纯硬件超声波测距电路的设计
纯硬件的超声波测距电路的设计
这阵子我们学校要搞个电子产品小制作，大一的学生也可以参加，有个学生就特别想做超声波测距系统，就跑来让我指点一二，我以前也没有做过这样的系统，但在网上查了一下资料都是用单片机编程做的，而后我就和学生说，这个系统用单片机做比较简单，但是对一大一的学生没有学过单片机的来说是很是困难的，过了几天那学生很是兴奋的跑来说，我终于找到一个不用单片机的超声波测距电路了。我看后觉得还是比较的复杂，在搞清楚硬件测距电路的原理后，我就自己设计了一个这样的系统。
一、摘 &要:
该文设计了一种纯硬件的超声波测距装置, 使用非单片机的方法设计了一个完整的超声波测距电路,
超声波测距能够实现对物体距离的无接触测量，测距迅速，方便数字式超声波测距仪由超声波发生电路，超声波接收放大电路，计数和显示电路组成，该数字式超声波测距仪对超声波从发射到返回的时间内输入到计数器特定频率的时钟脉冲进行计数，进而显示对应的测量距离，该测距算法新颖，并给出数字式超声波测距仪各单元电路设计，数字式超声波测距仪，调试简单，制作方便。
关键词: 超声测距 硬件 &555 频率稳定性 数字式 超声波测距 单元电路 工作原理
二、超声波测距原理
超声波测距仪由超声波发生电路，超声波接收放大电路，计数和显示电路组成。
图1 超声波发射电路
由两片555和一片74LS04，超声波发射接收头组成。
A1产生一个1MS的高电平，控制A4的使能端口4脚，A2使能后产生40K的方波，在A1输出高电平期间，能够使A2产生约 40
个频率为 40 kHz 占空比约 50 %的矩形脉冲。
考虑到多谐振荡器起振阶段不稳定，因此设计输出脉冲数较多，若输出脉冲数太少，则发射强度小
，测量距离短，但脉冲数过多发射持续时间长，在距离被测物较近时，脉冲串尚未发射完，这样导致先发射出的脉冲产生的回波将到达接收端，影响测距结果，造成测距盲区增大。
超声波脉冲驱动电路由74LS04组成，可提高驱动超声波发送传感器的脉冲电压幅值，
有效进行电/声转换，增强发射超声波的能力，增大测量距离，这施加在超声波发送传感器两端上的 2
路脉冲电压相位相反，使超声波发送传感器两端上的脉冲电压峰-峰值提升近电源电压的 2 倍 输出功率提高 4 倍 2 个 CMOS
门并联可增大输出驱动电流电容 1 用于隔直流 避免直流电压长时间施加到超声波传感器，造成超声波传感器绝缘电阻下
降。 导致超声波传感器性能降低。
图2，超声波接收电路
1、用NE5532和LM567
C点是为了防止超声波还没有发送 完就接收到反射回来的回波干扰。
在发射超声波期间 图 2 中 C 点为高电平 TW =1 ms 三极管 VQ1
导通超声波电信号输入端短路从而避免接收到超声波发送传感器发出的直射波,所以该测距仪理论上最小测量距离,盲区约为 Smin
=C*TW/2 =0.17 m 其中 C是超声波在空气中的传播速度
因为超声波在空气中传播能量会不断衰减所以超声波测距存在最大有效测量距离与多种因素有关.
图3用专用的超声波接收芯片CX20106A
图4.计数与显示电路
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NE5532做的比较器的问题，求解！求进！！
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本帖最后由 yulunna 于
08:54 编辑
如图所示其中A部分使用NE5532做的一个比较器，B部分为可选的比较电压。C端模拟信号输入端。电源为正负12V。
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当B部分选择参考电压为0.2V时，C端的信号（NE5532的负输入端）有效值只要超过0.6V左右。那么在NE5532的正输入端（即图中的B部分上部）就会测到与负输入端幅值，频率基本相等的信号，负输入端（即C端口）输入的信号幅值越大，在正输入端测得的信号就越明显趋于负端的信号。
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也不知道怎么回事，求各位帮忙看下，提点建议，指点些方法
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附件：原理图
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某些NE5532两输入端内部之间反并联了两支二极管。
“虚短”和“虚断”是有条件的近似！——当运放处于线性放大状态时，其两输入端间的电压非常非常微小，接近于零（这就是“虚短”），而流入或流出输入端的电流也 ...
