基于單片機(jī)的超聲波測(cè)距電路的研究-畢業(yè)論文設(shè)計(jì)

第64頁(yè)共65頁(yè)第65頁(yè)共65頁(yè)目錄設(shè)計(jì)總說(shuō)明：. 3ABSTRACT:. 5第一章：超聲波測(cè)距原理論述 71.1超聲波介紹 71.2超聲波測(cè)距系統(tǒng)概述 91.3超聲波測(cè)距的基本原理 111.4本課題的內(nèi)容和任務(wù) 12第二章AVR單片機(jī)介紹 132.1 ATmega16結(jié)構(gòu)框圖 162.2AVRCPU內(nèi)核 192.3AVRATmega16存儲(chǔ)器。 192.4AVRATmega16系統(tǒng)時(shí)鐘 192.5系統(tǒng)控制和復(fù)位 202.6看門(mén)狗定時(shí)器 202.7ATmega16的中斷向量（外部中斷） 202.8具有PWM功能的8位定時(shí)器/計(jì)時(shí)器 212.9比較輸出模式和波形產(chǎn)生 222.10T/C0與T/C1的預(yù)分頻器 242.11串行外設(shè)接口－SPI 242.12串行外設(shè)接口－USART 252.13模數(shù)轉(zhuǎn)換器 252.14JTAG接口和片上調(diào)試系統(tǒng) 26第三章硬件電路的設(shè)計(jì) 263.1電源電路設(shè)計(jì) 263.2復(fù)位電路設(shè)計(jì) 273.3時(shí)鐘電路設(shè)計(jì) 273.4數(shù)碼管顯示電路 283.5報(bào)警電路設(shè)計(jì) 303.6溫度補(bǔ)償電路 313.6.1溫度計(jì)算 333.6.2DSl820工作過(guò)程命令 333.6.3時(shí)序 333.6.4寫(xiě)時(shí)間隙 343.6.5讀時(shí)間隙 343.6.6多路測(cè)量 343.7在線通信電路設(shè)計(jì) 35第四章，超聲波發(fā)射電路及接收電路的設(shè)計(jì) 364.1超聲波發(fā)射電路 364.1.1壓電陶瓷超聲波傳感器介紹 364.1.2發(fā)射電路原理圖分析 384.2超聲波接收電路 394.2.1LC震蕩選頻電路設(shè)計(jì)： 394.2.2比較電路的設(shè)計(jì) 404.2.3接收電路原理圖分析 40第五章軟件設(shè)計(jì) 435.1主程序流程圖 435.2發(fā)射子程序設(shè)計(jì) 445.3溫度測(cè)量子程序 445.4測(cè)量子程序 465.5計(jì)算子程序 465.6顯示驅(qū)動(dòng)子程序 475.7報(bào)警子程序 47第六章設(shè)計(jì)心得 49致謝 50參考文獻(xiàn) 51附錄 52基于單片機(jī)的超聲波測(cè)距電路的研究設(shè)計(jì)總說(shuō)明：超聲波因其指向性強(qiáng),能量消耗緩慢,在介質(zhì)中傳播距離遠(yuǎn)等特點(diǎn),而經(jīng)常用于進(jìn)行各種測(cè)量.如利用超聲波在水中的發(fā)射,利用超聲波在固體中的傳播,可以用作金屬探傷、醫(yī)用A超、B超等.利用超聲波測(cè)距,使用單片機(jī)系統(tǒng),設(shè)計(jì)合理,計(jì)算處理也較方便,測(cè)量精度能達(dá)到各種場(chǎng)合使用的要求.這篇應(yīng)用性設(shè)計(jì)報(bào)告描述了一種基于AVRATMEGA16低功耗單片機(jī)的超聲波測(cè)距系統(tǒng)，本系統(tǒng)發(fā)射器對(duì)著一個(gè)物體發(fā)射一定頻率的超聲波同時(shí)接收同頻率的超聲波，單片機(jī)通過(guò)計(jì)算從超聲波發(fā)射時(shí)刻到接收返回的超聲波時(shí)刻從而確定超聲波通過(guò)的時(shí)間，根據(jù)房間的溫度來(lái)確定超聲波在空氣中的速度大概是340m/s,AVR單片機(jī)計(jì)算二者的距離同時(shí)用3個(gè)LED驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)的LED來(lái)顯示，顯示距離誤差大概是±1cm，最小能測(cè)量時(shí)1cm同時(shí)局限于發(fā)射器的傳感器的設(shè)定時(shí)間，最大能測(cè)量4m，超聲波測(cè)距發(fā)射距離決定與發(fā)射物的材質(zhì)和形狀，例如超聲波可能被地毯吸收，這樣測(cè)量的距離就大大的降低，假如反射波接收的頻率太低就可能不被系統(tǒng)處理，這樣顯示就會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤。1設(shè)計(jì)理論：本設(shè)計(jì)應(yīng)用基于聲波的反射。聲波在其傳播的介質(zhì)中被定義為縱波。當(dāng)聲波受到尺寸大于其波長(zhǎng)的目標(biāo)物阻擋時(shí)就會(huì)發(fā)生反射；反射波稱為回聲。如果聲波在介質(zhì)中傳播的速度是已知的，而且測(cè)量到聲波從聲源到達(dá)目標(biāo)然后返回聲源的時(shí)間，從聲源到目標(biāo)的距離就可以精確地計(jì)算出來(lái)。這就是本應(yīng)用的測(cè)量原理。這里聲波傳播的介質(zhì)就是空氣，采用不可見(jiàn)的超聲波。假設(shè)室內(nèi)超聲波的速度是340m/s則可以通過(guò)計(jì)算超聲波通過(guò)時(shí)間來(lái)計(jì)算距離，但是實(shí)際溫度對(duì)超聲波影響很大，通過(guò)可以研究，速度和溫度（T為絕對(duì)溫度）存在一下關(guān)系 ：由于超聲波通過(guò)的距離是2倍的實(shí)際距離，則實(shí)際距離是d/2，所以2電路描述：本設(shè)計(jì)用來(lái)發(fā)射和接收超聲波的設(shè)備是40hz壓電陶瓷超聲波傳感器，AVRATMEGA16單片機(jī)驅(qū)動(dòng)超聲波發(fā)射器40hz的方波來(lái)源于晶振,波接收器接收回波由于AVRATMEGA16單片機(jī)的計(jì)時(shí)器計(jì)算40khz的分辨率是25us是完全勝任我們的設(shè)計(jì)，我們系統(tǒng)的穩(wěn)定性來(lái)源于晶振的工作。被超聲波接收器超聲波通過(guò)一個(gè)運(yùn)算放大器放大對(duì)輸入a放大，相對(duì)輸入a輸出超聲波的同時(shí)觸發(fā)單片機(jī)計(jì)時(shí)器timer1，捕獲的回波被精確計(jì)算時(shí)間來(lái)計(jì)算距離。計(jì)數(shù)器從超聲波發(fā)射開(kāi)始計(jì)時(shí)到收到回波停止，時(shí)間被精確記錄，我們可以通過(guò)DS18B20芯片來(lái)確定室溫，精確的確定超聲波的速度，二者的距離通過(guò)AVRATMEGA16精確的計(jì)算同時(shí)在3個(gè)數(shù)碼管上顯示出來(lái)，一旦顯示出來(lái)，單片機(jī)就進(jìn)入休眠狀態(tài)來(lái)節(jié)省電力能源。這篇設(shè)計(jì)的主要電路分析。傳感器的輸出驅(qū)動(dòng)電路直接由9V電池供電并提供驅(qū)動(dòng)超聲波發(fā)射器由一個(gè)二進(jìn)制非門(mén)CD4049電路實(shí)現(xiàn)的。其中一個(gè)非門(mén)用來(lái)為驅(qū)動(dòng)器的一側(cè)提供180度的相移信號(hào)。另一側(cè)由相內(nèi)信號(hào)驅(qū)動(dòng)。這種結(jié)構(gòu)使輸出端的電壓提高了一倍，為發(fā)射傳感器提供了足夠的電壓。兩個(gè)門(mén)并聯(lián)連接以便每一側(cè)能夠?yàn)閭鞲衅魈峁┳銐虻尿?qū)動(dòng)電流。電容耦合阻斷了到傳感器的直流通路。因?yàn)镃D4049工作于9V而AVRATMEGA16工作于Vcc=5V。AVRATMEGA16和輸出驅(qū)動(dòng)器之間的邏輯電平是不匹配的，可以雙極性晶體管就作為這兩種邏輯電平之間的轉(zhuǎn)換器。由LC選頻放大器對(duì)超聲波接收器接收的回波在40KHz時(shí)提供充分的高增益。選擇并丟棄除了40KHz之外的頻率。運(yùn)算放大器的輸出端連接到比較器LM393的輸入端。比較器LM393的參考電平內(nèi)部選擇為0V。當(dāng)接收到回聲時(shí)電壓高于參考電平從而觸發(fā)比較器的輸出。然后觸發(fā)單片機(jī)的INT0.本文在了解超聲波測(cè)距原理的基礎(chǔ)上，完成了基于時(shí)差測(cè)距原理的一種超聲波測(cè)距系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，其中為了進(jìn)一步提高系統(tǒng)測(cè)量精度和系統(tǒng)穩(wěn)定性，在硬件上增加了溫度傳感器測(cè)溫電路，采取聲速預(yù)置和媒質(zhì)溫度測(cè)量相結(jié)合的辦法對(duì)聲速進(jìn)行修正，降低了溫度變化對(duì)測(cè)距精度的影響。針對(duì)噪聲環(huán)境中超聲波測(cè)距的情況，本文討論了一種基于時(shí)延的估計(jì)方法，可有效地降低噪聲對(duì)測(cè)距的干擾，有利于提高超聲波測(cè)距系統(tǒng)的測(cè)量精度。