超聲波測距儀以和示波器培訓(xùn)課件

超聲波測距儀以和示波器方案選擇系統(tǒng)方案一：基于CPLD和單片機的高精度超聲波測距的設(shè)計方案。測距中的時間是通過高精度的晶體振蕩器作為時鐘信號源來進行計數(shù)測量，同時使用CPLD代替常用的單片機純軟件方法實現(xiàn)動作控制以減少誤差。由CPLD完成超聲波的發(fā)射和接收，并精確記錄回波時間，克服了單片機的速度限制，可以使記錄回波的時間精確到ns級，系統(tǒng)精度高，成本高。2超聲波測距儀以和示波器方案選擇系統(tǒng)方案二：基于單片機的超聲測距方案，由軟件控制實現(xiàn)超聲波信號的發(fā)射、接收及計數(shù)器的啟動與停止，但超聲波信號的發(fā)射與計數(shù)器的啟動不同步，超聲波傳感器接收到信號與單片機檢測到信號之間不同步，又因為單片機的計數(shù)頻率較低，所以單片機系統(tǒng)的測距誤差一般為厘米級。優(yōu)點是電路設(shè)計簡單，成本低。3超聲波測距儀以和示波器方案描述

圖1超聲測距儀系統(tǒng)總體框圖4超聲波測距儀以和示波器理論分析與計算

超聲波脈沖法測距原理：聲波在其傳播介質(zhì)中被定義為縱波。當聲波受到尺寸大于其波長的目標障礙物阻擋時就會發(fā)生反射；反射波稱為回聲。假如聲波在介質(zhì)中傳播速度是已知的，而且聲波從聲源到達目標然后返回聲源的時間時間可以測量到，那么就可以計算出從聲源到目標的距離。本設(shè)計中聲波傳播的介質(zhì)為空氣，采用不可見的超聲波。室溫下聲波在空氣中的傳播速度是340m/s，測量得到的聲波從聲源到達目標然后返回聲源的時間是t秒，則聲波經(jīng)過的距離d可以由以下公式計算：

d=34000(cm/s)×t(s)

因為聲波經(jīng)過的距離是聲源與目標之間距離的兩倍，聲源與目標之間的距離應(yīng)該是d/2。5超聲波測距儀以和示波器電路設(shè)計（超聲波發(fā)射模塊）圖2超聲波發(fā)射模塊電路原理圖6超聲波測距儀以和示波器電路設(shè)計（超聲波接收模塊）圖3超聲波接收模塊電路原理圖7超聲波測距儀以和示波器電路設(shè)計（電源模塊）圖4電源模塊電路原理圖8超聲波測距儀以和示波器電路設(shè)計（控制與顯示模塊）圖5控制模塊電路與顯示模塊電路9超聲波測距儀以和示波器超聲波測距儀整體設(shè)計圖圖6超聲測距儀整體原理圖10超聲波測距儀以和示波器測試方案與測試結(jié)果

測試儀器及測試方法在超聲測距儀發(fā)射、接收探頭正前方放置一物體做障礙物，把障礙物放置到離探頭固定距離，記錄此距離作為實際距離，再記錄超聲測距儀顯示的測量距離，通過多次不同距離測量得到測量數(shù)據(jù)，最后對測試結(jié)果進行分析。12超聲波測距儀以和示波器測試數(shù)據(jù)記錄實際距離（cm）1251015202530測量結(jié)果（cm）

6561116212530誤差（%）

50015020106.6500實際距離（cm）405060708090100150測量結(jié)果（cm）

385466748597110163誤差（%）-58105.76.27.7108.613超聲波測距儀以和示波器測試數(shù)據(jù)分析經(jīng)過以上數(shù)據(jù)的分析，測試距離在1～5cm之間時誤差都較大。因為單片機的計數(shù)頻率較低，所以單片機系統(tǒng)的測距誤差一般為厘米級。測試距離在6～150cm之間時，誤差很小，都在10%以內(nèi)。14超聲波測距儀以和示波器數(shù)字示波器設(shè)計摘要

基于AVR的示波器

一個低速的基于mega32示波器，它可以用于檢測5HZ信號，輸入電壓可在24－30V（直流）。

由VassilisSerasidis設(shè)計，于01.Dec.2007

編譯語言:C語言15超聲波測距儀以和示波器方案選擇系統(tǒng)方案一：純單片機方式。即完全由單片機來實現(xiàn)前級信號程控調(diào)理、采樣保持電路及A/D轉(zhuǎn)換器的控制、數(shù)據(jù)的處理及存儲、波形顯示和控制電路等功能。16超聲波測距儀以和示波器方案選擇系統(tǒng)方案二：單片機與FPGA結(jié)合的方式。即由單片機來完成信號調(diào)理和人機界面等頂層控制功能，而由FPGA來完成采集和信號處理等底層的核心計算。17超聲波測距儀以和示波器方案分析選擇方案一的優(yōu)點在于系統(tǒng)規(guī)模較小，有一定靈活性，但不適宜于觀察高速信號或復(fù)雜信號。在采樣速率不是太高的情況下，可以滿足要求。方案二是在單片機的管理下，由可編程邏輯器件FPGA完成高速控制作用，例如對高速信號的采集和存儲，而單片機則實現(xiàn)對FPGA及整個簡易數(shù)字存儲示波器的管理。在這里，本著經(jīng)濟實用的原則，而采用方案一。18超聲波測距儀以和示波器示波器總框圖19超聲波測距儀以和示波器方案描述控制器模塊以Atmega32單片機為核心的系統(tǒng)。Atmega32單片機內(nèi)置8路十位具有可選差分輸入級的可編程增益（TQFP封裝）的ADC,32K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash（具有同時讀寫能力，即RWW），1024字節(jié)的EEPROM。20超聲波測距儀以和示波器理論分析（有關(guān)等效采樣分析）等效采樣分析數(shù)據(jù)采樣技術(shù)分為實時采樣和等效采樣兩種。在高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，實時采樣對信號的的捕獲能力受到了A/D最高采樣速率的限制，因為，實時采樣是在一次觸發(fā)后完成整個的采集過程，通常對信號的實時采樣都必須滿足Nyquist采樣定理，采樣頻率至少應(yīng)為信號最高頻率的2倍。頻率越高就需要越高速的A/D轉(zhuǎn)換器。等效采樣的基本原理就是通過多次觸發(fā)多次采集而獲取重建信號波形。等效采樣的前提是，信號必須是周期重復(fù)的。等效采樣通過對周期的信號的多次采樣，把在信號的不同周期中采樣得到的數(shù)據(jù)進行重新排序，實現(xiàn)重建的信號波形。工作于等效采樣模式的高速數(shù)據(jù)采樣系統(tǒng)，采樣頻率可以較低，而信號的頻率可以很高。等效采樣技術(shù)主要有順序等效采樣和隨機等效采樣。21超聲波測距儀以和示波器電路與程序設(shè)計

電路參考原理圖22超聲波測距儀以和示波器電路與程序設(shè)計PROTUES軟件虛擬仿真電路圖23超聲波測距儀以和示波器測試試結(jié)果以及分析經(jīng)過軟件模擬測試結(jié)果，示波器測試顯示正