1 到底是什么原因引起的基准电平的变化呢？可以解释一下原因吗？
2 为什么要加输入线上的电阻？具体取值大小取决于什么？为什么？
3 为什么要引入正反馈？引入 ...
你想改善什么，“在正输入端测得的信号就越明显趋于负端的信号”这个问题别管它
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没什么好奇怪的
建议什么？
指点什么？
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Lgz2006 发表于
没什么好奇怪的
建议什么？
指点什么？
1、为什么正输入端加了直流参考它会跟随负输入端的变化呢，而且基本上等于负输入端的信号输入
2、这样的话这还能比较吗（我认为正常的比较就是，正输入端加的参考基本稳定），但是现在是正输入端出现了负输入端的信号。这样没法达到自己比较的结果。
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1你把电路图给全，尤其是B部分基准电压源。
2 该用比较器的地方就用比较器；该用运放的地方用运放；不要混为一谈（虽然理论上运放可以做比较启用，但只是简化过的理论这么说的）。
4 你的输入部分信号频率多高，有可能是布线时候串扰了。
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某些NE5532两输入端内部之间反并联了两支二极管。
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“虚短”和“虚断”是有条件的近似！——当运放处于线性放大状态时，其两输入端间的电压非常非常微小，接近于零（这就是“虚短”），而流入或流出输入端的电流也非常非常微小，同样接近于零（这就是“虚断”）。
而你的应用，已经不是工作的线性状态，“虚短”和“虚断”已经不成立。两输入端的电压已经不可忽略，运放内部是有半导体组成的，并不是一个真正的很高很高阻值的电阻。具有明显的非线性，当两输入端电压有一定大小时，其等效电阻大大下降。当其等效的输入电阻能和你提供基准的电路的等效电阻相比拟时，当然就会影响到你的基准电压啦。
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yulunna 发表于
1、为什么正输入端加了直流参考它会跟随负输入端的变化呢，而且基本上等于负输入端的信号输入
2、这样的 ...
2.加正反馈
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mcbot 发表于
1你把电路图给全，尤其是B部分基准电压源。
2 该用比较器的地方就用比较器；该用运放的地方用运放；不要混 ...
谢谢哈，电路图已经补上了
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不用说了，加俩电阻吧
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Lgz2006 发表于
不用说了，加俩电阻吧
1 到底是什么原因引起的基准电平的变化呢？可以解释一下原因吗？
2 为什么要加输入线上的电阻？具体取值大小取决于什么？为什么？
3 为什么要引入正反馈？引入有什么好处？会不会带来不稳定因素？
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Lgz2006 发表于
不用说了，加俩电阻吧
恩恩，我试下哈，这个加电阻的方式在冈村迪夫的《OP放大电路设计》里面见过，电阻加的是1M
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Lgz2006 发表于
不用说了，加俩电阻吧
C点加的那个电阻我这板子上做的是有的，但是电阻加上去，电阻右端测量信号失真很大，电阻去掉的话，没有什么问题
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mcbot 发表于
1 到底是什么原因引起的基准电平的变化呢？可以解释一下原因吗？
2 为什么要加输入线上的电阻？具体取值 ...
1、6楼已经解释。
2、该电阻对比较电压附近影响很小，因为输入阻抗很高，其压降很小。而可以限制当两输入端的电压相差比较大时（比如说大于0.4V）其输入端电流值，也就减少了对同相输入端的基准电压的影响了。其取值应该远大于基准电压的等效内阻。
3、加正反馈的目的：①使得比较电路有滞回特性。避免临界的反复翻转现象。②正反馈可以补偿掉输入电压对基准端电压的影响（实际上如果反馈量合适的话，可以使得补偿量略大于被影响的量，这样就具有合适的滞回特性）。
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Lgz2006 发表于
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按照你说的那种方式，加了两个电阻，还是没什么改善的
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qzlbwang 发表于
1、6楼已经解释。
2、该电阻对比较电压附近影响很小，因为输入阻抗很高，其压降很小。而可以限制当两输入 ...
