【超声波测距 教程连载】第二章 硬件介绍

linccfzu

        这个分享，主要是分享一个制作和学习的过程，帮助刚入门嵌入式的更好的理解单片机的应用，我并不是要直接开源一个商业上的产品的资料的代码，也不能这样子。
        所以我打算先购买一些硬件，然后在这个基础上从新编写代码，讲解学习过程。

        1、第一个硬件：EP4CE6E22C8N + STM32F103RCT6 核心板
       
        之所以选这个主要是便宜，网上这个stm32+fpga的最小系统不多，也找不到更便宜的了，所以我就买了一块，这里有两个点：
                （1）单片机的选择，由于设计到信号处理，所以Cortex-M4 性能 要比Cortex-M3的好
                        可以选 stm32f3 , ADC的采样率也高，可以到7.2m，如果用单片机ad采样的话,当然我这里只是教学演示，所以选STM32F1的；
                （2）FPGA的选择，其实fpga在这个项目中只是充当fifo缓存芯片的作业，当采样率达到几十甚至上百mhz的时候，就需要用到FPGA,
                        直接用fifo芯片也可以，但是这个芯片就我了解好像都不怎么出了，而且很贵，比如 IDT72V241L10 ，还有 【基于STM32H7的100Mhz双通道示波器】里面用到的 IDT7204L12SO，芯片体积太大,
                        这是我自己了解到的比较局限，如果有人知道小巧又便宜的FIFO，可以推荐给我。
                        FPGA的话，可以选择 体积 引脚比较小的，
                                比如 Lattice 的LCMXO2-1200HC-6SG32I QFN32封装，16个脚可以用，挺合适
                               
                                还有比如：Altera 的 MAX10-M02DCV36C8G/I7G
                               
                                但是这个封装小的变态，PCB要盲孔设计，又贵又不好贴。
                        以上这两个芯片也是我个人了解到的，但是也都不适合个人DIY，又贵又不好买，又不好焊接，这里演示，所以我觉选最便宜的EP4CE6E22C8N了，虽然大了点。
                        我觉得如果有人把他们做成简单的fifo模块，提供给别人二次开发，用来做示波器、信号采集啥的应该销量不错。
                        FPGA比FIFO芯片好的还有一点，FPGA的扩展性好，可以解决时钟同步问题，以及后面我们甚至可以把一些算法直接在FPGA上处理，但是我对FPGA学的也不是很深，还没到那个水平。
       
        2、第二个硬件：由高速AD芯片：AD9280  黑金 的高速AD模块
               
                这个 模块，原子哥和黑金的都可以，因为我是在咸鱼上买的二手，所以就挑了一个最便宜的。
               
                高速AD芯片的选择，AD9280的采样率最高只有 32 MSPS,其实也还是不够的，可以选择 AD9283，最高可以到100 MSPS，
                因为我们要做高精度的，所以采样率高点比较好，大家还有其他什么芯片，可以推荐以下，不过不能太贵了，买不起。

        3、        超声波频率的选择，
                超声波频率有很多，频率越高穿透能力越强，衰减越强，余震也不一样(我自己理解的)；
                一般情况;
                空气的 可以用 40khz 100khz 140khz 200khz 等
                液体的 可以用 1mhz 2mhz 等
                固体的 可以用 2mhz 5mhz 等               
               
                这里我们就先用 40khz的来讲解       
                为了不做电路 所以 第三个硬件：我们选择 HY-SRF05 超声波模块，这个是发送和接受分立的，也有收发一体的，但是余震会相应变大，需要软件硬件优化
               
                超声波的发送以及接受的模拟电路部分，也是影响精度很重要的因素，这里我先不讲，一个就是我的水平有限，毕业几年，模电的知识基本也都还给老师了，
                这里可以推荐一本书给大家学习模电：杨建国老师的 新概念模拟电路
                下载地址：https://www.analog.com/cn/landin ... ingainianmonidianlu
                这本书写的很好，典型的电路图介绍的很清楚，里面一些电路图甚至可以拿来用：比如这个 Sallen-Key型窄带通电路，用在这个项目就很合适;
               

                这个模块使用很简单，我想大家基本都会用
               

                当然这里我们不这么用，我们只用到它的激励发送部分，以及接收部分的模拟电路，我比较懒得做硬件，能用现成的一般不自己做。
                这是它的原理图：
                               
               
               
                原理图的接收部分，我有点不懂，原理我只是大致知道，但是不知道里面电阻电容的计算公式，我都忘光了，还请有懂大神教教我。

                这里我就简单用示波器采集以下波形给大家看
               

                由于贫穷，我这个示波器也是500元咸鱼上买的，有点坏，一个是电压不准，比如3.3v的电压，显示的时候只有2.8v，
                还有就是测十几兆晶振的频率时，波形也非常不好看，只能将就用着，不知道有没有大神帮我懂得解决的。

                首先我们先看一下激励电路，它用的是ST202，RS232驱动芯片，很巧妙，
                但是频率不能太高，估计负载就跟不上了，
                还有就是不能调整激励电压，只能调整激励个数
               

                然后我们看一下接受部分，接受部分有四个运放，我看的不是很懂，只能大概介绍一下
                第一个是 高通滤波 让它的中间电压在1/2 VCC ，从示波器看还是有低频信号的存在
               
                第二个估计也是滤波电路，从波形看就好很多了
               
                第三个估计是放大电路，但是这个中间电压有点偏低，不知道是不是是我示波器的问题，
               
                第四个 是把回波信号转成方波信号,
               

                这样子做软件处理就很简单，但是就会丢失精度了，基本是几毫米的精度。
                其他的有懂的朋友 欢迎补偿说明

                这里就先讲这些，
               
               
               
               
       

ronic

好饭好菜啊

ts-fjw

超声波测距 正需要 抽空看看 谢谢

cloudxxcloud

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lkl10800139

写得很认真

l.htlht

认真学习一下

zlutian

写得很认真,学习下。

armok.

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