超聲波測距系統中單片機的應用

　　2.1　超聲波發射電路

　　超聲波發射電路以PIC16F877為核心，當單片機上電時，單片機從RA0口產生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射頭發射超聲波，只有閉合開關S1時，從RA1口發射出一門控信號，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。該門控信號每發射一個周期的波形，超聲波就會發射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，計數器停止計數，時間t可以根據計數器的計數與門控信號的周期求出。RA2口接RS觸發器，RS觸發器可以自動控制超聲波的發射和停止。本系統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，超聲波發射電路圖見圖2。

　　2.2　門控電路（RS觸發器）

　　為實現對超聲波發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。

　　門控電路由RS觸發器組成，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，以完成超聲波的發射。超聲波放大發射電路見圖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為1+RfR,所以每一級的放大倍數為10,兩級放大倍數接近100倍，這樣后續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。