毕业论文-超声波测距电路设计.doc

目 录摘 要 （3）第一章 绪论 （5）1.1 课题背景 （5）1.2 论文研究内容 （7）第二章 方案论证 （8）第三章 整机的工作原理 （11）3.1 测量与控制方法 （11）3.2 检测与驱动电路设计 （12）3.3 逻辑符合表 （16）3.4 AT24C02简介 （18）3.5 超声波测距发射电路 （19）3.6 超声波测距接收电路 （20）3.7 温度检测电路 （21）3.8 显示电路原理 （21）第四章 整机电路的运行与调试 （25）4.1 超声波测距电路误差分析 （25）4.2 声速对测量精度的影响分析（26）结论 （27）致谢 （28）参考文献 （29）毕业设计任务书一、毕业设计题目：超声波测距电路设计二、技术要求：采用测距专用集成电路SB5227，设计出发送电路和接收电路以及温度检测电路，并能显示出测量值。三、毕业设计完成的具体内容1、实习、搜集资料；2、选择设计方案，设计实体电路；3、电路原理说明及元器件选择；4、绘制电器原理框图；5、绘制电路图（2#图）6、列写元器件资料表；7、编写毕业设计说明书（一万字左右）包括：封面、毕业设计（论文）任务书、论文题目、目录、摘要、正文、结束语、致谢、参考文献、附录等。四、参考文献：传感器与检测技术 陈杰， 黄鸿高等教育出版社2002.1-5传感器及应用 王煜东， 北京：机械工业出版社，2003.11实用声光及无线电遥控电路 赵健， 北京：中国电力出版社，2005传感器及其应用电路 何希光， 北京：电子工业出版社，2001红外线热释电与超声波遥控电路 肖景和等，人民邮电出版社，2003摘要电子测距仪要求测量范围在0.105.00m，测量精度1cm，测量时与被测物体无直接接触，能够清晰稳定地显示测量结果。由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量，如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。超声波测距器，可以应用于汽车倒车、建筑施工工地以及一些工业现场的位置监控，也可用于液位、井深、管道长度的测量等场合。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求，因此在移动机器人的研制上也得到了广泛的应用。该测距仪采用NE555电路、两级放大电路和电平比较电路实现了超声波的发射与接收。单片机为该测距仪的核心单元，实现发射电路的控制和接收数据的处理。本系统在10200cm的距离内测量精度可达0.5cm，并且易于调试，成本低廉，具有很强的实用价值和良好的市场前景。AbstractUltrasonic Ranging, can be used in car reversing, the construction site and the location of some industrial site monitoring, can also be used if the level, depth and length of the pipeline, such as measurement occasions. Measurement of the requirements in the 0.10-5.00 m, precision 1 cm, with the measurement of detected objects without direct contact, being able to clearly show stable measurement results. Because of the strong point of ultrasonic energy consumption slow, medium of communication in the longer distance, thus frequently used ultrasonic distance measurement, such as the range finder and level measurement and so on can be