模拟数字电路课程设计报告书-超声波测距电路的设计.doc

2008级电子信息工程
模拟数字电路课程设计报告书
设计题目
超声波测距电路的设计
姓名
学号
学院
物理与电子信息工程学院
专业
电子信息工程
班级

指导教师
2010年11月18日
超声波测距电路的设计
一、设计题目及要求
1、设计题目
设计一用占空比表示距离的超声波测距电路。
2、设计要求
(1)基本要求
①测量距离:>3m;
②测量盲区:<30cm;
③误差:<5cm;
④输出:以一定频率(自定)的脉冲波之占空比表示;
⑤不能使用专用模块或专用测距集成电路。
(2)发挥部分
①数码显示测量距离;
②自制稳压电压;
指导教师签名:
2010年月日
二、指导教师评语
指导教师签名:
2010 年月日
三、成绩
验收盖章
2010年月日
目录
设计要求 …………………………………………… 4
设计方案的比较与选择 ……………………………… 4
超声波电路工作原理 …………………………………… 8
……………………………… 9
超声波发射电路……………………………… 9
超声波脉冲信号发生器 …………………… 10
超声波载波信号发生器 …………………… 10
超声波驱动电路………………………… 11
超声波接收电路……………………………… 12
超声波信号检测与放大 …………………… 12
信号比较电路……………………………… 13
时间测量电路……………………………… 14
计数电路脉冲发生器…………………… 15
计数显示电路…………………………… 16
电源电路……………………………………… 17
输出波形……………………………………… 17
测试方法与结果 ……………………………………… 19
七、心得体会……………………………………… 19
八、附件…………………………………………… 20
附件1 电路图……………………………… 20
附件2 PCB排版 ……………………………… 20
附件3 元件清单……………………………… 21
一. 设计要求
(1)基本要求
①测量距离:>3m;
②测量盲区:<30cm;
③误差:<5cm;
④输出:以一定频率(自定)的脉冲波之占空比表示;
⑤不能使用专用模块或专用测距集成电路。
(2)发挥部分
①数码显示测量距离;
②自制稳压电压;

超声波测距的原理
超声波测距是通过不断检测超声波发射后遇到障碍物所反射的回波, 从而测出发射和接收回波的时间差t,然后求出距离
(1-1)
式(1-1)中的c为超声波在空气中传播的速度。
方案一:基于STC89s52的单片机超声波测距仪
单片机控制超声波模块发射及检波接收,其系统原理框图如图1所示。
图1 超声波测距系统框图
,遇被测物反射后回波被超声波接收换能器接收。进行相关处理后,输入单片机的INT0()脚产生中断,计算中间经历的时间,然后根据公式(1-1)算出距离。
由单片机STC89s52编程产生40KHz的方波脉冲,,(Echo引脚)等待高电平输出。一旦有高电平出处,即在模块中经过放大电路,驱动超声波发射探头发射超声波。发射出去的超声波经障碍物反射回来后,由超声波接收头接收到信号,通过接收电路的检波放大、积分整形及一系列处理,,读取单片机中定时器的值。单片机利用声波的传播速度和发射脉冲到接收反射脉冲的时间间隔计算出障碍物的距离,并由液晶显示出来。
该测距装置是由超声波模块、单片机和LCD显示电路组成。传感器输入端与发射接收电路组成超声波测距模块,模块的输出输入端与单片机相连接,单片机的输出端与显示电路输入端相连接。其时序图如图2-1所示。
超声波测距模块的发射端在T0时刻发射方波,同时启动定时器开始计时,当收到回波后,产生一负跳变到单片机中断口,单片机响应中断程序,定时器停止计数。计算时间差,即可得到超声波在媒介中传播的时间t,由此便可计算出距离。
优点:测量准确,模块制作简单
缺点:编程复杂,不符合数字模拟课程设计的要求
方案二:基于PIC16F876A单片机的超声波测距仪
此超声波测距仪主要以单片机PIC16F876A为核心,其发射时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