【文章內(nèi)容簡介】 電勢稱為霍耳電勢，此現(xiàn)象稱為霍耳效應。 霍耳電勢 U=BbI/neb 式中： B—— 外磁場的磁感應強度： I—— 通過基片的電流； n—— 基片材料中的載流子濃度； e—— 電子電荷量； b—— 基片寬度； d—— 基片厚度。 (2)、 霍耳元件一般采用具有 N型的鍺、銻化銦和砷化銦等半導體單晶材料造成。銻化銦元件的輸出較大，但受溫度的影響也較大。鍺元件的輸入雖小，但它的溫度性能和線性度卻比較好。砷化銦元件的輸出信號沒有銻化銦元件大，但是受溫度的影響卻比銻化銦要小，而且線性度也較好，因 此，采用砷化銦做霍耳元件的材料受到普遍東華理工學院畢業(yè)設計（論文） 系統(tǒng)的硬件設計與實現(xiàn) 10 重視。一般地，在高精度測量中，大多采用鍺和砷化銦元件；作為敏感元件時，材料采用銻化銦元件 。 霍耳元件的結(jié)構很簡單，它由霍耳片、引線和殼體組成。霍耳片是一塊矩形半導體薄片。在長邊的兩個端面上焊上兩根控制電流端引線，在元件短邊的中間以點的形式焊上兩根霍耳輸出端引線，在焊接處要求接觸電阻小，而且呈純電阻性質(zhì)?；舳话阌梅谴判越饘佟⑻沾苫颦h(huán)氧樹脂封裝。 ［２］ 施密特觸發(fā)器（ 4093） (1)、 特點 ： ，其維持和轉(zhuǎn)換完全取 決于輸入電壓的大小。 b. 電壓傳輸特性特殊 ，有兩個不同的閾值電壓（正向閾值電壓 和負向閾值電壓 ） ，從而輸出邊沿陡峭的矩形脈沖。 (2)、 電壓傳輸特性 圖 22 電壓傳輸特性曲線 有兩種情況：左圖 中輸入與輸出為 反相關系，右圖中輸入與輸出為 同相關系 (3)、 施密特觸發(fā)器的應用 ： 三角波、正弦波及其它不規(guī)則信號 → 矩形脈沖。 圖 23(a)所示為用施密特觸發(fā)器將正弦波變換成同周期的矩形脈沖。 東華理工學院畢業(yè)設計（論文） 系統(tǒng)的硬件設計與實現(xiàn) 11 圖 23 波形曲線圖 a） 當傳輸?shù)男盘柺艿礁蓴_而發(fā)生畸變時，可利用施密特觸發(fā)器的回差特性，將受到干擾的信號整形成較好的矩形脈沖，如圖 所示 。 如輸入信號為一組幅度不等的脈沖， 可將輸入幅度大于 的脈沖信號選出來， 而幅度小于 的脈沖信號則去掉了 。 ［３］ 東華理工學院畢業(yè)設計（論文） 系統(tǒng)的硬件設計與實現(xiàn) 12 圖 23 波形曲線圖 b） LED 顯示器 LED 顯示器是由發(fā)光二機管構成的最為常用的顯示器，數(shù)字 LED 顯示器利用 7個發(fā)光二機管顯示數(shù)字，通常被稱為七段 LED 顯示器或數(shù)碼管，另外數(shù)碼管中還有一個圓點型發(fā)光二機管，用于顯示小數(shù)點。 LED 顯示器有共陽極接法和共陰極接法的。共陽極接法的發(fā)光二機管的陽極連在一起構成公共陽極，使用時，公共陽極接 +5V 電壓，在陰極輸入低電平，發(fā)光二機管 導通發(fā)光；共陰極接法的發(fā)光二機管的陰極連在一起構成公共陰極，使用時，公共陰極接地，在陽極兩端輸入高電平時，發(fā)光二機管就導通發(fā)光。 LED 導通電壓為 ，工作電流每段約為 100MA，直接接 +5V 電平上會使數(shù)碼管發(fā)亮導致?lián)p壞，需接一個 100— 300的限流電阻。 LED 數(shù)碼管具有：低耗能、低損耗、低壓、壽命長、耐老化、防曬、防潮、防火、防高低溫，對外界環(huán)境要求低易于維護，同時其精確度比較高，操作簡單。 ［４］ MC7805 三端穩(wěn)壓器 該系列穩(wěn)壓器有過流、過熱和調(diào)整管安全工作區(qū)保護，以防止過載而損壞。三斷固定式穩(wěn)壓器的基本電路如圖 24 所示，只要把正輸入電壓 Ui 加到 MC7805 的輸入端， MC7805 的公共端接地，其輸出端便能輸出芯片標稱正電壓 U。，在實際應用 東華理工學院畢業(yè)設計（論文） 系統(tǒng)的硬件設計與實現(xiàn) 13 電路中，芯片輸入端和輸出端與地之間除分別接大電容濾波電容外，通常還需在芯片 引出腳根部接小電容到地。 C3 用于抑制芯片自激震蕩， C4 用于壓榨芯片的高頻帶寬， 減小高頻噪聲。 