引言：
在实际工作中, 经常会遇到需要检测两个信号的相位差, 这也是研究网络相频特性中不可缺少的重要方面。传统的测量方法有很多, 如示波器测量法、转化为时间间隔法、零示法等。随着集成电路技术的发展、单片机的普及, 用单片机组成的相位差测量电路具有精度高、速度快、成本低的优点, 日益受到人们的重视。本相位差测量方法充分利用MCS -51 系列单片机内部精确的时钟源及校正电路, 能进行在线检测、显示,大大提高了相位差的测试精度和速度。
设计目的：使用单片机组建相位差检测系统, 利用单片机内部时钟及定时/ 计数器, 能够对被测信号的相位差进行精确、快速的测定, 可广泛应用于各种实时系统之中。 1． 系统功能的确定
基本要求：
⑴ 能够快速准确的测量出相位差； ⑵ 精度较高；
⑶ 抗干扰能力强，不受被测信号幅值，频率的影响； ⑷ 稳定性较高。 2． 方案论证
2．1方案一
基于异或门的测量方法
两路同频信号经过零比较后，得到两路同周期的方波。该两方波经异或后得到的脉冲宽度与信号周期的比值（占空比）即对应为两信号的相位差，这里的异或门相当于鉴相器。对脉宽信号的处理有以下两种方法。<1> 电压测量法；<2>数字计数法。 2．2方案二
基于函数计算的测量方法 我们先从数学理论上计算相位差，假设信号A 为)cos(1αω+=t A S A ，信号B 为
)cos(2αω+=t B S B 。），其中A,B 分别为信号A 和信号B 的幅度, ω为角频率，1α,2α为信号A
和信号B 的初相位,两信号相乘可得
[])cos()2cos(2
)cos()cos(212121ααααωαωαω-+++=
++=t AB
t t AB S S B A 式中21ααα-=为所求相位差。把乘法运算结果中的二次谐波滤除，只剩下直流分量，设结果为M,可得到
)2arccos(
21AB
M
=-=ααα 此式是从理论上分析求出的相位差，而实际上输入的信号A 和信号B 都是带有各种谐波干扰的。这些干扰信号经过乘法运算之后会部分叠加到所求的直流分量上，因此在信号进行乘法运算之前和之后都要对两路信号进行数字滤波。由于滤波器参数可以根据用户对滤波器性能的要求任意设计，参数精度可得到严格保证，也没有因元件老化而影响精度的问题，
因此可以使滤波环节给相位测量精度造成的影响减到最小。
2．3方案三
基于单片机的相位差在线测量
使用单片机组建相位差检测系统, 利用单片机内部时钟及定时/ 计数器, 、快速的测定, 可广泛应用于各种实时系统之中。
方案选定：
对于方案一：相位差测量方法的测量误差主要来自于对模拟信号的处理过程中，如模拟滤波器在滤除干扰的同时由于元件参数的离散性，测量元件受环境的影响以及元件老化带来的影响都会引入测量误差；又如信号经过比较器时由于比较器门限电压的存在而造成测量误差，这些误差都很难准确估量，也很难消除。传统的相位差测量方法无法应用于要求精度高。
对于方案二：这种方法测量相位差的关键在于如何实现信号的乘法。传统的模拟乘法器存在非线性和不尽如人意的带宽限制。采用数字乘法器在把模拟信号转换成数字信号之后，仍然进行时域上的操作，显得有些舍本逐末。
对于方案三：。随着集成电路技术的发展、单片机的普及, 用单片机组成的相位差测量电路具有精度高、速度快、成本低的优点, 日益受到人们的重视。本相位差测量方法充分利用了MCS-51 系列单片机内部精确的时钟源及校正电路, 能进行在线检测、显示,大大提高了相位差的测试精度和速度。
所以综上所述，我们选用方案三。
3.AT89S51单片机概述
单片机微型计算机是微型计算机的一个重要分支，也是颇具生命力的机种。单片机微型计算机简称单片机，特别适用于控制领域，故又称为微控制器。
通常，单片机由单块集成电路芯片构成，内部包含有计算机的基本功能部件：中央处理器、存储器和I/O接口电路等。因此，单片机只需要和适当的软件及外部设备相结合，便可成为一个单片机控制系统。
单片机经过几代的发展，目前单片机正朝着高性能和多品种方向发展，它们的CPU 功能在增强，内部资源在增多，引角的多功能化，以及低电压低功耗。
对交通灯控制系统的设计，首先应对交通灯的核心控制芯片的基本结构和特征以及主要引脚有比较详细的了解。AT89S51 是美国 ATMEL 公司生产的低功耗，高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 4k bytes 的可系统编程的 Flash 只读程序存储器,器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准 8051 指令系统及引脚。它集 Flash 程序存储器，既可在线编程（ISP）也可用传统方法进行编程及通用 8 位微处理器于单片芯片中，ATMEL公司的功能强大，低价位 AT89S51 单片机可为您提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。
下图是MCS-51系列单片机的内部结构示意图。
图2.1 MCS-51系列单片机的内部结构示意图
3.1 AT89S51单片机的主要性能参数·与MCS-51产品指令系统完全兼容
·4k字节在系统编程（ISP）Flash闪速存储器·1000次擦写周期
·4.0－5.5V的工作电压范围
·全静态工作模式：0Hz－33MHz
·三级程序加密锁
·128×8字节内部RAM
·32个可编程I／O口线
·2个16位定时／计数器
·6个中断源
·全双工串行UART通道
·低功耗空闲和掉电模式
·看门狗（WDT）及双数据指针
·掉电标识和快速编程特性
·灵活的在系统编程（ISP字节或页写模式）
3.2 AT89S51单片机的主要引脚
下图是AT89S51 单片机的引脚图。
验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。
·P1口：Pl 是一个带内部上拉电阻的8位双向I／O口，Pl的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“l”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。Flash编程和程序校验期间，Pl接收低8位地址。
表2.1 具有第二功能的P1口引脚
端口引脚第二功能
P1.5 MOSI （用于ISP 编程） P1.6 MOSI （用于ISP 编程） P1.7
MOSI （用于ISP 编程）
·P2 口：P2 是一个带有内部上拉电阻的8 位双向I ／O 口，P2 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个TTL 逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL ）。在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器（例如执行MOVX@DPTR 指令）时，P2口送出高8位地址数据。在访问8 位地址的外部数据存储器（如执行MOVX@Ri 指令）时，P2 口线上的内容（也即特殊功能寄存器（SFR ）区中P2寄存器的内容），在整个访问期间不改变。Flash 编程或校验时，P2亦接收高位地址和其它控制信号。