關(guān)鍵詞：超聲波測(cè)距AVRatmega16DS18B20ABSTRACT:Indifferentoccasions,thedemandsoftheprecisiononultrasonicdistancemeasuringsystemaredifferent.Usually,theerroroftheultrasonicdistancemeasuringsystemislarge,sotheycannotbesatisfiedwiththedemandsinsomeoccasions.ThisarticletakestemperATureaccountintotheultrasonicdistancemeasuringsystemandmakesithavehigherprecisionhanbeforeandincreasesthefunctionofbroadcastingtheresult.Itcanapplyinmoreoccasionsandbefeltmoreconvenient.Thisdesignapplicationreportdescribesadistance-measuringsystembasedonultrasonicsoundutilizingtheAVRatmega16ultralow-powermicrocontroller.Thesystemtransmitsaburstofultrasonicsoundwavestowardsthesubjectandthenreceivesthecorrespondingecho.ThetimetakenfortheultrasonicbursttotravelthedistancefromthesystemtothesubjectandbacktothesystemisaccuratelymeasuredbytheAVRatmega16.Assumingthespeedofsoundinairatroomtemperaturetobe340m/s,theAVRatmega16computesthedistancebetweenthesystemandthesubjectanddisplaysitusingathree-digitstaticLEDdrivenbyitsintegratedLEDdriver.Thedistanceisdisplayedinincheswithanaccuracyof±1cm.Theminimumdistancethatthissystemcanmeasureis1cmandislimitedbythetransmitter’stransducersettling-time.Themaximumdistancethatcanbemeasuredis4m.Theamplitudeoftheechodependsonthereflectingmaterial,shape,andsize.Sound-absorbingtargetssuchascarpetsthemaximummeasurablerangeislowerforsuchsubjects.IftheamplitudeoftheechoreceivedbythesystemissolowthatitisnotdetectablebytheComparatorthesystemgoesoutofrange.Thisisindicatedbydisplayingtheerrormessage1TheoryofOperationThisapplicationisbasedonthereflectionofsoundwaves.SubjectswhoseDimensionsarelargerthanthewavelengthoftheimpingingsoundwavesreflectthem;thereflectedwavesarecalledtheecho.Ifthespeedofsoundinthemediumisknownandthetimetakenforthesoundwavestotravelthedistancefromthesourcetothesubjectandbacktothesourceismeasured,thedistancefromthesourcetothesubjectcanbecomputedaccurately.Thisisthemeasurementprincipleofthisapplication.Sinceitisinaudibletohumans.Assumingthatthespeedofsoundinairisv=340m/satroomtemperatureandthatthemeasuredtimetakenforthesoundwavestotravelthedistancefromthesourcetothesubjectandbacktothesourceisseconds,asweknow：ThedistancediscomputedbytheformulaSincethesoundwavestraveltwicethedistancebetweenthesourceandthesubject,theactualdistancebetweenthesourceandthesubjectwillbed/2.2CircuitDescriptionThedevicesusedtotransmitandreceivetheultrasonicsoundwavesinthisapplicationare40-kHzceramicultrasonictransducers.AVRATMEGA16drivesthetransmittertransducerwith40-kHzsquare-wavesignalderivedfromthecrystaloscillator,andthereceivertransducerreceivestheecho.TheTimer1intheAVRisconfiguredtocountthe40-kHzcrystalfrequencysuchthatthetimemeasurementresolutionis25μs,whichismorethanadequateforthisapplication.Themeasurementtimebaseisverystableasitisderivedfromaquartz-crystaloscillator.TheechoreceivedbythereceivertransducerisamplifiedbyanoperationalamplifierandtheamplifiedoutputisfedtotheComparator_Ainput.TheComparator_AsensesthepresenceoftheechosignalatitsinputandtriggersacaptureofTimer_Acountvaluetocapturecompareregistertimer1.Thecaptureisdoneexactlyattheinstanttheechoarrivesatthesystem.Thecapturedcountisthemeasureofthetimetakenfortheultrasonicbursttotravelthedistancefromthesystemtothesubjectandbacktothesystem.ThedistanceininchesfromthesystemtothesubjectiscomputedbytheAVRATMEGA16usingthismeasuredtimeanddisplayedonatwo-digitstaticLED.Immediatelyafterupdatingthedisplay,theAVRgoestosleepmodetosavepower.Thecircuitschematicdiagramofthisapplication.Theoutputdrivecircuitforthetransducerispowereddirectlyfromthe9-Vbatteryandprovidesdrivetotheultrasonictransmitter.TheisachievedbyabridgeconfigurationwithhexinvertergatesCD4049.Oneinvertergateisusedtoprovidea180-degreesphase-shiftedsignaltoonearmofthedriver.Theotherarmisdrivenbythein-phasesignal.Thisconfigurationdoublesthevoltageswingattheoutputandprovidestherequiredtothetransmittertransducer.Twogatesareconnectedinparallelsothateacharmcanprovideadequatecurrentdrivetothetransducer.Capacitorsblockthedctothetransducer.SincetheCD4049operateson9-VandtheAVRATMEGA16operatesonaVCCof5V,thereisalogiclevelmismatchbetweentheAVRATMEGA16andtheoutputdrivercircuit.Bipolartransistoractsasalogic-levelshifterbetweenthesetwologiclevels.OperationalamplifierNPNismadeofbyCircuit,Thisamplifierhasahigh-gainbandwidthandprovidessufficientlyhighgainat40kHz.Theamplifiedultrasonicsignalswingsaboveandbelowthisvirtualmidrail.providesselectivityandrejectionofunwantedfrequenciesotherthan40kHz.TheoutputoftheoperationalamplifierisconnectedtotheComparatorLM393inputoftheATMEGA16viaportpinINT0.TheComparatorLM393referenceisinternallyselectedtobe0.5VCC.Whennoultrasonicechoisreceived