圖 24 MC7805三端穩(wěn)壓器電路 發(fā)光二極管和光敏 二 極管 發(fā)光二極管 發(fā)光二極管是一種直接能把電能轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽艿陌雽w器件。與其它發(fā)光器件相比，具有體積小、功耗低、發(fā)光均勻、穩(wěn)定、響應速度快、壽命長和可靠性高等優(yōu)點，被廣泛應用于各種電子儀器、音響設備、計算機等作電流指示、音頻指示和信息狀態(tài)顯示等。 光二極管的管芯結(jié)構與普通二極管相似，由一個 PN 結(jié)構成。 當在發(fā)光二極管 PN結(jié)上加正向電壓時，空間電荷層變窄，載流子擴散運動大于漂移運動，致使 P 區(qū)的空穴注入 N 區(qū)， N 區(qū)的電子注入 P 區(qū)。當電子和空穴復合時會釋放出能量并以發(fā)光的形式表現(xiàn)出來。 光二極管的種類很多，按發(fā)光材料來區(qū)分有磷化鎵（ GaP）發(fā)光二極管、磷砷化鎵（ GaAsP）發(fā)光二極管、砷鋁鎵（ GaAIAs）發(fā)光二極管等；按發(fā)光顏色來分有發(fā)東華理工學院畢業(yè)設計（論文） 系統(tǒng)的硬件設計與實現(xiàn) 14 紅光、黃光、綠光以及眼睛看不見的紅外發(fā)光二極管等；若按功率來區(qū)別可分為小功率（ HG 400 系列）、中功率（ HG50 系列）和大功率（ HG52 系列 ）發(fā)光二極管：另外還有多色、變色發(fā)光二極管等等。 小功率的發(fā)光二極管正常工作電流在 10 ～ 30mA 范圍內(nèi)。通常正向壓降值在 ～ 3V范圍內(nèi)。發(fā)光二極管的反向耐壓一般在 6V左右。 發(fā)光二極管的伏安特性與整流二極管相似。為了避免由于電源波動引起正向電流值超過最大允許工作電流而導致管子燒壞，通常應串聯(lián)一個限流電阻來限制流過二極管的電流。由于發(fā)光二極管最大允許工作電流隨環(huán)境溫度的升高而降低，因此，發(fā)光二極管不宜在高溫環(huán)境中使用。 光敏 二 極管 光敏二極管也叫光電二極管。當光線照射 PN 結(jié)時，可以使 PN 結(jié)中產(chǎn)生電子一空穴對，使少數(shù)載流子的密度增加。這些載流子在反向電壓下漂移，使反向電流增加。因此可以利用光照強弱來改變電路中的電流。 光敏 二 極管是光電轉(zhuǎn)換半導體器件，與光敏電阻相比具有靈敏度高、高頻性能好、可靠性好、體積小、使用方便等優(yōu)點。當人射光子在基區(qū)及集點電區(qū)被吸收而產(chǎn)生電子 — 空穴對時，變形成光生電壓。由此生成的光生電流由基極進入發(fā)射極，從而在集電極回路中得到了一個放大了的信號電流。 在設計中發(fā)光二極管和光敏 二 極管組成一部分來完成跑道標志檢測。 發(fā)光二極管檢測到白紙發(fā)光， 當小車檢 測到黑線時，發(fā)光二極管會 熄滅 ， 光源的變化反射到 光敏二 極管 并 驅(qū)動電路完成一次黑線檢測，系統(tǒng)中斷一次 。 [5] 三極管的開關作用 雙極型三極管由管芯，三個引出電極和外殼組成。外殼的形狀和所用的材料各由不同。管芯由三層 P 型和 N 型半導體結(jié)合在一起構成，由 NPN 型和 PNP 型兩種，因為在工作時由電子和空穴兩種載流子參與導電過程，故稱這類三極管為雙極型三極管。 若以基極 b 和發(fā)射極 e 的發(fā)射界作為輸入回路，則可以測出表示輸入電壓 Vbe和輸入電流 iB 之間的關系特性曲線，這個曲線稱為輸入特性曲線并近似與指數(shù)曲線。開啟 電壓 Von 硅管為 ～ ，鍺三極管的約為 ～ 。工作時分三個區(qū)域，飽和區(qū)，放大區(qū)和截止區(qū)。放大區(qū)的特點是 iC 隨著 iB 成正比地變化，而幾乎不收 Vce變化的影響。飽和區(qū)的特點是 iC 不在隨 iB 以一定比例增加而趨向飽和。硅三極管開始進入飽和區(qū)的 Vce 值約為 ～ 。在深度飽和狀態(tài)下，集電極和發(fā)射極的飽和壓降 Vce 在 以下。截止區(qū)的特點 iC 幾乎等于零。這時僅有極微小的反向穿透電流過。輸入特性曲線圖如 25 所示 。 東華理工學院畢業(yè)設計（論文） 系統(tǒng)的硬件設計與實現(xiàn) 15 圖 2－ 5 輸入特性曲線圖 作開關作用時只工作飽和 及 截 止 狀態(tài)。