超聲波測距系統(tǒng)中單片機的應用

　　2.1　超聲波發(fā)射電路

　　超聲波發(fā)射電路以PIC16F877為核心，當單片機上電時，單片機從RA0口產(chǎn)生40kHz的超聲波信號，但是此時該信號無法通過與非門進入放大電路使超聲波發(fā)射頭發(fā)射超聲波，只有閉合開關S1時，從RA1口發(fā)射出一門控信號，該信號的頻率為4kHz,同時啟動單片機內部的定時器TMR1,開始計數(shù)。該門控信號每發(fā)射一個周期的波形，超聲波就會發(fā)射10個完整的波形，這可由它們的頻率得出。超聲波的周期為1（40kHz）=01025ms,而門控信號的周期為1（4kHz）=0125ms。最后根據(jù)s=vt2求出障礙物與移動機器人的距離。當超聲波接收頭收到反射回來的超聲波時，計數(shù)器停止計數(shù)，時間t可以根據(jù)計數(shù)器的計數(shù)與門控信號的周期求出。RA2口接RS觸發(fā)器，RS觸發(fā)器可以自動控制超聲波的發(fā)射和停止。本系統(tǒng)的電路還包括人工復位電路，由單片機的MCLR引腳接S2來控制，超聲波發(fā)射電路圖見圖2。

　　2.2　門控電路（RS觸發(fā)器）

　　為實現(xiàn)對超聲波發(fā)射和接收的自動控制，須在電路中加一門控電路，該門控信號頻率為4kHz,如把輸出脈沖作為閘門信號，讓已知頻率fc的脈沖恰好通過閘門，那么t=NTc,其中，Tc為已知脈沖的周期，N為脈沖的個數(shù)。

　　門控電路由RS觸發(fā)器組成，當輸入端R=1（S=0）時復位，即輸出端Q=0;當R=0（S=1）時置位，即Q=1。RS觸發(fā)器與單片機的RA2口相連。

　　2.3　超聲波放大電路

　　超聲波放大電路由三極管等組成，由于單片機RA口最多只有20mA～25mA上拉電流，而超聲波發(fā)射器最小需要60mA的電流，所以在與非門后加一級放大電路來放大電流，以完成超聲波的發(fā)射。超聲波放大發(fā)射電路見圖3。

　　3　超聲波接收電路

　　3.1　超聲波接收放大電路

　　由于超聲波接收頭接收到的超聲波信號很微弱，所以在其后需加一超聲波接收放大電路。該電路采用兩個集成運放，設計為兩級，兩級都為同相輸入，因為同相輸入的電壓放大倍數(shù)為1+RfR,所以每一級的放大倍數(shù)為10,兩級放大倍數(shù)接近100倍，這樣后續(xù)電路就可以很容易地檢測到輸入的信號。集成運放采用雙電源供電，超聲波接收放大電路見圖4。