,thevoltagelevelatCA0isslightlylowerthanthereferenceatLM393.Whenanechoisreceived,thevoltagelevelincreasesabovethereferenceandtogglestheComparatorLM393canbefine-tunedfortherequiredsensitivityandthemeasurablerangecanbeoptimizedandgivethesingletotheATMEGA16.Basedonthecomprehensionofmeasuringdistanceprinciplebyultrasonic,thepapercompletesanhardwaredesignwhichbasedontimedifferencemeasuringdistancetheory,Inordertoimprovethemeasurementaccuracyandsystemstabilityfurther,weaddatemperaturesensorinthehardwaredesignandadopttheimprovedmethodwhichcombinessoundvelocitypresettingwithmediumtemperaturemeasurementtomendthesoundvelocity.Bythismeans,theinfluenceoftemperaturevariationondistancemeasurementisdecreased.Keywords:distance-measuringsystembasedonultrasonicAVRatmega16DS18B20第一章：超聲波測(cè)距原理論述1.1超聲波介紹超聲波是指振動(dòng)頻率大于20KHz以上的，人在自然環(huán)境下無(wú)法聽(tīng)到和感受到的聲波。超聲波因其可在氣體、液體、固體、固熔體等介質(zhì)中有效傳播，可傳遞很強(qiáng)的能量，產(chǎn)生反射、干涉、疊加和共振現(xiàn)象。在液體介質(zhì)中傳播時(shí)，可在界面上產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊和空化現(xiàn)象。由于超聲波與介質(zhì)的相互作用，使介質(zhì)發(fā)生物理的和化學(xué)的變化，從而產(chǎn)生一系列力學(xué)的、熱學(xué)的、電磁學(xué)的和化學(xué)的超聲效應(yīng)，包括以下4種效應(yīng)：①機(jī)械效應(yīng)。超聲波的機(jī)械作用可促成液體的乳化、凝膠的液化和固體的分散。當(dāng)超聲波流體介質(zhì)中形成駐波時(shí),懸浮在流體中的微小顆粒因受機(jī)械力的作用而凝聚在波節(jié)處，在空間形成周期性的堆積。超聲波在壓電材料和磁致伸縮材料中傳播時(shí)，由于超聲波的機(jī)械作用而引起的感生電極化和感生磁化（見(jiàn)電介質(zhì)物理學(xué)和磁致伸縮）。②空化作用。超聲波作用于液體時(shí)可產(chǎn)生大量小氣泡。一個(gè)原因是液體內(nèi)局部出現(xiàn)拉應(yīng)力而形成負(fù)壓，壓強(qiáng)的降低使原來(lái)溶于液體的氣體過(guò)飽和，而從液體逸出，成為小氣泡。另一原因是強(qiáng)大的拉應(yīng)力把液體“撕開(kāi)”成一空洞，稱為空化?？斩磧?nèi)為液體蒸氣或溶于液體的另一種氣體，甚至可能是真空。因空化作用形成的小氣泡會(huì)隨周圍介質(zhì)的振動(dòng)而不斷運(yùn)動(dòng)、長(zhǎng)大或突然破滅。破滅時(shí)周圍液體突然沖入氣泡而產(chǎn)生高溫、高壓，同時(shí)產(chǎn)生激波。與空化作用相伴隨的內(nèi)摩擦可形成電荷，并在氣泡內(nèi)因放電而產(chǎn)生發(fā)光現(xiàn)象。在液體中進(jìn)行超聲處理的技術(shù)大多與空化作用有關(guān)。

③熱效應(yīng)。由于超聲波頻率高，能量大，被介質(zhì)吸收時(shí)能產(chǎn)生顯著的熱效應(yīng)。④化學(xué)效應(yīng)。超聲波的作用可促使發(fā)生或加速某些化學(xué)反應(yīng)。例如純的蒸餾水經(jīng)超聲處理后產(chǎn)生過(guò)氧化氫；溶有氮?dú)獾乃?jīng)超聲處理后產(chǎn)生亞硝酸；染料的水溶液經(jīng)超聲處理后會(huì)變色或退色。這些現(xiàn)象的發(fā)生總與空化作用相伴隨。超聲波還可加速許多化學(xué)物質(zhì)的水解、分解和聚合過(guò)程。超聲波對(duì)光化學(xué)和電化學(xué)過(guò)程也有明顯影響。各種氨基酸和其他有機(jī)物質(zhì)的水溶液經(jīng)超聲處理后，特征吸收光譜帶消失而呈均勻的一般吸收，這表明空化作用使分子結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變。超聲應(yīng)用超聲效應(yīng)已廣泛用于實(shí)際，主要有如下幾方面：①超聲檢驗(yàn)。超聲波的波長(zhǎng)比一般聲波要短，具有較好的方向性，而且能透過(guò)不透明物質(zhì)，這一特性已被廣泛用于超聲波探傷、測(cè)厚、測(cè)距、遙控和超聲成像技術(shù)。超聲成像是利用超聲波呈現(xiàn)不透明物內(nèi)部形象的技術(shù)。把從換能器發(fā)出的超聲波經(jīng)聲透鏡聚焦在不透明試樣上，從試樣透出的超聲波攜帶了被照部位的信息（如對(duì)聲波的反射、吸收和散射的能力），經(jīng)聲透鏡匯聚在壓電接收器上，所得電信號(hào)輸入放大器，利用掃描系統(tǒng)可把不透明試樣的形象顯示在熒光屏上。上述裝置稱為超聲顯微鏡。超聲成像技術(shù)已在醫(yī)療檢查方面獲得普遍應(yīng)用，在微電子器件制造業(yè)中用來(lái)對(duì)大規(guī)模集成電路進(jìn)行檢查，在材料科學(xué)中用來(lái)顯示合金中不同組分的區(qū)域和晶粒間界等。聲全息術(shù)是利用超聲波的干涉原理記錄和重現(xiàn)不透明物的立體圖像的聲成像技術(shù)，其原理與光波的全息術(shù)基本相同，只是記錄手段不同而已（見(jiàn)全息術(shù)）。用同一超聲信號(hào)源激勵(lì)兩個(gè)放置在液體中的換能器，它們分別發(fā)射兩束相干的超聲波：一束透過(guò)被研究的物體后成為物波，另一束作為參考波。物波和參考波在液面上相干疊加形成聲全息圖，用激光束照射聲全息圖，利用激光在聲全息圖上反射時(shí)產(chǎn)生的衍射效應(yīng)而獲得物的重顯像，通常用攝像機(jī)和電視機(jī)作實(shí)時(shí)觀察。②超聲處理。利用超聲的機(jī)械作用、空化作用、熱效應(yīng)和化學(xué)效應(yīng)，可進(jìn)行超聲焊接、鉆孔、固體的粉碎、乳化、脫氣、除塵、去鍋垢、清洗、滅菌、促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)和進(jìn)行生物學(xué)研究等，在工礦業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療等各個(gè)部門(mén)獲得了廣泛應(yīng)用。③基礎(chǔ)研究。超聲波作用于介質(zhì)后，在介質(zhì)中產(chǎn)生聲弛豫過(guò)程，聲弛豫過(guò)程伴隨著能量在分子各自電度間的輸運(yùn)過(guò)程，并在宏觀上表現(xiàn)出對(duì)聲波的吸收（見(jiàn)聲波）。通過(guò)物質(zhì)對(duì)超聲的吸收規(guī)律可探索物質(zhì)的特性和結(jié)構(gòu)，這方面的研究構(gòu)成了分子聲學(xué)這一聲學(xué)分支。普通聲波的波長(zhǎng)遠(yuǎn)大于固體中的原子間距，在此條件下固體可當(dāng)作連續(xù)介質(zhì)。但對(duì)頻率在1012赫茲以上的特超聲波，波長(zhǎng)可與固體中的原子間距相比擬，此時(shí)必須把固體當(dāng)作是具有空間周期性的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)。點(diǎn)陣振動(dòng)的能量是量子化的，稱為聲子（見(jiàn)固體物理學(xué)）。特超聲對(duì)固體的作用可歸結(jié)為特超聲與熱聲子、電子、光子和各種準(zhǔn)粒子的相互作用。對(duì)固體中特超聲的產(chǎn)生、檢測(cè)和傳播規(guī)律的研究，以及量子液體——液態(tài)氦中聲現(xiàn)象的研究構(gòu)成了近代聲學(xué)的新領(lǐng)域。人類直到第一次世界大戰(zhàn)才學(xué)會(huì)利用超聲波，這就是利用“聲吶”的原理來(lái)探測(cè)水中目標(biāo)及其狀態(tài)，如潛艇的位置等。此時(shí)人們向水中發(fā)出一系列不同頻率的超聲波，然后記錄與處理反射回聲，從回聲的特征我們便可以估計(jì)出探測(cè)物的距離、形態(tài)及其動(dòng)態(tài)改變。醫(yī)學(xué)上最早利用超聲波是在1942年，奧地利醫(yī)生杜西克首次用超聲技術(shù)掃描腦部結(jié)構(gòu)；以后到了60年代醫(yī)生們開(kāi)始將超聲波應(yīng)用于腹部器官的探測(cè)。如今超聲波掃描技術(shù)已成為現(xiàn)代醫(yī)學(xué)診斷不可缺少的工具。作為一種成熟的技術(shù)，超聲波的應(yīng)用已經(jīng)走進(jìn)人類息息相關(guān)的生活中，是為不可或缺的工具。1.2超聲波測(cè)距系統(tǒng)概述當(dāng)今社會(huì)科技日益發(fā)展，自動(dòng)化控制在很多很多產(chǎn)業(yè)得到了全面的應(yīng)用，自動(dòng)化的測(cè)量方法也成了一個(gè)重要的方面，測(cè)量方法有很多種，例如紅外測(cè)距，超聲波測(cè)距等都得到了很好的應(yīng)用，在科學(xué)研究工程實(shí)踐中，經(jīng)常會(huì)遇到非接觸測(cè)量距離的問(wèn)題。