【正文】 年。 LED 是英文 light emitting diode（發(fā)光二極管的縮寫(xiě) ） ， 發(fā) 圖 34 發(fā)光二極管構(gòu)造圖 光 二極管它的基本結(jié)構(gòu)是一塊電致發(fā)光的半導(dǎo)體材料，置于一個(gè)有引線的架子上，然后四周用 環(huán)氧樹(shù)脂 密封，起到保護(hù)內(nèi)部芯線的作用，所以 LED 的抗震性能好。 發(fā)光二極管的核心部分是由 P型半導(dǎo)體 和 N型半導(dǎo)體組成的 晶片 ，在 P型半導(dǎo)體和 N 型半導(dǎo)體之間有一個(gè)過(guò)渡層，稱為 PN 結(jié)。在某些半導(dǎo)體材料的 PN 結(jié)中，注入的少數(shù) 載流子 與多數(shù)載流子復(fù)合時(shí)會(huì)把多余的能量以光的形式釋放出來(lái)，從而把電能直接轉(zhuǎn)換為光能。 PN結(jié)加 反向電壓 ，少數(shù)載流子難以注入，故不發(fā)光。這種利用 注入式電致發(fā)光 原理制作的二極管叫發(fā)光二極管，通稱 LED。 當(dāng)它處于正向 工作狀態(tài) 時(shí)（即兩端加上正向電壓），電流從 LED 陽(yáng)極 流向陰極時(shí)，半導(dǎo)體 晶體 就發(fā)出從紫外到紅外不同顏色的光線，光的強(qiáng)弱與電流有關(guān)。 LED 發(fā)光二級(jí)管是 半導(dǎo)體二極管 的一種，可以把電能轉(zhuǎn)化成 光能 ； 常簡(jiǎn)寫(xiě)為L(zhǎng)ED。發(fā)光 二極管 與普通二極管一樣是由一個(gè) PN 結(jié)組成，也具有 單向?qū)щ娦?。當(dāng)給發(fā)光二極管加上 正向電壓 后，從 P區(qū)注入 到 N區(qū)的 空穴 和由 N區(qū)注入到 P區(qū)的電子，在 PN結(jié)附近數(shù)微米內(nèi)分別與 N區(qū)的電子和 P區(qū)的空穴復(fù)合，產(chǎn)生自發(fā)輻基于單片機(jī)的 PWM 調(diào)光 13 射的熒光。不同的 半導(dǎo)體材料 中電子和空穴所處的能量 狀態(tài) 不同。當(dāng)電子和空穴復(fù)合時(shí)釋放出的能量多少不同，釋放出的能量越多，則發(fā)出的光的 波長(zhǎng) 越短。常用的是發(fā)紅光、綠光或 黃光 的二極管。 發(fā)光二極管的 反向擊穿電壓 約 5 伏。它的正向 伏安特性曲線 很陡，使用時(shí)必須串聯(lián) 限流 電阻 以控制通過(guò)管子的 電流 。限流電阻 R可用下式計(jì)算： R=（ E－ UF） /IF 式中 E為電源電壓， UF 為 LED 的 正向壓降 ， IF 為 LED的一般工作電流。 發(fā)光二極管 的兩根引線中較長(zhǎng)的一根為 正極 ，應(yīng)接電源正極。有的發(fā)光二極管的兩根引線一樣長(zhǎng)，但管殼上有一凸起的小舌，靠近小舌的引線是正極 。與小白熾燈泡和氖燈相比，發(fā)光二級(jí)管的特點(diǎn)是：工作電壓很低（有 的僅一點(diǎn)幾伏）；工作電流很?。ㄓ械膬H零點(diǎn)幾毫安即可發(fā)光）；抗沖擊和抗震性能好，可靠性高，壽命長(zhǎng)；通過(guò)調(diào)制通過(guò)的電流強(qiáng)弱可以方便地調(diào)制發(fā)光的強(qiáng)弱。由于有這些特點(diǎn)，發(fā)光二極管在一些光電控制設(shè)備中用作光源，在許多電子設(shè)備中用作 信號(hào) 顯示器。