超 聲 波 測 距 電 路 課 程 設 計.doc

超超 聲聲 波波 測測 距距 電電 路路 課課 程程 設設 計計 報報 告告 設設 計計 者 者 湯政湯政 陳陳 鑫鑫 學學 號號 09190135400919013540 09190135410919013541 班班 級 級 電子電子 09350935 班班 指導教師 指導教師 蘇宏艮蘇宏艮 馬勇贊 張艷陽 馬勇贊 張艷陽 日日 期期 2010 年年 1 月月 10 日日 目錄目錄 一 設計課題目的和要求一 設計課題目的和要求 3 3 二 計劃與安排二 計劃與安排 3 3 三 課程設計原理與思路三 課程設計原理與思路 3 3 四 四 PCBPCB 制版設計制版設計 4 4 五 組裝與調試五 組裝與調試 4 4 六 單片機六 單片機 C51C51 程序設計程序設計 5 5 七 心得體會七 心得體會 9 9 八 附錄八 附錄 1010 一 一 設計課題目的與要求設計課題目的與要求 目的 通過本設計了解和掌握超聲波傳感器測距的原理和方法 加深理解 超聲波傳感器的處理電路設計 同時 掌握溫度補償?shù)霓k法及提高測量精度的 方法以及熟練使用 DXP2004 軟件 了解 PCB 制板流程 并通過調試器件 燒 寫單片機 C 語言程序 能夠獨立且完整地完成超聲波傳感器測距實驗 要求 根據(jù)給出的方案設計電路圖 獨立完成繪圖 PCB 制版 器件裝配 及調試工作 以及采用單片機實現(xiàn)超聲波測距的原理 方法及接口電路的設計 二 二 計劃與安排計劃與安排 17 周 周日之前 DXP2004 繪制 PCB 圖 方案三 依此制作 PCB 板 18 周 周一之前 購置所需元器件并自行裝配 18 周 周三 周四 參考指導老師意見 完成單片機匯編語言程序設 計并調試好設計產品 19 周 周三之前 完成課程設計報告和設計產品的驗收 具體流程如下 PCB 制版 元器件采購 裝配與調試 單片機程序設計 燒寫程序 完 成設計報告 產品驗收 三 三 課程設計原理與思路課程設計原理與思路 超聲波與一般聲波比較 它的振動頻率高 而且波長短 因而具有束射特 性 方向性強 可以定向傳播 其能量遠遠大于振幅相同的一般聲波 并且具 有很高的穿透能力 當超聲波發(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 設超聲波脈沖由傳感器發(fā)出到接收所經歷的 時間為 t 超聲波在空氣中的傳播速度為 v 則從傳感器到目標物體的距離 D 可 用下式求出 D v t 2 四 四 PCBPCB 制版設計制版設計 實訓內容及具體步驟 1 使用 DXP2004 軟件繪制 PCB 原理圖文件 采用方案三 PCB 制 板圖 GERBER 文件圖 應注意繪制原理圖時將沒有的原件自行通過繪制新的 元件及封裝庫完成 2 將生成 Gerber 文件圖和打孔文件圖傳送到 CAM350 然后利用鉆 孔機并選取合適鉆頭進行鉆孔 3 制版詳細流程 1 將鉆完孔的銅板依次進行拋光 烘干 刷線路油墨 切忌曝光 烘干 曝光 15S 顯影 20S 水洗并烘干 腐蝕 清洗并拋光 烘干 2 刷阻焊層油墨 將銅板置于暗箱中靜置 10 分鐘 取出烘干 曝光 180S 顯影 20S 清洗并烘干 3 刷字符層油墨 烘干 曝光 顯影 切忌用水沖洗 熱固化 將 PCB 板置于烘干機中直至溫度升至 150 度 4 將 PCB 板按照實際所需自行切割 以便達到美觀 實用的效果 圖紙參見附錄 五 五 組裝與調試組裝與調試 組裝 組裝 組裝電路采用焊接和在面包板上插接兩種方法 應注意以下幾方面 a 組裝前應盡可能全部測試元器件一遍 以保證所用元器件均合格 電路的 組裝方向要保持一致 以便于正確布線和查線 組裝分立元件時應使其標志朝上或朝向易于觀察的方向 以便于查找和更換 對于有極性的元件 例如電解電容器 晶體二極管等 組裝時一定要特別注意 切匆搞錯 b 為使電路能夠正常工作與調測 所有地線必須連接在一起 形成一個公共 參考點 正確的組裝方法和合理的布局 不僅可使電路整齊美觀 工作可靠 而且便于檢查 調試和排除故障 如果能在組裝前先擬訂出組裝草圖 則可獲 得事半功倍之效果 使組裝既快又好 調試調試 一 通電 給電路板提供 5V 的單電源供電 二 調 40KHZ 震蕩波形 1 振蕩控制腳接 5V 或懸空用示波器觀察振蕩輸出波形 2 調節(jié)電位器或 RC 元件參數(shù)使振蕩頻率為 39 40KHZ 3 用示波器觀察發(fā)射探頭引腳間 40KHZ 方波是否正常 三 觀察超聲波接收波形 示波器垂直靈敏度置 50mv div 檔觀察接收探頭引腳間是否有接收到的 40KHZ 波形 且波形幅度可隨測量距離改變 四 測量 RX OUT 引腳低電平 1 當沒有接收到超聲波時 RX OUT 應為高電平 2 當接收到超聲波時 RX OUT 應為低電平出現(xiàn) 六 六 單片機單片機 C51C51 程序設計程序設計 include define uchar unsigned char define uint unsigned int void delay uint z uint x y for x z x 0 x for y 110 y 0 y void delay 20us uchar a for a 0 a 100 a 顯示數(shù)據(jù)轉換程序 