电子技术综合实验汽车倒车雷达.docx
《电子技术综合实验汽车倒车雷达.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电子技术综合实验汽车倒车雷达.docx（19页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
电子技术综合实验汽车倒车雷达
电子技术综合实验指导书
——汽车倒车雷达020
温州大学瓯江学院信息系
2010年3月
一、设计任务
汽车倒车雷达利用所学的模拟电子技术和数字电子技术的知识设计一种超声波测距仪，具体要求如下：
基本要求：
（同时希望同学们针对此次设计内容有针对性的复习相关的课程知识）
1、具有连续测量功能；
2、测量范围40cm――400cm，采用3位数码管显示；
3、测量误差<±3cm。
发挥部分：
4、测量范围30cm――600cm；
5、测量误差<±2cm；
6、增加手动测距功能即按一次按钮测量一次距离；
7、*考虑空气温度对超声波在空气中传播速度影响，设计温度校准电路并予以实施；
二、设计提示
1、超声波测距理论依据
超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。
超声波在空气中的传播速度为340m/s（约14OC时340m/s；注：
温度效应，C＝331.5＋0.607t，t＝摄氏温度值），根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物的距离（s），即：
s=340t/2，这就是所谓的时间差测距法。
图1：
超声波测距原理框图
2、总体设计思路
如图1所示测距电路由逻辑控制电路、发射电路、接收电路、计数显示电路、标准振荡电路5个部分组成。
逻辑控制电路应具有以下过程的控制功能。
图2：
测距仪工作时序图
测距工作过程：
a点：
控制电路启动发射，同时清零计数器开始计数；
b段：
计数器计数，超声波在空气中传播，未被反射到接收头；
c点：
超声波反射到接收头，控制电路停止计数且保持计数值；
d段：
保持显示被测量的数值。
（d段的时间可以是0.5s—1s）。
四、各部分电路介绍及设计参考电路
1、发射电路
发射电路如图3所示包括40KHz振荡电路、控制电路、功率驱动电路、升压电路和发射头组成。
CD4069（U1A）、40KHz的晶振（Y1）、两个磁片100PF电容（C9、C10）及10M电阻R19构成晶体振荡电路，提供稳定的40KHz频率的振荡源。
功率驱动部分采用3个并联的非门提高输出电流驱动Q4和Q5组成的推挽电路，推挽电路通过C12耦合到自耦升压变压器T1,T1驱动超声波发射头发射40KHz超声波。
启动发射端（二级管阴极）高电平时发射，低电平时停止发射，接控制电路的启动输出端。
图3：
发射电路图
2、接收电路
图4：
接收电路
接收电路通过两级由TL082构成的反相放大电路，输出接控制电路输入端告诉控制电路已接收到超声波停止计数并保持显示，其中R4、R7构成的直流分压电路给控制电路的CD40106提供带有一定直流分量的高电平，提高接收灵敏度。
3、显示和振荡计数电路
如图5显示电路由共阳数码管、7段译码器CD4543和3位BCD码计数器MC14553构成，具体工作原理看附件器件部分。
计数源由CD40106、C11、R8和RP1构成的振荡器提供，调节RP1使振荡器输出频率为17KHz。
图5：
显示和计数电路
4、逻辑控制电路
逻辑控制电路包含，连续测量振荡时基电路（U2A构成的振荡器约为1s），通过RC构成的微分电路，在U2A—2脚下降沿时U2B—4脚产生高电平脉冲，启动发射、清零计数器、复位D触发器（CD4013）,开始计数。
当接收到信号时接收输入端（SET）出现低电平通过CD40106取反输出高电平使D触发器置位，锁存计数器显示得到测量值。
其中D2、R28、C14、U2C和D3构成的延时电路屏蔽接收端一定时间，避免发射超声波时未经过障碍物而直接从发射头发射超声波到接收头造成的无法测量距离。
图6：
逻辑控制电路
图7：
汽车倒车雷达整体电路图
五、思考题
整体：
A、由于超声波发射时对接收头的之间影响（非障碍物反射）、超声波余振等问题使得近距离无法方便检测，如何设计电路提高短距离测量能力？
B、分析测距电路的系统测量误差，可能产生的随机误差会有哪些？
发射电路部分：
A、升压耦合电解电容C12能否反接，C12电容负端直流电压为几伏？
