器被用来读取电位器的值。首先， 当计数器停止时，电容C7通过电位器充电至某一电压值，计数器的当前计数值与电位器的阻值相关。
简单地说，机器人声音的效果取决于输入声音信号与其延迟信号的混合，再对这个混合信号进行延迟等得到。同样的方法可以产生回响的效果，但是对输入信号需要至少延迟100ms。用于延迟的单片机内部FIFO缓冲器需要200B的空间，于是，在10kHz采样率下，最大延迟为200/10kHz=20ms。
图3-16-2对这种算法进行了形象地描述，图中的“轮子”以每圈20ms的速度逆时针转动，它代表了环形的FIFO (先入先出)缓冲器，输入信号与延迟后的输出信号混合(图中通过电位器表示)，产生一个新的输出信号，这个信号又反馈到环形缓冲器的开始。 延时的长短通过电位器P1设置，同时
图3-16-2 声音效果算法形象的描述
P1的值被软件用来设置与环形缓冲器的输入点。电位器P2则用于设置反馈的深度。反馈信号越强衰减越小，而声音的效果越明显。P1可设置输人环形缓冲器的位置(1～200)。 于是延迟可以100μs-20ms之间变化。由于延迟信号反馈到一闭环中，当衰减足够小时阻尼共振将变得非常明显。共振的频率等于延时的倒数，可以设置在50Hz-10kHz之间，实验表明，当频率为250Hz左右时，机器人的声音效果最好。
3.17 有趣的电子蝙蝠
超声在空气中或水中直线传播，遇到目标反射回来，回波会有一定的延迟，延迟时间乘以速度就是两倍的距离。让我们当一回蝙蝠吧。电路板上有两个插口，一个插超声发送头，一个插超声接收头。发送头每隔128ms发出一束超声脉冲；接收头收到的回波信号经过放大、检波变成脉冲，脉冲信号离开始发送的时间有长有短，脉冲信号有宽有窄。据此就能判断目标远近和大小。 波形如图3-17-1示，①为发射波，②为回波，③为检波后波形，④为音频输出到耳机得波形。使用时插上耳机就自动打开电源开关，开始探测前面有没有目标。电子蝙蝠不需要数字显示，把超声回波参数转变为不同音调和间隔送到耳机。前面没有障碍物时，没有声音；离障碍物较远的时，听到的声音为低沉的“嘟-嘟”声；障碍物较近时，听到的声音为高音“嘀嘀”声；离障碍物极近时，听到的尖叫声。前面障碍物大，耳机中的嘀 声长而强；前面障碍物小，耳机中的嘀声很短促。
图3-17-1
3.17.1 主要元器件
1.超声传感头
见图3-17-2，注意打“T”字的为发射头，打“R”字的为接收头。一个脚和外壳焊接相连；另一个脚通过玻璃珠通到内部，接收头接放大器的应该接此脚。
图3-17-2
2.耳机及耳机插头
由于常用的耳机是低阻抗耳机，驱动电流较大，不太适合我们使用。现在将左右两路由并联改为串联(如图3-17-3所示)，阻抗提高4倍。再将插头AB短接，C接驱动输出。这样，插入耳机，自动接通电源，拔出耳机，自动断开电源。
图3-17-3
3.运算放大器
使用通用四运放LM324有以下问题:①输出摆幅太小，324在5V工作时输出摆幅为1.4 - 3.6V，电源电压降到3V时输出也就1.4 – 1.6V。②增益带宽积太小在±18V时增益带宽积为1MHz， 单电源3V时增益带宽积只有300kHz，40kHz信号最多放大7倍半，不能满足要求。TI有一种低电压工作输出满摆幅的LMV324ID,工作电压为2.7-5.5V,3V工作时输出摆幅为0-3V，由于LMV324的增益带宽积1MHz(5.5V)较低，也不适合。TI的TLV2474CD也是满摆幅输出，工作电压2.7～5.5V，其增益带宽积2.8MHz(5.5V)，输出驱动能力大，很适合我们使用。 4.六反相驱动器
由于超声发射头的负载较重，单片机不能直接驱动，要用多个CMOS门并联驱动。在低电压使用，输出相位相反的两组门推挽输出，能提高输出电压摆幅。不能用TTL电路74LS04。理由是其低电平驱动电流、大高电平驱动电流较小(400μA)不对称，且只能在5V工作。CMOS系列CD4069的高低电平驱动电流均太小(440μA)，使用效果差。比较适合的是CD4049 (3.2mA)、SN74HC04 (4.5mA) ，我们选用后者。为了缩小尺寸，运放和反相门都用表面贴装，见图3-17-4。
