【正文】 單的實驗說明二極管的正向特性和反向特性。 （ 1）正向特性 在電子電路中，將整流二極管的正極接在高電位端，負極接在低電位端，二極管就會導通，這種連接方式稱為正向偏置。當加在二極管兩端的正向電壓很小時，整流二極管仍然不能導通，流過二極管的正向電流十分微弱。只有當正向電壓達到某一數(shù)值（這一數(shù)值稱為“門檻電壓”，鍺管約為 ，硅管約為 ）以后，整流二極管才能直正導通。導通后二極管兩端的電壓基本上保持不變（鍺管約為 ，硅管約為 ），稱為二極管的“正向壓降”。 （ 2）反向 特性 在電子電路中，二極管的正極接在低電位端，負極接在高電位端，此時二極管中幾乎沒有電流流過，此時二極管處于截止狀態(tài)，這種連接方式，稱為反向偏置。整流二極管處于反向偏置時，仍然會有微弱的反向電流流過二極管，稱為漏電流。當整流二極管兩端的反向電壓增大到某一數(shù)值，反向電流會急劇增大，二極管將失去單向?qū)щ娞匦?，這種狀態(tài)稱為二極管的擊穿。 在本設計中對整流二極管并沒有太多的性能要求，只要具備了二極管的單向?qū)щ娦跃涂梢粤?，在電路中起到保護電子元件的作用。所以本設計將采用 IN4007 型鍺二極管。 晶體三極 管的選用 三極管放大電路的基本原理 晶體三極管 [8]是一種電流放大器件， 有集電極 C，基極 B，發(fā)射極 E三個極。晶體三極管按材料分常見的有兩種：鍺管和硅管。而每一種又有 NPN和 PNP 兩種結構形式，使用最多的是硅 NPN和 PNP兩種，兩者除了電源極性不同外，其工作原理都是相同的 。我們僅以 NPN 型硅 三極管的共發(fā)射極放大電路為例來說明一下三極管放大電路的基本原理。 徐州工程學院畢業(yè)設計 (論文 ) 21 圖 42 NPN型硅三極管引腳圖 如上圖 42所示，我們把從基極 B流至發(fā)射極 E的電流叫做基極電流 Ib；把從集電極 C流至發(fā)射極 E的電流叫做集電極電流 Ic。這兩個電流的方向都是流出發(fā)射極的，所以發(fā)射極 E上就用了一個箭頭來表示電流的方向。三極管的放大作用就是： 集電極電流Ic 受基極電流 Ib 的控制， 并且基極電流 Ib 很小的變化，會引起集電極電流 Ic 很大的變化， Ic 的變化量與 Ib變化量之比稱作三極管 的 放大倍數(shù) β 。如果我們將一個變 化的小信號加到基極跟發(fā)射極之間，這就會引起基極電流 Ib 的變化， Ib 的變化被放大后，導致了 Ic很大的變化。如果集電極電流 Ic是流過一個電阻 R的，那么根據(jù)電壓計算公式可以算得，這電阻上電壓就會發(fā)生很大的變化。我們將這個電阻上的電壓取出來，就得到了放大后的電壓信號了。 三極管在實際的放大電路中使用時，還需要加合適的偏置電路。首先是由于三極管BE 結的非線性（相當于一個二極管），基極電流必須在輸入電壓大到一定程度后才能產(chǎn)生（對于硅管，常取 ）。當基極與發(fā)射極之間的電壓小于 時，基極電流 Ib 就可以認為是 0。但實際中要放大的信號往往遠比 ，如果不加偏置的話，這么小的信號就不足以引起基極電流 Ib的改變（因為小于 ，基極電流都是 0）。如果我們事先在三極管的基極上加上一個合適的電流（叫做偏置電流，上圖中那個電阻 Rb 就是用來提供這個電流的，所以它被叫做基極偏置電阻），那么當一個小信號跟這個偏置電流疊加在一起時，小信號就會導致基極電流 Ib的變化，而基極電流 Ib的變化，就會被放大并在集電極上輸出。另一個原因就是輸出信號范圍的要求，如果沒有加偏置，那么只有對那些增加的信號放大，而對減小的信號無效（因為沒有 偏置時集電極電流為 0，不能再減小了）。而加上偏置，事先讓集電極有一定的電流，當輸入的基極電流 Ib變小時，集電極電流 Ic就可以減?。划斴斎氲幕鶚O電流 Ib增大時，集電極電流 Ic就增大。這樣減小的信號和增大的信號都可以被放大了。 對于 PNP型三極管，分析方法類似，不同的地方就是電流方向跟 NPN的剛好相反。 徐州工程學院畢業(yè)設計 (論文 ) 22 三極管的工作狀態(tài)的判斷方法 三極管的工作狀態(tài)可以分為三個區(qū)域：截止區(qū)、放大區(qū)和飽和區(qū)，根據(jù)三極管發(fā)射極和集電極偏置情況，可以判別其工作狀態(tài)： （ 1）對于 NPN 三極管來說，當 Ube≤ 0 時，三極管 發(fā)射極處于反向偏置， Ib≈ 0，三極管工作在截止區(qū)； （ 2）當晶體三極管發(fā)射極處于正向偏置而集電極處于反向偏置時，三極管工作在放大區(qū)， Ic隨 Ib近似作線性變化； （ 3）當發(fā)射極和集電極均處于正向偏置狀態(tài)時，三極管工作在飽和區(qū)， Ic 基本上不隨 Ib而變化，失去了放大功能。 在本設計中三極管選用型號為 S9014 NPN 型硅 三極管。 電磁繼電器的選用 繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路），通常應用于自動控制電路中，它實際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“ 自動開關”，在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護、轉換電路等作用。 電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點（常開觸點）吸合。當線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動觸點與原來的靜觸點（常閉觸點）吸合。這樣吸合、釋放，從而達到了在電路中的導通、切斷的目的。