B、自耦变压器的升压倍数怎么计算，图中的参数为放大几倍？
C、R18、C6作用？
D、T1自耦升压变压器能否用隔离升压变压器代替？
E、D4在电路中起什么作用？
F、Q4和Q5能否互换，如果能电路应如何修改，改后有什么优缺点？
G、晶振用的CD4069非门能不能用CD40106施密特非门代替为什么？
H、D1的1N4148二极管起什么作用能否去掉或反接？
接收电路部分：
A、U3的TL082用单电源供电是如何放大工作的？
B、电路中TL082工作在反相放大状态，如果要工作在同相放大怎么修改，画出电路图？
（采用单电源供电）
C、C4和C7分别起什么作用？
D、R4和R7阻值设置有什么要求？
显示计数电路部分：
A、Q1、Q2和Q3能不能用NPN的三极管代替，为什么？
B、*测量超出‘999’或没有回波，设置数码管闪烁‘888’；如何修改电路？
（提示：
利用MC14553的O.F.端和CD4543的LD和HP端设计）
C、如何修正计数器，减少（大致方向性的修正）空气温度对超声波在空气中传播速度的影响？
D、动态扫描显示静态显示的区别，动态扫描显示有什么优点？
E、共阳和共阴数码管有什么区别，如果该电路用共阴数码管电路应如何修改？
逻辑控制电路部分：
A、在这个电路中D触发器CD4013是否起D触发起的作用，如果不是作什么触发器用？
用与非门CD4011代替电路怎么修改？
B、逻辑控制电路的控制过程及输出时序图如何？
C、CD40106（U2A部分）非门、C8和R26构成的振荡器是如何振荡，其中的施密特非门CD40106能否用CD4069非门代替，为什么？
D、CD40106的2、3、4脚的波形？
E、U2C及输入端的RC延时电路起什么作用，此RC电路如何工作？
F、D3起什么作用，在CD40106-6脚输出高电平时D3对CD4013-6脚是否不起作用？
五、考核办法及成绩评定
作品60％：
根据作品的完成程度、实际测量效果、线路板布线及工艺对作品验收。
平时20％：
出勤情况、对理论知识问答的理解和熟悉程度等。
报告20%：
课题背景及重要意义、课题研究的历史与现状、电路工作原理、如何改良（包括提高稳定性、准确度、扩大测量范围等）、各部分设计调试要点等（考查点：
方案论证、硬件电路图、结果数据、波形、曲线等。
）
附录1：
超声波特性
图8：
声压在不同距离上的衰减特性
附录2：
器件介绍
1、超声波传感器
A、基本结构及原理
如图1所示，超声波传感器由压电晶片、锥形共振盘、金属丝网罩、外壳及引线端子构成。
其中压电晶片是核心部分，锥形共振盘使
图9：
超声波传感器内部结构
发射和接收能量集中，并且使传感器有一定的指向角。
由于压电晶片有一个固定的谐振频率，即中心频率f0，发射超声波时，加在其上面的交变电压的频率要与它的固有频率一致；接收时也同样要一致。
这样，超声波传感器的灵敏度才较高。
B、超声波传感器频率特性（f0＝40KHz）
图10：
灵敏度
图11：
声压
1、CD40106（施密特非门）
A、管脚图
图12:
CD40106管脚图
B、典型应用
图13：
典型应用电路――低功耗振荡器
2、CD4069（非门）
A、器件管脚图
图14：
CD4069管脚图
B、器件特点：
3、TL082（运放）
A、器件管脚图
图15：
TL082管脚图
B、器件特点
B、TL082内部电路（1路）
图16：
TL082内部简易电路
4、CD4013（D触发器）
A、管脚图和真值表表1：
CD4013真值表
图17：
CD4013管脚图
5、LM78××系列（三端稳压集成）
LM78系列正3端稳压集成有7805、7806、7808、7810、7812、7815、7818、7824
A、管脚图
B、特点及相关参数
图18：
LM78系列管脚图（TO-220封装）
输入端允许输入最高电压
LM7805输出电压特性
6、CD4543（BCD码转7段码驱动器）
A、管脚图和管脚介绍
管脚介绍：
5、3、2、4（ABCD）脚：
为BCD码输入端。
9---15（a---f）脚:
为7段码输出接LED或LCD。
1（LD）脚：
锁存不使能端，输入1为不使能即输出7段码对应输入BCD码，输入0锁存输出即输出端保持不变。
图19：
CD4543管脚图
6（PH）脚:
为LED类型选择输入端，共阳LED将PH设置为1，共阴LED将PH设置为0。
7（BL）脚：
清零端。
输入1，7段码a-f输出全为0；输入0正常工作。
B、CD4543真值表
表2：
CD4543真值表