achieved by ultrasound. Use of ultrasonic testing is often more rapid, convenient and simple terms, easy to achieve real-time control, and measurement accuracy can meet the practical requirements of industry, in the mobile robot has been developed on a wide range of applications.The range finder only NE555 circuit， two amplifier circuit and the level achieved a comparison of launching and receiving ultrasound. SCM range finder for the core elements for launching the circuit control and receive data processing. 10-200 cm in the system of distance measurement accuracy up to 0.5cm， and easy to debug， low-cost， with strong practical value and good market prospects.第1章 绪 论高速度，高效率是现代工业的标志，而这是建立在高质量的基础之上的。设计和工艺人员理应了解：非均一的组织结构，随机出现的微观、宏观缺陷，常常可以有时甚至是只能依靠无损检测技术的运用方可予以发现、评价。当然，这与数十年来多方的重视和广大从业人员的艰辛努力，使无损检测技术在这方面已具有一定的能力有关。现在，在工业发达国家，无损检测在产品的设计研制，使用部门已被卓有成效的运用，1981年美国前总统里根在给美国无损检测学会成立40周年大会的贺信中就说过：“你们能够给飞机、空间飞行器、发电厂、船舶、汽车和建筑物等带来更大程度的可靠性。没有无损检测，我们就不可能享有目前在这些领域和其他领域的领先地位。”无损检测正在以迅猛之势向纵深发展，客观的需要毕竟是一种专业可以发展的最大动力。超声技术就是一项典型的无损检测技术。利用超声波测量已知基准位置和目标物体表面之间距离的方法，称为超声波测距。可想而知，它的应用，必将在未来展现出夺目的光辉。1.1课题背景 利用超声波作为定位技术是蝙蝠等一些无目视能力的生物作为防御及捕捉猎物生存的手段，也就是生物体发射不被人们听到的超声波(20kHZ以上的机械波)，借助空气媒质传播由被待捕捉的猎物或障碍物反射回来的时间间隔长短与被反射的超声波的强弱判断猎物或障碍物位置的方法，根据这一原理，人们提出了超声波测距，它是一种传统而实用的非接触测量方法，和激光、涡流和无线电测距方法相比，具有不受外界光及电磁场等因素的影响的优点，在比较恶劣的环境中也具有一定的适应能力，且结构简单，成本低，因此在工业控制、建筑测量、机器人定位方面得到了广泛的应用。但由于超声波传播声时难于精确捕捉，温度对声速的影响等原因，使得超声波测距的精度受到了很大的影响，限制了超声测距系统在测量精度要求更高的场合下的应用。距离是在不同的场合和控制中需要检测的一个参数，测距成为数据采集中要解决的一个问题。而由于超声波的速度相对光速小的多，其传播时间比较容易检测，并且易于定向发射，方向性好，强度好控制，因而人类采用仿真技能利用超声波测距。超声波测距是一种利用超声波特性、电子技术、光电开关相结合来实现非接触式距离测量的方法。因为它是非接触式的，所以它就能够在某些特定场合或环境比较恶劣的情况下使用。比如要测量有毒或有腐蚀性化学物质的液面高度或高速公路上快速行驶汽车之间的距离。我国超声波检测技术是从无到有，从低级阶段逐渐发展到应用普及的现阶段水平。超声波检测仪器的研制生产，也大致按此规律发展变化。五十年代，我国开始从国外引进超声波仪器，多是笨重的电子管式仪器。如英国的UCT-2超声波检测仪，重达 24kg，各单位积极开展试验研究工作，在一些工程检测中取得了较好的效果。