對于繼電器的“常開、常閉”觸點，可以這樣來區(qū)分： 繼電器線圈未通電時處于斷開狀態(tài)的靜觸點，稱為“常開觸點”；處于接通狀態(tài)的靜觸點稱為“常閉觸點”。 在本設計中為了安全保護須在音樂集成電路中接入電磁繼電器，而繼電器的選用為了達到供電電壓的一致從而選用 5V直流繼電器。 音樂集成電路報警模塊的設計 本設計中音樂集成電路的設計如圖 43所示。 當無線接收模塊（ LRT15CTM4S紅外接收遠程控制系統(tǒng)模塊）收到無線發(fā)射模塊（彩色電視遙控器）的脈沖信號后，其 Vout腳輸出 高 脈沖信號 ，單片機接收到該 脈沖信號 后讓 P27 口上電，當 P27 口有高電平輸出時， 通過基極偏置電阻 R1給三極管加一偏置電流，三極管 Q1 正向偏置，直流繼電器 KA 吸合，音樂集成電路發(fā)出報警信號，播放一遍音樂后便處在預警狀態(tài)，當 彈簧開關 KM1受到 外界 振動信號觸發(fā)后將會再次接通音樂集成電路，達到電動車防盜報警的目的。 徐州工程學院畢業(yè)設計 (論文 ) 23 圖 43 音樂集成電路報警模塊 本章小結 本章對音樂集成電路報警模塊所采用的整流二極管 、 晶體三極管 、 直流繼電器及音樂集成電路等電器元件的工作原理進行了詳細的介紹，并設計了適合本設計所需的音樂集成電路報警模塊，講解了該模塊的工作原理。 徐州工程學院畢業(yè)設計 (論文 ) 24 圖 51 AT89C51 單片機引腳圖 5 安裝與調(diào) 試 安裝是產(chǎn)品開發(fā)結構化的表現(xiàn)，合理的安裝可以節(jié)約空間，使產(chǎn)品結構緊湊。 調(diào)試對產(chǎn)品開發(fā) 來說是必須的 ，也是產(chǎn)品開發(fā) 過程 中非常重要的 一部分， 主要分為硬件調(diào)試和軟件調(diào)試。硬件調(diào)試是指在 硬件全部焊接好 以 后 ,檢查是否 有 焊錯 、 漏焊 、 虛焊 、 元件有沒有接錯 、 接反 的過程。軟件 調(diào)試是指在軟件開發(fā)過程 中 及時改正測試 時 發(fā)現(xiàn)的軟件錯誤 。下面將介紹本設計中有關硬件和軟件部分的安裝與調(diào)試。 硬件安裝 本設計采用 AT89C51 單片機作為本設計的核心，下面將介紹 AT89C51 單片機的相關特性及參數(shù)。 AT89C51 單片機 相關特性及參數(shù)介紹 AT89C51是美國 ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能 CMOS8位單片機，片內(nèi)含 4K字節(jié)的可反復擦寫 Flash 只讀存儲器和 128字節(jié)的隨機存儲器，器件采用 ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產(chǎn)，兼容標準 MCS51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器和 Flash存儲單元。 主要特性 ?與 MCS51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容 ?4K字節(jié)可反復擦寫 Flash只讀存儲器 ?1000次擦寫周期 ?數(shù)據(jù)保留時間： 10 年 ?全靜態(tài)工作： 0Hz～ 24Hz ?三級加密程序存儲器 ?128 8位內(nèi)部 RAM ?32可編程 I/O線 ?兩個 16位定時器 /計數(shù)器 ?6個中斷源 ?可編程串行通道 ?低功耗空閑和掉電模式 ?片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 功能特性概述 AT89C51 單片機提供以下標準功能： 4K 字節(jié) Flash 閃存， 128 字節(jié)內(nèi)部 RAM， 32 個徐州工程學院畢業(yè)設計 (論文 ) 25 I/O 口線，兩個 16 位定時 /計數(shù)器，一個向量兩極中斷機構，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。同時， AY89C51 單片機還可降至 0Hz 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式：空閑方式停止 CPU的工作，但允許 RAM、 定時 /計數(shù)器 、串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作；掉電方式保存 RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復位。 引腳功能 [9]說明 VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0口 ： P0口為一個 8位漏極開路雙向 I/O口，即地址 /數(shù)據(jù)總線復用口。作為輸出口用時，每腳可吸收 8個 TTL邏輯門電路。當端口寫 1可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉換地址和數(shù)據(jù)總線復用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。 在 Flash編程時， P0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)，校驗 時要求外接上拉電阻。 