超聲波測(cè)距課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)

......XX聯(lián)合大學(xué)2009級(jí)本科課程設(shè)計(jì)超聲波測(cè)距儀__任燕凱學(xué)院：電氣工程學(xué)院專業(yè)：電氣〔1學(xué)號(hào)：10指導(dǎo)劉麗萍20XX12月電氣工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)評(píng)審表學(xué)生姓名任燕凱專業(yè)電氣工程及其自動(dòng)化年級(jí)09學(xué)號(hào)10課程數(shù)電設(shè)計(jì)題目超聲波測(cè)距儀評(píng)價(jià)內(nèi)容評(píng)價(jià)指標(biāo)評(píng)分權(quán)值評(píng)定成績(jī)業(yè)務(wù)水平有扎實(shí)的基礎(chǔ)理論知識(shí)和專業(yè)知識(shí)；能正確設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案〔或正確建立數(shù)學(xué)模型、機(jī)械結(jié)構(gòu)方案；獨(dú)立進(jìn)行實(shí)驗(yàn)工作；能運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和技能去發(fā)現(xiàn)與解決實(shí)際問(wèn)題；能正確處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；能對(duì)課題進(jìn)行理論分析,得出有價(jià)值的結(jié)論50論文〔設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)、圖紙質(zhì)量綜述簡(jiǎn)練完整,有見(jiàn)解；立論正確,論述充分,結(jié)論嚴(yán)謹(jǐn)合理；實(shí)驗(yàn)正確,分析處理科學(xué)；文字通順,技術(shù)用語(yǔ)準(zhǔn)確,符號(hào)統(tǒng)一,編號(hào)齊全,書(shū)寫(xiě)工整規(guī)范,圖表完備、整潔、正確；論文結(jié)果有應(yīng)用價(jià)值；圖紙繪制符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),質(zhì)量符合要求；計(jì)算及測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確；工作中有創(chuàng)新意識(shí)；對(duì)前人工作有改進(jìn)或突破,或有獨(dú)特見(jiàn)解50工作量、工作態(tài)度按期完成規(guī)定的任務(wù),工作量飽滿,難度較大；工作努力,遵守紀(jì)律；工作作風(fēng)嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實(shí)合計(jì)100指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ).PAGE..目錄1設(shè)計(jì)任務(wù)與要求………………21.1基本功能…………………21.2擴(kuò)展功能……………22超聲波測(cè)距設(shè)計(jì)原理……………………23電路設(shè)計(jì)…………………23.1顯示部分設(shè)計(jì)……………………23.2發(fā)射部分設(shè)計(jì)……………………33.3接收部分設(shè)計(jì)……………………53.4單片機(jī)最小系統(tǒng)…………54程序設(shè)計(jì)…………………6參考資料……………………7超聲波測(cè)距儀的設(shè)計(jì)1設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1.1基本功能完成2米以內(nèi)的距離測(cè)量并通過(guò)數(shù)碼管顯示1.2擴(kuò)展功能接收部分采用CX20106A紅外接收芯片,使回波更容易被接收,使實(shí)驗(yàn)省去了繁瑣的調(diào)試。2超聲波測(cè)距儀設(shè)計(jì)原理超聲波測(cè)距儀的總體框圖如圖1所示,主體電路完成超聲波<40KHZ>的發(fā)射,接收及距離的顯示。圖1超聲波測(cè)距儀總體框圖3各部分的電路設(shè)計(jì)3.1顯示部分3.1.174HC138譯碼器的工作原理〔如真值表所示表1譯碼器器的真值表3.1.2譯碼電路與顯示電路的工作原理單片機(jī)控制段選,譯碼器控制位選,來(lái)完成顯示部分3.2發(fā)射部分3.2.1波形的產(chǎn)生利用單片機(jī)的T2定時(shí)中斷產(chǎn)生40KHZ的脈沖,通過(guò)軟件產(chǎn)生的脈沖,頻率比較準(zhǔn)確,易于驅(qū)動(dòng)超生波的發(fā)出。3.2.2發(fā)射部分輸出的40kHz方波信號(hào)一路經(jīng)一級(jí)反向器后送到超聲波換能器的一個(gè)電極。另一路經(jīng)兩級(jí)反向器后送到超聲波換能器的另一個(gè)電極。用這種推挽形式將方波信號(hào)加到超聲波換能器兩端?？梢蕴岣叱暡ǖ陌l(fā)射強(qiáng)度。輸出端采用兩個(gè)反向器并聯(lián)。用以提高驅(qū)動(dòng)能力。上拉電阻R10、R20一方面可以提高反向器74LS04輸出高電平的驅(qū)動(dòng)能力。另一方面可以增加超聲波換能器的阻尼效果,縮短其自由振蕩的時(shí)間。3.3接收部分使用CX20106A集成電路對(duì)接收探頭受到的信號(hào)進(jìn)行放大、濾波。其總放大增益80db。電路如下圖所示CX20106A的引腳注釋。