·P3 口：P3 口是一组带有内部上拉电阻的8 位双向I ／0 口。P3 口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个TTL 逻辑门电路。对P3口写入“l ”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。作输入端时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流（IIL ）。P3口除了作为一般的I ／0口线外，更重要的用途是它的第二功能，如下表所示：
表2.2 具有第二功能的P3口引脚
端口引脚 第二功能
P3.0 RXD （串行输入口） P3.1 TXD （串行输出口） P3.2 /INT0（外中断0） P3.3 / INT1（外中断1）
P3.4 T0（定时／计数器0外部输入） P3.5 T1（定时／计数器1外部输入） P3.6 / WR （外部数据存储器写选通） P3.7
/ RD(外部数据存储器读选通）
P3口还接收一些用于Flash 闪速存储器编程和程序校验的控制信号。
·RST ：复位输入。当振荡器工作时，RST 引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。WDT 溢出将使该引脚输出高电平，设置SFR AUXR 的DISRT0 位（地址8EH ）可打开或关闭该功能。DISRT0位缺省为RESET 输出高电平打开状态。
·ALE ／PROG ————
：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE （地址锁存允许）输出
脉冲用于锁存地址的低8位字节。即使不访问外部存储器，ALE 仍以时钟振荡频率的1／6 输出固定的正脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE 脉冲。对F1ash 存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG ）。如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR ）区中的8EH 单元的D0 位置位，可禁止ALE 操作。该位置位后，只有一条M0VX 和M0VC 指令ALE 才会被激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE 无效。
·PSEN ————
程序储存允许（PSEN ————
）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89S51 由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN ————
有效，即输出两个脉冲。当访问外部数据存储器，没有两次有效的PSEN ————
信号。
·EA ——
／VPP ：外部访问允许。欲使CPU 仅访问外部程序存储器（地址为0000H －FFFFH ），EA 端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA 端状态。如EA 端为高电平（接VCC 端），CPU 则执行内部程序存储器中的指令。F1ash 存储器编程时，该引脚加上+12V 的编程电压Vpp 。
·XTAL1：振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端。 ·XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。
4.基于单片机的相位差在线监测
测量原理
基于单片机系统的相位差测量电路如图1 所示。待测信号V1, V2 经过前置处理和整形后, 经过相位差检测电路, 输出结果直接送入单片机进行处理, 标准正弦信号由ICL8038 产生, 用于对待测信号V1, V2 的相位差进行校正, 提高精度。
4.1 前置处理模块
前置处理模块主要是对信号进行滤波, 滤除干扰并进行适当的放大, 它与整形模块一同构成信号预处理电路, 输出TTL 电平, 为相位差的检测作好准备。 4.2 信号整形
信号经过带通滤波器滤掉高频干扰和低频漂移信号并进行线性放大后, 变为一波形正规、幅值适当的正弦信号, 然后经过滞回比较器及晶体三极管整形成TTL 电平。采用滞回比较器, 能够提高电路的抗干扰能力, 本系统将滞回比较器的阈值电压设为0. 4 V, 能够有效滤除放大后幅值小于0. 4 V 的干扰信号, 并得到与输入信号同频率、占空比为50% 的方波。电路如图2 所示。
4.3 相位差检测电路
由两个J-K 触发器组成的边沿触发型相位差检测电路如图3 所示。F1 的输出Q1 和
-
1
Q分别
接F2的J2和K2,所以F2在CLK2 端受下跳沿触发后, 建立的状态与F1 相同; F2的输出Q2和-
2
Q分别接F1的K1和J1 所以F1在CLK1端受下跳沿触发后,建立的状态与F2相反。根据上述特点, 并考虑到F1和F2是下跳沿触发的J-K触发器,可画出Q1和Q的输出波形以及经过与非门后的输出脉冲波形,如图4 所示。
图4(c) 中实线波形对应-=0φ,虚线波形对应+=0φ。由图4 可见, 输出电压平均值φ
-
V 与
相位差φ成线性关系
4.4 校正电路
标准正弦信号由ICL8038 产生, 经反相后分成两路信号, 即标准相位差为180?, 用于对待测信号V1, V2的相位差进行校正, 提高精度。 4.5 信号的采集、处理及显示
信号从P3.3和P3.5输入，从P3.5输入的信号用于测量方波的频率时作用，而P3.3信号时用于测量正脉冲信号宽度时作用。
设计思路
对于测量频率：采用定时闸门计数方法测量脉冲频率。设定时器/计数器0为定时方式，提供100MS 的基准闸门时间TR 。在10TR 期间，定时器/计数器1对外部脉冲进行计数，所获得的计数值M 即为被测脉冲信号的频率。
设定时器/计数器参数设定
定时器/计数器0用来提供100MS 的基准闸门时间，单片机时钟振荡器频率osc f 为6MHZ ，
定时器/计数器1对外部脉冲进行计数。
定时器/计数器0采用方式1，定时器状态由内部TR0控制启停；定时器/计数器1采用方式1，计数器状态由内部TR1控制启停。因此TMOD=01010001B=51H.
T0的计数初值为
12216
'
osc
f x
m -=
式中，ms x 100=，MHz
f osc 6=则
H CB x m 031553612
1061010026
316
'==???-=-
程序见附录1
对于测量脉冲宽度：由外部引脚1__________
INT 控制计数器定时计数的启动，停止，高电平时启动计数，低电平时停止计数。当1__________
INT 为高电平时，计数器中的计数值N 为12分频的时钟频率osc f 的周期数，则脉冲宽度
n
f T osc
W ?=12 定时器/计数器的控制字
本程序中选用T1,方式1，外部1__________
INT 控制启/停（GATE=1），及定时器方式（0___=T C ）
故TMOD=1001 ???? B.令TMOD=90H
程序见附录1 计算公式
m f =
n
f T osc
W ?=12
osc
f N M 12
4?