P1 口 ： P1口為一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8位雙向 I/O口， P1口輸出緩沖器能驅(qū)動（吸收或輸出電流） 4 個 TTL 邏輯門電路。對端口寫“ 1”，通過內(nèi)部上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口使用，并當某個引腳被外部信號拉低時回輸出一個電流。 在 Flash編程和程序校驗期間， P1口接收低 8位地址。 P2口 ： P2口為一個帶有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O口， P2口的輸出緩沖器能驅(qū)動（吸收或輸出電流） 4 個 TTL 邏輯門電路，對端口寫“ 1”，通過內(nèi)部上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口使用，并當某個引 腳被外部信號拉低時回輸出一個電流。在訪問外部程序存儲器或 16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器， P2 口送出高 8 位地址數(shù)據(jù)；在訪問 8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時， P2口線上的內(nèi)容在整個訪問期間不改變。 在 Flash編程和程序檢驗時， P2口也接收高位地址和其他控制信號。 表 51 P3口特殊功能 端口引腳 第二功能 RXD(串行輸入口） TXD(串行輸出口） INT0(外部中斷 0） INT1(外部中斷 1） T0(定時∕計數(shù)器） T1(定時∕計數(shù)器） WR(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） RD(外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） 徐州工程學院畢業(yè)設計 (論文 ) 26 P3口 ： P3口為一個帶有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O口， P2口的輸出緩沖器能驅(qū)動（吸收或輸出電流） 4 個 TTL 邏輯門電路，對端口寫“ 1”，通過內(nèi)部上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口使用，并當某個引腳被外部信號拉低時 會 輸出一個電流。 P3口還接收一些用于 Flash 閃存編程和程序檢驗的控制信號。 P3口也可作為特殊功能口，其功能見表 51。 RST：復位輸入。當振蕩器工作時，要保持 RST 腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單片機復位。 ALE/PROG：當訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，地址鎖存允許的輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。在 Flash 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時， ALE 端以時鐘振蕩頻率的 1/6 輸出固定的正脈沖信號，因此它可用作對外輸出時鐘或用于定時目的。然而要注意的是：每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ALE 脈沖。 對 Flash 存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（ PROG）。如有必要，可通過對特殊功能寄存器（ SFR）區(qū)中的 8EH單元的 D0位置位，可禁止 ALE 操作。該位置位后，只有一條 OVX 和 MOVC 指令 ALE 才會被激活。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應設置 ALE無效。 PSEN：程序存儲允許輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當 AT89C51 由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次 PSEN 有效，即輸出兩個脈沖。在此期間，當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，這兩次有效的 PSEN 信號不出現(xiàn)。 EA/VPP：外部訪問允許。欲使 CPU 僅訪問為部程序存儲器（地址為 0000H～ FFFFH）， EA端必須保持低電平（接地）。需要注意的是：如果加密位 LB1 被編程，復位時內(nèi)部會鎖存 EA端狀態(tài)。當 EA端為高電平（ 接 Vcc端）， CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器總的指令。 Flash存儲器編程時，該引腳加上 +12V的編程允許電源 Vpp，當然這必須是該器件是使用 +12V編程電壓 Vpp。 XTAL1：振蕩器反向放大器及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。 XTAL2：振蕩器反向放大器的輸出端。 時鐘振蕩器 [10]特性 AT89C51 中有一個用于構成內(nèi)部振蕩器的高增益反向放大器，引腳 XTAL1