3.1超声波发射电路
+5VU1:AP1.4125U1:C6R11k74LS0474LS04U1:D1312LS174LS04U1:B34SPEAKER74LS04U1:E1110R21k74LS04 图3超声波发射电路
单片机输出的方波信号通过两个反相器接入压电超声波转换器的一段，另一端接一个反相器后接方波信号，这样便可以引起压电晶体的谐振从而发出超声波。
压电超声波转换器的功能：利用压电晶体谐振工作。它有两个压电晶片和一个共振板。当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动产生超声波，这时它就是一超声波发生器;如没加电压，当共振板接受到超声波时，将压迫压电振荡器作振动，将机械能转换为电信号，这时它就成为超声波接受转换器。超声波发射转换器与接受转换器其结构稍有不同。所以本设计中的超声波发生器和超声波接收探头其实是同一个元件，只是超声波接收探头没有外加脉冲信号而已。
3.2整形放大电路
R11kC1input1nF8R2+5VU1:AC21+5V10kU1:BR31k576R410k3281nF4outputTL082R510k-5V4TL082-5V 图4整形放大电路
如图4，该放大电路为高输入阻抗的差动放大电路，输入余弦电流信号在电阻R5上产生同频的电压降信号，电容C1为隔直电容，滤除输入信号中的直流分量。经过两级TL082放大器U1:A和U1:B放大，其中R2=R4，R1=R3，则：差动增益
GD=1+R2/R3
若取R2=10KΩ，R3=1KΩ， 则差动增益GD=11
3.3带通滤波器电路
+5VC11nFR210kU1:AinputR110kC2318+5VC41nFR510kR410kC357U1:Boutput1nFR310k241nFR610k64TL082-5V8TL082-5V 图5带通滤波器
该滤波器为2阶巴特沃斯带通滤波器，巴特沃斯滤波器的特点是通频带的频率响应曲线最平滑。本文中所采用的超声波频率为30KHZ，有上述多普勒频移的公式可粗略算得多普勒频移信号的频率为10KHZ左右，也就是说，该带通滤波器应该设计为中心频率为30KHZ，截止频率分别为20KHZ和40KHZ的巴特沃斯带通滤波器，图5中的电阻值和电容值是按照上述数据计算所得，由于计算过程较为繁琐，这里便不在赘述。
3.4混频器及低通滤波电路设计
+5V+5V8U1R2OUT734U2:A1211input1input2(P1.4)1234X1X2Y1Y2V+R310k10kR5R12k1k1VR1outputV-5AD830ALT1014A-5VC2100n-5VR410kC1S05K300100n 图6混频器及低通滤波电路
图中，由四象限模拟乘法器AD835以及R1，VR1构成混频电路，调节VR1可以微调电路增益；混频后信号输入由U2:A，R2，R4和C1构成的有缘低通滤波器和由R3，C2组成的RC低通滤波器，对信号进行进一步的放大滤波。 若输入信号x1 = E1 co s (2πf0 t +φ1 ) ， y1 =E2 cos (2πf’t +φ2 ) ，则输出信号为
W =1/2E1 E2 { cos [2π( f’+ f0 ) t +φ2 +φ1 ] +cos [2π( f’- f0 ) t +φ2 - φ1 ]} 。 经低通滤波器滤波后就只剩下差频信号f’- f0了。
由单片机发出的激励信号（频率为f）分为两路，一路接AD835的x1端；另一路接超声波发生器，超声波由运动物体放射回来后，由于多普勒效应，频率发生改变（频率为f’），将其转换为电信号并通过滤波放大后输入AD835的y1端，和原信号进行混频。AD835输出的混频信号经过有源低通滤波和RC低通滤波两级滤波器，就可以提取出多普勒频移信号
W’=1/2E1 E2 cos [2π( f’- f0 ) t +φ2 - φ1 ]
以供后面的电路测量多普勒频移信号。
3.5AD转换及频率测量电路
U8:AU7:A2131274LS0474LS02U7:B54674LS02U1171615141312111028272625242322213233343536373839P3.7/RDP3.6/WRP3.5/T1P3.4/T0P3.3/INT1P3.2/INT0P3.1/TXDP3.0/RXDP2.7/A15P2.6/A14P2.5/A13P2.4/A12P2.3/A11P2.2/A10P2.1/A9P2.0/A8P0.7/AD7P0.6/AD6P0.5/AD5P0.4/AD4P0.3/AD3P0.2/AD2P0.1/AD1P0.0/AD0P1.7P1.6P1.5P1.4P1.3P1.2P1.1P1.087654321123U5ABCY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y715141312111097347813141718111U2D0D1D2D3D4D5D6D7OELEQ0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q72569121516191317141581819202122232425U3VREF(-)VREF(+)GND2 -8LSB2 -72 -62 -52 -42 -32 -22 -1MSBALEADD CADD BADD AVCCCLOCKOUTPUT ENABLEEOCSTARTIN7IN6IN5IN4IN3IN2IN1IN0161211109765432128272679101112131415D1DFLR1400645E1E2E3U4Y7Y6Y5Y4Y3Y2Y1Y0E3E2E1546EAALEPSEN31302974ALS13874ALS373CBA321RST9ADC0809474ALS138U6:AQ5XTAL2182DCLKXTAL119380C51S74LS741RQ6 图7 AD转换及频率测量电路
3.5.1AD转换
本设计的AD转换电路采用ADC0809芯片，ADC0809是美国国家半导体公司生产的8位AD转换器，它是采用逐次逼近的方法完成AD转换的。它由单一+5V电源供电，转换模拟电压范围是0~+5V，不能转换负电压，由于多普勒频移信号是余弦信号，不能直接对该信号进行转换，所以在信号输入端接一个二极管，去除负电压信号。虽然这样会导致波形发生一定的变化，但是波形两个峰值之间的时间间距并没有变化，所以频率不变，也就是说不会影响测量的精度。
如图，此AD转换电路采用74ALS373作为地址锁存器，对单片机P0口输出的地址信号进行锁存之后再送ADC0809取出相应的数据通过74ALS138译码器送入单片机的P3.2口，以待频率测量之用。此外，电路图中另一个138译码器在输入信号与ADC0809之间，根据E1~E3的地址信号把信号接到相应的借口进行AD转换。无论E1~E3口的电平如何变化，任何时刻输出端都只有一路是导通的，见图8：138译码器功能表。其中，这两个138译码器的地址信号都是接单片机的P1.5~P1.7口，也就是说两片138译码器是同步的，这样的好处是信号的转换传输不会重叠和淤塞，提高了测量的精度。