1管腳：遙控信號(hào)輸入端,該腳和地之間連接PIN光電二極管,該腳的輸入阻抗約為40kΩ。2管腳：該腳與地之間連接RC串聯(lián)網(wǎng)絡(luò),它們是負(fù)反饋串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)組成部分,改變它們的數(shù)值能改變前置放大器的增益和頻率特性。增大電阻R1或減小C1,將使負(fù)反饋量增大,放大倍數(shù)下降,反之則放大倍數(shù)增大。但C1的改變會(huì)影響到頻率特性,一般在實(shí)際使用中不必改動(dòng),推薦選用參數(shù)為R1=4.7Ω,C1=1μF。3管腳：該腳與地之間連接檢波電容,電容量大為平均值檢波,瞬間相應(yīng)靈敏度低；若容量小,則為峰值檢波,瞬間相應(yīng)靈敏度高,但檢波輸出的脈沖寬度變動(dòng)大,易造成誤動(dòng)作,推薦參數(shù)為3.3μf。4管腳：接地端。5管腳：該腳與電源間接入一個(gè)電阻,用以設(shè)置帶通濾波器的中心頻率f0,阻值越大,中心頻率越低。例如,取R=200kΩ時(shí),f0≈42kHz,若取R=220kΩ,則中心頻率f0≈38kHz。6管腳：該腳與地之間接一個(gè)積分電容,標(biāo)準(zhǔn)值為330pF,如果該電容取得太大,會(huì)使探測(cè)距離變短。7管腳：遙控命令輸出端,它是集電極開(kāi)路輸出方式,因此該引腳必須接上一個(gè)上拉電阻到電源端,推薦阻值為22kΩ,沒(méi)有接受信號(hào)是該端輸出為高電平,有信號(hào)時(shí)則產(chǎn)生下降。8腳：電源正極,4.5～5V。最初,我們直接用7腳輸出,但用示波器發(fā)現(xiàn)無(wú)信號(hào)是其輸出高電平的同時(shí)夾雜這少量的低電平。因此,我們?cè)诖颂幵偌右粋€(gè)旁通電容,平均華其電壓輸出,以去除低電平信。3.4單片機(jī)最小系統(tǒng)最小系統(tǒng)由復(fù)位部分和晶振部分組成,原理圖如下所示。4程序設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用T0定時(shí)器控制20條脈沖的輸出,用T2的捕獲功能來(lái)完成回波信號(hào)的接收和時(shí)間的計(jì)算。程序流程圖如下所示：程序初始化程序初始化按鍵是否按下按鍵是否按下 N Y YT2開(kāi)始計(jì)時(shí)T0開(kāi)始計(jì)時(shí)T0開(kāi)始計(jì)時(shí)開(kāi)始發(fā)超聲波判斷是不是20條波檢測(cè)回?fù)苄盘?hào)判斷是不是20條波檢測(cè)回?fù)苄盘?hào) N N Y YT0停止計(jì)時(shí)T2停止計(jì)時(shí)記錄時(shí)間T0停止計(jì)時(shí)T2停止計(jì)時(shí)記錄時(shí)間計(jì)算距離數(shù)碼管顯示5參考資料數(shù)字電路第五版；單片機(jī)及應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)；程序如下：#include<reg52.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintucharcodeduma[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};sbita=P3^0;sbitb=P3^1;sbitc=P3^2;sbitfa=P1^0;sbitz=P1^4;ucharsign_failure;ucharsign_success;ucharqian,bai,shi,ge;uints,t,count;voiddelay<ucharx>;voidinit<>;voidmeasure<>;voiddisplay<>;voidmain<>{init<>;//程序初始化while<1>{measure<>;//測(cè)量函數(shù)qian=s/1000;//為顯示計(jì)算數(shù)值bai=<s/100>%10;shi=<s/10>%10;ge=s%10;display<>;//顯示函數(shù)}}voiddelay<ucharx>//延時(shí)函數(shù){uchari,j;for<i=x;i>0;i-->for<j=110;j>0;j-->;}voidinit<>{fa=0;count=0;z=1;//指示燈亮s=0;t=0;EA=1;TMOD=0x02;//T0工作在方式1T2CON=0x09;//T2工作在捕獲模式ET0=1;ET2=1;}voidT0_0<>interrupt1//T0中斷函數(shù){if<TH0==<256-12>>TH0=256-13;elseTH0=256-12;fa=!fa;count++;}voidT2_2<>interrupt5//T2中斷函數(shù){if<TF2>{TF2=0;//T2溢出也沒(méi)檢測(cè)到波sign_failure=1;//測(cè)量失敗位置1}else{EXF2=0;t=RCAP2H*256+RCAP2L;//計(jì)算時(shí)間sign_success=1;//測(cè)量成功位置1}}voidmeasure<>//測(cè)量函數(shù){sign_failure=0;sign_success=0;TR0=1;//開(kāi)T0中斷TR2=1;//開(kāi)T2中斷TH0=<256-12>;TL0=<256-13>;TH2=TL2=0;//T2初值設(shè)為零while<count<16>;TR0=0;//停止發(fā)射count=0;//關(guān)閉T0while<sign_success==0>{if<sign_failure>{TR2=0;//關(guān)閉T2計(jì)時(shí)z=0;//指示燈滅}TR2=0;s=t*0.157;//計(jì)算距離}