顯示輸出，因?yàn)橛?jì)數(shù)值與實(shí)際的距離值之間轉(zhuǎn)換公式為：S=0.5*V*T0.5*V*(Tr*N)其中，T 為發(fā)射信號(hào)到接收之間經(jīng)歷的時(shí)間，Tr 為方波信號(hào)作為計(jì)數(shù)脈沖時(shí)計(jì)數(shù)器的時(shí)間分辨率，N 為計(jì)數(shù)器的值。在這個(gè)部分中，信號(hào)處理包括計(jì)數(shù)值與距離值換算，二進(jìn)制與十進(jìn)制轉(zhuǎn)換。四、 數(shù)據(jù)傳輸與顯示經(jīng)軟件處理得到的距離送顯示輸出，用三位 LED 表示。由于采用了單片機(jī)AT89C51并考慮整個(gè)系統(tǒng)的控制流程，整個(gè)系統(tǒng)軟件都有 AT89C51系列單

50、片機(jī)匯編語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)。由于距離值的得出及顯示是在中斷子程序中完成的，因此在初始化發(fā)射程序后進(jìn)入中斷響應(yīng)的等待。在中斷響應(yīng)之后，原始數(shù)據(jù)經(jīng)計(jì)數(shù)值與距離值換算子程序，二進(jìn)制與十進(jìn)制轉(zhuǎn)換子程序后顯示輸出。整個(gè)系統(tǒng)軟件功能的實(shí)現(xiàn)可以分為主程序、中斷服務(wù)程序幾個(gè)主要部分。4.1主程序主程序是單片機(jī)程序的主體，整個(gè)單片機(jī)端系統(tǒng)軟件的功能的實(shí)現(xiàn)都是在其中完成的，在此過程中主程序調(diào)用了子程序及中斷服務(wù)程序。程序首先完成初始化過程，然后是一個(gè)重復(fù)的控制發(fā)射信號(hào)的過程，即調(diào)用發(fā)射子程序幾遍，而且每次發(fā)射周期結(jié)束都會(huì)判斷在發(fā)射信號(hào)后延時(shí)等待的過程中是否發(fā)生了中斷，即是否有回波產(chǎn)生來判斷程序得流程。流程圖如圖4.3所示。

51、N開始單片機(jī)初始化發(fā)射超聲波子程序外部中斷子程序Y有回波嗎圖4.1 主程序流程圖一、 40kHz 脈沖的產(chǎn)生與超聲波發(fā)射 在脈沖產(chǎn)生前先對(duì)定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0進(jìn)行初始化，在這里選擇的是工作方式1定時(shí)器模式，所以TMOD應(yīng)該設(shè)定為01H。接著用STEB TR0指令開啟T0，在開啟T0的同時(shí)開發(fā)發(fā)射超聲波脈沖。測(cè)距系統(tǒng)中的超聲波傳感器采用UCM40的壓電陶瓷傳感器，它的工作電壓是40kHz的脈沖信號(hào)，這由單片機(jī)執(zhí)行下面程序來產(chǎn)生。 PUZEL：MOV 14H，#12H ；超聲波發(fā)射持續(xù)200us HERE： CPL P1.0 ；輸出40kHz方波 NOP NOP NOPDJNZ 14H，HERERET

52、 測(cè)距電路的輸入端接單片機(jī)P1.0端口，單片機(jī)執(zhí)行上面的程序后，在P1.0 端口輸出一個(gè)40kHz的脈沖信號(hào)，經(jīng)過三極管T放大，驅(qū)動(dòng)超聲波發(fā)射頭UCM40T，發(fā)出40kHz的脈沖超聲波，且持續(xù)發(fā)射200us。二、 超聲波的接收與處理 超聲波的接受是由外部中斷口INT0是否有中斷脈沖產(chǎn)生來判斷的。定時(shí)子程序轉(zhuǎn)回來的時(shí)候，要對(duì)中斷進(jìn)行初始化。選定的是INT0口，工作方式為脈沖方式。STEB EA ； 中斷總允許SETB ET0 ； T0中斷允許SETB ET1 ； T1中斷允許STEB EX0 ； INT0中斷允許STEB IT0 ； 設(shè)置INT0為脈沖方式HERE：JMP $ ；等待中斷接收頭采

53、用與發(fā)射頭配對(duì)的UCM40R，將超聲波調(diào)制脈沖變?yōu)榻蛔冸妷盒盘?hào)，經(jīng)運(yùn)算放大器IC1A和IC1B兩極放大后加至DC2。DC2是帶有鎖定環(huán)的音頻譯碼集成塊LM567，內(nèi)部的壓控振蕩器的中心頻率f0=1/1.1R8C3，電容C4決定其鎖定帶寬。調(diào)節(jié)R8在發(fā)射的載頻上，則LM567輸入信號(hào)大于25mV，輸出端8腳由高電平躍變?yōu)榈碗娖?，作為中斷?qǐng)求信號(hào)，送至單片機(jī)處理。 三、 數(shù)據(jù)讀取和儲(chǔ)存為了得到發(fā)射信號(hào)與接收回波間的時(shí)間差，要讀出T0計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值，然后存儲(chǔ)在 RAM 中，而且每次發(fā)射周期的開始，需要對(duì)計(jì)數(shù)器清零，以備后續(xù)處理。RECEIVE0：CLR EX0 ；關(guān)外部中斷0 MOV R7, TH0；讀取時(shí)間值 MOV R6, TL0CLR C MOV A, R6 SUBB A,