??=πφ
附录一
MAIN: SJMP MSFC ；跳转到MSFC
MOV R4, #64H
SSS: MOV TMOD,#01H ；设定T0状态字
MOV TL0,#0CH ；计数器TH,TL0装入初值
MOV TH0, #0FEH
SETB TR0 ；开始计时
SSS1: JBC TF0, SSS2
SJMP SSS1
SSS2: DJNZ R4, SSS
CLR TR0
SJMP STW ；跳转到STW
SJMP MAIN
MSFC: MOV TMOD，#51H ；设T0,T1控制字
MOV R0，#0AH ；100MS定时的10倍扩展
MOV TL1，#00H ；T1计数器清零
MOV TH1，#00H
MOV TL0，#0B0H ；T0计数器装入计数初值
MOV TH0，#3CH
SETB P3.5 ；置T1引脚为输入方式
JB P3.5 ＄；等待为低电平
SETB TR0 ；动T0计数
SETB TR1 ；启动T1计数
WAIT: JBC TF0, SECC ；查询100MS定时时间，定时时间到，转SECC SJMP WAIT ；100MS定时未到，等待
SECC: MOV TL0,#0B0H ；重装计数初值
MOV TH0, #3CH
DJNZ R0,WITH ；查询1S定时到，为转到WAIT
CLR TR1 ；1S定时到，停止T1计数
CLR TR0 ；停止T0计数
MOV 31H, TH1 ；将T1计数值M送入31H,30H
MOV 30H, TL1
MOV R3, 0AH ；给R3赋初值
MOV A, 31H
MOV B, R3
DIV AB ；AB中两无符号相除，结果商在A，余数在B MOV 50H, A ；把A中的数送入50H单元
MOV 51H, B
MOV A, 30H
MOV B, R3
DIV AB ；AB中两无符号相除，结果商在A，余数在B MOV 52H, A
MOV 53H, B
IOLED4:MOV R1, #50H ；给R1赋初值
MOV R2,#0FEH ；给R2赋初值
DISC: MOV A,R2 ；基址赋值
MOV P2,A
MOV A,@R1
MOV DPTR, #TAB ；段码表首址入DPTR MOVC A,@A+DPTR ；查找相应的段选码 MOV P0, A
LCALL DELAY ；调用延时程序
INC R1 MOV A, R2
JNB P2.3, DEND RL A
MOV R2, A AJMP DISC DEND: RET
DELAY: MOV R7, #64H EE: MOV R6, #0AH SS: DJNZ R6, SS DJNZ R7, EE
RET ；子程序返回
STW: MOV TMOD, #90H ；设T1控制字
MOV TL1, #00H ；计数器清零 MOV TH1, #00H
MOV 31H, #00H ；31H,30H 清零 MOV 30H, #00H
SETB P3.3 ；置P3.3输入方式 STLPO: MOV C, P3.3 ；读1__________
INT 引脚入CY
JC STLP0 ；等待外部引脚变成低电平 SETB TR1 ；置1__________INT 启停允许
STLP1: MOV C, P3.3 ；查询1__________INT 状态是否变成高电平
JNC STLP1 ；未变高电平则等待
STLP2: MOV C,P3.3 ；查询1__________INT 状态是否变成低电平
JC STLP2 ；未变低电平则等待
CLR TR1 ；变为低电平测量结束，关闭TR1 MOV 31H, TH1 ；计数值N 放入内存31H,30H 单元 MOV 30H, TL1
MOV R3, 0AH ；给R3赋初值 MOV A, 31H MOV B, R3
DIV AB ；AB 中两无符号相除，结果商在A ，余数在B MOV 50H, A ；把A 中的数送入50H 单元
MOV 51H, B
MOV A, 30H
MOV B, R3
DIV AB ；AB中两无符号相除，结果商在A，余数在B MOV 52H, A
MOV 53H, B
IOLED5:MOV R1, #50H ；给R1赋初值
MOV R2,#0FEH ；给R2赋初值
DISC1: MOV A,R2 ；基址赋值
MOV P2,A
MOV A,@R1
MOV DPTR, #TAB ；段码表首址入DPTR
MOVC A,@A+DPTR ；查找相应的段选码
MOV P0, A
LCALL DELAY1 ；调用延时程序
INC R1
MOV A, R2
JNB P2.3, DEND1
RL A
MOV R2, A
AJMP DISC1
DEND1: RET
DELAY1: MOV R7, #64H
EE1: MOV R6, #0AH
SS1: DJNZ R6, SS1
DJNZ R7, EE1
RET
TAB: 3FH, 06H, 5BH, 4FH, 66H, 6DH, 7DH, 07H
7FH, 6FH, 77H, 7CH, 39H, 5EH, 79H, 71H
参考文献
1胡汉才.单片机原理及其接口技术.清华大学出版社.1996。
2沙占友，王彦朋，孟志永.单片机外围电路设计.电子工业出版社.2003。
3童诗白，华成英.第三版.模拟电子技术基础.北京高等教育出社.2001。
4康华光，陈大钦. 第四版.电子技术基础.北京高等教育出版.2001。
5黄继昌，张海贵，郭继忠.实用单元电路及其应用.人民邮电出版社.2002。
6谢宜仁.单片机实用技术问答. 人民邮电出版社.2003。
7武雅莉，王鹊.利用8031单片机在线检测相位差.现代电子技术.1995。
8廖常初，唐昆明.微机相位差测量方法与提高测量精度的措施. 自动化与表仪器仪.2005。
9张西芹，康书英.采用微机测量同频交变信号间相位差的新方法.电力情报.1996。
10 谭小平，肖运红.用单片机组成相位差计及在物理试验中的应用.江汉学报.1996。10李索文.相位差测量的一种简明方法.淮北煤师院学报.2002。
11李兆钧，王红理.测量小相位差的一种方法.大学物理试验.1999。
12张毅刚，付平，王丽.采用数字相关法测量相位差.计量学报.2000。
14 邓新浦，卢启中，孙仲康.数字式相位差测量方法及精度分析.国防科技大报.2002
一设计题目基于51单片机的超声波测距 二设计者 姓名班级学号组号 三、设计思路及框图、原理图 任务：以单片机为核心，设计并制作一超声波测距系统基本要求： 利用时间差测距，不考虑温度变化 用数码管显示测试结果 工作频率：450kHz 测距范围：0.5~10米 测试精度： 10% 发挥部分尽量增大测控范围，提高测试精度 1.系统的硬件结构设计 1.1. 超声波发生电路 发射电路主要由反相器74LS04和超声波发射换能器T构成，单片机P1.0端口输出的450kHz的方波信号一路经一级反向器后送到超声波换能器的一个电极，另一路经两级反向器后送到超声波换能器的另一个电极，用这种推换形式将方波信号加到超声波换能器的两端，可以提高超声波的发射强度。输出端采两个反向器并联，用以提高驱动能力。上位电阻R1O、R11一方面可以提高反向器74LS04输出高电平的驱动能力，另一方面可以增加超声波换能器的阻尼效果，缩短其自由振荡时间。 1.2超声波检测接收电路 采用集成电路CX20106A为超声波接收芯片。实验证明用CX20106A接收超声波(无信号时输出高电平)，具有很好的灵敏度和较强的抗干扰能力。适当更改电
容C4的大小，可以改变接收电路的灵敏度和抗干扰能力。 1.3 显示电路 显示电路主要由74ls273芯片驱动，用PNPC8550三级管进行位选，七段共阳极数码管显示。 2.系统的软件结构设计 设计思路 主程序中包括温度补偿子程序，计算子程序，显示子程序。采用汇编编程。首先进行系统初始化。其次利用循环产生4个40KHZ的方波，由输出口进行输出，并开始计时。第三等待中断，若超声波被接收探头捕捉到，那么通过中断可测得
