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1、信号检测系统设计与制作实验课程指导书华南理工大学材料学院电子材料科学与工程系2015年3月门电路调制信号全射信号N超声信号反射往返时间发射发射接收图8往返时间测量(4)时钟发生器ourf=1 / (2.2xCx R)图9时钟发生器时钟信号频率为17.18 kHz,为得到这一频率，计算出C=2200 pf时R 的取值为R =1 / (2.2xCxf)=1 7(2.2x2200 x 10 12x 17.18 x 103 ) =1 /( 83.15 x IO 6)=12.03 x IO3=12K-ohmVcc调制信号(5)计数器控制门电路开门信号关门信号图10计数器控制门对往返时间脉冲的上升沿和下降
2、沿进行微分，获得的两个脉冲就是计 数器控制门的开门信号和关门信号。（6）计数值转换4553! Master Reset(hfi)图11计数并实现BCD码转换CD4553有两个特点：（a）有多种功能：锁存控制、计数允许、计满溢出和清零等。（b）是三位10进制计数器，但只有一位输出端（输出BCD码），要完成 三位输出，采用扫描方式，通过它的选通脉冲信号，依次控制三位十进制 的输出，从而实现扫描显示方式。显示本实验采用7段LED数码管显示，为此，使用CD4511作为驱动IC。CD4511是一个用于驱动共阴极LED （数码管）显示器的BCD码一七 段码译码器，特点：具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段
3、译码及驱动功 能的CMOS电路能提供较大的拉电流。可直接驱动LED显示器。ABC DA BCD a4511LI 1户一.-1一 !！DPd图12 LED数码管显示电路四、数据测试.校准以1 m距离墙体为反射物，调节电位器VR2和VR3至LED数码显示为 “1.00”。注意：校准时探头时，探头与墙体应无其他障碍物；墙体应为一 光洁平面；探头轴向垂直于墙体。1 .线性度测试以0.5 m为间隔，记录LED数码显示数值，绘制出0.5 m3 m的线性度，计算出最大非线性误差及所处位置。2 .最小探测距离图13空气中声速与温度关系Temperature ( C)Speed of sound (m/sec)
4、-10325.50331.510337.520343.530349.540355.550361.5按30 下声速为c=349.5 m/s、调制信号中Tl=1 ms计算，最小探测 距离为cTl=34.95 cm。实际测一下，获得0.5 m内显示数据的连续变化规 律，并作出相应曲线。五、实验报告模板见下页信号检测系统设计与制作实验课程报告书姓名:学号: 成绩:一.发射、回波接收及处理电路单元实测波形二.线性度和最小探测距离测试结果三.分析是否能进一步减小探测盲区？四.分析线路中哪个单元局部会直接影响测试精度？五.能否改进线路，并双探头为单探头？一、课程目的二、课程内容三、实验过程四、数据测试五、实
5、验报告模板一、课程目的本实验课是与专业基础课传感器及其应用电子技术相配合的，设 置该课程的目的是：（1） 了解超声传感器结构及其性能；（2）掌握时差法超声测距的原理；（3）掌握计数法测量时间间隔；（4）熟悉信号发射与接收、后续处理和显示的方法；（5）提高动手实践能力。二、课程内容在传感器及其应用电子技术课程第二章（频率、时间和相位的测 量）、第八章（新型传感器）、第九章（几何量电测法）和第十一章（热 工量电测法）中均有超声测距内容。从以上课程可知：对于一组双探头系 统（发射探头T,接收探头R）,当T探头发射一组脉冲，脉冲遇到障碍 物反射并为R探头所接受，此时可由式1计算出障碍物与探头组的距离D
6、。D = ct/2（1）c-介质中的声波传播速度；t-脉冲往返所需时间。本实验课程内容：（1）认识超声探头和相关电子元件；（2） 了解线路各局部组成及其功能；（3）组装并调试线路；（4）分析该超声测距线路的优缺点。三、实验过程.超声测距信号检测系统Trafttmi ttrICTLB358NICS 4011 IC7 40W IC8 43 IC9 4511ICIO 78LO9) Q超声波发射单元电源单元返回信号接收单元数字化单元信号处理单元数据显示单元图1检测系统电路框图1 .超声探头标称频率：45 kHz ；发射声压 at 10 V (0 dB=0.02 mPa) ： 110dB； 接收灵敏度
7、at 45 kHz (OdB=V/ubar)： -70dB；静电容量(at 1 kHz,l V, pF) ：200030%；探测距离(m) ： 0.210； 6dB 指向角:70%.发射线路单元(1)调制信号产生9.1M150KO.OluFVcc图2Tl = 0.69 xRBxC=0.69 x 150 x 103 x 0.01 x IO 6=1 x 10-3=1 msecTh =0.69x(RA+RB)xC=0.69 x 9250 x 103 x 0.01 x IO 6=64 x 10-3=64 msec以555时基集成电路为核心，通过调节Ra和Rb获得占空比为1： 64 调制信号。（2）振荡
8、信号产生图3 40 kHz信号发生器图3 40 kHz信号发生器Tl = 0.69 x RB x C=0.69 x 15 xl03x 1000 xlO12=10.35 xlO-6=10 psecTh =0.69x(RA+RB)xC=0.69 x 16.5 x IO3 x 1000 x IO12=11.39 x IO 6=11 psecf =i/(tl + th)= 1 /( 10.36+ 11.39 )xio-6)= 46.0x IO3=46.0 KHz555时基IC产生占空比近1： 1、46 kHz振荡信号，将调制信号连接至复位端4,实现46 kHz信号的低频大占空比调制。(3)超声探头驱动
9、图4与非门驱动超声发射超声探头用非门进行驱动，为使输出信号足够强，将激励信号正反向 叠加，以获得成倍增强激励输出。2 .信号接收、处理和显示(1)反射信号放大反射信号通常很弱，需要高倍放大，本实验选择进行二级放大，第一 级信号增强40dB,即放大100倍；第二级信号增强20dB,即放大10倍。 总的放大倍数为1000倍。dB=20log(V0A/,)图5回波信号接收放大(2)信号检测绕射信号反射信号检测所需要的反射信号图6回波信号处理提取信号包络线，整形后获得回波信号方波。B0 图7信号整形为屏蔽绕射信号，将发射线路中的调制信号引入，使图7中的运算放 大器输出仅有回波信号，经参考电平Vref比拟后形成方波脉冲。（3）门电路时间测量用与非门对信号处理，起始调制信号上升时，A=l,此时B=0, C=l, D=l,确定了往返时间起点。D维持高电平直至C=0。由此获得了超声信 号往返所需时间Do