图3-17-4
5．三端陶瓷滤波器
用廉价的陶姿滤波器代替晶体，使用简便，能降低成本。使用时中间②脚接地，①、③脚分别接单片机的OSCin、OSCout不需要电容器。如图3-17-5示。
图3-17-5
3.17.2 工作原理
1.超声发送
超声头内部实际是一片尺寸很小很薄的压电陶瓷片，输入电容 4300pF，通过计算，40kHz容抗为9200。单片机输出直接驱动负载太重，一般用2-3个CMOS反相门并联驱动。如果一端接驱动输出一端接地，输出高，3V对陶瓷片的电容充电。输出低，陶瓷片的电容由3V放电到0。 输出摆幅±15V，现在用两组74HC04反相门推挽输出。如图3-17-6所示:①A输入低，B输入高。虚线框内是74HC04每个门的内部结构
图3-17-6
通过两级反相，A门PMOS管的G极低电平导通，NMOS管的G极低电平截止。往上看，B门PMOS管的G极高电平截止。NMOS管的G极高电平导通。电源通过A门的PMOS管-超声头-B门的NMOS管一地，充电到AOUT=+3V。②A输入高，B输入低。A门PMOS管因G极高电平而截止，NMOS管因G极高电平而导通。原来超声头的AOUT端已经充电到+3V突然被A门的NMOS管接地。超声头相当于一个电容器，电容器两端电压不能突变。AOUT - BOUT = 3V，原来是+ 3V - 0V = 3V，因为AOUT= 0，现在是0V-(-3V)=3V。 BOUT突变为-3V电平。B门的PMOS管因G极低电平而导通， NMOS管因G极低电平而截止。+3V电源通过B门的PMOS对BOUT充电(由-3V充到+3V)。可见输出摆幅为土3V。P=U2/R电压提高一倍，输出功率提高4倍。 2.超声接收
超声接收的信号很微弱，要求放大500-1000倍，能满足检测1～2m远的目标。用输出满摆幅的TLV2474，3V 时增益带宽积为2MHz。图3-17-7左下图是高增益放大器，频率越高，增益越低，在对数坐标中正好是 一条斜线。2MHz时，放大倍数 K = - 1 ；200kHz时，K= -10；20kHz时K=-100；10kHz时K=-200。图3-17-7左上图是电容耦合的频率特性。放大倍数由R2和X2分压决定，X2=l/j2πFC。在较高频率的范围内可以看作一条斜线，频率提高一倍，容抗小一倍，放大倍数提高1倍。 放大器的带宽假设为无限大。4kHz容抗为220k，K =-4.5；40kHz容抗为22k，K=-45； 400kHz容抗为2k，K=-450。把两条特性组合在一起，共同作用的
结果是一条中间高两头低的选通的特性曲线。实测40kHz放大倍数35倍，如图3-17-7右图粗实线曲线所。
图3-17-7
利用运算放大器的高增益做的检波器克服了二极管的非线性，还有12倍的增益。由于检波输出的低频信号滤去40kHz残留信号，不容易产生自激。
如图3-17-8示，没有信号时，反馈作用使13脚电平也等于0.75V，输出0.75V(虚短假设)；输入低电平时，14脚反相输出高，D2导通，(输出电压－0.75V)/R4 = -(输人电压－0.75V)/R3，放大倍数为－12倍。输入高电平时，14脚输出低，D1导通，导通电流=(输入电压－0.75) /R3。检波器输出摆幅0.75-2.25V，在CMOS门识别的范围内。
图3-17-8
整机电路如图3-17-9所示。U3A 的作用是产生1.5V的低内阻偏压。U3B的作用:高阻抗输入，低阻抗输出。R13不接是跟随器，1倍放大，R13接上是2倍放大器。U3C是负35倍选频放大器。U3D检波器，有-12倍增益。总放大倍数达 500 -1000倍。
图3-17-9
图3-17-10