基于单片机的过零检测控制系统的设计 如下图所示为按上述思想设计的电压正向过零检测电路。220V的交流电首先经过电阻分压,然后进行光电耦合,假设输入的是A相电压,则在A相电压由负半周向正半周转换时,图中三极管导通并工作在饱和状态,会产生一个下降沿脉冲送入ADμC812的INT0引脚使系统进入中断程序。微机系统进入中断程序后,发出采样命令并从采样保持器读取无功电流值Iqm,这个无功电流即为A相的无功电流,经过1/4个周期电压达到最大值,此时对电压进行采样,得到UM,由UM=1.414U可以得到电压有效值U。 过零检测及单片机调压 首先用PWM(脉宽调制）方法用于可控硅控制是有条件的，即调制频率不能大于市电频率（50Hz），也就是周期
不能小于20mS，否则就不能达到调制作用，调制频率超过市电频率时，可控硅即处于连续导通状态而不能达到调压目的。只有调制频率低于市电频率才能起到调压目的，即限制市电的周波通过可控硅的数量而起到调压的目的。因此用该种方法调制的电压周波数一定是小于50HZ，超过了人眼视觉暂留效应，此就是用于调光产生闪烁的原因。该调压方法用在调功或对脉动电压不敏感的用途上尚可。如果采用可控硅调压用在调光上，须采用移相的调制方法，可使光连续可调。采用移相方法就需过零检测作为移相基点。过零检测其实并不难，如果要求调压比不是很高采用简单的方法即可奏效；用一只三极管即可。用单片机进行移相调压控制可以做得很精。/********************************************************************************/ ＃i nclude
测控技术与仪器专业课程设计报告 班级姓名学号起始时间 课程设计题目： 测控技术与仪器专业课程设计报告 摘 要：本文介绍了一种基于单片机的超声波测距仪的设计。详细给出了超声波测距仪的工作原理、超 声波发射电路和接受电路、测温电路、显示电路等硬件设计，以及相应的软件设计。设计中采用升压电路，提高了超声换能器的输出能力；采用红外接收芯片，减少了电路间相互干扰，提高了灵敏度;同时，考虑了环境温度对超声波测距的影响，采用温度传感器，提高了测量精度。该设计试验运行良好，系统结构简单、操作方便、价格低廉，具有广阔的推广前景。 关键字：超声波测距仪；超声波换能器；单片机；温度传感器 1 对题目的认识和理解 目前，常用的测距方法主要有毫米波测距、激光测距和超声波测距三种。超声波测距较前两种测距方法而言，具有指向性强、能耗缓慢、受环境因素影响较小等特点，广泛应用于如井深、液位、管道长度、倒车等短距离测量。 超声波测距适用于高精度中长距离测量。因为超声波在标准空气中传播速度为331.45m/s ，由单片机负责计时，单片机使用12.0M 晶振，所以此系统测量精度理论上可以达到毫米级。 目前比较普遍的测距的原理是：通过发射具有特征频率的超声波对被摄目标的探测，通过发射出特征频率的超声波和反射回接受到特征频率的超声波所用的时间，换算出距离，如超声波液位物位传感器，超声波探头，适合需要非接触测量场合，超声波测厚，超声波汽车测距告警装置等。 本设计选用频率为40kHZ 左右的超声波，它在空气中传播的效率最佳。由于超声波测距主要受温度影响较大，所以本设计增加了温度补偿电路。本设计具有电路简单、操作简便工作稳定可靠、测距精确和能耗小、成本低等特点，可实现无接触式测量，应用广泛。 1.1 超声波测距原理 超声波测距是通过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反射回来，超声波接收器收到回波就立即停止计时。根据计时器测出发射和接收回波的时间差t ，可以计算出发射点距障碍物的距离s ：2 = t c s ，其中t c 为超声波在空气中的传 播速度，它随温度的变化而变化，其变化关系如下：331.50.6=+t c T 式中T 为环境摄氏温度，可由温 度传感器获取。
_____________________ 个人资料整翌_仅限学习使用_ 基于单片机的相位差测试仪的研究 摘要 提出了一种基于8051单片机开发的低频数字相位差测量仪的设计。系统以单片机8051 及计数器，显示管为核心，构成完备的测量系统。可以对1Hz?1000Hz频率范围的信号进行 频率、相位等参数的精确测量，测相绝对误差不大于1°采用数码管显示被测信号的频率、相位差。硬 件结构简单，程序简单可读写性强，软件采用汇编语言实现，效率高。与传统的电路系统相比，其有处理速度快、稳定性高、性价比高的优点。 关键词：相位差；单片机；计数器；数码显示管 Designsof Low frequency Digital PhaseMeasurement Based on Single Chip Abstract A new ki nd of low - freque ncy digital phase measureme nt in strume nt is reside nted which is based on 8051.This is a complete system whose core is based on sin gle chip 8051 and arithmometer
and charactr on .It may measure the freque ncy and phase of the sig nal which beg in from 1 Hz to _____________________ 个人资料整翌_仅限学习使用_ 1000Hz, absolute error is not more than 1 The data are displayed on numeral displayer. Hardware structure is simple and software is realized by compiling Ianguage. Compared with traditional circuit, it has many adva ntages of faster process ing speed, good stability and high ratio betwee n property and price. Keyword: phase difference single-chip compute; . Arithmometer；charactron tube 目录
常熟理工学院 电气与自动化工程学院 《传感器原理与检测技术》课程设计 题目：基于AT89C51单片机的 压力检测系统的设计 姓名：李莹 学号： 160509240 班级：测控 092 指导教师：戴梅 起止日期： 2012年7月2日－9日
电气与自动化工程学院 课程设计评分表 课程名称：传感器原理与检测技术 设计题目：压力检测系统的设计 班级：测控092学号：160509240 姓名：李莹 指导老师：戴梅 年月日
课程设计答辩记录 自动化系测控专业 092 班级答辩人：李莹课程设计题目压力检测系统的设计
目录第一章概述 1.相关背景和应用简介 2.总体设计方案 2.1总体设计框图 2.2各模块的功能介绍 第二章硬件电路的设计 1.传感器的选型 2.单片机最小系统设计 3.模数转换电路设计 4.传感器接口电路设计 5.显示电路设计 6.电源电路设计 7.原理图 第三章软件部分的设计 1.总体流程图 2.子程序流程图及相关程序 第四章仿真及结果 第五章小结 参考文献