7、MC14553（3位BCD码计数器）
A、MC14553简介：
MC14553三位BCD码计数器，最大计数值为999。
时钟输入（12脚）下降沿有效，采用动态扫描方式输出，段码为BCD码（Q3-Q0）方式输出接7段译码器，位码为DS3、DS2、DS1。
配有输出锁存输入端LE、屏蔽计数输入端DIS、计数溢出端（O.F.），主清零端MR、动态扫描周期外接电容端CIA、CIB。
*动态显示实例简介：
比如要显示一个数如“123”，百位显示‘1’、十位显示‘2’、个位显示‘3’，具体显示方法是在BCD码输出端输出‘3’时位码DS1输出低电平，DS2、DS3均为高电平，这时数码管个位显示‘3’，十位和百位均不显示。
延时一个振荡周期BCD码输出‘2’这时DS2输出低电平，DS1、DS3均为高电平，这时十位显示‘2’其余两位均不显示。
同样第三个周期百位显示‘1’其余两位不显示。
这样只要扫描时间够快显示三个数的时间不超过20ms（刷新频率50Hz），根据人眼的视觉残余特点3个数码管看起来都是点亮的而不是一个一个分别点亮的过程。
B、MC14553管脚介绍：
管脚介绍：
12脚（CLOCK）：
计数时钟输入端，下降沿有效。
10脚（LE）：
计数输出锁存端，高电平有效即该脚输入高电平时不管计数端计数与否输出保持不变。
11脚（DIS）：
计数屏蔽端，高电平有效。
13脚（MR）：
主清零端，高电平有效，输入高电平清零计数器同时输出灭零（即不显示）。
3、4脚（CIA、CIB）：
动态扫描周期外接电容端。
图20：
MC14553管脚图14脚（O.F.）：
计数超过999时溢出端，可用于MC14553级联6位
LED等更多的显示。
9、7、6、5脚（Q0-Q3）：
动态扫描BCD码输出端，Q3为最高位，Q0为最低位。
2、1、15脚（DS1-DS3）：
动态扫描位码输出端，DS3接数码管（LED/LCD）的百位，DS1接个位。
C、MC14553真值表
附录3：
器件清单
汽车倒车雷达器件清单－－按类型排列
名称
流水号
型号规格
备注
名称
流水号
型号规格
备注
电阻
R18
51
电容
C22
104
电阻
R3
51
电容
C23
104
电阻
R10
470
电容
C3
104
电阻
R11
470
电容
C4
104
电阻
R12
470
电解电容
C8
1.0uF
电阻
R13
470
电解电容
C12
10uF
电阻
R14
470
电解电容
C5
100uF
电阻
R21
470
电解电容
C6
100uF
电阻
R9
470
电解电容
C18
220uF
电阻
R1
1K
电解电容
C20
220uF
电阻
R2
1K
二极管
D1
1N4148
电阻
R17
2K
二极管
D2
1N4148
电阻
R24
2K
二极管
D3
1N4148
电阻
R8
4K7
二极管
D4
1N4148
电阻
R15
4K7
二极管
D5
1N4007
电阻
R5
4K7
三极管
Q1
8550
电阻
R6
4K7
三极管
Q2
8550
电阻
R20
10K
三极管
Q3
8550
电阻
R23
10K
三极管
Q5
8550
电阻
R27
10K
三极管
Q4
8050
电阻
R30
10K
数码管
DS1
共阳0.5"数码管
电阻
R31
10K
数码管
DS2
共阳0.5"数码管
电阻
R22
20K
数码管
DS3
共阳0.5"数码管
电阻
R4
39K
变压器
T1
自绕－自耦升压变压器
电阻
R7
56K
集成电路
U1
CD4069
电阻
R25
100K
集成电路
U2
CD40106
电阻
R28
100K
集成电路
U3
TL082
电阻
R26
1M
集成电路
U4
CD4013
电阻
R19
10M
集成电路
U5
LM7805
电位器
RP1
5K
集成电路
U6
MC14553
电位器
RP2
100K
集成电路
U7
CD4543
电容
C10
101
晶振
Y1
40KHz
电容
C7
101
超声波探头
B2
超声波发射头
电容
C9
101
超声波探头
B1
超声波接收头
电容
C15
102
电容
C11
103
通用板
1片
电容
C13
103
专用板
1片
电容
C16
103
16脚插座
2个
电容
C14
333
14脚插座
3个
电容
C1
104
8脚插座
1个
电容
C17
104
电容
C19
104
电容
C2
104
汽车倒车雷达器件清单－－按类型排列DATE:
2009-3
电容
C21
104
升级会员 