五十年代末六十年代初，国内科研单位进口了波兰产超声仪，并进行仿制生产。随后，上海同济大学研制出CTS-10型非金属超声检测仪，也是电子管式，仪器重约20Hg。该仪器性能稳定，波形清晰。但当时这种仪器只有个别科研单位使用，建工部门使用不多。直至七十年代中期，因超声波检测技术仍处于试验阶段，未推广普及，所以仪器没有多大发展，仍使用电子管式的UCT-2，CTS-10型仪器。1976 年，国家建委科技公司主持召开全国建筑工程检测技术交流会后，国家建委将混凝土超声波检测技术列为重点攻关项目，组织全国 6 个单位协作攻关。从此，超声波检测技术开始进入有计划，有目的的研究阶段。随着电子工业的飞速发展，半导体元件逐渐代替了电子管器件，更有利于超声波检测技术的推广普及。如罗马尼亚 N2701 型超声波测试仪，是由晶体管分立元件组成，具有波形和数码显示，仪器重10kg。七十年代，英国 C.N.S 公司推出仅有 3.5kg重的 PUNDIT 便携式超声仪。1978年10月，中国建筑科学院研制出 JC-2 型便携式超声波检测仪。该仪器采用TTL 线路，数码显示，仪器重量为5kg。同期研制出的超声检测仪器还有SC-2型，CTS-25 型，SYC-2型超声波检测仪。从此，我国有了自己生产的超声波仪器，为推广应用超声波检测技术奠定了良好的基础。随着检测技术研究的不断深入，对超声检测仪器的功能要求越来越高，单数码显示的超声检测仪测读会带来较大的测试误差。进一步要求以后生产的超声仪能够具有双显及内带有单片机的微处理功能。随后具有检测，记录，存储，数据处理与分析等多项功能的智能化检测分析仪相继研制成功。超声仪研制呈现一派繁荣景象。其中，煤炭科学研究院研制的2000A型超声分析检测仪，是一种内带微处理器的智能化测量仪器，全部操作都处于微处理器的控制管理之下，所有测量值，处理结果，状态信息都在显像管上显示出来，并可接微型打印机打印。其数字和波形都比较清晰稳定，操作简单，可靠性高，具有断电存储功能，其串口可以方便用户对仪器的测试数据进行后处理及有关程序的开发。与国内同类产品相比，设计新颖合理，功能齐全，在仪器设计上有重大突破和创新，达到了国际先进水平。目前，计算机市场价格大幅度下降，采用非一体化超声波检测仪器，计算机可发挥它一机多用的各种功能，实际上是最大的节约。过去那种全功能的仪器设置，还不如单独的超声仪，计算机可充分发挥各自特点。高智能化检测仪器只能满足检测条件，使用环境，重复性测试内容等基本情况一样，才可充分发挥其特有功能。仪器设计也应从实际情况出发，才能满足用户的要求。综上所述，我国超声波仪器的研制与生产，有较大发展，有的型号已超过国外同类仪器水平。随着电子技术的发展，出现了微波雷达测距、激光测距及超声波测距。前2种方法由于技术难度大，成本高，一般仅用于军事工业，而超声波测距则由于其技术难度相对较低，且成本低廉,适于民用推广。超声测距在液位测量、机械手控制、车辆自动导航、物体识别等方面有广泛应用。特别是应用于空气测距，由于空气中波速较慢，其回波信号中包含的沿传播方向上的结构信息很容易检测出来，具有很高的分辨力，因而其准确度也较其它方法为高。例如。随着汽车智能化的发展，中国城市汽车的保有量迅速增加。随之而来的是交通事故与日俱增，城市里尤其突出。智能交通系统是二十一世纪交通运输的重要发展方向，这里就可以用到超声测距判断汽车前方障碍物的情况，及时向司机传达信息。还有在水中探测，军事，医疗中的超声诊断和治疗等方面有重要作用，而且测量精度在不断的提高，另外在移动机器人研制也广泛应用。为了使移动机器人能自动避障行走，就必须装备测距系统，以使其及时获取距障碍物的距离信息（距离和方向）。目前这个领域发展迅速，不断提出新课题，具有广阔的发展前景。1.2 论文研究内容 1.2.1 研究内容本设计要求我们先要掌握充足的理论知识，着重理论联系实际，培养理论分析的能力，检索资料的能力、电子系统设计的能力、实际动手的能力、分析排除故障的能力。通过该课题的设计，让自己学习到超声测距的相关知识，包括对超声波，传感器学习，超声波传感器的应用，了解了超声波与其他学科的关系，扩大了知识面，培养了自己分析问题，解决问题，实际动手的能力。