超声波测距仪外文翻译

H8/300L超声波测距仪

（原文出处：第1页-第15页）

介绍

该应用说明介绍了一种使用H8/38024 SLP MCU的测距仪。由单片机产生40KHz 方波，通过超声波传感器发射出去。反射的超声波被另外一个传感器接收。有效距离为6cm到200cm。

1.理论

1.1概况

在这篇应用说明中，H8/38024F微处理器是作为目标设备被使用的。由于简单的可移植性，超声波测距仪使用的软件为C语言。

超声波是频率高于可听音的一切高于20kHz的声波。用于医疗诊断和影像的超声波，频率延长和超过了10兆赫兹，高的频率有短的波长，这使得超声波从物体反射回来更容易。不幸的是，极高的频率难以产生和测量。对超声波的检测与测量主要是通过压电式接收机进行的。

超音波普遍应用于防盗系统、运动探测器和车载测距仪。其他应用包括医疗诊断(人体成像)，清洁(去除油脂和污垢)，流量计(利用多普勒效应)，非破坏性试验(检测材料缺陷)，焊接等各个方面。

1.2软件实施

距离的计算要测量超声波传感器接收到回波的时间。理想的被测对象应该有一个大的面积而且不吸收超声波。

在这个应用说明中使用了38024f的CPU电路板。图1展示超声波测距仪的工作原理，tmofh (脚63 )是用来传送0.5ms的40kHz的超声波，irq0 ( pin72 ) 是用来探测

反射波的。发送超声波后，计时器C开始追踪Timer Counter C (TCC)的计数数目，以计算物体的距离。

图1.测距仪工作原理

1.2.1 发射超声波

定时器F是一个具有内置式输出比较功能16位计数器，它还可以用来作为两个独立的8位定时器FH和FL，这里，定时器F是作为两个独立的8位定时器使用。计时器的FL被初始化为产生中断，而FH在比较匹配发生时触发了tmofh的输出电平。

表1 计时器F的时钟选择

对于为定时器的FL，选定内部时钟ø/32。输出比较寄存器FL装载数据初值为

H’FF 。因此,外部定时器每1.67msec 产生一个中断，计算如下：

/2ø晶振频率=，计时器FL 内部时钟周期=32

2⨯晶振频率=64MHz 8304.9=153.6kHz 中断周期=256kHz

6.1531⨯=1.67msec 每隔65msec 开始发射一次超声波，计时器FL 须中断近39次( 65msec / 1.67msec = 39 )，才开始传送。

表2 功能选择

FH 产生40kHz 的超声波信号，当计数FH (TCFH)的值达到输出比较寄存器FH(OCRFH)的值时，TMOFH 被触发，输出比较寄存器FH 的值如下计算。

FH 内部时钟选择为ø/4。

计时器FH 内部时钟周期=4

21⨯晶振频率=MHz

8304.98=0.814μsec ，对于40kHz 信号，TMOFH 需要每12.5μs 触发一次：(1/40kHz)/2

输出比较寄存器FH(OCRFH)：OCRFH=

sec

814.0sec 5.12μμ=15.36≈15 因此, 0CRFH 装载H'0F 。.

软件的延时是用来在把63管脚转换成I/O 口P32以停止发送之前，发送0.5ms 的超声波的。表2 显示了模式寄存器3的端口设置，选择管脚的功能为I/O 口或者TMOFH 输出口。 1.2.2 定时器C 初始化

发送完超声波后，定时器C 打开，对超声波的回波时间进行计时。定时器C 被设置为自动重载，随ø/64的内部时钟向上计时。表3显示了定时器模式寄存器C 的

设置。需要设置如下。

表3 定时器模式寄存器设置

定时器装载寄存器（TLC）之后被装载为H'00，从0开始计时。

计时器C被中断使能，中断使能寄存器中IENTC=1。如果计时器C（TCC）中的计数值达到H’FF，下一个时钟输入将引起溢出，产生中断。在计时器C中断溢出子程序中，OVERFLOW_COUNT会保持对溢出数量的跟踪而递增。

当反射回波被接收到时，IRQ0的电压值降低，产生IRQ0中断。通过对TMC2 ~ TMC0 设置“1“，就没有外部时钟能使计数器增加，计时器被暂停。之后TCC的值被读取并用于距离计算。

1.2.3 距离计算

选择Timer as ø/64,作为内部时钟，距离如下计算：

对于计时器C ，1count=64

21 晶振频率=MHz

8304.9128=13.02μsec 声速=343m/sec=34300cm/sec ，因此，传播1cmde 时间=1sec/34300cm=29.15μsec 通过跟踪计数器的值和计时器C （TCC ）中的溢出次数，物体的距离可以被计算。举例，计数为55，有一次溢出中断，总计时器=（1×256）+55=311，接收回波的总时间（单位为μsec ）=311×13=4043，传感器与物体的距离=

29

24043=69.7≈70cm ，除以2是因为超声波的反射（传播距离是物体距离的两倍）。 1.3 硬件实施

超声波测距仪的电路在第4章给出。超声波发射和接收的详细电路在下几章讨论。

1.3.1 发射电路

发射电路由几个非门和两个晶体管构成。第一个非门输出超声波的低电平。三极管是用来驱动CMOS 变频器的。两个非门并联在一起以增加发射能力。传感器正负电极的信号的相角反转180°。电压比之使用一个非门输入（有正负峰-峰值）高两倍。

图3 发射电路

1.3.2接收电路

接收电路包括两部分，即信号放大电路和检测电路。

图4 信号放大电路

接收到超声波信号后，信号被放大1000倍。第一级将原始信号放大100（40dB）倍，第二级的增益为10倍（20dB）。

图5 信号检测电路

经过信号放大电路后，信号还要经过一个整流检测电路。该电路由两个1CV5二极管组成。整流的信号经过三极管。当无信号时，输出是3.3V（高电平）。当有信号时，输出降为0V（低电平）。输出送给H8/38024的IRQ0管脚以便在单片机检测到下降沿时产生中断。

1.3.3 电源

需要三种电源