第一章概述 1.传感器的相关背景及应用简介 近年来，随着微型计算机的发展，传感器在人们的工作和日常生活中应用越来越普遍。压力是工业生产过程中的重要参数之一。压力的检测或控制是保证生产和设备安全运行必不可少的条件。实现智能化压力检测系统对工业过程的控制具有非常重要的意义。压力传感器是工业实践、仪器仪表控制中最为常用的一种传感器，并广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业。压力测量对实时监测和安全生产具有重要的意义。在工业生产中，为了高效、安全生产，必须有效控制生产过程中的诸如压力、流量、温度等主要参数。由于压力控制在生产过程中起着决定性的安全作用，因此有必要准确测量压力。通过压力传感器将需要测量的位置的压力信号转化为电信号，再经过运算放大器进行信号放大，送至8位A／D转换器，然后将模拟信号转换成单片机可以识别的数字信号，再经单片机转换成LED显示器可以识别的信息，最后显示输出。 此次设计是基于单片机的压力检测系统，选择的单片机是基于AT89C51单片机的测量与显示，将压力经过压力传感器转变为电信号，经过放大器放大，然后进入A/D 转换器将模拟量转换为数字量显示，我们所采样的A/D转换器为ADC0808。 2.总体设计方案 本次设计是基于AT89C51单片机的测量与显示。电路采用ADC0809模数转换电路，ADC0809是CMOS工艺，采用逐次逼近法的8位A/D转换芯片，片内有带锁存功能的8路模拟电子开关，先用ADC0809的转换器对各路电压值进行采样，然后将模拟信号转换成单片机可以识别的数字信号，再经单片机转换成LED显示器可以识别的信息，最后显示输出。本次设计是以单片机组成的压力测量，系统中必须有前向通道作为电信号的输入通道，用来采集输入信息。压力的测量，需要传感器，利用传感器将压力转换成电信号后，再经放大并经A/D转换为数字量后才能由计算机进行有效处理。然后用LED进行显示。本设计的最终结果是，将软件下载到硬件上调试出来了需要显示的数据，当输入的模拟信号发生变化的时候，通过A/D转换后，LED将显示不同的数值。
目录 一、题目要求 ........................................................ 错误!未定义书签。 二、方案设计与论证 ............................................ 错误!未定义书签。 移相电路 ......................... 错误!未定义书签。 检测电路 ......................... 错误!未定义书签。 显示电路 ......................... 错误!未定义书签。 三、结构框图等设计步骤................. 错误!未定义书签。 设计流程图........................ 错误!未定义书签。 电路图 ........................... 错误!未定义书签。 移相电路图................... 错误!未定义书签。 检测电路图................... 错误!未定义书签。 显示电路图................... 错误!未定义书签。 四、仿真结果及相关分析................. 错误!未定义书签。 移相效果 ......................... 错误!未定义书签。 相位差波形........................ 错误!未定义书签。 相位差度数........................ 错误!未定义书签。 五、误差分析........................... 错误!未定义书签。 误差分析 ......................... 错误!未定义书签。 六、总结与体会......................... 错误!未定义书签。 七、参考文献........................... 错误!未定义书签。 八、附录............................... 错误!未定义书签。 元器件清单........................ 错误!未定义书签。
XXXXXX项目式教学 设计报告 课程名称：电路综合设计 项目名称：单片机数字相位差计的设计专业班级： 学生姓名： 指导教师： 开课时间： 报告成绩：
数字相位差计的设计与实现 摘要 随着数字电子技术的发展，由数字逻辑电路组成的控制系统逐渐成为现代检测技术中的主流，数字测量系统也在工业中越来越受到人们的重视。 在实际工作中，常常需要测量两列频率相同的信号之间的相位差，来解决实践中出现的种种问题。例如，电力系统中电网合闸时，要求两电网的电信号之间的相位相同，这时需要精确测量两列工频信号之间的相位差。如果两列信号之间的相位差达不到相同，会出现很大的电网冲激电流，对供电系统产生巨大的破坏力，所以必须精确地测量出两列信号之间的相位差。本设计由STC89C51构成的最小系统，通过外围扩展，精确测量工频电压的相位差，采用LCD1602显示相位差，功耗小，精确度高，稳定性能好，读数方便且不需要经常调试。 关键词：单片机、低频、相位差、LCD
一、绪论 1.1课题的意义 众所周知，相位是交变信号的三要素之一，而相位差则是研究两个相同频率交流信号之间关系的重要参数。相位差的测量是电气测量的一项基本内容，其含义为测量两个同频率周期信号的相位差值。 例如某一电路系统输入信号与输出信号之间的相位差，三相交流电两个相电压或两个线电压之间的相位差，相电压与相电流之间的相位差等。 又如，在自动控制理论中，系统的相频特性为在不同频率正弦信号作用下，系统的输出信号与输入信号之间的相位和频率的函数关系。 此外，同频率正弦信号的相位差测量在工业自动化、智能控制及通讯电子等许多领域都有着广泛的应用。如电工领域中的电机功角测试，等等。 因此相位差的测量是研究网络相频特性中不可缺少的重要方面。 1.2课题要求 本设计研究了一种可测20Hz-20kHz 内波形（正弦波、三角波、矩形波）数字相位差测量仪的设计方法。主要内容是以STC89C51为控制核心，实现对音频范围内的正弦交流信号的相位的测量，可测的信号相位差在0～360? 度范围内，测量精度可达0.1? 。两路信号（同频、不同相）通过过零比较器电路整形成矩形波信号，再通过鉴相器，D 触发器二分频得到相位差信号。这样就构成了相位测量系统的测量电路。再将该相位差信号送入单片机的外部中断端口，通过单片机对数据的处理，最后方可得到所要测量的相位差，并在液晶上显示出测量结果。 二、相位测量方案论证与选择 2.1设计方案论证 方案1：相位——电压转换法 相位--电压转换式数字相位计的原理框图如图2-1
基于单片机的电量检测系统设计方案 1绪论 自第一个微处理器问世以来，以微处理器为核心构成的计算机以各种各样的形式，无孔不入的渗入到人们的生产、生活、科研等各个领域，为人类带来了渗透到各个领域的“智能”。微处理器是整个智能仪器仪表的核心，检测电路时微处理器的外围设备，微机通过接口发出各种控制信息给检测电路，以规定功能、启动测量、改变工作方式等。微机通过查询或检测电路向微机提出的中断请求，使微机及时了解检测电路的工作状态。当检测电路完成一次测量后，微机读取测量数据，进行了解检测电路的工作状态。当检测电路完成一次测量后，微机读取测量数据，进行必要的加工、计算、变换等处理，最后以各种方式输出，如送显示器、打印机打印，或送给系统的主控制器等等。 近二十年来，以计算机科学，信息学，生命科学为代表的各门新兴学科的迅猛发展，极大限度的刺激了全球经济的发展，在现代化的工业生产中，电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控参数。例如：在冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业、机械制造和食品加工等诸多领域中，电能是人们日常生活和工业生产中的重要能源之一，在现代社会中起着越来越重要的作用，而电压、电流是其中最关键的两个因素，是否准确的测量电压、电流对我们的生活和生产有着至关重要的影响，特别是电工和电力系统等领域经常要对交流电量进行采样测试以了解工作电压或整个电网的工作情况。
2 WB系列交流电量传感器 2.1 概述 WB系列交流电量传感器采用电磁隔离技术和专用厚膜集成电路。对电网或电路中的交流电流或交流电压进行实时测量，将其变换成跟踪电压暑促（Vg）、直流电压输出（Vz）、直流电压输出（Iz）、频率输出（Fk）。传感器的输出可以与各型AD转换器配接构成数据采集系统，也可以与传统模式、数字式指示仪表配接，显示被测量之值。体积小、重量轻、精度高、耗能低，输入电路、输出电路完全隔离，输出信号可以共地，输出形式多样，满足各种使用要求，在0～120%标称输入围，输出信号入输出信号之间保持正比例关系，通聘宽带，可以测量5kHz以的正弦交流电流或交流电压。结构形式多样，提供直插式、DIN卡装式安装方式，方便各种场合使用等特点。 2.2 WB交流电量传感器的工作原理 本系列传感器采用模块化电路结构，如图2-1主要由电流测头1（或电压侧头2）、采样电路3、定标放大器4、装用厚膜集成转化器5、6、7组成。 E Vg Vz Iz Fk +E 图2-1 电路结构 被测电流信号Ix﹝或被测电压信号Ux﹞经电流测头1﹝或电压测头2﹞隔离变换，在二次回路形成高精度毫安级跟踪电流，经采样电路3转换为跟踪电压信号，在经定标放大器4进行放大、定标，形成跟踪电压输出Vg；跟踪电压信号经AC/DC转换器5后，形成直流电压输出Vz。Vz输出经V/I转换器6后形成直流输出Iz,Vz输出经V/F变换器7后形成频率输出Fk。只有输出跟踪电压Vg的产品才使用正负电源
