LM567及其在超声波检测中的应用

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。

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：

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。

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。

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。

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。

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。

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