利用超聲波作為定位技術(shù)是蝙蝠等一些沒(méi)有目視能力的生物作為防御及捕捉獵物生存的手段，也就是由生物體發(fā)射不被人們聽(tīng)到的超聲波（20KHZ以上的機(jī)械波），借助空氣媒介傳波，由障礙物反射回來(lái)的時(shí)間間隔長(zhǎng)短與被發(fā)射的超聲波的強(qiáng)弱判斷障礙物性質(zhì)或障礙位置的方法。由于超聲波的速度相對(duì)于光速來(lái)說(shuō)要小的多，其傳波時(shí)間就比較容易檢測(cè)，并且易于定向發(fā)射，方向性好，強(qiáng)度好控制，因而人類利用仿真技能進(jìn)行超聲波測(cè)距。超聲波測(cè)距是一種利用聲波特性、電子計(jì)數(shù)、光電開(kāi)關(guān)相結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)非接觸式距離測(cè)量的方法，在日常生活中具有廣泛的用途。例如：用人造超聲源在海水里發(fā)射，由回射超聲波進(jìn)行探測(cè)海洋潛艇位置、魚(yú)群以及確定海底的暗礁等障礙物形狀及遠(yuǎn)近。利用人造超聲波在固體里傳播的時(shí)間確定物體的長(zhǎng)度以及超聲波在固體里遇到障礙物界面上的反射波來(lái)確定物體內(nèi)部損傷（如裂縫、氣孔及雜質(zhì)等）位置，即無(wú)損探傷。在現(xiàn)代社會(huì)中，超聲波已經(jīng)融入我們的生活，例如超聲波洗衣機(jī)，超聲波趣聞器，超聲波探測(cè)器等，超聲波測(cè)距是通過(guò)不斷檢測(cè)超聲波發(fā)射后遇到障礙物所反射的回波，從而測(cè)出發(fā)射和接收回波的時(shí)間差，然后計(jì)算出相應(yīng)的距離。超聲波測(cè)距系統(tǒng)由于不受光線、電磁波、粉塵等的影響，其精度能達(dá)到厘米數(shù)量級(jí)甚至毫米級(jí)的工程測(cè)距精度等的優(yōu)點(diǎn)，在橋梁、隧道、涵洞等的距離檢測(cè)中占有一定的優(yōu)勢(shì)。在日常車道保障與維護(hù)過(guò)程中，工程車、充氣車、電源車、加油車等諸多車輛常常需要在停車坪附近穿行、掉頭或倒車。由于這些低速行駛的車輛之間非常接近，駕駛員的視野頗受限制，碰撞事故時(shí)有發(fā)生，在夜晚時(shí)則更顯突出。利用超聲波測(cè)距系統(tǒng)，可以有效地提高車輛在保障和維護(hù)過(guò)程中的安全性和可靠性。隨著生活水平的不斷提高，汽車進(jìn)入家庭的消費(fèi)意識(shí)的不斷增強(qiáng)。中國(guó)城市汽車的保有量迅速增加。隨之而來(lái)的是交通事故與日俱增，城市里尤其突出。發(fā)展智能交通系統(tǒng)是二十一世紀(jì)交通運(yùn)輸?shù)闹匾l(fā)展方向。智能交通系統(tǒng)在充分發(fā)揮現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施的潛力，提高運(yùn)輸效率。保障交通安全，緩解交通堵塞，改善城市環(huán)境等方面的卓越效能，已得到各級(jí)政府的廣泛關(guān)注。我國(guó)政府也開(kāi)始高度重視智能交通系統(tǒng)的研究開(kāi)發(fā)與推廣應(yīng)用。因此智能型的測(cè)距系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用與汽車領(lǐng)域?qū)⑵鸬椒浅４蟮淖饔茫瑢⒂行У鼐徑饨煌▔毫?，減少交通事故的發(fā)生率。超聲波測(cè)距系統(tǒng)的應(yīng)用不僅僅大大減輕了測(cè)距人員的工作強(qiáng)度，對(duì)許多常規(guī)測(cè)量所無(wú)法實(shí)現(xiàn)的檢測(cè)進(jìn)行因能進(jìn)行有效地測(cè)量，進(jìn)一步擴(kuò)大了測(cè)量的廣度，而且超聲波測(cè)量本身具有很高的測(cè)量精度，因此對(duì)精度的提高也起到了一定的作用。智能型超聲波測(cè)距系統(tǒng)是進(jìn)行交通管理的有效手段和工具，它可提高車輛距離檢測(cè)的準(zhǔn)確性，有利于交通運(yùn)輸?shù)目茖W(xué)管理，降低對(duì)駕駛?cè)藛T本身的素質(zhì)要求。除了能大大減少工作量，更重要的是它能準(zhǔn)確、定時(shí)、定量、高效地對(duì)距離進(jìn)行測(cè)量?，F(xiàn)代超聲波測(cè)距儀的研究使用在我國(guó)汽車行業(yè)還為數(shù)不多，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，有較大的差距，還基本停留在初級(jí)階段，即使有些高檔車配置有測(cè)距系統(tǒng)，也僅僅是少部分的進(jìn)口車。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和傳感器技術(shù)的迅猛發(fā)展，計(jì)算機(jī)和傳感器的價(jià)格日益降低，可靠性日益提高，用信息技術(shù)改造農(nóng)業(yè)不僅是可能的而且是必要的。將高新技術(shù)應(yīng)用與汽車產(chǎn)業(yè)，實(shí)施實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)已成為我國(guó)汽車工業(yè)以及交通部門(mén)的一項(xiàng)重要任務(wù)，是減少我國(guó)交通事故發(fā)生的重要措施之一。本文旨在設(shè)計(jì)一種能對(duì)中近距離障礙物進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量的測(cè)距裝置，它能對(duì)障礙物進(jìn)行適時(shí)、適量的測(cè)量，實(shí)時(shí)監(jiān)控的作用。目前對(duì)于超聲波精確測(cè)距的需求也越來(lái)越大，如油庫(kù)和水箱液面的精確測(cè)量和控制，物體內(nèi)氣孔大小的檢測(cè)和機(jī)械內(nèi)部損傷的檢測(cè)等。在機(jī)械制造，電子冶金，航海，宇航，石油化工，交通等工業(yè)領(lǐng)域也有廣泛地應(yīng)用。此外，在材料科學(xué)，醫(yī)學(xué)，生物科學(xué)等領(lǐng)域中也占據(jù)重要地位。1.3超聲波測(cè)距的基本原理超聲波是指頻率高于20KHz的機(jī)械波，具有波長(zhǎng)指向性好，反射強(qiáng)，傳播性極佳，強(qiáng)度隨距離衰減等諸多優(yōu)點(diǎn)，為了以超聲波作為檢測(cè)手段，必須產(chǎn)生超生波和接收超聲波。完成這種功能的裝置就是超聲波傳感器，習(xí)慣上稱為超聲波換能器或超聲波探頭。超聲波傳感器有發(fā)送器和接收器，它有兩個(gè)壓電晶片和一個(gè)共振板。當(dāng)它的兩極外加脈沖信號(hào)，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時(shí)，壓電晶片將會(huì)發(fā)生共振，并帶動(dòng)共振板振動(dòng)產(chǎn)生超聲波，超聲波發(fā)生器;如沒(méi)加電壓，當(dāng)共振板接收到超聲波時(shí)，將壓迫壓電振蕩器作振動(dòng)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，這時(shí)它就成為超聲波接收轉(zhuǎn)換器，但一個(gè)超聲波傳感器也可具有發(fā)送和接收聲波的雙重作用。利用壓電效應(yīng)的原理將電能和超聲波相互轉(zhuǎn)化，即在發(fā)射超聲波的時(shí)候，將電能轉(zhuǎn)換，發(fā)射超聲波；而在收到回波的時(shí)候，則將超聲振動(dòng)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。頻率為40kHz左右的超聲波在空氣中傳播的效率最佳；同時(shí)為了方便處理，單片機(jī)發(fā)射的超聲波濾被調(diào)制成40kHz左右，具有一定間隔的調(diào)制脈沖波信號(hào)。

超聲波測(cè)距的原理一般采用渡越時(shí)間法TOF（time

of