飽和時導通截止時關斷。 單元電路的設計 以下將介紹電機驅(qū)動 、 電機調(diào)速 、 傳感脈沖檢測 和 顯示電路 . 電機驅(qū)動電路 本系統(tǒng)的電機驅(qū)動電路采用兩對互補三極管， 利用單片機 1 17 腳電位的高低去控制三極管的截止和導通狀態(tài)，從而實現(xiàn)小汽車驅(qū)動電機的正反轉(zhuǎn)功能。 為了防止電機轉(zhuǎn)動時對單片機的干擾影響，提高單片 機的穩(wěn)定性，本電路在電機的兩端加了抗干擾電容，其電路圖 26。 東華理工學院畢業(yè)設計（論文） 系統(tǒng)的硬件設計與實現(xiàn) 16 圖 26 電機驅(qū)動電路 電機調(diào)速電路 電機驅(qū)動電壓由 AT89C52 單片機的 和 分別控制。當 為 0， 為 1時，電機驅(qū)動電壓為 +，小車進入高速行駛狀態(tài)；當 為 1， 為 0 時，電機驅(qū)動電壓為 +，小車進入低速行駛狀態(tài)。當 為高電位時，電機供電三極管D880 截止，關閉電機電源實現(xiàn)停車功能；當 為 1 時， D880 輸出電機驅(qū)動電壓，小車按單片機的指令執(zhí)行各種功能。 圖 27 電 機調(diào)速電路 傳感脈沖檢測電路 檢測電路由霍爾元件里程檢測、跑道標志光電管檢測兩部分組成，如下圖 28 和 29。 用于里程累計的脈沖信號由霍爾元件檢測。霍爾元件安裝在后左輪，車輪每轉(zhuǎn)一 周就由其產(chǎn)生一個低電平脈沖，使單片機外部中斷 1 產(chǎn)生中斷，從而使里程脈沖數(shù)累計一次。根據(jù)本小車輪子的周長，每轉(zhuǎn) 6 周為 1 米，所以每累計 6 個脈沖就是 1 米。 用于檢測跑道標志的脈沖信號由光敏二極管、發(fā)光二極管電路組成。當小車在白紙上時，輸出為高電平；當遇到黑線時，輸出低電平脈沖，作中斷計數(shù)判斷用。 東華理工學院畢業(yè)設計（論文） 系統(tǒng)的硬件設計與實現(xiàn) 17 圖 28 里程檢測電路 圖 29 跑道標志檢測電路 東華理工學院畢業(yè)設計（論文） 系統(tǒng)的硬件設計與實現(xiàn) 18 顯示電路 采用傳統(tǒng)的數(shù)碼管顯示。本系統(tǒng)采用 7 位數(shù)碼管動態(tài)掃描的方式進行顯示。前三位數(shù)碼管顯示的數(shù)值表示里程，顯示的范圍為 1~999 米；后四位數(shù)碼管的數(shù)值表示一次往返過程中所需的總時間，其中前兩位表示分，后兩位表示秒。往返到起點時顯示 的數(shù)值是一次往返的總時間。 P0 口作段碼數(shù)據(jù)輸出， P2 口為掃描輸出口。 東華理工學院畢業(yè)設計（論文） 系統(tǒng)的部分軟件設計 19 3 系統(tǒng)的 部分 軟件設計 此部分由我的同組人劉冉杰完成 ,在此就不在詳細介紹 ,只介紹其主要流程圖。 主程序 主要完 成初始化工作，設定小汽車的初始運行狀態(tài)，最后循環(huán)調(diào)用顯示程序， 流程圖如 31 所示 。 圖 31 主程序流程圖 跑道標志處理程序 (外中斷 0 服務程序 ) 其任務是根據(jù)小車到達黑線的位置控制小車的運行狀態(tài)，其程序流程圖 32 所示 。 開始 初始化 置快車狀態(tài) 置前進狀態(tài) 打開電機電源 調(diào)用顯示子程序 東華理工學院畢業(yè)設計（論文） 系統(tǒng)的部分軟件設計 20 里程計數(shù)處理程序（外中斷 1 服務程序） 里程計數(shù)器采用十進制計數(shù)，最大計 數(shù)值為 999 米。當退出時，將計數(shù)值移入 74H~76H 顯示數(shù)據(jù)存儲單元，見流程圖 33 所示 。 計時程序（ T1 定時中斷服務程序） 見流程圖 34。 東華理工學院畢業(yè)設計（論文） 系統(tǒng)的部分軟件設計 21 圖 32 外中斷 0程序流程圖 中斷 0 開始 關 中 斷 停 止 慢 車 慢 車 快 車 延時 7ms 開 中 斷 中斷返回 第 6 條？ 第 3 條？ 第 4 條？ 第 5 條？ 跑道數(shù)加 1 Y Y Y Y Y N