【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 電勢(shì)稱為霍耳電勢(shì)，此現(xiàn)象稱為霍耳效應(yīng)。 霍耳電勢(shì) U=BbI/neb 式中： B—— 外磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度： I—— 通過(guò)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(dǎo)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(hào)沒(méi)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(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 10 重視。一般地，在高精度測(cè)量中，大多采用鍺和砷化銦元件；作為敏感元件時(shí)，材料采用銻化銦元件 。 霍耳元件的結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，它由霍耳片、引線和殼體組成?；舳且粔K矩形半導(dǎo)體薄片。在長(zhǎng)邊的兩個(gè)端面上焊上兩根控制電流端引線，在元件短邊的中間以點(diǎn)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(diǎn) ： ，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(gè)不同的閾值電壓（正向閾值電壓 和負(fù)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(guān)系，右圖中輸入與輸出為 同相關(guān)系 (3)、 施密特觸發(fā)器的應(yīng)用 ： 三角波、正弦波及其它不規(guī)則信號(hào) → 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(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 11 圖 23 波形曲線圖 a） 當(dāng)傳輸?shù)男盘?hào)受到干擾而發(fā)生畸變時(shí)，可利用施密特觸發(fā)器的回差特性，將受到干擾的信號(hào)整形成較好的矩形脈沖，如圖 所示 。 如輸入信號(hào)為一組幅度不等的脈沖， 可將輸入幅度大于 的脈沖信號(hào)選出來(lái)， 而幅度小于 的脈沖信號(hào)則去掉了 。 ［３］ 東華理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)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(jī)管構(gòu)成的最為常用的顯示器，數(shù)字 LED 顯示器利用 7個(gè)發(fā)光二機(jī)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(gè)圓點(diǎn)型發(fā)光二機(jī)管，用于顯示小數(shù)點(diǎn)。 LED 顯示器有共陽(yáng)極接法和共陰極接法的。共陽(yáng)極接法的發(fā)光二機(jī)管的陽(yáng)極連在一起構(gòu)成公共陽(yáng)極，使用時(shí)，公共陽(yáng)極接 +5V 電壓，在陰極輸入低電平，發(fā)光二機(jī)管 導(dǎo)通發(fā)光；共陰極接法的發(fā)光二機(jī)管的陰極連在一起構(gòu)成公共陰極，使用時(shí)，公共陰極接地，在陽(yáng)極兩端輸入高電平時(shí)，發(fā)光二機(jī)管就導(dǎo)通發(fā)光。 LED 導(dǎo)通電壓為 ，工作電流每段約為 100MA，直接接 +5V 電平上會(huì)使數(shù)碼管發(fā)亮導(dǎo)致?lián)p壞，需接一個(gè) 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(zhǎng)、耐老化、防曬、防潮、防火、防高低溫，對(duì)外界環(huán)境要求低易于維護(hù)，同時(shí)其精確度比較高，操作簡(jiǎn)單。 ［４］ MC7805 三端穩(wěn)壓器 該系列穩(wěn)壓器有過(guò)流、過(guò)熱和調(diào)整管安全工作區(qū)保護(hù)，以防止過(guò)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(biāo)稱正電壓 U。，在實(shí)際應(yīng)用 東華理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)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?dǎo)體器件。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(yīng)速度快、壽命長(zhǎng)和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于各種電子儀器、音響設(shè)備、計(jì)算機(jī)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(gòu)與普通二極管相似，由一個(gè) PN 結(jié)構(gòu)成。 當(dāng)在發(fā)光二極管 PN結(jié)上加正向電壓時(shí)，空間電荷層變窄，載流子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)大于漂移運(yùn)動(dòng)，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(dāng)電子和空穴復(fù)合時(shí)會(huì)釋放出能量并以發(fā)光的形式表現(xiàn)出來(lái)。 光二極管的種類很多，按發(fā)光材料來(lái)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(lái)分有發(fā)東華理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 14 紅光、黃光、綠光以及眼睛看不見(jiàn)的紅外發(fā)光二極管等；若按功率來(lái)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(dòng)引起正向電流值超過(guò)最大允許工作電流而導(dǎo)致管子燒壞，通常應(yīng)串聯(lián)一個(gè)限流電阻來(lái)限制流過(guò)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(dāng)光線照射 PN 結(jié)時(shí)，可以使 PN 結(jié)中產(chǎn)生電子一空穴對(duì)，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(qiáng)弱來(lái)改變電路中的電流。 光敏 二 極管是光電轉(zhuǎn)換半導(dǎo)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(diǎn)。當(dāng)人射光子在基區(qū)及集點(diǎn)電區(qū)被吸收而產(chǎn)生電子 — 空穴對(duì)時(shí)，變形成光生電壓。由此生成的光生電流由基極進(jìn)入發(fā)射極，從而在集電極回路中得到了一個(gè)放大了的信號(hào)電流。 在設(shè)計(jì)中發(fā)光二極管和光敏 二 極管組成一部分來(lái)完成跑道標(biāo)志檢測(cè)。 發(fā)光二極管檢測(cè)到白紙發(fā)光， 當(dāng)小車檢 測(cè)到黑線時(shí)，發(fā)光二極管會(huì) 熄滅 ， 光源的變化反射到 光敏二 極管 并 驅(qū)動(dòng)電路完成一次黑線檢測(cè)，系統(tǒng)中斷一次 。 [5] 三極管的開關(guān)作用 雙極型三極管由管芯，三個(gè)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(dǎo)體結(jié)合在一起構(gòu)成，由 NPN 型和 PNP 型兩種，因?yàn)樵诠ぷ鲿r(shí)由電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電過(guò)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(cè)出表示輸入電壓 Vbe和輸入電流 iB 之間的關(guān)系特性曲線，這個(gè)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(shí)分三個(gè)區(qū)域，飽和區(qū)，放大區(qū)和截止區(qū)。放大區(qū)的特點(diǎn)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(diǎn)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(jìn)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(diǎn) iC 幾乎等于零。這時(shí)僅有極微小的反向穿透電流過(guò)。輸入特性曲線圖如 25 所示 。 東華理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 15 圖 2－ 5 輸入特性曲線圖 作開關(guān)作用時(shí)只工作飽和 及 截 止 狀態(tài)。飽和時(shí)導(dǎo)通截止時(shí)關(guān)斷。 單元電路的設(shè)計(jì) 以下將介紹電機(jī)驅(qū)動(dòng) 、 電機(jī)調(diào)速 、 傳感脈沖檢測(cè) 和 顯示電路 . 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 本系統(tǒng)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路采用兩對(duì)互補(bǔ)三極管， 利用單片機(jī) 1 17 腳電位的高低去控制三極管的截止和導(dǎo)通狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)小汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)功能。 為了防止電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)對(duì)單片機(jī)的干擾影響，提高單片 機(jī)的穩(wěn)定性，本電路在電機(jī)的兩端加了抗干擾電容，其電路圖 26。 東華理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 16 圖 26 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 電機(jī)調(diào)速電路 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電壓由 AT89C52 單片機(jī)的 和 分別控制。當(dāng) 為 0， 為 1時(shí)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電壓為 +，小車進(jìn)入高速行駛狀態(tài)；當(dāng) 為 1， 為 0 時(shí)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電壓為 +，小車進(jìn)入低速行駛狀態(tài)。當(dāng) 為高電位時(shí)，電機(jī)供電三極管D880 截止，關(guān)閉電機(jī)電源實(shí)現(xiàn)停車功能；當(dāng) 為 1 時(shí)， D880 輸出電機(jī)驅(qū)動(dòng)電壓，小車按單片機(jī)的指令執(zhí)行各種功能。 圖 27 電 機(jī)調(diào)速電路 傳感脈沖檢測(cè)電路 檢測(cè)電路由霍爾元件里程檢測(cè)、跑道標(biāo)志光電管檢測(cè)兩部分組成，如下圖 28 和 29。 用于里程累計(jì)的脈沖信號(hào)由霍爾元件檢測(cè)?；魻栐惭b在后左輪，車輪每轉(zhuǎn)一 周就由其產(chǎn)生一個(gè)低電平脈沖，使單片機(jī)外部中斷 1 產(chǎn)生中斷，從而使里程脈沖數(shù)累計(jì)一次。根據(jù)本小車輪子的周長(zhǎng)，每轉(zhuǎn) 6 周為 1 米，所以每累計(jì) 6 個(gè)脈沖就是 1 米。 用于檢測(cè)跑道標(biāo)志的脈沖信號(hào)由光敏二極管、發(fā)光二極管電路組成。當(dāng)小車在白紙上時(shí)，輸出為高電平；當(dāng)遇到黑線時(shí)，輸出低電平脈沖，作中斷計(jì)數(shù)判斷用。 東華理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 17 圖 28 里程檢測(cè)電路 圖 29 跑道標(biāo)志檢測(cè)電路 東華理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)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(dòng)態(tài)掃描的方式進(jìn)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(guò)程中所需的總時(shí)間，其中前兩位表示分，后兩位表示秒。往返到起點(diǎn)時(shí)顯示 的數(shù)值是一次往返的總時(shí)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(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)的部分軟件設(shè)計(jì) 19 3 系統(tǒng)的 部分 軟件設(shè)計(jì) 此部分由我的同組人劉冉杰完成 ,在此就不在詳細(xì)介紹 ,只介紹其主要流程圖。 主程序 主要完 成初始化工作，設(shè)定小汽車的初始運(yùn)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(biāo)志處理程序 (外中斷 0 服務(wù)程序 ) 其任務(wù)是根據(jù)小車到達(dá)黑線的位置控制小車的運(yùn)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(jìn)狀態(tài) 打開電機(jī)電源 調(diào)用顯示子程序 東華理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)的部分軟件設(shè)計(jì) 20 里程計(jì)數(shù)處理程序（外中斷 1 服務(wù)程序） 里程計(jì)數(shù)器采用十進(jìn)制計(jì)數(shù)，最大計(jì) 數(shù)值為 999 米。當(dāng)退出時(shí)，將計(jì)數(shù)值移入 74H~76H 顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元，見(jiàn)流程圖 33 所示 。 計(jì)時(shí)程序（ T1 定時(shí)中斷服務(wù)程序） 見(jiàn)流程圖 34。 東華理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)的部分軟件設(shè)計(jì) 21 圖 32 外中斷 0程序流程圖 中斷 0 開始 關(guān) 中 斷 停 止 慢 車 慢 車 快 車 延時(shí) 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