flight）。首先測(cè)出超聲波從發(fā)射到遇到障礙物返回所經(jīng)歷的時(shí)間，再乘以超聲波的速度就得到二倍的聲源與障礙物之間的距離。超聲波傳播速度對(duì)測(cè)距的影響很大，穩(wěn)定準(zhǔn)確的超聲波傳播速度是保證測(cè)量精度的必要條件，波的傳播速度取決于傳播媒質(zhì)的特性。傳播媒質(zhì)的溫度、壓力、密度對(duì)聲速都將產(chǎn)生直接的影響。因此需對(duì)聲速加以修正。對(duì)于測(cè)距而言，引起聲速變化的主要原因是媒質(zhì)溫度的變化。本設(shè)計(jì)采用聲速預(yù)置和媒質(zhì)溫度測(cè)量結(jié)合的方法對(duì)聲速進(jìn)行補(bǔ)償，可有效地消除溫度變化對(duì)精度的影響，可通過(guò)溫度傳感器DS18B20自動(dòng)探測(cè)環(huán)境溫度，確定計(jì)算距離時(shí)的波速同時(shí)利用單片機(jī)較精確地得出該環(huán)境下超聲波經(jīng)過(guò)的時(shí)間，提高了測(cè)量精確度。本設(shè)計(jì)的超聲波測(cè)距系統(tǒng)主要由聲波發(fā)射電路，回波接收電路以及溫度檢測(cè)電路，靈活性強(qiáng)，可靠性高，計(jì)算簡(jiǎn)單，成本低，易于做到實(shí)時(shí)控制等優(yōu)點(diǎn)。得超聲波往返的時(shí)間t，即可求得距離,原理圖如1所示：圖1單片機(jī)測(cè)距系統(tǒng)原理圖1.4本課題的內(nèi)容和任務(wù)本論文主要研究基于單片機(jī)的超聲波測(cè)距系統(tǒng)，分別對(duì)超聲波發(fā)生電路、回波接收電路、數(shù)據(jù)采集電路、數(shù)碼顯示電路、報(bào)警電路及系統(tǒng)設(shè)備的軟、硬件各個(gè)部分功能模塊進(jìn)行了研究。設(shè)計(jì)一種能夠在精確度在0.01m，測(cè)距在4m左右的模型，其主要內(nèi)容如下：1、系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)1）根據(jù)測(cè)距技術(shù)的特點(diǎn)，進(jìn)行超聲波測(cè)距系統(tǒng)的整體研究與設(shè)計(jì)。2）針對(duì)溫度對(duì)超聲波傳播速度影響，測(cè)量環(huán)境溫度，確定超聲波傳播速度。3）對(duì)超聲波發(fā)生電路進(jìn)行論證和設(shè)計(jì)，用于產(chǎn)生用于測(cè)量的超聲波。4）對(duì)超聲波接收電路進(jìn)行論證和設(shè)計(jì)，用于接收反射回來(lái)的超聲波。5）單片機(jī)對(duì)對(duì)發(fā)送和接收波的時(shí)間進(jìn)行測(cè)量，用于計(jì)算有效距離。6）LED數(shù)碼顯示測(cè)量的距離值，以數(shù)字顯示的方式顯示測(cè)量的距離。7）當(dāng)測(cè)量之間的距離低于設(shè)定的最低值時(shí)，系統(tǒng)將進(jìn)行自動(dòng)報(bào)警。2、系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)1）系統(tǒng)主程序的設(shè)計(jì)。2）溫度測(cè)量程序設(shè)計(jì)。3）發(fā)送、接收子程序的設(shè)計(jì)。4）LED顯示程序的設(shè)計(jì)。5）報(bào)警程序的設(shè)計(jì)。第二章AVR單片機(jī)介紹AVR單片機(jī)是Atmel公司1997年推出的RISC單片機(jī)。RISC（精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)）是相對(duì)于CISC（復(fù)雜指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)）而言的。RISC并非只是簡(jiǎn)單地去減少指令，而是通過(guò)使計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單合理而提高運(yùn)算速度的。RISC優(yōu)先選取使用頻率最高的簡(jiǎn)單指令，避免復(fù)雜指令：并固定指令寬度，減少指令格式和尋址方式的種類，從而縮短指令周期，提高運(yùn)行速度。由于AVR采用了RESC的這種結(jié)構(gòu)，使AVR系列單片機(jī)都具備了1MIPS/MHz（百萬(wàn)條指令每秒/兆赫茲）的高速處理能力。

AVR單片機(jī)吸收了DSP雙總線的特點(diǎn)，采用Harvard總線結(jié)構(gòu)，因此單片機(jī)的程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是分離的，并且可對(duì)具有相同地址的程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行獨(dú)立的尋址。

在AVR單片機(jī)中，CPU執(zhí)行當(dāng)前指令時(shí)取出將要執(zhí)行的下一條指令放入寄存器中，從而可以避免傳統(tǒng)MCS51系列單片機(jī)中多指令周期的出現(xiàn)。

傳統(tǒng)的MCS51系列單片機(jī)所有的數(shù)據(jù)處理都是基于一個(gè)累加器的，因此累加器與程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換就成了單片機(jī)的瓶頸；在AVR單片機(jī)中，寄存器由32個(gè)通用工作寄存器組成，并且任何一個(gè)寄存器都可以充當(dāng)累加器，從而有效地避免了累加器的瓶頸效應(yīng)，提高了系統(tǒng)的性能。

AVR單片機(jī)具有良好的集成性能。AVR系列的單片機(jī)都具備在線編程接口，其中的Mega系列還具備JTAG仿真和下載功能；都含有片內(nèi)看門(mén)狗電路、片內(nèi)程序Flash、同步串行接口SPI；多數(shù)AVR單片機(jī)還內(nèi)嵌了AD轉(zhuǎn)換器、EEPROM、摸擬比較器、PWM定時(shí)計(jì)數(shù)器等多種功能；AVR片機(jī)的I/O接口具有很強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力，灌電流可直接驅(qū)動(dòng)繼電器、LED等器件，從而省去驅(qū)動(dòng)電路，節(jié)約系統(tǒng)成本。AVR單片機(jī)采用低功率、非揮發(fā)的CMOS工藝制造，除具有低功耗、高密度的特點(diǎn)外，還支持低電壓的聯(lián)機(jī)Flash，EEPROM寫(xiě)入功能。

AVR單片機(jī)還支持Basic、C等高級(jí)語(yǔ)言編程。采用高級(jí)語(yǔ)言對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行開(kāi)發(fā)是單片機(jī)應(yīng)用的發(fā)展趨勢(shì)。對(duì)單片機(jī)用高級(jí)語(yǔ)言編程可很容易地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)移植，并加快軟件的開(kāi)發(fā)過(guò)程。

AVR單片機(jī)具有多個(gè)系列，包括ATtiny、AT90、ATmega。每個(gè)系列又包括多個(gè)產(chǎn)品，它們?cè)诠δ芎痛鎯?chǔ)器容量等方面有很大的不同，但基本結(jié)構(gòu)和原理都類似，而且編程方也相同。產(chǎn)品特性—低功耗的8位AVR微處理器—先進(jìn)的RISC結(jié)構(gòu)—131條指令，大多數(shù)指令執(zhí)行時(shí)間為單個(gè)時(shí)鐘周期—32個(gè)8位通用工作寄存器—全靜態(tài)工作—工作于16MHz時(shí)性能高達(dá)16MIPS—只需兩個(gè)時(shí)鐘周期的硬件乘法器—16K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash—擦寫(xiě)壽命:100,000次—可以對(duì)鎖定位進(jìn)行編程以實(shí)現(xiàn)用戶程序的加密—JTAG接口(與IEEE1149.1標(biāo)準(zhǔn)兼容)–支持?jǐn)U展的片內(nèi)調(diào)試功能–通過(guò)JTAG接口實(shí)現(xiàn)對(duì)Flash、EEPROM編程?外設(shè)特點(diǎn)–兩個(gè)具有獨(dú)立預(yù)分頻器和比較器功能的8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器–一個(gè)具有預(yù)分頻器、比較功能和捕捉功能的16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器–具有獨(dú)立振蕩器的實(shí)時(shí)計(jì)數(shù)器RTC–四通道PWM–8路10位ADC–面向字節(jié)的兩線接口–兩個(gè)可編程的串行USART–可工作于主機(jī)/從機(jī)模式的SPI串行接口–具有獨(dú)立片內(nèi)振蕩器的可編程看門(mén)狗定時(shí)器–片內(nèi)模擬比較器?特殊的處理器特點(diǎn)–上電復(fù)位以及可編程的掉電檢測(cè)–片內(nèi)經(jīng)過(guò)標(biāo)定的RC振蕩器–片內(nèi)/片外中斷源6種睡眠模式:空閑模式、ADC噪聲抑制模式、省電模式、掉電模式–32個(gè)可編程的I/O口–40引腳PDIP封裝?工作電壓:–ATmega16：4.5-5.5V?速度等級(jí)–0-16MHzATmega16?ATmega16L在1MHz,3V,25°C時(shí)的功耗–正常模式:1.1mA空閑模式:0.35mAATmega16結(jié)構(gòu)框圖AVR內(nèi)核具有豐富的指令集和32個(gè)通用工作寄存器。所有的寄存器都直接與算數(shù)邏輯單元(ALU)相連接，使得一條指令可以在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)同時(shí)訪問(wèn)兩個(gè)獨(dú)立的寄存器。這種結(jié)構(gòu)大大提高了代碼效率，并且具有比普通的CISC微控制器最高至10倍的數(shù)據(jù)吞吐率。ATmega16有如下特點(diǎn):16K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編Flash(具有同時(shí)讀寫(xiě)的能力，即RWW)，512字節(jié)EEPROM，1K字節(jié)SRAM，32個(gè)通用I/O口線，32個(gè)通用工作寄存器，用于邊界掃描的JTAG接口，支持片內(nèi)調(diào)試與編程，三個(gè)具有比較模式的靈活的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器(T/C),片內(nèi)/外中斷，可編程串行USART，有起始條件檢測(cè)器的通用串行接口，8路10位具有可選差分輸入級(jí)一個(gè)時(shí)間基準(zhǔn)，而其余功能模塊處于休眠狀態(tài)；ADC噪聲抑制模式時(shí)終止CPU和異步定時(shí)器與ADC以外所有I/O模塊的工作，以降低ADC轉(zhuǎn)換時(shí)的開(kāi)關(guān)噪聲；Standby模式下只有晶體或諧振振蕩器運(yùn)行，其余功能模塊處于休眠狀態(tài)，使得器件只消耗極少的電流，同時(shí)具有快速啟動(dòng)能力。