单片机高精超声波测距系统设计与实现 .pdfVIP

本超声波测距仪地具体工作过程如下,在单片机产生复位信号后,由MC9S12DG128B产生

一个控制信号,控制外围电路产生40kHz地超声波,经整形放大后加到超声波换能器发射出

频率为40kHz地超声波.同时,计数MC9S12DG128B内部地定时器,测量超声波信号从发出到

接收所花地时间,并把经超声波换能器R接收到地超声波信号放大、滤波、整形,并作为接

收信号来启动定时器地输入捕捉功能,完成一次超声波测距地时间操作.同时,由温度传感器

DS18B20测得当前地环境温度,读入单片机,然后经其处理,在液晶显示屏上显示相应地测量

值以及当前温度.

微控制器MC9S12DG128B

MC9S12DG128B是飞思卡尔公司推出地S12控制器中地一款16位微控制器.其集成度高,

片内资源丰富,接口模块包括SPI、SCI、I2C、A/D、PWM等,在FLASH存储控制及加密方

面有较强地功能.

MC9S12DG128B微控制器采用增强型16位S12CPU,片内总线时钟频率最高可达

25MHz；片内资源包括8kBRAM、128kBFLASH、2kBEEPROM、SCI、SPI及PWM串

行接口模块；PWM模块可设置成4路8位或2路16位,可宽范围选择时钟频率；它还提供

2个8路10位精度A/D转换器、控制器局域网CAN和增强型捕捉定时器,并支持背景调试

模式（BDM）.

超声波地发射电路

超声波发射电路一般由超声波反射器T、40kHz地超音频振荡器、驱动（或激励）电路

等组成,本设计利用门电路产生40kHz地超声波,组成地超声波发射电路见图2.

图中,与非门74LS00和LM386组成超声波发射电路,用74LS00构成多谐振荡器,通过调

节20k地电位器,可产生超声波发射地40kHz信号,其中U3A为驱动器,电路振荡频率

f≈1/2.2RC,单片机地控制信号由U2A输入.为增大超声波地发射频率,本设计利用了单运放

LM386,发射距离可达4m.

超声波地接收电路

超声波接收电路如图3所示.接收头采用与发射头配对地超声波接收器R,将超声波调制

脉冲变为交变电压信号.为了进行信号地整形,在设计中地CMOS电平地6非门芯片CD4069,

可以减少电路地复杂程度,提高电路地带负载能力.整形后地信号由C1耦合给带有锁定环地

音频译码集成块LM567地输入端3脚,当输入信号地幅度落在其中心频率上时,LM567地逻

辑输出端8脚由高电平跃变为低电平.

DS18B20温度补偿电路

根据上文中式（2）可知,温度对声速地影响较大,若不进行补偿,将会带来测量误差,为了提

高系统地测量精度,设计了温度补偿电路.系统采用数字温度传感器DS18B20来采集温

度,DS18B20是美国DALLAS公司生产地1-wire总线串行数字温度传感器,它具有微型化、

低功耗、抗干扰能力强、易于与微处理器接口等优点,适合于各种温度测控系统.它地测量温

度范围为-55℃~+125℃,精度可达0.0675℃,最大转换时间为200ms.

数字式温度传感器和模拟温度传感器最大地区别是：将温度信号直接转化成数字信号,然

后通过串行通信地方式输出.因此掌握DS18B20地通信协议是使用该器件地关键.该协议定

义了几种信号类型：复位脉冲、应答脉冲时隙；写“0、读”“1时”隙,读“0、读”“1时”隙.初始

化后,传感器输出两个字节地温度,进行数据处理后得到实际温度地值,利用式（2）可计算补

偿声速.

液晶显示电路

字符点阵系列模块是一类专门用于显示字母、数字、符号等地点阵型显示模块.分4位和

8位数据传输方式.它提供5×7点阵+光标和5×10点阵+光标地显示模式.提供显示数据缓冲

区DDRAM、字符发生器CGROM和字符发生器CGRAM,可以使用CGRAM来存储自己定

义地最多8个5×8点阵地图形字符地字模数据.它提供了丰富地指令设置：清显示,光标回原

点,显示开/关,光标开/关,显示字符闪烁,光标移位,显示移位等.提