本设计从51单片机、超声波传感器的原理和特性出发，对超声波测距技术中的控制、信息采集技术进行了较为详尽的分析，参照工程设计的基本方法，分析系统可行性、可靠性后，确立结构化设计的基本思路。从各功能模块一一设计。该仪器是由+5V稳压电源提供驱动，利用超声波在空气中传播遇障碍物反射的原理，以超声波探头为接口部件，应用单片机技术计算超声波在空气中传播的时间（超声波的速度为声速）并处理成相应的距离，然后再通过LCD显示距离。第2章 方案论证 方案一：利用分立模块的超声波测距仪系统包括超声波测距模组、LED数码显示模组、驱动模组控制模组及电源五部分。超声波测距模块主要由发射部分和接收部分组成，超声波的发射受主控制器控制（如图1所示）；超声波换能器谐振在40KHz的频率，模块上带有40KHz方波产生电路。显示模块是一个8位段数码显示的LCD；测量结果的显示用到三位数字段码，格式为X点XX米，同时还用两位数字段码显示数据的个数。电源采用9V的DC电源输入，经稳压管后得出5V以及3.3V的电源供系统各部分电路使用。系统结构图1 超声波测距模块组硬件框图优点：具有历史数据存储功能、出错管理功能。缺点：能测的最小距离比较长，不能实现双向测距，电路复杂性能稳定性不高。方案二智能超声波测距微处理器SB5227超声波测距主要是采用专用集成电路SB5227为核心，其发射器是利用压电晶体的谐振带动周围空气振动来工作的.超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射的同时开始计时 ，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器接收到反射波就立即停止计时。一般情况下，超声波在空气中的传播速度为340m/ s，根据计时器记录的时间t ，就可以计算出发射点距障碍物的距离 s，即s=340t/2， 这就是常用的时差法测距。在测距计数电路设计中，采用了相关计数法，其主要原理是：测量时单片机系统先给发射电路提供脉冲信号，单片机计数器处于等待状态，不计数；当信号发射一段时间后，由单片机发出信号使系统关闭发射信号，计数器开始计数，实现起始时的同步;当接收信号的最后一个脉冲到来后，计数器停止计数。双向超声波测距仪的系统主要有几下部分组成（如图2所示）： LED显示模块，SB5227芯片，超声波发射模块，超声波接收模块，温度检测模块等五大模块组成。图2 系统设计总体框图优点：双向测距，精度高，功耗低。在电路中我们采用SB5227芯片它的优点是：SB5227型超声波测距专用集成电路芯片中带微处理器和RS-485接口，能准确测量空气介质或水介质的距离，适用于水下探测、液位或料位测量、非接触式定位以及工业过程控制等领域。其引脚具有防瞬态能力，通过限流电阻可以接至220V交流电源，可直接与继电器控制电路相连，无须光电耦合器隔离，给应用带来极大方便。基于上述两种方案的比较，方案一，测量盲区较长，结构复杂且稳定性不高。方案二，能进行双向测距，精度高，功耗低，模块简单，稳定性高。所以选用方案二。第三章 整机的工作原理3.1测量与控制方法声波在其传播介质中被定义为纵波。当声波受到尺寸大于其波长的目标物体阻挡时就会发生反射；反射波称为回声。假如声波在介质中传播的速度是已知的，而且声波从声源到达目标然后返回声源的时间可以测量得到，从声波到目标的距离就可以精确地计算出来。这就是本系统的测量原理。超声波传感器的结构如图3所示。图3 超声波传感器结构由于此超声波测距仪可以实现双向测距，所以需进行测距选择，而这个测距选择就以自动选择功能来实现。3.2检测与驱动电路设计3.2.1器件选择本系统在设计过程中主要选取了以下一些器件：1. 智能超声波微处理器SB52272. 2.74LS164 8位并行输出的串行移位寄存器3.74LS595带输出锁存的8位串行移位寄存器4.AT24C02 基于I2C总线的2Kb E2PROM存储器5.RS-485总线驱动器MAS4856.LM331电压，频率(Uf)转换3.2.2 芯片介绍SB5227型超声波测距专用集成电路芯片中带微处理器和RS-485接口，能准确测量空气介质或水介质的距离，适用于水下探测、液位或料位测量、非接触式定位以及工业过程控制等领域。