void display uint temp uchar ge shi bai bai temp 100 shi temp 100 10 ge temp 10 wela 1 P0 0 xf7 wela 0 dula 1 P0 table bai dula 0 delay 1 dula 1 P0 0 x00 關位碼 dula 0 wela 1 P0 0 xef wela 0 dula 1 P0 table shi dula 0 delay 1 dula 1 P0 0 x00 關位碼 dula 0 dula 1 P0 table ge dula 0 wela 1 P0 0 xdf wela 0 delay 1 dula 1 P0 0 x00 關位碼 dula 0 void main uint distance test 0 Trig 0 首先拉低脈沖輸入引腳 EA 1 打開總中斷 0 TMOD 0 x10 定時器 1 16 位工作方式 while 1 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 while Echo 0 等待 Echo 回波引腳變高電平 succeed flag 0 清測量成功標志 EA 1 EX0 1 打開外部中斷 0 TH1 0 定時器 1 清零 TL1 0 定時器 1 清零 TF1 0 計數(shù)溢出標志 TR1 1 啟動定時器 1 delay 20 等待測量的結果 TR1 0 關閉定時器 1 EX0 0 關閉外部中斷 0 if succeed flag 1 time timeH 256 timeL distance time 0 172 厘米 display distance if succeed flag 0 distance 0 沒有回波則清零 test test 測試燈變化 外部中斷 0 用做判斷回波電平 void exter interrupt 0 外部中斷 0 是 0 號 timeH TH1 取出定時器的值 timeL TL1 取出定時器的值 succeed flag 1 至成功測量的標志 EX0 0 關閉外部中斷 定時器 1 中斷 用做超聲波測距計時 void timer1 interrupt 3 TH1 0 TL1 0 單片機 C 語言源程序如下 七 七 心得體會心得體會 在經過了三周的忙碌后 我們的課程設計終于接近了尾聲 回顧三周的時 間 我們有幾點感想 首先我們畫原理圖和布線更加熟練了 這是我第一次完整的畫 PCB 原理圖 包括畫封裝和元件 知道了所有的元件都有一定的規(guī)格 必須按規(guī)格進行畫圖 特別是加封裝的時候 經常加一次是不行的 需要多加幾次才能加進 可能是 軟件原因 在布線的時候 應該在保證布線完整的情況下使板盡量的小 元器 件的擺放應該多調整幾次 第二點是在 S12 實訓室制版的時候有一些值得注意的地方 在打孔的時候 一定要先將板子固定住 以免出現(xiàn)偏差 每次進行烘干的時候 一定要放在烘 干爐足夠長的時間 不然影響板子的質量 在最后一次清洗的時候 一定要輕 輕地擦洗 不然會使整塊板的效果 最后一次烘干的時候 一定要使它的溫度 達到 150 攝氏度 在切割的時候 也要注意 要和板平行 讓 PCB 板更加美觀 第三點是在裝配的時候需要注意的 因為 PCB 板沒有助焊層 焊接元件比 較困難 而且焊盤上的銅很容易掉 在焊接的時候一定要注意 在調試過程中 一定要一步一步的來 才能有滿意的效果 最后一點感受是做事要細心 這主要是在實驗室調試過程中的體會 我們 在調試電路的時候 發(fā)現(xiàn)在連線中存在很低級的錯誤 譬如有兩個引腳我們竟 然連反了 雖然我們及時地發(fā)現(xiàn)了 但是這樣的錯誤是值得我們反思的 以上是我們這次課程設計的幾點感想 回想整個設計過程 覺得還是蠻辛 苦的 但是重要的是這樣的經歷提高了我們的實踐能力 學了不少的東西 我 想這便是課程設計的意義所在 八 八 附錄附錄 1 任務分配 PCB 制板 湯政 陳鑫 裝配與調試 陳鑫 單片機程序設計 湯政 陳鑫 課程報告 湯政 2 元器件清單表 DescriptionDesignatorFootprintLibRefQuantity CON1CON11 CapacitorC1RAD 0 3Cap1 Polarized Capacitor Axial C3POLAR0 8Cap Pol21 Polarized Capacitor Axial C4POLAR0 8Cap Pol21 CapacitorC5RAD 0 3Cap1 Polarized Capacitor Axial C7POLAR0 8Cap Pol21 CapacitorC8RAD 0 3Cap1 CapacitorC9RAD 0 3Cap1 ResistorR1AXIAL 0 4Res21 ResistorR2AXIAL 0 4Res21 ResistorR3AXIAL 0 4Res21 ResistorR4AXIAL 0 4Res21 ResistorR6AXIAL 0 4Res21 ResistorR7AXIAL 0 4Res21 T1PCBComponent 1T40 161 T2PCBComponent 1T40 161 CapacitorURAD 0 3Cap1 Quadruple 2 Input