暑假模拟电路实验报告_无13_011242.docVIP

夏季学期模拟电路实验报告 ――――超声波测距电路 清华大学电子工程系无13班 华楠 011242 一、实验任务： 超声测距电路的设计与安装，测距距离大于3米，显示精度1cm，当距离小于0.5米时，要求告警。 二、实验原理与基本参数设计： 模拟部分超声发生模块每隔一段时间发射一串的短暂（ms量级）超声波,接收模块将接收信号滤波放大检波。 数字部分计算发射波上升沿与接收波上升沿之间的时间差通过计数转化为数字量输出.同时将时间差转化为模拟量(电容上电压)进行报警. 考虑声音传播速度，1ms走34cm，超声走来回六米的路程，约需20ms量级，而我们的系统分辨率应达到1cm需60us。同时考虑到超声波接收器可能会受到干扰误接收和丢失，则过高的发射频率可能会导致系统工作与显示不稳定，所以我们规定： 发射间隔：1ms左右 发射“脉宽”：ms量级 计数频率：17KHz 三、实验系统综述： 模拟部分概述: 发生模块应产生1Hz低占空比的方波信号调制40KHz的方波信号(频率最好可调)驱动发射超声波. 接收模块应包括滤波,放大,检波,送给数字模块. 具体设计将于后面具体阐述 数字部分概述与模拟-数字接口规定: 数字系统应包括控制电路,计数器,显示扫描电路,附加报警电路(本设计中需要再转为模拟量). 控制与计数电路： 我们通过RS触发器(D触发器的S，R口)实现：当发射信号上升沿来临时置一（同时将计数器清零）接收信号上升沿来临时置零，当Q为一时计数器计数，报警电路的电容充电。 显示扫描电路： 通过一个三进制计数器轮转显示。 报警电路： 由于实验室没有提供数字比较器，加之三天实验下来我们对模拟电路比较感兴趣，所以最后我们采用了由RS触发器的Q通过运放控制电容冲放电的方法实现报警。可惜最后时间紧张，没能调通。 应当说，上述数字系统特别是控制系统简单稳定，同时非常方便于与模拟部分的连接：模拟系统提供的信号接口规定: 发射信号:脉冲:对应于发射波上升沿. 接收信号：“方波”：上升沿对应于接收“波包”前沿 17KHz的计数信号：规定也由模拟系统提供。 值得注意根据上述设计，模拟部分接收模块无需取出包络只需能够准确分辨信号和噪声即可，降低了对模拟接收模块的要求。我们并没有取包络，因为反正不需要何必多此一举。 同时发射的信号不对占空比提出过高要求，但发射信号需要给出上升沿，提供沿的方法可以在数字部分再利用触发器等方法。而我们为了降低数字部分的复杂性，还是选择了通过模拟的方法实现，为此做了一个脉冲产生电路，后面将有说明。 数字部分的电路由周冬负责搭建，在他的实验报告中有详细说明。 四、模拟部分电路设计. 发射模块 首先由556的一个555部分产生1Hz的占空比较低（设计值约0.25％）的方波，另一个555的产生40KHz的方波。连接调制的方法是将1Hz的信号接40Khz的RESET端，这样当仅1Hz高电平时才会输出40KHz，实现了调制。 应当说555的调节受555的工艺限制调制往往离理论值较远调整不便，幸运的是我们的数字部分对1Hz信号的频率占空比没有过高的要求，所以实验时采用的设计时的参数。 然后通过一组非门得到峰峰值为9V的信号驱动超声发射端。此处如果采用“强力”CMOS非门74HC04的话可以调高输出电位也就提高输出功率。不过我们没有采用。（因为没有使用效果已经可以接受了） 接收模块： 接收模块由入端型滤波电路，三级放大电路（LM741），比较检波电路（LM311）组成。电路主要设计参数见上图。最后输出信号是通过LM311比较后得到送给数字部分的接收信号。 接口设计： 如前面实验系统综述中关于数模接口的说明，我们的提供给数字部分的接收信号为毛刺很多的电平信号并不影响电路工作，因为那是控制寄存器的清零信号。而发射信号只能提供沿，因为它由于计数器清零。按照系统综述中的规划，由模拟部分提供发射波沿的短脉冲信号。 取沿一般可以通过微分电路，但是我们通过理论计算和实测发现由于方波的上升时间本来就比较大，微分的得到的强度很小，如果再把这个强度放大就很不划算了。这里我们是通过险象的方法得到的取上升沿。为了延长和控制脉宽，我们在非门之间加上了一个RC常数约微妙量级的RC低通延迟电路。 17KHz时钟也由模拟部分发生，电路和40KHz几乎完全相同，参数为1.2K,1.2K可调，0.022uF。 五、电路安装过程、实际测试、分析与调整（主要讲述模拟部分和模数接口） 第一天 工作进度： 主要工作是安装电路。上午模拟部分完成并测试了发射模块，数字部分的计数模块；下午完成并测试了模拟部分接收模块的放大部分，数字部分的控制与轮显的大部分。 主要问题分析调整与测试方法（模拟部分）： 1．探头的驱动 最初图个简便，试图不用非门而使用