1. SB5227超声波测距专用集成电路SB5227超声波测距专用集成电路芯片中带微机处理器和RS-485接口，能准确测空气介质或水介质中的距离，适用于水下探测，液位或料位测量、非接触式定位以及工业过程控制等领域。3.2.3 SB5227的性能（1）采用CMOS工艺制成的超声波测距专用集成电路，适配分体式或一体式超声波传感器。芯片中有振荡及分频器、微处理器（uP）、锁存器、键盘接口、RS-485串行接口、显示控制等领域。（2）利用键盘可在30KHz200KHz范围内设定超声波频率，适配中心频率为30KHz、40KHz、50 KHz、75 KHz、125 KHz、200 KHz的各种超声波传感器，还能设定发射功率（从小到大共分11级）以及传感器的阻尼特性补偿系数（）。调整好参数可以防止在发射周期过后出现余振现象，提高抗干扰能力。时钟频率为12MHz，测量速率为5次/秒。在空气中的最大测量距离为20m，最高显示分辨率可达1mm（或1cm）。（3）可接收与环境温度成正比的频率信号（0 KHz14 KHz，对应于-40+100），能对声速和距离进行温度补偿，提高测量精度；可进行现场标定并将标定参数通过串行总线保存到外部非易失存储器（EPROM，EEPROM）中。（4）有两种测距模式可供选择。选增值测距模式，测量值（L）从零开始逐渐增大。选差值测距模式时，可以测量距离差（）或高度差（）。能分别设定距离的上、下限，实现位式控制。（5）带RS-485串行接口。一片SB5227AM（主机）可以带8片SB5227AS（从机），通信距离大于100m。（6）采用+5V或+3.3V电源供电，电源电压允许范围是+3.0V+6.0V。工作温度范围是。3.2.4 SB5227的工作原理（1）引脚功能SB5227采用DIP-20或SOIC-20封装， 、端分别接电源和地。XT1、XT2端接12MHz石英晶体。SONIC OUT为超声波输出端，ECHO IN为回波接收端。TEMP IN为代表环境温度的频率信号输入端，外接温度检测电路。R、T、C分别为RS-485接口的串行数据输入端、串行数据输出端、串行控制信号输出端。BZ为蜂鸣器驱动端。DATA为显示数据输出端，CLK为显示时钟输出端。RCLK为移位时钟输出端，SRCLK为锁存时钟输出端。SRCLK和EXT MEM还构成总线的外部存储器。LMT1、LMT2分别为上、下限引出端。KEY接键盘的行线。NC为空脚。（2）工作原理SB5227的内部电路框图如图4所示。主要包括以下9部分：振荡及分频器；温度输入通道（放大器与积分器）；超声波输出电路（单脉冲电路、延时电路及缓冲器）；超声波输入通道（两级放大整形及信号检出器）；8位微处理器（uP）；RS-485串行接口；缓存器、时序分配器；显示驱动器；键位识别电路，可配4位键盘。除此之外，芯片内部还有定时器等（图中未画出）。超声波频率信号从第10脚输出，经过外部功率放大器驱动超声波发送器。超声波接收器则通过接收电路接SB5227的第8脚。所有测量参数的设定（如超声波频率、发射功率、传感器的阻尼特性补偿系数、距离的上、下限）以及工作模式的选择，均通过键盘来实现。为了提高超声波信号的强度，同时降低平均发射功率，超声波是以脉冲串的形式向外发送，脉冲频率即中心频率。SB5227中的定时器从发射第一个脉冲的上升沿时刻开始计数，直至第8脚接收到反射波那一时刻停止计数。因此，只要将测量出的时间间隔（）乘以声速就等于被测距离的两倍（2）。令超声波在温度T时的传播速度为v，计算被测距离，这就是利用超声波测量距离的原理。图4 SB5227内部电路框图 为了提高超声波信号的强度，同时降低平均发射功率，超声波是以脉冲串的形式向外发送的，脉冲频率即中心频率。SB5227中的定时器从发射第一个脉冲的上升沿时刻开始计数，直到第8脚接收到反射波那一刻停止计数。因此只要将测量的时间间隔（T）乘以声速就等于被测量距离的两倍（2L）。超声波在温度T时的传播速度为v，计算被测距离在单片机系统中，如果并行口的IO资源不够，而串行口有没有其他的作用，那么我们可以用74LS164来扩展并行IO口，节约单片机资源。74LS164是一个串行输入并行输出的移位寄存器。并带有擦除端。 Q0Q7并行输出端 。 