内容发布更新时间 : 2024/11/14 13:16:27星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。
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实际的调试过程中，要十分注意发射和接收探头在电路板上的安装位置，这是因为每一种超声波发射、接收头都有一个有效测量夹角，这里用到的发射、接收头有效测量夹角为45°。
接收换能器对超声波脉冲的直接接收能力将决定该系统最小的可测距离。为了增加所测量的覆盖范围、减小测量误差，可采用多个超声波换能器分别作为多路超声波发射／接收的设计方法。
3.2 接收电路设计
接收换能器晶片接收到超声波垂直作用后，因谐振而形成逐步加强的机械振动。因压电效应晶片两面出现交变的等量异号电荷，电荷量很少，只能提供微小交变的电压信号，而不能提供电流信号。所以需要一个前置放大电路将这一微小交变电压信号充分放大，同时考虑可能出现干扰信号，放大有用信号的同时加入滤波电路，驱动后面的比较器输出电位跳变，作为确定接收到的时刻。
前置放大电路单元的作用是对有用的信号进行放大，并抑制其它的噪声和干扰，从而达到最大信噪比，以利于后续电路的设计。
R3VCCLS2UiR2Ii23UCM40114If11TL082U0Rp-VCC
图3-3前置放大电路图
电路如图3-3所示，考虑到超声换能器的输出电阻比较大(一般数百兆欧姆以上)，因此前置放大器必须有足够大的输入阻抗(Input Impedance));同时，换能器的输出电压很小(数十毫伏)，这就要求前置放大电路有很高的精度、很小的输入偏置电压 (Input Offset Voltage)。前置放大电路是由一个高精度、高输入阻抗放大器TL082及电阻R2、R3和R?构成，组成反向比例放大电路，这样可以减小地线噪声的影响。
由电路的基本知识，可列出:
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Ii?Ui?U? （3-2) R2U??U? (3-3)
R3If?根据放大器理想化的两个重要概念:
1.集成运放两个输入端之间的净输入电压U通常接近于零，即U=U?-U??O，若把它理想化，则有U=0，但不是短路，故常称为虚短。
2.集成运放两输入端几乎不取用电流，即净输入电流I?0，如把它理想化，则有I?0，但不是断开，故常称为虚断。
?If故可知本电路中:U??0,U??U??0，且Ii所以有
U???R3Ui (3-4) R2上式表明，输出电压与输入电压成比例运算关系，式中的负号表示U?与Ui反相。电路的电压放大倍数为:
Auf?U?R??3 (3-5) UiR2利用反相比例放大器可实现对交直流输入信号的放大，且电路结构简单，只需要调
R节R2和R3阻值即可实现调节电压放大倍数。图中运放的同相输入端接有电阻p，参数选择时应使两输入端外接直流通路等效电阻平衡，即
RP?R2//R3，静态时使输入级偏置
电流平衡并让输入级的偏置电流在运算放大器的两个输入端的外接电阻上产生相等的压降，以便消除放大器的偏置电流及漂移对输出端的影响，故RP又称为平衡电阻。 根据本设计系统需要，接收传感器输出电压很小(数十毫伏)，故分别取R2?1K?;R3?200K?;RP?1K?，即放大电路将输入信号放大200倍。
3.3单片机显示电路设计
显示器是一个典型的输出设备，而且其应用是极为广泛的，几乎所有的电子产品都要使用显示器，其差别仅在于显示器的结构类型不同而己。最简单的显示器可以使LED发光二极管，给出一个简单的开关量信息，而复杂的较完整的显示器应该是CRT监视器或者屏幕较大的LCD于显示的距离范围在4米之内，选用3位LED示，表示距离的XXXcm数值。液晶屏。综合课题的实际要求由数码管，通过单片机编程实现显示，表示距离的XXXcm数值。
LED数码管显示与单片机接口通常涉及以下几个问题: 1.LED数码管显示用共阴极管还是共阳极管
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2.由数码转换为笔划信息借软件译码还是硬件译码 3.显示扫描采用动态扫描还是静态扫描
问题1采用共阴极数码管还是共阳极数码管没有太明显的优缺点。如图3-4（a）所示数码管，每个数码管内部，由8个发光二极管组成，其中七个组成8字形的七段笔划，分别编号为a、b、c、d、e、f、g，还有一个为小数点，标为DP。当发光二极管导通时，相应的一段笔划或点就发亮，控制不同二极管导通就能显示出不同符号。发光二极管的阴极连在一起的称为共阴极数码管，如图3-4（b）所示；发光二极管的阳极连在一起的称为共阳，如图3-4（c）所示。两种数码管仅在单片机编程时数码对应的笔划信息码不同。
图3-4 数码管结构图
问题2软件译码是将各数码的笔划信息构成一个表格预储于内存，以后根据要显示的每一数码执行一段查表程序，查得相应笔划信息再送数码管显示;硬件译码则采用CD4511、74LS46、74LS47、74LS48、74LS49等BCD码七段锁存、译码、驱动芯片直接译出笔划信息。
