基于8051单片机的超声波发生器设计方案

1、基于8051单片机的超声波发生器设计方案本设计的超声波发生器是利用生成初始信号，然后经过一系列处理的作用后生成用来杀灭水蚤的超声波，成本低、效果好，可以在农业上加以采纳。在此对3个模块举行设计：(1)信号发生模块。12 mhz的80硬件衔接及其程序设计。(2)信号处理模块。驱动电路设计(cd4069非门集成芯片);倍频电路设计(s9014或ecgl08、104一般、11 257.9 nh自制、1 k);整波电路设计(cd4069非门集成芯片);和频电路设计(cd4081与门集成芯片);选频电路设计(s9014或ecgl08三极管、104一般电容、112.58 nh自制电感、1 k电阻)。(3)

2、信号检测模块、数字的衔接。在上述讨论基础上，设计一台超声波发生器样机，其技术指标如下：输入：220 vac(50 hz);开关频率：1.51.8 mhz;最大的输出功率：500 w;功率范围：50500 w。1 信号发生模块的设计选取一个8051单片机芯片，将晶振电路、复位电路、电源电路衔接到单片机相应的引脚上组成单片机的最小系统。利用单片机的中断资源和i/o口资源举行相应衔接并举行程序编辑：用p3.2口控制初始信号的放射与否，用p0.o口、p0.1口放射初始信号，1所示。2 信号处理模块的设计2.1 驱动电路的设计假如将两列波(0.03 mhz)挺直从单片机的输出口po.o和p0.1输出接入

3、后面的5倍频电路，可能会因为小而不能驱动倍频电路。从这点来考虑就需要在单片机与倍频电路之间接入一个驱动电路，2所示。在单片机的一个输出口接一个非门，而后接入由4个非门并联的电路，因为非门是有源器件，这样就使得输入倍频电路的信号能量大大提高，起到驱动电路的功能(若用方波发生器来代替单片机就可省略驱动电路)。2.2 倍频电路的设计按照电容电感元件的基本特性，以及电路的相关学问可以由已知条件得出：3所示，当在lc并联电路中发生并联谐振时，由电路的特性可知：并联谐振具有下列特征：(1)谐振时电路的阻抗摸为|zo|=1/(rc/l)=l/rc。其值最大，即比非谐振状况下的阻抗摸要大。因此在电源电压u一定

4、的状况下，电路中的电流i将在谐振时达到最小值，即i=io=u/(l/rc)=u/|zo|。(2)因为电源电压与电路中电流同相(=0)，因此电路对电源展现电阻性。谐振时电路的阻抗摸|zo|相当于一个电阻。(3)谐振时各并联支路的电流为：il=u/2fol;ic=u/(1/2foc)，可见il=icio，品质因数q=il/io。(4)当电路发生谐振时，电路阻抗摸最大，电流通过时在电路两端产生的电压也是最大。当电源为其他频率时电路不发生谐振，阻抗摸较小，电路两端的电压也较小。这样就起到了选频的作用。电路的品质因数q值越大，挑选性越强。通常把晶体管的输出特性曲线分为3个工作区：(1)放大区。输出特性曲

5、线的近于水平部分是放大区。在放大区，ic=ib。放大区也称为线性区，由于ic和ib成正比的关系。当晶体管工作于放大区时，放射结处于正向偏置，集电结处于反向偏置，即对npn型管来说，应使ubeo，ubc(2)截止区。ib=0的曲线以下的区域称为截止区。ib=0时，ic=iceo。对npn型硅管而言，当ube(3)饱和区。当ucelc选频电路接在集电极电路中，通过的沟通电流为ic，其两端沟通电压为uce(即为输出电压)，它是并联沟通电路。当发生并联谐振时，谐振频率可求得，当将振荡电路与电源接通时，在扰动信号中惟独频率为f0的重量才发生并联谐振。在并联谐振时，lc并联电路的阻抗最大，并且是电阻性的(

6、相当于集电极负载电阻rc)。因此，对f0这个频率来说，电压放大倍数最高，当满足自激振荡的条件时，就产生自激振荡。对于其他频率的重量，不能产生并联谐振，这就达到了选频的目的。在输出端得到的只是频率为f0的信号。当转变lc电路的参数l或c时，输出信号的振荡频率也就转变，于是就可以举行倍频，本试验用的是五倍频，4所示。在试验中已知频率和电容参数计算电感参数，由已知条件可得：ll=l2=11257.9 nh;l3=112.58 nh。由单片机输出的信号频率即在a1点或a2点(0.03 mhz)经由5倍频放大后输出的信号频率应为输入信号频率的5倍即为a3点或a4点(o.15 mhz)，结果5所示。2.3

7、 整波电路的设计在本试验中运用的是cd4069集成非门电路，非门主要是将输入信号波整合成方波以便于后面与门对波的进一步处理。只要工作电压达到非门的开启电压经过这样的处理就可将输入波整合成方波，6所示。由5倍频输出的信号频率即在a3点或a4点(0.15 mhz)经由两个非门后(即在a5点或a6点)输出的信号应为方波，仿真结果7所示。2.4 和频电路的设计在本试验中运用的是cd4081集成与门电路，与门主要是将输入的两列方波信号互相作用后再输出，而后进入后面的5倍频电路举行进一步的处理。在本试验中与门起到了乘法器的作用，并且可以削减杂波的干扰，使试验效果越发良好。其中与门实现和频的原理是试验中的关

8、键，下面就对此做出研究：设两列占空比为1;1幅值为1的方波b(t)和x(t)的频率分离为f0和f1= f0+，其中f0为标准频率，f1为待测频率，设f1f0且1f1/f02(同理可证实f0f1且1f0/fl2的状况)，max=max按照傅里叶有关定理知：设周期为2l周期函数f(x)满足收敛定理条件，则它的傅里叶级数绽开式为：假设有两列波：方波1可表示为：sin1t+(1/3)sin31t+(1/5)sin51t+方波2可表示为：sin2t+(1/3)sin32t+(1/5)sin52t+方波1乘以方波2就为1+2波。本试验中方波1(0.15 mhz)与方波2(0.15 mhz)经过与门后就变成

9、0.3 mhz(0.15mhz+0.15mhz)的方波，8所示。由非门输出的信号频率即在a5点(0.15mhz)或a6点(0.15mhz)经由与门后输出的信号应为频率为o.3 mhz的方波(即在a7点)，仿真结果9所示。2.5 选频电路的设计在本试验中运用的5倍频选频电路和5倍频倍频电路的原理相同，10所示。由与门输出的信号频率即在a7点(o.3 mhz)经过5倍频选频电路后输出的超声波的频率为1.5 mfiz，仿真结果11所示。2.6 整体电路的设计整体电路12所示。由单片机输出的信号频率即在a1点或a2点(o.03 mhz)经由5倍频放大后输出的信号频率应为输入信号频率的5倍即为a3点或a4点(0.15 mhz);经由2个非门后(即在a5点或a6点)输出的信号应为方波;由非门输出的信号频率即在a7点应为两列方波经由与门后输出的信号应为频率相加的方波(o.3 mhz);由与门输出的信号频率即在a7点经过5倍频选频电路后输出的超声波的频率为1.5 mhz(a8点)，仿真结果13所示。3 信号检测模块的设计在本设计中由信号发生模块发出o.03 mhz初始信号后，经过信号处理模块后是否达到预定要求，这需要经过检测模块检测终于信号是否达到1.51_8 mhz的频率要求。本模块由数字示波器来举行检测的，经过查看图形，设计达到预期要求，14所示。4 结语本设计中设计的