超聲波測距課程設計報告書

......XX聯(lián)合大學2009級本科課程設計超聲波測距儀__任燕凱學院：電氣工程學院專業(yè)：電氣〔1學號：10指導劉麗萍20XX12月電氣工程學院課程設計評審表學生姓名任燕凱專業(yè)電氣工程及其自動化年級09學號10課程數(shù)電設計題目超聲波測距儀評價內(nèi)容評價指標評分權(quán)值評定成績業(yè)務水平有扎實的基礎理論知識和專業(yè)知識；能正確設計實驗方案〔或正確建立數(shù)學模型、機械結(jié)構(gòu)方案；獨立進行實驗工作；能運用所學知識和技能去發(fā)現(xiàn)與解決實際問題；能正確處理實驗數(shù)據(jù)；能對課題進行理論分析,得出有價值的結(jié)論50論文〔設計說明書、圖紙質(zhì)量綜述簡練完整,有見解；立論正確,論述充分,結(jié)論嚴謹合理；實驗正確,分析處理科學；文字通順,技術用語準確,符號統(tǒng)一,編號齊全,書寫工整規(guī)范,圖表完備、整潔、正確；論文結(jié)果有應用價值；圖紙繪制符合國家標準,質(zhì)量符合要求；計算及測試結(jié)果準確；工作中有創(chuàng)新意識；對前人工作有改進或突破,或有獨特見解50工作量、工作態(tài)度按期完成規(guī)定的任務,工作量飽滿,難度較大；工作努力,遵守紀律；工作作風嚴謹務實合計100指導教師評語.PAGE..目錄1設計任務與要求………………21.1基本功能…………………21.2擴展功能……………22超聲波測距設計原理……………………23電路設計…………………23.1顯示部分設計……………………23.2發(fā)射部分設計……………………33.3接收部分設計……………………53.4單片機最小系統(tǒng)…………54程序設計…………………6參考資料……………………7超聲波測距儀的設計1設計任務與要求1.1基本功能完成2米以內(nèi)的距離測量并通過數(shù)碼管顯示1.2擴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,使實驗省去了繁瑣的調(diào)試。2超聲波測距儀設計原理超聲波測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超聲波測距儀總體框圖3各部分的電路設計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控制段選,譯碼器控制位選,來完成顯示部分3.2發(fā)射部分3.2.1波形的產(chǎn)生利用單片機的T2定時中斷產(chǎn)生40KHZ的脈沖,通過軟件產(chǎn)生的脈沖,頻率比較準確,易于驅(qū)動超生波的發(fā)出。3.2.2發(fā)射部分輸出的40kHz方波信號一路經(jīng)一級反向器后送到超聲波換能器的一個電極。另一路經(jīng)兩級反向器后送到超聲波換能器的另一個電極。用這種推挽形式將方波信號加到超聲波換能器兩端?？梢蕴岣叱暡ǖ陌l(fā)射強度。輸出端采用兩個反向器并聯(lián)。用以提高驅(qū)動能力。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間。3.3接收部分使用CX20106A集成電路對接收探頭受到的信號進行放大、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,它們是負反饋串聯(lián)網(wǎng)絡的一個組成部分,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的改變會影響到頻率特性,一般在實際使用中不必改動,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,瞬間相應靈敏度低；若容量小,則為峰值檢波,瞬間相應靈敏度高,但檢波輸出的脈沖寬度變動大,易造成誤動作,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電阻,用以設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,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積分電容,標準值為330pF,如果該電容取得太大,會使探測距離變短。7管腳：遙控命令輸出端,它是集電極開路輸出方式,因此該引腳必須接上一個上拉電阻到電源端,推薦阻值為22kΩ,沒有接受信號是該端輸出為高電平,有信號時則產(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)無信號是其輸出高電平的同時夾雜這少量的低電平。因此,我們在此處再加一個旁通電容,平均華其電壓輸出,以去除低電平信。3.4單片機最小系統(tǒng)最小系統(tǒng)由復位部分和晶振部分組成,原理圖如下所示。4程序設計本設計采用T0定時器控制20條脈沖的輸出,用T2的捕獲功能來完成回波信號的接收和時間的計算。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開始計時T0開始計時T0開始計時開始發(fā)超聲波判斷是不是20條波檢測回撥信號判斷是不是20條波檢測回撥信號 N N Y YT0停止計時T2停止計時記錄時間T0停止計時T2停止計時記錄時間計算距離數(shù)碼管顯示5參考資料數(shù)字電路第五版；單片機及應用系統(tǒng)設計；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<>;//測量函數(shù)qian=s/1000;//為顯示計算數(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溢出也沒檢測到波sign_failure=1;//測量失敗位置1}else{EXF2=0;t=RCAP2H*256+RCAP2L;//計算時間sign_success=1;//測量成功位置1}}voidmeasure<>//測量函數(shù){sign_failure=0;sign_success=0;TR0=1;//開T0中斷TR2=1;//開T2中斷TH0=<256-12>;TL0=<256-13>;TH2=TL2=0;//T2初值設為零while<count<16>;TR0=0;//停止發(fā)射count=0;//關閉T0while<sign_success==0>{if<sign_failure>{TR2=0;//關閉T2計時z=0;//指示燈滅}TR2=0;s=t*0.157;//計算距離}