超声波的设计.doc

《数字电子技术》课程设计 说 明 书 专业名称： 电气工程及其自动化 班 级： 104班 学 号： 姓 名： 指导教师： 日期： 2011年12月16日  数字电子技术 课程设计评阅书 题目 超声波的设计 学生姓名 学号 指导教师评语及成绩 指导教师签名： 年 月 日 答辩评语及成绩 答辩教师签名： 年 月 日 教研室意见 总成绩： 室主任签名： 年 月 日  摘 要 本次数字实验设计了一种超声波测距数字电路实验装置,使用非单片机的方法设计了一个完整的超声波测距电路,包括超声波发射电路、接收整形电路、时钟电路、计数和显示电路。其中发射电路采用晶体振荡和超声波传感器2种方法,可以提高发射频率的稳定性及系统工作的准确性。  目 录 1 课题描述……………………………………………………………………1 2 设计原理 …………………………………………………………………2 3 测试 3.1发射电路…………………………………………………………… 2 3.2 接收电路……………………………………………………………4 3.3 时钟电路……………………………………………………………4 3.4计数与显示电路…………………………………………………… 5 4测试…………………………………………………………………………5 5总结 ………………………………………………………………………6 参考文献 ……………………………………………………………………61 课题描述 近年来，由于导航系统、工业机器人的自动测距、机械加工自动化等方面的需要，自动测距变得十分重要。与同类测距方法相比，超声波方法在以下几方面具有明显的优势: (1)相对于声波，超声波具有定向性好、能量集中、在传输过程中的衰减较小、反射能力较强等优势; (2)相对于光学方法，超声波的波速小，可以直接测量较近目标的距离，纵向分辨率较高;对色彩、光照度、电磁场不敏感，适应范围广及环境恶劣的场所，特别是在海洋勘测方面具有独特的优点; (3)超声波传感器结构简单，体积小，费用低，信息处理简单可靠，易于小型化与集成化。 因此超声波测距作为非接触检测手段，越来越受到人们的重视。超声波测距有着广泛的应用范围，而且其典型电路已用于本科阶段电工电子课程的重点教学内容，因此这一题目非常适合作为本科生的一个综合性、针对性的电路实验，对提高学生分析问题和解决间题以及实际动手能力有着很大的作用。 2 设计原理 由于超声波在空气中所传播的速度是一定的，因此，利用反射式超声波测距时，只要测出超声波从发射到反射回的传播时间，便可计算出距离，即‘二1 2 0，是声音传播的速度，，是被测的时间。超声波测距的系统框图如图1所示。它由时钟 电路、微分及整形电路、超声波发射电路、超声波接收放大电路、RS触发器、计数与显示电路组成。接通电源后，7415123发出一个400 lts的振荡信号，和40 kHz的脉冲信号相与，使超声波发射器2.1 整流电路设计每次发出的超声波包含0.4 ms x 40 kHz二16个脉冲信号。同时，74LS123的13管脚发出的信号(与4管脚的振荡信号反相)使触发器置位，Q端输出高电平“1，与时钟电路发出的脉冲相与， 输人计数器的“count up”端，使计数器开始计数。当超声波被反射物发射回来时，接收器将其转换为电信号，并经过放大整形，与74LS123发出的盲区低电平信号相与后输人触发器的S端，使触发器复位，Q端变为低电平，计数器停止计数，显示 器显示测量结果，完成一个测量周期。 ( 图 1) 3设计过程 3.1发射电路 发射电路用来对超声波发射器进行功率驱动，将40 kHz的脉冲信号送人发射输人端，经过驱动放大达到足够功率之后，推动超声波传感器产生超声波。发射电路的关键部分在于40 kHz脉冲信号的准确和稳定性。 1.晶振电路 传统的频率发生电路通常仅由一块单片集成电路完成频率信号的产生以及分频工作，如CMOS集成芯片CD4046、时基集成电路555，或74L500,74LS04组成的多谐振