本芯片是以Atmel高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)生產(chǎn)的。片內(nèi)ISPFlash允許程序存儲(chǔ)器通過(guò)ISP串行接口，或者通用編程器進(jìn)行編程，也可以通過(guò)運(yùn)行于AVR內(nèi)核之中的引導(dǎo)程序進(jìn)行編程。引導(dǎo)程序可以使用任意接口將應(yīng)用程序下載到應(yīng)用Flash存儲(chǔ)區(qū)(ApplicationFlashMemory)。在更新應(yīng)用Flash存儲(chǔ)區(qū)時(shí)引導(dǎo)Flash區(qū)(BootFlashMemory)的程序繼續(xù)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了RWW操作。通過(guò)將8位RISCCPU與系統(tǒng)內(nèi)可編程的Flash集成在一個(gè)芯片內(nèi)。圖2.1ATmega16結(jié)構(gòu)框圖圖2.2Atmega16封裝形式引腳說(shuō)明：VCC數(shù)字電路的電源GND地端口A(PA7..PA0)端口A做為A/D轉(zhuǎn)換器的模擬輸入端，端口A為8位雙向I/O口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對(duì)稱的驅(qū)動(dòng)特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時(shí)，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流。在復(fù)位過(guò)程中，即使系統(tǒng)時(shí)鐘還未起振，端口A處于高阻狀態(tài)。端口B(PB7..PB0)端口B為8位雙向I/O口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對(duì)稱的驅(qū)動(dòng)特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時(shí)，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流。在復(fù)位過(guò)程中，即使系統(tǒng)時(shí)鐘還未起振，端口B處于高阻狀態(tài)。端口B也可以用做其他不同的特殊功能。端口C(PC7..PC0)端口C為8位雙向I/O口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對(duì)稱的驅(qū)動(dòng)特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時(shí)，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流。在復(fù)位過(guò)程中，即使系統(tǒng)時(shí)鐘還未起振，端口C處于高阻狀態(tài)。如果JTAG接口使能，即使復(fù)位出現(xiàn)引腳PC5(TDI)、PC3(TMS)與PC2(TCK)的上拉電阻被激活。端口C也可以用做其他不同的特殊功能。端口D(PD7..PD0)端口D為8位雙向I/O口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對(duì)稱的驅(qū)動(dòng)特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時(shí)，若內(nèi)部上拉電阻使能，則端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流。在復(fù)位過(guò)程中，即使系統(tǒng)時(shí)鐘還未起振，端口D處于高阻狀態(tài)。端口D也可以用做其他不同的特殊功能。RESET復(fù)位輸入引腳。持續(xù)時(shí)間超過(guò)最小門(mén)限時(shí)間的低電平將引起系統(tǒng)復(fù)位。持續(xù)時(shí)間小于門(mén)限間的脈沖不能保證可靠復(fù)位。XTAL1反向振蕩放大器與片內(nèi)時(shí)鐘操作電路的輸入端。XTAL2反向振蕩放大器的輸出端。AVCCAVCC是端口A與A/D轉(zhuǎn)換器的電源。不使用ADC時(shí)，該引腳應(yīng)直接與VCC連接。使用ADC時(shí)應(yīng)通過(guò)一個(gè)低通濾波器與VCC連接。AREFA/D的模擬基準(zhǔn)輸入引腳。2.2AVRCPU內(nèi)核CPU的主要任務(wù)是保證程序的正確執(zhí)行。因此它必須能夠訪問(wèn)存儲(chǔ)器、執(zhí)行運(yùn)算、控制外設(shè)以及處理中斷。為了獲得最高的性能以及并行性，AVR采用了Harvard結(jié)構(gòu)，具有獨(dú)立的數(shù)據(jù)和程序總線。程序存儲(chǔ)器里的指令通過(guò)一級(jí)流水線運(yùn)行。CPU在執(zhí)行一條指令的同時(shí)讀取下一條指令。實(shí)現(xiàn)了指令的單時(shí)鐘周期運(yùn)行。程序存儲(chǔ)器是可以在線編程的FLASH?？焖僭L問(wèn)寄存器文件包括32個(gè)8位通用工作寄存器，訪問(wèn)時(shí)間為一個(gè)時(shí)鐘周期。從而實(shí)現(xiàn)了單時(shí)鐘周期的ALU操作。2.3AVRATmega16存儲(chǔ)器。AVR結(jié)構(gòu)具有兩個(gè)主要的存儲(chǔ)器空間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間和程序存儲(chǔ)器空間。此外ATmega16還有EEPROM存儲(chǔ)器以保存數(shù)據(jù)。系統(tǒng)內(nèi)可編程的Flash程序存儲(chǔ)器ATmega16具有16K字節(jié)的在線編程Flash，用于存放程序指令代碼。因?yàn)樗械腁VR指令為16位或32位，故而Flash組織成8Kx16位的形式。用戶程序的安全性要根據(jù)Flash程序存儲(chǔ)器的兩個(gè)區(qū)：引導(dǎo)(Boot)程序區(qū)和應(yīng)用程序區(qū)，分開(kāi)來(lái)考慮。Flash存儲(chǔ)器至少可以擦寫(xiě)10,000次2.4AVRATmega16系統(tǒng)時(shí)鐘CPU時(shí)鐘與操作AVR內(nèi)核的子系統(tǒng)相連，如通用寄存器文件、狀態(tài)寄存器及保存堆棧指針的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。終止CPU時(shí)鐘將使內(nèi)核停止工作和計(jì)算。I/O時(shí)鐘－CLKI/OI/O時(shí)鐘用于主要的I/O模塊，如定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、SPI和USART。I/O時(shí)鐘還用于外部中斷模塊。要注意的是有些外部中斷由異步邏輯檢測(cè)，因此即使I/O時(shí)鐘停止了這些中斷仍然可以得到監(jiān)控。此外USI模塊的起始條件檢測(cè)在沒(méi)有CLKI/O的情況下也是異步實(shí)現(xiàn)的，使得這個(gè)功能在任何睡眠模式下都可以正常工作。Flash時(shí)鐘－CLKFLASHFlash時(shí)鐘控制Flash接口的操作。此時(shí)鐘通常與CPU時(shí)鐘同時(shí)掛起或激活。異步定時(shí)器時(shí)鐘－CLKASY異步定時(shí)器時(shí)鐘允許異步定時(shí)器/計(jì)數(shù)器與D控制器直接由外部32kHz時(shí)鐘晶體驅(qū)動(dòng)。使得此定時(shí)器/計(jì)數(shù)器即使在睡眠模式下仍然可以為系統(tǒng)提供一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘。ADC時(shí)鐘－CLKADCADC具有專門(mén)的時(shí)鐘。這樣可以在ADC工作的時(shí)候停止CPU和I/O時(shí)鐘以降低數(shù)字電路產(chǎn)生的噪聲，從而提高ADC轉(zhuǎn)換精度。在本設(shè)計(jì)中我們還要在下面電路設(shè)計(jì)中介紹。2.5系統(tǒng)控制和復(fù)位復(fù)位時(shí)所有的I/O寄存器都被設(shè)置為初始值，程序從復(fù)位向量處開(kāi)始執(zhí)行。復(fù)位向量處的指令必須是絕對(duì)跳轉(zhuǎn)JMP指令，以使程序跳轉(zhuǎn)到復(fù)位處理例程。如果程序永遠(yuǎn)不利用中斷功能，中斷向量可以由一般的程序代碼所覆蓋。所有的復(fù)位信號(hào)消失之后，芯片內(nèi)部的一個(gè)延遲計(jì)數(shù)器被激活，將內(nèi)部復(fù)位的時(shí)間延長(zhǎng)。這種處理方式使得在MCU正常工作之前有一定的時(shí)間讓電源達(dá)到穩(wěn)定的電平。所有的復(fù)位信號(hào)消失之后，芯片內(nèi)部的一個(gè)延遲計(jì)數(shù)器被激活，將內(nèi)部復(fù)位的時(shí)間延長(zhǎng)。這種處理方式使得在MCU正常工作之前有一定的時(shí)間讓電源達(dá)到穩(wěn)定的電平，復(fù)位源ATmega16有5個(gè)復(fù)位源：?上電復(fù)位。電源電壓低于上電復(fù)位門(mén)限時(shí)，MCU復(fù)位。?