如果不用这运放作比较器，采用专用的比较器来做，会不会也有这种问题。
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yulunna 发表于
按照你说的那种方式，加了两个电阻，还是没什么改善的
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本帖最后由 chuangong 于
18:11 编辑
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关于E3(仿A1)改运放,如何提升品质?(含转文:看懂运放后缀的含义)
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本帖最后由 ggjp 于
22:37 编辑
虽然千元大耳机还没买,但阴差阳错的入了个E3耳房,目前用的ST33078(说是A1就用这个,但TB上才3元料定不是高档东西),发现有人用BB的OPA627,也有人用ADT733 OP275G,
很想知道升级个高级的运放是否可以提升素质?R牛已经用了,运放不很懂~不知道是否有前辈愿意分享下经验,什么型号的运放作耳放最合适性能最好?陶瓷装和金封有啥区别啊?
另外北京黄庄的电子市场或者西四的找这些运放容易吗?
自己没知识但我转篇有用的文章吧:
看懂运放后缀的含义
　　买家：经常看到运放型号后不同的后缀是什么意思？比如OPA2604AP和OPA2604AU　AD827JN和AD827AQ有什么区别呢？【P9 Hi-Fi】精品专卖--科罗娜
　　专家：一般来说IC型号的后缀代表同一型号产品，不同的封装和性能上的一些差异。【P9 Hi-Fi】精品专卖--科罗娜
　　买家：哪常见的后缀是什么意思？【P9 Hi-Fi】精品专卖--科罗娜
　　对于BB公司的运放（通常以OPA字母开头比如OPA2604AP）常见的有AP、BP、AM、BM、SM、KP、AU(UA)、KU、SG，其中第一个字母A、B、K、S代表运放的性能等级(温漂，零漂等等)，可以简单的理解为，K是低温低精度，S是高温低或高精度(具体型号定义不同OPA111SM是高温标准精度、OPA620SG是高温低精度，OPA627SM是高温高精度)，A是标准精度，B是最高精度。
　　第二个字母，P、M、U、G是封装形式，P代表DIP双列直插塑封，M是TO-99金属封装，U是SOIC双列贴片塑封，G是双列直插陶封金顶。【P9 Hi-Fi】精品专卖--科罗娜
　　对于AD公司的运放（通常以AD字母开头，比如AD827JN）常见的后缀有JN、JR、KN、KR、AN、AR、BR、AQ、BQ、CQ、SQ、TQ，其中第一个字母J、K、A、B、C、S、T代表精度性能等级跟BB公司的含义是一样的，其中按性能排列 J&A&S&K&B&T&C。
　　第二个字母，N、R、Q代表封装形式，N代表DIP双列直插塑封，R代表SOIC双列贴片塑封，Q代表双列陶瓷封装。【P9 Hi-Fi】精品专卖--科罗娜
　　一些分析和思考
　　通过以上介绍有心的烧友可能会发现，两个公司的封装代码并不尽相同，对于BB公司的运放来说其并没有常说的所谓陶瓷封装运放，只有G型的金顶陶瓷封，而该封装现在已经被金封代替，像OPA627BM（To-99金封最高精度）OPA111SM（T0-99封装金封最高耐温标准精度）。而市场上常见的陶封OPA2604AQ显然就是假货了，因为BB公司没有Q型封装，它是AD公司的封装形式。
　　而反过来，AD公司没有所谓的金封运放，AD公司的军品运放为陶瓷封装。同理市场上所谓的金封AD797AM（AD797H见备注）永远只能是个谎言。
　　当然以上所说的方法只是通例，而任何事物都有个案存在，运放也不例外，所以最稳妥的方法是查看官方提供的PDF文档数据，这些内容都详细的记载在文档数据中。比如虽然BB公司有AM后缀金封存在，但是对于OPA2604来说，其官方档案表明没有OPA2604AM这个型号的产品生产过，只生产过AU，AP两种封装。所以市场上的OPA2604AM金封2604也只能是打磨的假货。
　　备注：H封装是美国国家半导体公司的To-99金封代码LF353H是其代表。
　　(【P9Hi-Fi】精品专卖--科罗娜 版权所有)
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原配MC33078最适合这个电路了，最好别换nion:0004:
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本帖最后由 ggjp 于
01:18 编辑
sephoney 发表于
原配MC33078最适合这个电路了，最好别换
但才3块钱的东西,,我先听听,反正插件也容易弄,最高级的可以搭配在这个电路里的运放是啥型号?
