电子技术综合实验汽车倒车雷达.docx

1、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40cm400cm，采用3位数码管显示；3、 测量误差3cm。发挥部分：4、 测量范围30cm600cm；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

2、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，C331.50.607t，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

3、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0.5s1s）。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

4、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

5、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U2A2脚下降沿时U2B4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

6、：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

7、、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

8、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CD401

9、3-6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

10、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（f040KHz） 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

11、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、7824A、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：

12、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

13、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

14、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、1

15、5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R1851电容C22104电阻R351电容C23104电阻R10470电容C3104电阻R11470电容C4104电阻R12470电解电容C81.0uF电阻R13470电解电容C1210uF电阻R14470电解电容C5100uF电阻R21470电解电容C6100uF电阻R9470电解电容C18220uF电阻R11K电解电容C20220uF电阻R21K二极管D11N4148电阻R17

16、2K二极管D21N4148电阻R242K二极管D31N4148电阻R84K7二极管D41N4148电阻R154K7二极管D51N4007电阻R54K7三极管Q18550电阻R64K7三极管Q28550电阻R2010K三极管Q38550电阻R2310K三极管Q58550电阻R2710K三极管Q48050电阻R3010K数码管DS1共阳0.5数码管电阻R3110K数码管DS2共阳0.5数码管电阻R2220K数码管DS3共阳0.5数码管电阻R439K变压器T1自绕自耦升压变压器电阻R756K集成电路U1CD4069电阻R25100K集成电路U2CD40106电阻R28100K集成电路U3TL082电阻R261M集成电路U4CD4013电阻R1910M集成电路U5LM7805电位器RP15K集成电路U6MC14553电位器RP2100K集成电路U7CD4543电容C10101晶振Y140KHz电容C7101超声波探头B2超声波发射头电容C9101超声波探头B1超声波接收头电容C15102电容C11103通用板1片电容C13103专用板1片电容C1610316脚插座2个电容C1433314脚插座3个电容C11048脚插座1个电容C17104电容C19104电容C2104汽车倒车雷达器件清单按类型排列DATE:2009-3电容C21104