外部復(fù)位。引腳RESET上的低電平持續(xù)時(shí)間大于最小脈沖寬度時(shí)MCU復(fù)位。?看門(mén)狗復(fù)位。看門(mén)狗使能并且看門(mén)狗定時(shí)器溢出時(shí)復(fù)位發(fā)生。?掉電檢測(cè)復(fù)位。掉電檢測(cè)復(fù)位功能使能，且電源電壓低于掉電檢測(cè)復(fù)位門(mén)限VBOT時(shí)MCU即復(fù)位。?JTAGAVR復(fù)位。復(fù)位寄存器為1時(shí)MCU復(fù)位2.6看門(mén)狗定時(shí)器為了防止軟件程序跑飛了，我們?cè)谝恍┲匾膱?chǎng)合都要加看門(mén)狗定時(shí)器使得單片機(jī)能穩(wěn)定工作，看門(mén)狗定時(shí)器由獨(dú)立的1Mhz片內(nèi)振蕩器驅(qū)動(dòng)。這是VCC=5V時(shí)的典型值。通過(guò)設(shè)置看門(mén)狗定時(shí)器的預(yù)分頻器可以調(diào)節(jié)看門(mén)狗復(fù)位的時(shí)間間隔，看門(mén)狗復(fù)位指令WDR用來(lái)復(fù)位看門(mén)狗定時(shí)器。如果沒(méi)有及時(shí)復(fù)位定時(shí)器，一旦時(shí)間超過(guò)復(fù)位周期，ATmega16就復(fù)位，并執(zhí)行復(fù)位向量指向的程序。為了防止無(wú)意之間禁止看門(mén)狗定時(shí)器，在看門(mén)狗禁用后必須跟一個(gè)特定的修改，由于本設(shè)計(jì)程序簡(jiǎn)單，沒(méi)有大量運(yùn)算或浮點(diǎn)運(yùn)算，所以可以不采用看門(mén)狗程序。2.7ATmega16的中斷向量（外部中斷）外部中斷通過(guò)引腳INT0、INT1與INT2觸發(fā)。只要使能了中斷，即使引腳INT0-2配置為輸出，只要電平發(fā)生了合適的變化，中斷也會(huì)觸發(fā)。這個(gè)特點(diǎn)可以用來(lái)產(chǎn)生軟件中斷。通過(guò)設(shè)置MCU控制寄存器MCUCR與MCU控制與狀態(tài)寄存器MCUCSR，中斷可以由下降沿、上升沿，或者是低電平觸發(fā)(INT2為邊沿觸發(fā)中斷)。當(dāng)外部中斷使能并且配置為電平觸發(fā)(INT0/INT1)，只要引腳電平為低，中斷就會(huì)產(chǎn)生。若要求INT0與INT1在信號(hào)下降沿或上升沿觸發(fā)，I/O時(shí)鐘必須工作。INT0/INT1的中斷條件檢測(cè)INT2則是異步的。I/O端口作為通用數(shù)字I/O使用時(shí)，所有AVRI/O端口都具有真正的讀-修改-寫(xiě)功能。輸出緩沖器具有對(duì)稱的驅(qū)動(dòng)能力，可以輸出或吸收大電流，直接驅(qū)動(dòng)LED。所有的端口引腳都具有與電壓無(wú)關(guān)的上拉電阻。并有保護(hù)二極管與VCC和地相連。2.8具有PWM功能的8位定時(shí)器/計(jì)時(shí)器T/C是一個(gè)通用的單通道8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器模塊。其主要特點(diǎn)如下：?單通道計(jì)數(shù)器?比較匹配發(fā)生時(shí)清除定時(shí)器(自動(dòng)加載)?無(wú)干擾脈沖，相位正確的PWM?頻率發(fā)生器?外部事件計(jì)數(shù)器?10位的時(shí)鐘預(yù)分頻器?溢出和比較匹配中斷源(TOV0和OCF0)T/C可以由內(nèi)部同步時(shí)鐘或外部異步時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)。時(shí)鐘源是由時(shí)鐘選擇邏輯決定的，而時(shí)鐘選擇邏輯是由位于T/C控制寄存器TCCR0的時(shí)鐘選擇位CS02:0控制的根據(jù)不同的工作模式，計(jì)數(shù)器針對(duì)每一個(gè)CLKT0實(shí)現(xiàn)清零、加一或減一操作。CLKT0可以由內(nèi)部時(shí)鐘源或外部時(shí)鐘源產(chǎn)生，具體由時(shí)鐘選擇位CS02:0確定。沒(méi)有選擇時(shí)鐘源時(shí)(CS02:0=0)定時(shí)器即停止。但是不管有沒(méi)有CLKT0，CPU都可以訪問(wèn)TCNT0。CPU寫(xiě)操作比計(jì)數(shù)器其他操作(如清零、加減操作)的優(yōu)先級(jí)高。計(jì)數(shù)序列由T/C控制寄存器(TCCR0)的WGM01和WGM00決定。計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)行為與輸出比較OC0的波形有緊密的關(guān)系。T/C溢出中斷標(biāo)志TOV0根據(jù)WGM01:0設(shè)定的工作模式來(lái)設(shè)置。TOV0可以用于產(chǎn)生CPU中斷。輸出比較單元8位比較器持續(xù)對(duì)TCNT0和輸出比較寄存器OCR0進(jìn)行比較。一旦TCNT0等于OCR0，比較器就給出匹配信號(hào)。在匹配發(fā)生的下一個(gè)定時(shí)器時(shí)鐘周期輸出比較標(biāo)志OCF0置位。若此時(shí)OCIE0=1且SREG的全局中斷標(biāo)志I置位，CPU將產(chǎn)生輸出比較中斷。執(zhí)行中斷服務(wù)程序時(shí)OCF0自動(dòng)清零，或者通過(guò)軟件寫(xiě)“1”的方式來(lái)清零。根據(jù)由WGM21:0和COM01:0設(shè)定的不同的工作模式，波形發(fā)生器利用匹配信號(hào)產(chǎn)生不同的波形。同時(shí)，波形發(fā)生器還利用max和bottom信號(hào)來(lái)處理極值條件下的特殊情況2.9比較輸出模式和波形產(chǎn)生波形發(fā)生器利用COM01:0的方法在普通模式、CTC模式和PWM模式下有所區(qū)別。對(duì)于所有的模式，設(shè)置COM01:0=0表明比較匹配發(fā)生時(shí)波形發(fā)生器不會(huì)操作OC0寄存器。非PWM模式的比較輸出，快速PWM的比較輸出和相位修正PWM的比較輸出是不同的我們需要特別注意。改變COM01:0將影響寫(xiě)入數(shù)據(jù)后的第一次比較匹配。對(duì)于非PWM模式，可以通過(guò)使用FOC0來(lái)立即產(chǎn)生效果。在普通模式下，TOV0標(biāo)志的置位發(fā)生在計(jì)數(shù)器從MAX變?yōu)?x00的定時(shí)器時(shí)鐘周期?？焖貾WM模式(WGM01:0=3)可用來(lái)產(chǎn)生高頻的PWM波形?？焖貾WM模式與其他PWM模式的不同之處是其單斜坡工作方式。計(jì)數(shù)器從BOTTOM計(jì)到MAX，然后立即回到BOTTOM重新開(kāi)始。對(duì)于普通的比較輸出模式，輸出比較引腳OC0在TCNT0與OCR0匹配時(shí)清零，在BOTTOM時(shí)置位；對(duì)于反向比較輸出模式，OC0的動(dòng)作正好相反。由于使用了單斜坡模式，快速PWM模式的工作頻率比使用雙斜坡的相位修正PWM模式高一倍。此高頻操作特性使得快速PWM模式十分適合于功率調(diào)節(jié)，整流和DAC應(yīng)用。高頻可以減小外部元器件(電感，電容)的物理尺寸，從而降低系統(tǒng)成本。工作于快速PWM模式時(shí)，計(jì)數(shù)器的數(shù)值一直增加到MAX，然后在后面的一個(gè)時(shí)鐘周期清零。在本設(shè)計(jì)中為了產(chǎn)生40khz的超聲波，我們可以通過(guò)設(shè)置單片機(jī)波形發(fā)生器產(chǎn)生40khz占空比時(shí)50%的方波。為此我們須對(duì)產(chǎn)生波形進(jìn)行對(duì)比，更好產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的波形。程序如下：圖2.3T/C0的CTC模式的時(shí)序圖為了在CTC模式下得到波形輸出，可以設(shè)置OC0在每次比較匹配發(fā)生時(shí)改變邏輯電平。這可以通過(guò)設(shè)置COM01:0=1來(lái)完成。在期望獲得OC0輸出之前，首先要將其端口設(shè)置為輸出。波形發(fā)生器能夠產(chǎn)生的最大頻率為fOC0=fclk_I/O/2(OCR0=0x00)。頻率由如下公式確定：變量N代表預(yù)分頻因子(1、8、64、或1024)。圖2.4T/C0的快速PWM模式時(shí)序圖工作于快速PWM模式時(shí)，比較單元可以在OC0引腳上輸出PWM波形。設(shè)置COM01:0為2可以產(chǎn)生普通的PWM信號(hào)；為3則可以產(chǎn)生反向PWM波形，要想在引腳上得到輸出信號(hào)還必須將OC0的數(shù)據(jù)方向設(shè)置為輸出。產(chǎn)生PWM波形的機(jī)理是OC0寄存器在OCR0與TCNT0匹配時(shí)置位(或清零)，以及在計(jì)數(shù)器清零(從MAX變?yōu)锽OTTOM)的那一個(gè)定時(shí)器時(shí)鐘周期清零(或置位)。輸出的PWM頻率可以通過(guò)如下公式計(jì)算得到變量N代表分頻因子(1、8、64、256或1024)工作于相位修正PWM模式時(shí)，比較單元可以在OC0引腳產(chǎn)生PWM波形：將COM01:0設(shè)置為2產(chǎn)生普通相位的PWM，設(shè)置COM01:0為3產(chǎn)生反向PWM信號(hào)。要想在引腳上得到輸出信號(hào)還必須將OC0的數(shù)據(jù)方向設(shè)置為輸出。OCR0和TCNT0比較匹配發(fā)生時(shí)OC0寄存器將產(chǎn)生相應(yīng)的清零或置位操作，從而產(chǎn)生PWM波形。