[12月24日更新]
经过学习,您说的很对,推DT990的话,还是这个比较好!换了稳压IC,把底噪弄干净先!
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ggjp 发表于
但才3块钱的东西,,我先听听,反正插件也容易弄,最高级的可以搭配在这个电路里的运放是啥型号?
这…实在要追求高级那就四颗OPA627SM，每两颗用单运放转双运放插座转换插上吧nion:0004:
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原来还可以这样玩啊nion:0004:
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本帖最后由 ggjp 于
22:47 编辑
sephoney 发表于
这…实在要追求高级那就四颗OPA627SM，每两颗用单运放转双运放插座转换插上吧
您说的这个还真贵,一对儿就300,4个就600,提升100倍价格,,,,,汗啊!
看到TB上卖家的说法(E3):
套件配套ST产运放MC33078N,买家可以选择不要,电位器也一样,可以减小投资.板上可以兼容27型和16型的电位器.原机配的MC33078N比较中性,大家可以换上自己喜欢的NE5532,OPA627(转双),OPA2132等运放.
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TA的每日心情怒 23:18签到天数: 4 天[LV.2]偶尔看看I
用料不能说明一切，电路设计才是重点。
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tangfen 发表于
用料不能说明一切，电路设计才是重点。
学习了,谢谢!
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又听说LMT4092HA金封的效果能秒这些,不知道真的假的??
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歪论：DAC中的垃圾运放是个宝
很多人疑惑，为什么那么多的发烧器材、发烧声卡，里面DAC滤波器装的运放都那么糟糕呢？比如垃圾的NE5532，垃圾的JRC等，还有更垃圾的吗？有啊，不少发烧友自己搞的AD827……。
关于运放，我们知道衡量的指标有很多，但电子知识等同于零的音响发烧友，一般标准只有一个：价格。马路边电器店里1块钱一颗的NE5532自然是垃圾，真假难辨的OPA627自然是高档货。随着许多大仙的到来，给发烧友们苦口婆心的扫盲，总算是有不少发烧友听说了如下几个概念：电压上升率、噪音、频道分离度、电源抑制比、共模抑制比……。于是在知道了这些名词之后，发烧友们秉着“没枣打三杆子”、“李师师碰见西门庆——此时不卖何时卖”的精神，对许多低价、常见的DAC或CD机电路进行评价，比如垃圾运放垃圾声音如何如何。但我们看到不少网友（在本站就能搜到许多）在擅自给DAC、声卡、后级放大器更换高速低噪音发烧级运放后，音质反而糟糕了呢？这也是老子反对发烧运放这个称呼的原因，零件只有用在正确的地方才对。
我们知道，最新一代DAC芯片不少内置了滤波器，其斜率相当的斜，不少常见的如AD1955、CS4398、AK4396、WM8740（这个滤波器稍垃圾）等芯片，有的设计了数字信号隔离滤波电路，有的设计了模拟信号滤波电路，在输出48khz信号的100khz段已经达到了-50分贝之巨，更有的芯片可以选择陡峭和平滑两种滤波器工作方式，或者关闭内置滤波器，自己设计外置。
为什么要用滤波器呢？因为耳可闻带外噪音太大了，有的时候超过了可闻频率段的声压值，比如我硬盘上不少24/192khz的母带，其带外噪音在10Mhz段可达0分贝的满幅输出，当我们用电脑的Realtek声卡播放时，这个声卡20khz以上为高阻全截止，所以示波器什么也显示不出来，只能显示出一些电脑内窜入的高频噪音，比如我主板上的9600GT显示卡和窜入电源的硬盘开关噪音。