A,B串行输入端。 MR 清除端， 为0时，输出清零。 CP 时钟输入端。3.3.1 74LS164逻辑符合表 串行输入带锁存 时钟输入,串行输入带缓冲 异步清除 最高时钟频率可高达36Mhz 功耗：10mW/bit 74系列工作温度： 0C to 70C Vcc最高电压：7V 输入最高电压：7V 最大输出驱动能力： 高电平：0.4mA 低电平：8mA 图5 74LS164引脚图3.3.2 74LS595的数据端QA-QH: 八位并行输出端，可以直接控制数码管的8个段。QH: 级联输出端。我将它接下一个74LS595的SI端。SI: 串行数据输入端。74595的控制端说明：SCLR(10脚): 低点平时将移位寄存器的数据清零。通常我将它接Vcc。SCK(11脚)：上升沿时数据寄存器的数据移位。QA-QB-QC-.-QH；下降沿移位寄存器数据不变。（脉冲宽度：5V时，大于几十纳秒就行了。我通常都选微秒级）RCK(12脚)：上升沿时移位寄存器的数据进入数据存储寄存器，下降沿时存储寄存器数据不变。通常我将RCK置为低点平，当移位结束后，在RCK端产生一个正脉冲（5V时，大于几十纳秒就行了。我通常都选微秒级），更新显示数据。/G(13脚)：高电平时禁止输出（高阻态）。如果单片机的引脚不紧张，用一个引脚控制它，可以方便地产生闪烁和熄灭效果。比通过数据端移位控制要省时省力。其引脚图如图6所示。图6 74LS595引脚图注:1)74164和74595功能相仿，都是8位串行输入转并行输出移位寄存器。74164的驱动电流(25mA)比74595(35mA)的要小,14脚封装，体积也小一些。2)74595的主要优点是具有数据存储寄存器，在移位的过程中，输出端的数据可以保持不变。这在串行速度慢的场合很有用处，数码管没有闪烁感。3)595是串入并出带有锁存功能移位寄存器，它的使用方法很简单，在正常使用时SCLR为高电平， G为低电平。从SER每输入一位数据，串行输595是串入并出带有锁存功能移位寄存器，它的使用方法很简单，如下面的真值表，在正常使用时SCLR为高电平， G为低电平。从SER每输入一位数据，串行输入时钟SCK上升沿有效一次，直到八位数据输入完毕，输出时钟上升沿有效一次，此时，输入的数据就被送到了输出端。入时钟SCK上升沿有效一次，直到八位数据输入完毕，输出时钟上升沿有效一次，此时，输入的数据就被送到了输出端。3.4.1 AT24C02AT24C02是基于I2C总线2Kb E2PROM存储器有一个16字节页写缓冲器该器件通过I2C总线接口进行操作，有一个专门的写保护功能。管脚描述 A0 A2 A3 器件地址选择 SDA 串行数据地址 SCL 串行时钟 WP 写保护 Vcc +1.8V6.0V 工作电压 Vss 地图7 AT24C02引脚图3.5 超声波测距发射电路3.5.1超声波发射模块 超声波的发射 电路主要 由驱动 74LS04及超声波 发生器组成 ，图 8所示。超声 波的发射传感器采用 压电陶瓷传感器 UCM40，由于频率为40kHz左右的超 声波在空气 中传播的效率最佳，因此通过执行程序由 单片机 P10产 生 40kHz的振荡信号，经 74LS04放大 (74LS04在 电路 中不但有驱动作用同时增加了超声波 传感器的阻尼效果缩短 了其 自由振荡时间以便其迅速 起振)，驱动 超声波发 生传感 器 UCM40T发 出 40kHz 的超声波脉冲。 图8 超声波测距发射电路3.6 超声波测距接收电路集成电路CX20106A是一款红外线检波接收的专用芯片，常用于电视机红外遥控接收器。考虑到红外遥控常用的载波频率38 kHz与测距的超声波频率40 kHz较为接近，可以利用它制作超声波检测接收电路(如图9)。实验证明用CX20106A接收超声波(无信号时输出高电平)，具有很好的灵敏度和较强的抗干扰能力。适当更改电容C4的大小，可以改变接收电路的灵敏度和抗干扰能力。图9 超声波检测接收电路3.7 温度检测电路温度变化信号转换成频率信号，再经音频译码器去驱动温控开关工作，因而具有很高的温度分辨率。温度频率转换的温控电路如图所示。它由时基电路555、温度传感器、等组成一个频率随温度变化而变化的多谐振荡器。由LM567、等组成音频译码器。