高等教育自学考试本科毕业论文基于单片机的气体检测系统设计考生姓名：准考证号： 专业层次：院（系）： 指导教师：职称： 重庆科技学院 二O一三年九月十五日
摘要 本论文研究设计了一种用于公共场所及室内具有检测及超限报警功能的室内空气质量检测系统。其设计方案基于89C51单片机，选择瑞士蒙巴波公司的CH20/S-10甲醛传感器和MQ-5气体传感器。系统将传感器输出的4~20mA的标准信号通过以AD0832为核心的A/D转换电路调理后，经由单片机进行数据处理，最后由LCD显示甲醛浓度值。文中详细介绍了数据采集子系统、数据处理过程以及数据显示子系统和报警电路的设计方法和过程。系统对于采样地点超出规定的甲醛容许浓度和天然气规定浓度时采用三极管驱动的单音频报警电路提醒监测人员。同时，操作人员对于具体报警点的上限值可以通过单片机编程进行设置。 另外，该系统对浓度信号进行了信号补偿等处理，减少了测量误差，因此，具有较高的测量精度，而且结构简单，性能优良。本系统的量程为0-10ppm，精度为0.039ppm 。 关键词: 甲醛检测，天然气检测，AT89C52单片机
ABSTRACT This thesis design of a paper for public places and indoor testing and over-limit alarm functions with indoor air quality testing system. Its design is based on 89C51 single chip, with the choice of MQ-5 gas sensors and CH20/S-10 formaldehyde sensor from Switzerland mengbabo company. Sensor system will output 4 ~ 20mA standard signal through the core ADC0832 for A / D conversion circuit after conditioning, by the single-chip microcomputer for data processing, at last display the formaldehyde concentration on the LCD . The article detailed the data acquisition subsystem, data processing and data display and alarm system circuit design method and process. When the sampling sites when the formaldehyde and Natural gas concentration exceeded，To the single-transistor drive circuit audio alarm will sound the alarm，Testing staff to remind. At the same time，The concentration of formaldehyde, Can be set through the single-chip programming. In addition, the system signals a concentration compensation signal processing, a reduction of measurement error, therefore, have a high measurement accuracy, and simple structure, excellent performance. The range of the system for 0-10ppm, accuracy 0.039ppm. Keywords: Formaldehyde detection,Natural gas detection, AT89C52 single-chip
基于单片机的超声波测距仪设计
基于单片机的超声波测距仪设计 1总体设计方案介绍 1.1超声波测距原理 发射器发出的超声波以速度υ在空气中传播，在到达被测物体时被反射返回，由接收器接收，其往返时间为t，由s=vt/2即可算出被测物体的距离。由于超声波也是一种声波，其声速v 与温度有关，下表列出了几种不同温度下的声速。在使用时，如果温度变化不大，则可认为声速是基本不变的。如果测距精度要求很高，则应通过温度补偿的方法加以校正。 表1-1 超声波波速与温度的关系表 表1-1 1.2超声波测距仪原理框图如下图 单片机发出40kHZ的信号，经放大后通过超声波发射器输出；超声波接收器将接收到的超声波信号经放大器放大，用锁相环电路进行检波处理后，启动单片机中断程序，测得时间为t，再由软件进行判别、计算，得出距离数并送LED
显示。 图1-1 超声波测距仪原理框图 2 系统的硬件结构设计 硬件电路的设计主要包括单片机系统及显示电路、超声波发射电路和超声波检测接收电路三部分。单片机采用AT89C51或其兼容系列。采用12MHz高精度的晶振，以获得较稳定时钟频率，减小测量误差。单片机用P1.0端口输出超声波换能器所需的40kHz的方波信号，利用外中断0口监测超声波接收电路输出的返回信号。显示电路采用简单实用的4位共阳LED数码管，段码用74LS244驱动，位码用PNP三极管8550驱动。 2.1 51系列单片机的功能特点及测距原理 2.1.1 51系列单片机的功能特点 5l系列单片机中典型芯片(AT89C51)采用40引脚双列直插封装(DIP)形式，内部由CPU，4kB的ROM，256 B的RAM，2个16b的定时／计数器TO和T1，4个8 b的工／O端I：IP0，
单片机测量频率，占空比，相位差 1、 频率及占空比的测量 如上图所示，当脉冲的上升沿来临时，将定时器打开；紧接着的下降沿来临时，读取定时器的值，假设定时时间为t1；下一个上升沿来临时关闭定时器，读取定时器的值，假设定时时间为t2。t1即为1个周期内高电平的时间，t2即为脉冲的周期。t1/t2即为占空比，1/t2即为频率。 C 语言程序如下： TH0=0; //定时器高位，初值设为0 TL0=0; //定时器低位，初值设为0 T0_num=0; //定时器溢出次数，初值设为0 while(pulse); //pulse 为脉冲的输入引脚 while(!pulse); //等待上升沿来临 TR0=1; //打开定时器 while(pusl1); //等待下降沿来临 th1=TH0;tl1=TL0;num1=T0_num; //保存定时器值 while(!pusl1); //等待上升沿来临 TR0=0; //关闭定时器 th2=TH0;tl2=TL0;num2=T0_num; //保存定时器值 2、 相位差的测量 上升沿打开定时器 下降沿读取定时器值并保存 下一个上升沿关 闭定时器，读取 定时器值并保存
测量相位差的电路如上所示，待测量的两路脉冲分别作为两个D触发器的时钟输入，两个D触发器的输入端D及S端都接高电平，第一个D触发器的输出接第二个D触发器的R端，第二个D触发器的互补输出端接第一个D触发器的R端。从下面的波形图可以看出，第一个D触发器输出的脉冲信号的占空比乘以2π即为相位差。这样就将测量两路方波信号的相位差转化为测量一路方波 信号的占空比，就可以按照前面介绍的测量占空比的方法来测量了。