开关噪音，耶斯。开关噪音在DAC工作时普遍存在，DAC的工作原理就是衡量输入的数字信号，并开关对应的电平开关以形成正弦波输出，但DAC输出的这个模拟信号并不是平滑的。在Hyperma自己设计的若干垃圾DAC中，以扔在橱柜底层的CS8416+PCM1798的LJ No.4号为最明显（LJ为垃圾缩写），用50M示波器观察1798的输出信号时，其高频噪音相当大，平滑的正弦波在波形上多出了很多毛刺，看起来如同一只只刺猬。你想想，林志玲站在你的面前，你抑制不住冲向前去……却发现林志玲的脸上原来跟你们家里的黄脸婆一样，有数量多多的汗毛和坑洼，是不是很倒胃口呢？因此明星都要化妆，而DAC需要滤波。
问题来了，当垃圾运放的电压转换率速度Slew Rate很低时，会对这些高频噪音略微迟钝。虽然不少高频噪音被对地泄放电容短路到地线去，但这个量仍然是不小，那么在经过第一批垃圾运放的LPF电路衰减高频之后，波形显然变得光滑圆润了，为了避免放大高频噪音，滤波器的运放往往设计得比较陡峭，将更加“干净”的声音，输出到下一级平衡/单端转换器去，那里才是需要高解析度运放的战场。许多发烧器材的设计，是避高频噪音如洪水猛兽，连级间负载电阻都使用了低于1k欧姆的小电阻，就是恐惧大电阻窜入的噪音。
因此我们能发现，越是电流型输出的DAC，其滤波运放越应该垃圾，比如安桥发烧声卡的PCM1794后边对应的2114，剑桥CD机WM8740后边的5532、Rotel蓝光机PCM1792后边的4558等等。这种设计理念被小日本利用后，安桥独出心裁的说成了VLSC滤波电路，什么波形被比较器采样再回输等等……其实这些工作都是JRC 2114这些运放干的。还有网友苦心追索VLSC的核心技术无果，就是因为安桥实在不好意思把这个东西画成电路图宣讲出来。
那您要讲了，许多DAC电路里从头到尾，都是高档运放，比如Weiss 202、Benchmark DC-1、马兰士SA7什么的，怎么就没有这么多的问题，而听起来很动听呢？傻瓜，那些设计师在设计电路时，要不将DAC芯片的Sharp滤波功能打开，要不在滤波电路里采用了锐截止，更有dCS这样的变态，在进行陡峭滤波后，紧接着用门电路搭成的音量开关衰减音量再后输到单端输出或者放大，输送到你的耳朵里之后，就全然都是美妙的录音信号了。而且Hyperma要发布高论，越是无内置滤波器的芯片，LPF越要用垃圾运放，依我看，2114的16V都太高，这正是安桥声卡不好听的原因，5532才好，甚至只有1V的4556才对。
以上全系歪论，不服的尽管砸，反正不是我的观点
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E3耳放运放升级后个人听感
旧版陶封NE5532FE：据说是91年版本，是最厚声的5532。实际听感高频和分析力有所不足。胜在中频厚实耐听，人声靠前所以声场一般。低频肥厚，给人温暖的包围感觉，音调往下压。不急不快听老歌一流~
OP275G：声音通透甜美，泛音丝丝入扣，小提琴色泽鲜活飘逸。没有5532的包围感，但低频收放干净。男女声很有质感齿音湿润。
OPA2604AP：大特点是声场比275要宽阔不少。声音明亮，可惜没275的湿润甜美，而且低频软脚。除音调向上飘外，整体还是可以踩在33078头上包括最弱的低频。女声比男声要优秀。
———————————————以上的都有胆味—————————————————
原A1运放MC33078N：平淡，没听出有什么特色。由275换过来小提琴一下变得干，变得没感情。声场和下沉都收缩不少。细节也小了。33078是当中最便宜的。
军品陶封AD827SQ：当中最贵的运放，也是当中素质最高的运放。除横向声场比2604窄一点点外，纵横向都是当中最大的。低频沉实干净有力，高频直冲云雾，可谓有上有下。中频单薄靠后和33078比还要粗糙些。827很有激情就像拜亚DT990，很合适听pop，rock和看movie。
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呵呵，一帮门外汉，上运放制造厂的官方网站下手册看看不就明白了，跟这瞎子摸象
TA的每日心情奋斗 00:14签到天数: 2 天[LV.1]初来乍到
听人说仿A1一般都缺几个东西
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