问题3动态扫描显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一。其接口电路是把所有显示器的8个笔划段a—h同名端连在一起，而每一个显示器的公共极COM是各自独立地受I/O线控制。CPU向字段输出口送出字形码时，所有显示器接收到相同的字形码，但究竟是那个显示器亮，则取决于COM端，而这一端是由I/O控制的，所以我们就可以自行决定何时显示哪一位了。而所谓动态扫描就是指我们采用分时的方法，轮流控制各个显示器的COM端，使各个显示器轮流点亮。在轮流点亮扫描过程中，每位显示器的点亮时间是极为短暂的(约1ms)，但由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位显示器并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感。采用静态扫描方式控制点亮LED数码管无位选信号，各数码管是同时点亮的;每数码管应显示数码的笔划信息也分路同时送给。其原
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理比较简单。静态扫描显示编程容易，显示比较清晰，亮度一般较高;但要求占用很多I/O接口线和增用不少硬件芯片，成本较高。因此，动态扫描用得更多。
VCC910111213141516Res Pack487654321X1X2X3X4X5X6X7X8abcdefgDPDpy Red-CCKKX1X2X3X4X5X6X7X8abcdefgDPDpy Red-CCKKX1X2X3X4X5X6X7X8abcdefgDPDpy Red-CCKKY1Y2Y3VCCC32VCC1918XTALP0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD7P1.0/T2P1.1/T2EXP1.2/ECIP1.3/CEX0P1.4/CEX1P1.5/CEX2P1.6/CEX3P1.7/CEX4P2.0/A8P2.1/A9P2.2/A10P2.3/A11P2.4/A12P2.5/A13P2.6/A14P2.7/A1540393837363534333212345678X1X2X3X4X5X6X7X81C2XTAL1XTAL2Y1Y2Y312345678IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7GNDULN2003AOUT1OUT2OUT3OUT4OUT5OUT6OUT7COM161514131211109VCCR11KVCC931C12930RSTEA/VPPPSENALE/PROG1011121314151617P3.0/RxDP3.1/TxDP3.2/INT0P3.3/INT1P3.4/T0P3.5/T1P3.6/WRP3.7/RD1112345678910OEVCCCLKD0D1D2D3D4D5D6D7GND74ACQ574PCO0O1O2O3O4O5O6O7VCC2020VSSAT89S511918171615141312
图3-5 显示部分电路图
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针对以上3个问题，实际考虑节约单片机的接口资源以及减少硬件芯片成本投入，本单元电路设计如图3-5所示，采用3位共阴极数码显示管，显示字符由单片机P2口送至锁存器74HC574锁存，再经显示驱动芯片ULN2O03驱动数码管显示，P0.1-P0.3分别控制每一位的动态显示。
74HC574为三态输出D型上升沿触发器，图3-6为其引脚图，在输入使能端OE有效时，当时钟脉冲CK有上升沿跳变，触发器发生翻转，将锁存的8路输入数据(即单片机P2口送出的字符数据)送出显示。其功能表，如表3-1
所示。
OE 1 20 Vcc 1B 1 16 1C 1D 2 19 1Q 2B 2 15 2C 2D 3 18 2Q 3B 3 14 3C 3D 4 17 3Q 4B 4 13 4C 4D 5 16 4Q 5B 5 12 5C 5D 6 15 5Q 6B 6 11 6C 6D 7 14 6Q 7B 7 10 7C 7D 8 13 7Q 8B 8 9 COM 8D 9 12 8Q 9D 10 11 CLK 图3-6 74HC574引脚图 图3-7 ULN2003引脚图
表3-1 74HC574功能表 INPUTS OUTPUT Q H L Q0 Z OE CLK D L ↑ H L ↑ L L H or L X H X X ULN2003为显示驱动芯片，抬升单片机的输出电流，提高负载驱动能力。其引脚如图3-7所示，其内部含七对达林顿放大管，其主要功能:当输入为高电平时，输出为低电平;输入为低电平时，输出为高电平。本课题让单片机P0.1-P0.3经此芯片提升驱动能力从而控制数码管的位选，实现数据动态扫描输出。
由于声音的速度在不同的温度下有所不同，为提高系统的精度，采用了温度补偿功能。这里采用的主要元器件是是美国Dallas半导体公司生产的单总线数字温度传感器DS18B20，其具有精度高、智能化、体积小、线路简单等特点。将DS18B20数据线与单片机的P1.1口相连，就可以实现温度测量，如图3-8所示。
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