一设计要求 （1）设计一个以单片机为核心的超声波测距仪，可以应用于汽车倒车、工业现场的位置监控； （2）测量范围在0.50～4.00m，测量精度1cm； （3）测量时与被测物无直接接触，能够清晰稳定地显示测量结果。 二超声波测距系统电路总体设计方案 本系统硬件部分由AT89S52控制器、超声波发射电路及接收电路、温度测量电路、声音报警电路和LCD显示电路组成。汽车行进时LCD显示环境温度，当倒车时，发射和接收电路工作，经过AT89S52数据处理将距离也显示到LCD 上，如果距离小于设定值时，报警电路会鸣叫，提醒司机注意车距。超声波测距器的系统框图如下图所示： 图5 系统设计总框图 由单片机AT89S52编程产生10us以上的高电平，由指定引脚输出，就可以在指定接收口等待高电平输出。一旦有高电平输出，即在模块中经过放大电路，驱动超声波发射探头发射超声波。发射出去的超声波经障碍物反射回来后，由超声波接收头接收到信号，通过接收电路的处理，指定接收口即变为低电平，读取单片机中定时器的值。单片机利用声波的传播速度和发射脉冲到接收反射脉冲的
时间间隔计算出障碍物的距离，并由单片机控制显示出来。 由时序图可以看出，超声波测距模块的发射端在T0时刻发射方波，同时启动定时器开始计时，当收到回波后，产生一负跳变到单片机中断口，单片机响应中断程序，定时器停止计数。计算时间差，即可得到超声波在媒介中传播的时间t，由此便可计算出距离。 图6 时序图 三超声波发射和接收电路的设计 分立元件构成的发射和接收电路容易受到外界的干扰，体积和功耗也比较大。而集成电路构成的发射和接收电路具有调试简单，可靠性好，抗干扰能力强，体积小，功耗低的优点，所以优先采用集成电路来设计收发电路。 3．1 超声波发射电路 超声波发射电路包括超声波产生电路和超声波发射控制电路两部分，可采用软件发生法和硬件方法产生超声波。在超声波的发射电路的设计中，我们采用电路结构简单的集成电路构成发射电路：
目录 1.设计任务书。 2.设计方案概述。 3.V/f变换测量相位差角的工作原理。 4.电路的组成及参数选择。 4.1整形电路及信号C的形成。 4.2滤波电路的参任务计划书。 4.3V/f变换电路的设计。 4.4 89C52内部资源的利用。 5.应用实例。 6.结论。 7.总结。 一、设计任务书 （一）任务 设计仿真一数字相位计 （二）主要技术指标与要求： （1）输入信号频率为0HZ～250HZ可调 （2）输入信号的幅度为0.5V （3）采用数码管显示结果，相位精确到0.1° （4）采用外部5V直流电源供电 （三）对课程设计的成果的要求（包括图表） 设计电路，安装调试或仿真，分析实验结果，并写出设计说明书。要求图纸布局合理，符合工程要求，所有的器件的选择要有计算依据。 二、设计方案概述 根椐设计任务书的要求，我们参考了一些相关资料书，经过小组的讨论分析，提出了一种用v/f变换测量交流电的相位差的新方法：首先产生出其幅度正比与相位差大小的直流电，再有v/f变换器转换成反映相位差大小的频率信号，在单片机的配合下，最终得到相位差。这种方法具有分辨率高，适应与大范围的各种输入频率等优点。 正弦交流电电信号相位差的测量可以用多种方法实现。比较直接的数字式测量方法是在已知信号周期的前提下用定时的方法测得相位差角对应的时间，然后根据已知的周期将其换算成相位差角度。但
是，这种方法的测量精度依赖于定时器的精度和分辨率。在信号频率较高或频率虽不高但相位差较小时，都可以出现较大的误差。另外，由于直接测量得到的是时间，相位差角要由这一中间结果与信号的周期运算后才能得到，所以周期的测量不可缺少，其测量的精度也将影响相位差的精度。 在此用一种新的思路进行相位差的测量，用v/f变换器把相位差转换成一个其频率与之成正比的脉冲列，通过计算在一定时间内的脉冲个数测量相位差角。这种测量方法与信号的周期无关，可以得到较高的精度。题达到了0.1的测量精度，与此同时工业运行控制中现场操作，修改和设置等问题也得到了很好的解决，以上这些都在工业运行中得到了厂方的认可。存在的问题主要是本仪器通用性很不强，很难在更大的范围应用和推广，只能运用与某些特定的企业。今后的工作主要硬件和软件的改进上，列入增加一些通用行很强的功能模块。 3.V/f变换测量相位差角的工作原理 首先将输入的两个同频率但存在着相位差的信号进行整形，使之变成方波。如图1示A和B 再对A,B进行异或处理, 异或输出信号C 的脉冲宽度则反映相位差角.C 的脉宽T1对应的电角度是相位差角,C 的周期T2 是信号周期T 的1/2.如果信号角频率为w 则T1= /w. C为幅值为U 的方波其平均值Ud=UT1/T2=U 由此可见,C 的平均值( 亦即直流分量)仅与相位差角和脉冲幅 度有关与信号周期无关
基于单片机的一氧化碳检测系统设计
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石家庄铁道大学四方学院毕业设计 基于单片机的一氧化碳检测系统设计The Desｉｇn of CａrboｎＭonoxiｄe TｅｓtinｇSystｅｍBased on Siｎgle Ch ｉｐ 2014届电气工程系 专业电气工程及其自动化 学号 学生姓名李婉菁 指导老师冯国胜 完成日期 2014年5月２0日
毕业设计成绩单 学生姓名李婉菁学号班级方101０ -7 专业电气工程及其自动化 毕业设计题目基于单片机的一氧化碳检测系统设计 指导教师姓名冯国胜 指导教师职称教授 评定成绩 指导教师得分 评阅人得分 答辩小组 组长 得分 成绩: 院长（主任) 签字： 年月日
毕业设计任务书 题目基于单片机的一氧化碳检测系统设计 学生姓名李婉菁学号班级１010 －7 专业电气工程及其自动化 承担指导任务单位电气工程系导师 姓名 冯国胜 导师 职称 教授 一、主要内容 本设计以单片机为核心，利用一氧化碳检测传感器检测环境中的一氧化碳浓度，并利用显示器显示当前的浓度值,同时可设定报警值,超过设定值时进行声光报警。 二、基本要求 １．选择合适的单片机； 2．选择合适的传感器，并设计信号处理电路,使单片机能够采集浓度信息; 3. 选择合适的时间芯片； 4.设计键盘电路，可设定报警值; 5. 选择合适的显示器,设计显示电路,显示当前的时间和浓度值; 6. 选择合适的存储芯片,设计存储电路，存储超限的浓度值和对应的时间; ７. 设计蜂鸣器电路,浓度超限时报警； 8．设计电源电路，为单片机供电; 9. 编写软件程序，实现系统功能。 三、主要技术指标 1．利用pｒotel绘制电路图并形成ＰＣB图，制作出实物； 2.利用C语言语言完成软件设计； ３．单片机建议选用STＣ12Ｃ5２0ＸAD系列； 4. 显示器建议选用LCD16０2； 5.存储芯片建议选用ＡT2４C02。 四、应收集的资料及参考文献 １．单片微型计算机原理与接口技术科学出版社 2. 单片机原理及应用高等教育出版社 3．传感器与检测技术高等教育出版社 五、进度计划 第1－2周：资料收集，设定方案; 第3周：撰写开题报告; 第４-7周：确定设计方案，完成电路设计，编写程序； 第8周:中期检查; 第9－12周：系统调试,撰写论文； 第13-14周: 论文审核,定稿; 第１5-16周：答辩。
某工程大学本科 毕业设计（论文） 专业：电子信息工程 题目：基于单片机的流量检测 系统的设计
某工程大学 本科毕业设计（论文）任务书 2012 届电气工程学院 电子信息工程专业 Ⅰ毕业设计（论文）题目 中文： 基于单片机的流量检测系统的设计 英文： The Design of Flow Detection System Based On MCU Ⅱ原始资料 [1] 谢维成、杨加国.单片机原理与应用及C51程序设计[M].北京：清华大学出版社，2006. [2] 梁国伟、蔡武昌.流量测量技术及仪表[M].北京：机械工业出版社，2002. [3] 徐晓光、潘伟;、徐康.基于单片机的涡轮流量检测仪设计[J].工业控制计算机，2008,08. [4] 魏颖.基于单片机的流量检测表设计[J].太原科技，2007,10. [5] 苏贝、周常柱、胡松.单片机在流量测量中的应用[J].微计算机信息杂志，2005,5. [6] 王玉巧、蔡晓艳.基于单片机的流量控制[J].科技信息，2010,9X.
