《超声发射电路设计方案》由会员分享，可在线阅读，更多相关《超声发射电路设计方案（29页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 超声发射电路设计方案1、绪论11、课程设计的背景超声波是一种振动频率高于声波的机械波，由换能晶片在电压的激励下发生振动产生的，它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。超声波对液体、固体的穿透本领很大，尤其是在阳光不透明的固体中，它可穿透几十米的深度。超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射成回波，碰到活动物体能产生多普勒效应。因此超声波检测广泛应用在工业、国防、生物医学等方面。由于单片机系统的本身限制，要实现一些功能的扩展，才可以满足生产生活的需要，所以，单片机系统的扩展，成为单片机系统的一个重要的研究方向。我们在日常的学习中，为了能更好的运用以及
2、巩固所学的硬件知识，运用那个课程中所学的理论知识与实践紧密结合，同时，培养我们独立地解决实际问题的能力，和锻炼运用硬件与软件结合的综合能力，学院开设此次课程设计，来满足课程的需要。1.2、课程设计的目的（1）熟练掌握单片机和8253的原理及应用（2）掌握各芯片的逻辑功能及使用方法；（3）掌握超声波发射电路的设计；（4）掌握超声波接收电路的设计；（5）熟悉定时器生成方波的设计与制作。1.3、课题要求1、使用8253芯片实现方波输出；2、输出的方波频率范围较宽，能达到MHZ以上，在此频率范围内，可以实现频率可调；3、运用单片机，实现对定时器/计数器8253芯片的控制，来实现方波发生器的功能；4、设
3、计出超声波的发射和接收电路。2、实验方案2.1、方波生成设计思路单片机可以实现方波输出，根据此课题要求则需要利用单片机对8253芯片的控制，使芯片工作在特定的工作方式，来实现方波的发生，因此，总结课题的要求，有如下方案可以讨论： 1、利用8086微处理器，控制8253芯片，是芯片工作在工作方式3，来实现方波的输出。利用键盘，来实现对输出方波频率的调节，同时，还要加数码管，用以显示按键输入的新的频率数值。2、使用51系列单片机，控制8253芯片，同样使8253芯片工作在方式3，使8253芯片实现方波的输出，配以数码管和键盘来实现对方波的输出频率调节。3、使用51系列单片机，控制8253芯片使之工
4、作在方式3，实现方波输出。使用AD转换芯片ADC0809，与可变电阻器，给单片机输入频率信号，用以调节频率。4、使用51系列单片机，控制8253芯片，工作在方波发生器方式，使用按钮，对频率实现等步长调节。2.2、方案选择 1、对于方案1，使用8086微处理器实现对8253芯片的控制，对8253芯片的初始化程序如下：MOV DX,04A6H ;控制寄存器MOV AX,36H ;计数器0，方式3OUT DX,AXMOV DX,04A0H MOV AX,7CHOUT DX,AXMOV AX,92HOUT DX,AX ;计数值927CHMOV DX,04A6HMOV AX,76H ;计数器1，方式3O
5、UT DX,AXMOV DX,04A2HMOV AX,32HOUT DX,AXMOV AX,0 ;计数值32HOUT DX,AXMOV DX,04A6HMOV AX,0B6H ;计数器2，方式3OUT DX,AXMOV DX,04A4HMOV AX,04HOUT DX,AXMOV AX,0 ;计数值04HOUT DX,AX由于8086微处理器在生产生活中并不是最为常见的，所以此方案实现起来并不十分方便，因此不采取此方案。2、方案2的原理图如图1下：图1 方案2原理图 原理图中，利4x4矩阵键盘用以输入调节的频率。从而实现频率可调，程序如下：ORG 0BB0HAJMP MAINMAIN:CLR
6、P1.0;使GATE为低电平，禁止计数MOV DPTR,#0FF2BH;送控制寄存器地址到数据指针寄存器MOV A,#36H;送工作方式字到累加器00110111MOVX DPTR,A;工作方式字送到控制寄存器MOV DPTR,#0FF28H;送通道0地址MOV A,#16H ;计数器/定时器初始值MOVX DPTR,A;初始值送入通道0寄存器SETB P1.0;使GATE为高电平，允许计数LOOP:JNB P1.5,SUBFUNC;查询按键是否被按下JNB P1.6,SUBFUNCJNB P1.7,SUBFUNC AJMP LOOP;返回子程序，继续扫描按键SUBFUNC:LCALL SCA
7、N;按键被按下，调用子程序AJMP LOOPSCAN:JNB P1.7,MAIN;复位键按下，执行复位操作JNB P1.6,FADD;频率加操作JNB P1.5,FSUB;频率减操作FADD:MOV R0,#100LOOP1:DJNZ R0,LOOP1MOV SP,#60HSUBB A,#1;频率加步长PUSH ACCAJMP INIT;中断处理FSUB:MOV R0,#100LOOP2:DJNZ R0,LOOP2MOV SP,#60HADD A,#1;频率减步长PUSH ACCAJMP INIT;中断处理INIT:CLR P1.0MOV DPTR,#0FF2BH;中断处理程序MOV A,#3