工作于相位修正模式時(shí)PWM頻率可由下式公式獲得：變量N表示預(yù)分頻因子(1、8、64、256或1024)。圖2.5T/C0的相位修正PWM模式的時(shí)序2.10T/C0與T/C1的預(yù)分頻器T/C1與T/C0共用一個(gè)預(yù)分頻模塊，但它們可以有不同的分頻設(shè)置。下述內(nèi)容適用于T/C1與T/C0。內(nèi)部時(shí)鐘源當(dāng)CSn2:0=1時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)部時(shí)鐘直接作為T(mén)/C的時(shí)鐘源，這也是T/C最高頻率的時(shí)鐘源F-CLK_I/O，與系統(tǒng)時(shí)鐘頻率相同。預(yù)分頻器可以輸出4個(gè)不同的時(shí)鐘信號(hào)fCLK_I/O/8、fCLK_I/O/64、fCLK_I/O/256或fCLK_I/O/1024。分頻器復(fù)位預(yù)分頻器是獨(dú)立運(yùn)行的。也就是說(shuō)，其操作獨(dú)立于T/C的時(shí)鐘選擇邏輯，且它由T/C1與T/C0共享。由于預(yù)分頻器不受T/C時(shí)鐘選擇的影響，預(yù)分頻器的狀態(tài)需要包含預(yù)分頻時(shí)鐘被用到何處這樣的信息。一個(gè)典型的例子發(fā)生在定時(shí)器使能并由預(yù)分頻器驅(qū)動(dòng)(6>CSn2:0>1)的時(shí)候：從計(jì)時(shí)器使能到第一次開(kāi)始計(jì)數(shù)可能花費(fèi)1到N+1個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期，其中N等于預(yù)分頻因子(8、64、256或1024)。2.11串行外設(shè)接口－SPI串行外設(shè)接口SPI允許ATmega16和外設(shè)或其他AVR器件進(jìn)行高速的同步數(shù)據(jù)傳輸。由于在本設(shè)計(jì)中應(yīng)用不到，所以只是簡(jiǎn)單介紹。ATmega16SPI的特點(diǎn)如下：?全雙工，3線同步數(shù)據(jù)傳輸?主機(jī)或從機(jī)操作?7種可編程的比特率2.12串行外設(shè)接口－USART通用同步和異步串行接收器和轉(zhuǎn)發(fā)器(USART)是一個(gè)高度靈活的串行通訊設(shè)備。主要特點(diǎn)為：?全雙工操作(獨(dú)立的串行接收和發(fā)送寄存器)?異步或同步操作?主機(jī)或從機(jī)提供時(shí)鐘的同步操作?高精度的波特率發(fā)生器?支持5,6,7,8,或9個(gè)數(shù)據(jù)位和1個(gè)或2個(gè)停止位?硬件支持的奇偶校驗(yàn)操作?數(shù)據(jù)過(guò)速檢測(cè)?幀錯(cuò)誤檢測(cè)?噪聲濾波，包括錯(cuò)誤的起始位檢測(cè)，以及數(shù)字低通濾波器?三個(gè)獨(dú)立的中斷：發(fā)送結(jié)束中斷,發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器空中斷，以及接收結(jié)束中斷?多處理器通訊模式?倍速異步通訊模式USART分為了三個(gè)主要部分:時(shí)鐘發(fā)生器，發(fā)送器和接收器?？刂萍拇嫫饔扇齻€(gè)單元共享。時(shí)鐘發(fā)生器包含同步邏輯，通過(guò)它將波特率發(fā)生器及為從機(jī)同步操作所使用的外部輸入時(shí)鐘同步起來(lái)。XCK(發(fā)送器時(shí)鐘)引腳只用于同步傳輸模式。發(fā)送器包括一個(gè)寫(xiě)緩沖器，串行移位寄存器，奇偶發(fā)生器以及處理不同的幀格式所需的控制邏輯。寫(xiě)緩沖器可以保持連續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)而不會(huì)在數(shù)據(jù)幀之間引入延遲。由于接收器具有時(shí)鐘和數(shù)據(jù)恢復(fù)單元，它是USART模塊中最復(fù)雜的?；謴?fù)單元用于異步數(shù)據(jù)的接收。除了恢復(fù)單元，接收器還包括奇偶校驗(yàn)，控制邏輯，移位寄存器和一個(gè)兩級(jí)接收緩沖器UDR。接收器支持與發(fā)送器相同的幀格式，而且可以檢測(cè)幀錯(cuò)誤，數(shù)據(jù)過(guò)速和奇偶校驗(yàn)錯(cuò)誤。時(shí)鐘產(chǎn)生邏輯為發(fā)送器和接收器產(chǎn)生基礎(chǔ)時(shí)鐘。USART支持4種模式的時(shí)鐘:正常的異步模式，倍速的異步模式，主機(jī)同步模式，以及從機(jī)同步模式。在本設(shè)計(jì)中我們要用到串口和PC機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。2.13模數(shù)轉(zhuǎn)換器?10位精度?0.5LSB的非線性度?±2LSB的絕對(duì)精度?65-260μs的轉(zhuǎn)換時(shí)間?最高分辨率時(shí)采樣率高達(dá)15kSPS?8路復(fù)用的單端輸入通道?7路差分輸入通道?2路可選增益為10x與200x的差分輸入通道?可選的左對(duì)齊ADC讀數(shù)?0-VCC的ADC輸入電壓范圍?可選的2.56VADC參考電壓?連續(xù)轉(zhuǎn)換或單次轉(zhuǎn)換模式?通過(guò)自動(dòng)觸發(fā)中斷源啟動(dòng)ADC轉(zhuǎn)換?ADC轉(zhuǎn)換結(jié)束中斷?基于睡眠模式的噪聲抑制器由于本設(shè)計(jì)沒(méi)有用到模數(shù)轉(zhuǎn)換，所以只是簡(jiǎn)單介紹。2.14JTAG接口和片上調(diào)試系統(tǒng)?與IEEE1149.1標(biāo)準(zhǔn)兼容的JTAG接口?遵從IEEE1149.1(JTAG)標(biāo)準(zhǔn)的邊界掃描功能–所有的片內(nèi)外設(shè)–內(nèi)部和外部SRAM–寄存器文件–程序計(jì)數(shù)器–EEPROM和Flash存儲(chǔ)器第三章硬件電路的設(shè)計(jì)3.1電源電路設(shè)計(jì)電源電路時(shí)供給電路中各個(gè)芯片正常工作的核心，現(xiàn)在的電路中應(yīng)用的芯片都是低功耗，直流電源，本次設(shè)計(jì)中應(yīng)用的芯片的工作電源是+5V的直流電源。+5V電源直接給單片機(jī)供電，在連接中并聯(lián)一個(gè)電容，這樣更好的穩(wěn)定的提供電源。防止電源不穩(wěn)定給單片機(jī)造成的破壞。圖3.1電源電路3.2復(fù)位電路設(shè)計(jì)復(fù)位時(shí)單片機(jī)的初始化操作，功能是單片機(jī)初始化，使單片機(jī)從0000h單元開(kāi)始操作。單片機(jī)主要的復(fù)位方式是外部電路實(shí)現(xiàn)的，在時(shí)鐘電路工作后，只要單片機(jī)的Reset引腳出現(xiàn)24個(gè)時(shí)鐘震蕩脈沖（2個(gè)機(jī)器周期）以上的高電平，單片機(jī)就能復(fù)位，為了單片機(jī)可靠的復(fù)位，在設(shè)計(jì)復(fù)位電路時(shí)一般要Reset腳保持10ms以上的高電平，單片機(jī)就能穩(wěn)定的復(fù)位，復(fù)位電路一般采用上電復(fù)位和按鍵復(fù)位二種，而本設(shè)計(jì)采用時(shí)按鍵式上電復(fù)位電路。這種復(fù)位電路利用電容器的充電來(lái)實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)加電時(shí)電路中有電流通過(guò)，構(gòu)成回路電阻上產(chǎn)生壓降，Reset引腳是高電平，當(dāng)電容充滿電時(shí)，電路相當(dāng)于開(kāi)路。Reset的電位和地相同，復(fù)位結(jié)束后。充電時(shí)間越長(zhǎng)，復(fù)位時(shí)間越長(zhǎng)，增大電阻和增大電容都可以增加復(fù)位時(shí)間。在本設(shè)計(jì)中電阻是10k，電容式10uf?？梢詽M足電路要求。圖3.2復(fù)位電路圖3.3時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)XTAL1與XTAL2分別為用作片內(nèi)振蕩器的反向放大器的輸入和輸出，振蕩器可以使用石英晶體，也可以使用陶瓷諧振器。一般來(lái)說(shuō)我們常采用石英晶體和2個(gè)電容組成的諧振電路，晶體可以是0-16Mhz之間選擇，電容值一般時(shí)20-30uF，C1和C2的數(shù)值要一樣，不管使用的是晶體還是諧振器。最佳的數(shù)值與使用的晶體或諧振器有關(guān)，還與雜散電容和環(huán)境的電磁噪聲有關(guān)，由于本設(shè)計(jì)要求比較準(zhǔn)確，所以我們選用了標(biāo)準(zhǔn)的晶振頻率7.3728Mhz，這也是便于時(shí)間的計(jì)數(shù)和時(shí)間精確控制。同時(shí)也為了串口傳輸時(shí)的波特率的選擇。如下圖所示：圖3.3時(shí)鐘電路單片機(jī)本身有高增益反相放大器，外接晶振電路構(gòu)成穩(wěn)定自激振蕩器，電容對(duì)頻率有微調(diào)作用，在本次設(shè)計(jì)中要選用22pf的電容組成時(shí)鐘頻率。3.4數(shù)碼管顯示電路LED顯示結(jié)構(gòu)測(cè)控系統(tǒng)中常用的測(cè)量數(shù)據(jù)的顯示器有發(fā)光二極管顯示器(簡(jiǎn)稱LED或數(shù)碼管)和液晶顯示器(簡(jiǎn)稱D)。這兩種顯示器都具有線路簡(jiǎn)單、耗電少、成本低、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，本系統(tǒng)輸出結(jié)果選用3個(gè)L