当温度发生变化时，作为温度传感器的热敏电阻的阻值也发生变化，多谐振荡器输出的振荡频率和音频译码器的中心频率一致，IC2内部驱动管导通，继电器工作。 图10 温度检测电路图3.8 显示电路原理3.8.1 LED显示器及其接口方法LED显示器是由发光二极管构成的，通常所说的LED显示器由7个二极管组成，故也称为7段LED显示器其排列如下图a所示。那么另外显示器中还有一个圆点型发光二极管用于先显示小数点，故有还是也称为8段LED显示器。LED显示器中的发光二极管的两种连接法：1） 共阳极接法。如图b所示把发光二极管的阳极连接在一起构成公共阳极。使用时，公共阳极接+5V，这样，阴极端输入低电平的段发光二极管就导通点亮，而输入高电平的则不点亮。2） 共阴极接法。如图c所示，把发光二极管的阴极连接在一起构成公共阳极。使用时公共阳极接地，这样，阳极端输入高电平的段发光二级管就导通点亮，而输入低电平的则不点亮。 图113.8.2 LED显示器的接口方法以硬件为主的接口方法。在数据线和LED显示器之间，有锁存器或I/O接口电路，此外，还需要有专用的译码/驱动器。通过译码器移位相应的字行代码然后有驱动器提供足够的功率去点亮发光二极管。3.8.3 显示电路原理LED显示器由5位共阴极数码管构成，最高位(万位)用来显示从机地址(ADDR)，其余4位显示测量值，亦可显示出距离的上、下限。LED显示器以动态扫描方式工作。由显示驱动器输出的串行数据经过74LS164转换成并行输出的笔段信号，依次通过限流电阻R1R8接数码管的相应电极(笔段ag和小数点DP)。74LS595则构成位选通器。举例说明，当扫到千位时，Ql=0(低电平)，千位数码管即显示数据，而此时个、十、百位的数码管均消隐，依次类推。晶振电路中包含12MHz石英晶体，振荡电容C1、C2和内部反相器。图12 显示模块采用LED动态显示，数据经过SB52227芯片的计算后传到LED上，显示精度是厘米。3.8.4 总体电路图 图13 超声波测距仪显示电路图第四章 整机电路的运行与调试系统调试超声波测距仪的制作和调试都比较简单，其中超声波发射和接收采用15的超声波换能器UCM40（T发射）和CX20106A（R接收），中心频率为40kHz，安装时应保持两换能器中心轴线平行并相距48cm，其余元件无特殊要求。若能将超声波接收电路用金属壳屏蔽起来，则可提高抗干扰能力。根据测量范围要求不同，可适当调整与接收换能器并接的滤波电容C4的大小，以获得合适的接收灵敏度和抗干扰能力。硬件电路制作完成并调试好后，便可将程序编译好下载到单片机试运行。根据实际情况可以修改超声波发生子程序每次发送的脉冲宽度和两次测量的间隔时间，以适应不同距离的测量需要。根据所设计的电路参数和程序，测距仪能测的范围为0.105.0m，测距仪最大误差不超过1cm。系统调试完后应对测量误差和重复一致性进行多次实验分析，不断优化系统使其达到实际使用的测量要求。4.1 超声波测距误差分析 4.1.1发射接收时间对测量精度的影响分析 采用UCM40 压电超声波传感器，脉冲发射由单片机控制，发射频率 40KHz ，忽略脉冲电路硬件产生的延时，可知由软件生成的起始时间对于一般要求的精度是可靠的。对于接收到的回波，超声波在空气介质的传播过程中会有很大的衰减，其衰减遵循指数规律。 设测量设备基准面距被测物距离为h，则空气中传播的超声波波动方程为：错误！未找到引用源。由以上公式可知，超声波在传播过程中存在衰减，且超声波频率越高，衰减越快，但频率的增高有利于提高超声波的指向性。 经以上分析，超声波回波的幅值在传播过程中衰减很大，收到的回波信号可能十分微弱，要想判断捕获到的第一个回波确定准确的接受时间，必须对收到的信号进行足够的放大，否则不正确的判断回波时间，会对超声波测量精度产生影响。 4.2.1声速对测量精度的影响分析当地声速对超声波测距测量精度的影响远远要比收发时间的影响严重。超声波在大气中传播的速度受介质气体的温度、密度及气体分子成分的影响，即： 错误！未找到引用源。由上式知，在空气中，当地声速只决定于气体的温度，因此获得准确的当地气温可以有效的提高超声波测距时的测量精度。工程上常用的由气温估算当地声速的公式如下： 错误！未找到引用源。式中C0=331.4