把它的管心做成條狀，用 7 條條狀的 發(fā)光管 組成 7段式半導(dǎo)體 數(shù)碼管 ，每個(gè)數(shù)碼管可顯示 0～ 9十個(gè)數(shù)目字。 晶振的作用與電路的連接 晶振的作用就是給單片機(jī)正常工作提供穩(wěn)定的時(shí)鐘 /脈 沖信號(hào)。通常一個(gè)系統(tǒng)共用一個(gè)晶振，便于各部分保持同步。有些通訊系統(tǒng)的基頻和射頻使用不同的晶振，而通過(guò)電子調(diào)整頻率的方法保持同步。 判斷單片機(jī)芯片及時(shí)鐘系統(tǒng)是否正常工作有一個(gè)簡(jiǎn)單的辦法，就是用萬(wàn)用表測(cè)量單片機(jī)晶振引腳（ 1 19 腳）的對(duì)地電壓，以正常工作的單片機(jī)用數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)量為例： 18 腳對(duì)地約 ， 19 腳對(duì)地約 。對(duì)于懷疑是復(fù)位電路故障而不能正常工作的單片機(jī)也可以采用模擬復(fù)位的方法來(lái)判斷，單片機(jī)正常工作時(shí)第 9 腳對(duì)地電壓為零，可以用導(dǎo)線短時(shí)間和＋ 5V 連接一下，模擬一下上電復(fù)位，如果單片機(jī)能正常工 作了，說(shuō)明這個(gè)復(fù)位電路有問(wèn)題 晶振通常與鎖相環(huán)電路配合使用，以提供系統(tǒng)所需的時(shí)鐘頻率。如果不同子系統(tǒng)需要不同頻率的時(shí)鐘信號(hào)，可以用與同一個(gè)晶振相連的不同鎖相環(huán)來(lái)提供。 在通常工作條件下，普通的晶振頻率絕對(duì)精度可達(dá)百萬(wàn)分之五十。高級(jí)的精基于單片機(jī)的 PWM 調(diào)光 14 度更高。有些晶振還可以由外加電壓在一定范圍內(nèi)調(diào)整頻率，稱為壓控振蕩器（ VCO）。晶振用一種能把電能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化的晶體在共振的狀態(tài)下工作，以提供穩(wěn)定，精確的單頻振蕩。 晶 振一般叫做晶體諧振器，是一種機(jī)電器件，是用電損耗很小的石英晶體經(jīng)精密切割磨削并鍍上電極焊上引線做成 。這種晶體有一個(gè)很重要的特性，如果給他通電，他就會(huì)產(chǎn)生機(jī)械振蕩，反之，如果給他機(jī)械力，他又會(huì)產(chǎn)生電，這種特性叫機(jī)電效應(yīng)。他們有一個(gè)很重要的特點(diǎn)，其振蕩頻率與他們的形狀，材料，切割方向等密切相關(guān)。由于石英晶體化學(xué)性能非常穩(wěn)定，熱膨脹系數(shù)非常小，其振蕩頻率也非常穩(wěn)定，由于控制幾何尺寸可以做到很精密，因此，其諧振頻率也很準(zhǔn)確。根據(jù)石英晶體的機(jī)電效應(yīng)，我們可以把它等效為一個(gè)電磁振蕩回路，即諧振回路。他們的機(jī)電效應(yīng)是機(jī) 電 機(jī) 電 ....的不斷轉(zhuǎn)換，由電感和電容組成的諧振回路是電場(chǎng) 磁場(chǎng)的不斷轉(zhuǎn)換。在電路中的應(yīng)用實(shí)際 上是把它當(dāng)作一個(gè)高 Q值的電磁諧振回路。由于石英晶體的損耗非常小，即 Q 值非常高，做振蕩器用時(shí)，可以產(chǎn)生非常穩(wěn)定的振蕩，作濾波器用，可以獲得非常穩(wěn)定和陡削的帶通或帶阻曲線。 