LM567及其在超声波检测中的应用

沈丹 发表于 2018-01-18 11:45:19 收藏 已收藏
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LM567及其在超声波检测中的应用

沈丹 发表于 2018-01-18 11:45:19

1、LM567的内部结构及功能

LM567是一种常见的低价解码集成电路,其内部结构如图1所示。LM567内部包含了两个鉴相器、放大器、电压控制振荡器VCO等单元。其典型的应用电路如图2所示。锁相环路输出信号由电压控制振荡器VCO产生,电压控制振荡器的自由振荡频率(即无外加控制电压时的振荡频率)与脚5、6外接定时元件R1C1的关系式为:

f0≈1/1.1R1C1。

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图1  LM567内部结构框图

选用适当的定时元件,可使LM567的振荡频率在0.01Hz~500kHz内连续变化。脚1、2外接滤波电容C2、C3。LM567一般作为锁相环路解码器,即当从脚3输入的信号的频率在f0附近的带宽BW范围内时信号被捕捉到,从输出脚8输出低电平(未捕捉时为高电平)。带宽BW可由下式计算:

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式中,ui为输入信号的有效值(rms),ui《200mV。C2为滤波电容(单位为iF),调节它可调节带宽。

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图2 典型应用电路

实际上,由上式计算得出的并不是环路带宽BW的实际值,而是环路带宽BW与环路中心频率f0的百分比,其值再乘上100%才是锁相环路的实际捕获带宽。对输入信号的要求是ui》20mV,上式是图3所示。可见ui》200mV时带宽仅由f0与C2的积决定。

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图3 带宽与输入电压及C2的关系

2、用LM567作为超声波检测器件

超声波检测一般采用LM1812,虽效果较好,但价格较贵,且要用到电感等易引入干扰的元件。用作测距的声波其波长一般在40kHz左右,正好落在LM567可捕捉的范围内,完全可用它作为超声波检测集成电路。图4是超声波测距电路。单片机从P1.7发出约40kHz的方波,经三极管T后从超声波发射头发出超声波,同时单片机内的定时器开始定时;超声波碰到液面后反射回来被接收头接收;经过两级运放A1、A2放大后送到LM567的输入端(脚3);LM567捕捉到超声波后输出低电平,此负跳变可作为中断输入引起单片机中断,定时器停止定时,定时器定时时间即为超声波从发射到接收的时间t;单片机计算出距离:h1=vt/2,其中v为超声波在空气中的波速。

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图4 用LM567检测超声波的测距电路图

LM567存在着输出延时,LM567的最大输出延时与带宽的关系如图5所示,可见最大延时在27个以上超声波周期之间,本设计中延时选定为27个超声波周期。延时并不影响测量,在测量程序设计时可将它减去,但要求延时较固定。由图3、5可知为使延时比较固定,就要求有较固定的捕捉带宽,这就要求运放要有足够大的放大倍数,以使输入信号足够大。但输入LM567的信号又不能太大,否则易引入干扰信号造成LM567输出不稳定。本设计中运放的总放大倍数小于200;带宽BW为5%左右。

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图5 输出延时与带宽的关系

单片机测量程序流程如图6所示。

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图6  程序流程图

3、实验结果

本设计的实验结果如表1所列,用LM567作超声波检测电路不仅价格低,而且测量精度较高。

表1  测量实验数据

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