8、6HMOVX DPTR,AMOV DPTR,#0FF28HPOP ACCMOVX DPTR,ASETB P1.0RETEND方案2原理图中数码管部分未画出。由于使用此方案，系统组成复杂，不利于实验的调试。因此不使用此方案。3、方案3中的方波实现部分与方案2相同，区别在于频率调节部分，方案2是利用键盘直接键入新的频率值，而本方案是利用模拟信号输入来控制频率的改变，由于模拟信号连续，因此可以实现在要求的频率范围内连续调节。其原理图如图2所示：图2 方案3原理图在本方案中，加入了AD转换环节，是系统的复杂性大大提高，不利于实际的实现，因此，也不采用此方案。4、方案4的方波实现与前者相同，区别是频率调
9、节环节的变化。此方案中，只用了三个按钮来实现频率的调节。原理图如图3所示图3 方案4原理图在此方案中，使用按钮来控制频率的改变，这样的设计，使系统得到了大大的简化，同时，硬件软件的实现十分简便，因此，在此课程设计中，选用方案4来完成课题的设计。2.3、方案可行性研究相比之下，方案4有着比较明显的优势。因为方案4的硬件设计简单，频率的调节是用按钮实现，同时，8253芯片与单片机的接口使用的是74HC373地址锁存器，可以在送地址的时候保持地址有效电平，使地址与数据的传输分开。而且对于方案4的软件的设计，只需要有初始化8253芯片，以及对按键的处理程序即可，因此可行性最高。3、课题方案阐述3.1、
10、硬件设计方波生成部分硬件的设计方框图如图4.1所示单片机时钟脉冲发生电路以及复位电路8253芯片74LS373地址锁存器AT89C51单片机频率调节电路图4.1 硬件设计框图硬件设计方案原理如下：1、时钟发生电路由C1、C2和X1（晶振）产生脉冲给XLAT1、XLAT2作为外部振荡信号，复位信号由开关和RC电路构成；由于系统要对外部接口送数据，所以EA端始终为高电平；单片机P0口接8253的数据端口，由于单片机内部无上拉电阻，当作为输入或者输出时应在外部接上拉电阻，因此 P0口需要外接上拉电阻。系统的设计需要使用P0口的高2位作为地址线，同时P0口作为数据线使用，因此，需要加地址锁存器；频率调
11、节电路是用按钮组成的，当按钮按下时，可以对频率进行等步长的递增或者递减，从而实现输出频率可调的方波。2、硬件设计原理图如方案4原理图所示。超声波发射和接收部分硬件的方框图设计如图4.2所示传出控制放大电路（多级）整流电路滤波电路电压比较器电路等振荡脉冲信号驱动电路检测物体超声波传感器电路内部发送接收控制处理电路（单片机、FPGA等）图4.2 硬件设计框图超声波发射电路设计 发射电路主要有反相器74LS04和超声波换能器构成,单片机P1.0端口输出的40KHz方波信号一路经一级反相器后送到超声波换能器的一个电极，另一路经两级反相器后送到超声波换能器的另一个电极，用这种推挽形式将方波信号加到超声波
12、换能器两端可以提高超声波发射强度。输出端采用两个反向器并联，可以提高驱动能力。上拉电阻R1、R2一方面可以提高反相器74LS04输出高电平的驱动能力。超声波接收电路设计3.2、各个部件功能描述1、8253芯片的引脚图及功能（1）8253芯片的引脚图如图5所示图5 8253芯片引脚图（2）8253芯片内部组成部分： 1）数据总线缓冲器(8位、三态、双向)。数据中线缓冲器是8253与系统数据总线相连接时用的接口电路，它由8位双向三态缓冲器构成。2）读/写控制逻辑。读/写控制逻辑接收系统控制总线送来的输入信号，经组合后形成控制信号，对各部分操作进行控制。可接收的控制信号有：片选信号，低电平有效；：读
13、信号，低电平有效；：写信号，低电平信号；：端口选择信号。=00时，选中0通道；=01时，选中1通道；=10时，选中2通道；=11时，选中控制寄存器。8253的输入信号组合功能表如表1所示。表1 8253输入信号组合的功能表功 能0100 0写计数器00100 1写计数器10101 0写计数器20101 1写入控制字寄存器0010 0读计数器00010 1读计数器10011 0读计数器20011 1无操作1禁止使用011无操作3）计数器02。三个完全相同的16位减计数器。每个通各有3个引脚，它们是：CLK0CLK2计数器02的输入时钟脉冲此引脚输入；OUT0OUT2计数器02的输出端；GATE0GATE2计数器02的门控脉冲输入端。4）控制字寄存器。控制字寄存器是一种只写寄存器，在对8253编程时，由CPU用输出指令向它写入控制字，来选定计数器通道，规定各计数器的工作方式，读写格式和数制。其格式如图6所示： BCD1 BCD码计数0 二进制计数 000 方式0 001 方式1 10 方式2 11 方式3100 方式4101 方式5 00 计数器锁存，供