Ⅲ毕业设计（论文）任务内容 1、课题研究的意义 流量的测量在工业领域具有广泛的应用，随着传感器技术，微电子技术、单片机技术的发展，为流量的精确测量提供了新的手段，对流量检测技术的研究具有现实意义。对本课题的研究与设计，训练综合运用已学课程的基本知识，独立进行单片机应用技术和开发工作，掌握单片机程序设计、调试和应用电路设计、分析及调试检测的能力。 2、本课题研究的主要内容： 由流量传感器采集流量信息，然后经过AD转换器将连续的模拟信号离散化后传给单片机。单片机在系统软件的控制作用下，对输入的数据进行分析，向外部输出控制信号，实现LED显示。LED数码管显示动态的流量，同时，若流量超过上下限范围，报警电路产生声光报警信号，提醒流量不在正常范围内，需采取相应控制。系统软件主要包括主程序，显示程序等供主程序调用的子程序。 3、提交的成果： （1）毕业设计（论文）正文； （2）硬件电路图； （3）程序源代码； （4）一篇引用的外文文献及其译文； （5）主要参考文献的题录及摘要。 指导教师（签字） 教研室主任（签字） 批准日期2012年01月 0日 接受任务书日期2012年01月 10日 完成日期2012年06月
基于单片机的超声波测距系统的研究与设计 发表时间：2010-05-26T14:50:36.437Z 来源：《赤子》2010年第2期供稿作者：贾岩孙彩英 [导读] 随着汽车的日益普及，停车场越来越拥堵，车辆常常需要在停车场穿行，掉头或倒车 贾岩孙彩英（哈尔滨学院，黑龙江哈尔滨 150000） 摘要：简析超声波测踞原理，探讨基于单片机的超声波测距系统的研究与设计。 关键词：单片机；超声波；测距 随着汽车的日益普及，停车场越来越拥堵，车辆常常需要在停车场穿行，掉头或倒车。由于这些低速行驶的车辆与其他车辆非常的接近，司机的视野也颇受限制，碰撞与拖挂的事故经常发生，在夜间时则更加显著。为了确保汽车的安全，现介绍一种超声波测距离的报警装置，可有效的避免此类事故的发生。 1 超声波测距原理 超声波传感器分机械方式和电气方式两类，它实际上是一种换能器，在发射端它把电能或机械能转换成声能，接收端则反之。本次设计超声波传感器采用电气方式中的压电式超声波换能器，它是利用压电晶体的谐振来工作的。它有两个压电晶片和一个共振板。当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，产生超声波。反之，如果两电极间未外加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，就成为超声波接收器。在超声波电路中，发射端输出一系列脉冲方波，脉冲宽度越大，输出的个数越多，能量越大，所能测的距离也越远。超声波发射换能器与接收换能器其结构上稍有不同，使用时应分清器件上的标志。 超声波测距的方法有多种：如往返时间检测法、相位检测法、声波幅值检测法。本设计采用往返时间检测法测距。其原理是超声波传感器发射一定频率的超声波，借助空气媒质传播，到达测量目标或障碍物后反射回来，经反射后由超声波接收器接收脉冲，其所经历的时间即往返时间，往返时间与超声波传播的路程的远近有关。测试传输时间可以得出距离。 假定s为被测物体到测距仪之间的距离，测得的时间为t/s，超声波传播速度为v/m·s-1表示，则有关系式（1） s=vt/2（1） 在精度要求较高的情况下，需要考虑温度对超声波传播速度的影响，按式（2）对超声波传播速度加以修正，以减小误差。 v=331.4+0.607T（2） 式中，T为实际温度单位为℃，v为超声波在介质中的传播速度单位为m/s。 2 系统结构 本系统由超声波发射、回波信号接收、温度测量、显示和报警、电源等硬件电路部分以及相应的软件部分构成。 3 超声波发射电路 在本系统中采用的超声传感器是一种开发型的，固有频率为40Khz。超声波发射电路如。 该电路采用由双非门组成的三点RC振荡电路，频率为40Khz，与非门A是超声波发射控制门，振荡器的振荡信号经4049放大后可直接推动超声波发射探头。二极管D1，D2起限制电压的作用，电容C1用于隔离直流。 4 超声波接收电路 超声波接收电路由以MC3403为核心的三级滤波放大电路和二极管的倍压稳流电路等组成。处理好的回波信号被送到ARM的A/D转换模块进行A/D采样，从而触发得到返回的时间。德州仪器公司的MC3403的具体引脚配置。 5 声光报警电路 声光报警电路AP8821来完成。AP8821是API型21秒一次性编程语音芯片。它具有高质量的录音功能，采用ADPCM制，声音信息存储在512K的EPROM中，6K取样频率能存储21秒的声音数据。AP8821避免采用复杂的电路，但是能录制出不同的声音。它的声音可以根据需要分14段录制，分段组合可达到长时间录音，效果并不是简单的音符曲调。而是极其逼真的话语或模拟声音。AP8821有两个PWM引脚，VOUT1与VOUT2直接驱动喇叭或蜂鸣器，电流输出引脚VOUT。通过一个NPN晶体管来驱动喇叭或蜂鸣器，不需要复杂的滤波和放大电路。具有自动平滑功能，在放音结束时消除噪音。 6 LCD显示部分 本设计显示部分采用字符型TC1602液晶显示所测距离值。TC1602显示的容量为2行16个字。液晶显示屏有微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧、使用方便等诸多优点，与数码管相比，显得更专业、美观。 7 超声波汽车倒车防撞系统的软件设计 超声波传感器安装在汽车的尾部，其接收和发射传感器距离较近，之间容易有较强的干扰信号。为防止误测现象，在软件上采用延迟接收技术，一次提高系统的抗干扰能力。 系统软件设计采用模块化设计，主要包括主程序设计、T1中断服务子程序、INT0外部中断服务子程序、测温子程序、距离计算子程序、显示子程序、延时子程序和报警子程序设计等。 系统软件编制时应考虑相关硬件的连线，同时还要进行存储空间、寄存器以及定时器和外部中断引脚的分配和使用。定时器T1，T0均工作在工作方式1，为16位计数，T1定时器被用来开启一次测距过程以它的溢出为标志开始一个发射测量循环，T0定时器是用来计算脉冲往返时间，它们的初值均设为0。 系统初始化后就启动定时器T1从0开始计数，此时主程序进入等待，当到达65 ms时T1溢出进入T1中断服务子程序；在T1中断服务子程序中将启动一次新的超声波发射，同时开启定时器T0计时，为了避免直射波的绕射，需要延迟1 ms后再开INT0中断允许；INT0中断允许打开后，将提出中断请求进入INT0中断服务子程序，在INT0中断服务子程序中将停止定时器T0计时，读取定时器T0时间值到相应的存储区，同时设置接收成功标志；主程序一旦检测到接收成功标志，将调用测温子程序，采集超声波测距时的环境温度，并换算出准确的声速，存储到RAM存储单元中；单片机再调用距离计算子程序进行计算，计算出传感器到目标物体之间的距离；此后主程序调用显示子程序进行显示；若超过设定的最小报警距离还将启动扬声器报警；当一次发射、接收、显示的过程完成后，系统将延迟100ms重新让T1置初值，再次启动T1以溢出，进入下一次测距。如果由于障碍物过远，超出量程，以致在T0溢出时尚未接收到回波，则显示“ERROR”重新回到