晶振的工作原理其實(shí)就是在石英晶體的兩個(gè)極板上加一個(gè)電場(chǎng)，晶片會(huì)產(chǎn)生機(jī)械形變，對(duì)極板施加機(jī)械力使其變形，又會(huì)在基板上產(chǎn)生相應(yīng)的電荷，這叫壓電效應(yīng)。如果在兩個(gè)極板上加上交變的電壓，晶片便會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形震蕩，同時(shí)這種機(jī)械震蕩還會(huì)產(chǎn)生交變電場(chǎng)（比較的微?。钱?dāng)外加交變的電壓的頻率與晶片固有的頻率（尤其形狀和尺寸決定）相等時(shí)，機(jī)械振動(dòng)的幅度會(huì)加 劇，產(chǎn)生交變電場(chǎng)也增大。叫做壓電諧波。 晶振一般要連接兩個(gè)低容量電容后，再連入單片機(jī)。匹配電容 —— 負(fù)載電容是指晶振要正常震蕩所需要的電容。一般外接電容，是為了使晶振兩端的等效電容等于或接近負(fù)載電容。要求高的場(chǎng)合還要考慮 IC 輸入端的對(duì)地電容。一般晶振兩端所接電容是所要求的負(fù)載電容的兩倍。這樣并聯(lián)起來(lái)就接近負(fù)載電容了。 負(fù)載電容是指在電路中跨接晶體兩端的總的外界有效電容。他是一個(gè)測(cè)試條件，也是一個(gè)使用條件。應(yīng)用時(shí)一般在給出負(fù)載電容值附近調(diào)整可以得到精確頻率。此電容的大小主要影響負(fù)載諧振頻率和等效負(fù)載諧振電阻。 一般情況下，增大負(fù)載電容會(huì)使振蕩頻率下降，而減小負(fù)載電容會(huì)使振蕩頻基于單片機(jī)的 PWM 調(diào)光 15 率升高。負(fù)載電容是指晶振的兩條引線連接 IC 塊內(nèi)部及外部所有有效電容之和，可看作晶振片在電路中串接電容。負(fù)載頻率不同決定振蕩器的振蕩頻率不同。標(biāo)稱頻率相同的晶振，負(fù)載電容不一定相同。因?yàn)槭⒕w振蕩器有兩個(gè)諧振頻率，一個(gè)是串聯(lián)揩振晶振的低負(fù)載電容晶振：另一個(gè)為并聯(lián)揩振晶振的高負(fù)載電容晶振。所以，標(biāo)稱頻率相同的晶振互換時(shí)還必須要求負(fù)載電容一至，不能冒然互換，否則會(huì)造成電器工作不正常。 基于單片機(jī)的 PWM 調(diào)光 16 4 實(shí)物裝配與調(diào)試 實(shí)物裝配流程 按照電路原理圖（見(jiàn)附錄）焊接組件 元器件清單及型號(hào)（見(jiàn)附錄） 單片機(jī)內(nèi)部程序的編寫(xiě) 關(guān)于頻率和占空比的確定，對(duì)于 12M 晶振，假定 PWM 輸出頻率為 1KHZ,這樣定時(shí)中斷次數(shù)設(shè)定為 C=10，即 中斷一次，則 TH0=FF,TL0=F6。由于設(shè)定中斷時(shí)間為 ，這樣可以設(shè)定占空比可從 1100 變化。即 *100=1ms include define uchar unsigned char TH0 和 TL0 是計(jì)數(shù)器 0 的高 8位和低 8位計(jì)數(shù)器，計(jì)算辦法 : TL0=(65536C)%256。 TH0=(65536C)/256,其中 C 為所要計(jì)數(shù)的次數(shù)即多長(zhǎng)時(shí)間產(chǎn)生一次中斷； TMOD 是計(jì)數(shù)器，工作模式選擇， 0X01 表示選用模式 1,它有16位計(jì)數(shù)器，最大計(jì)數(shù)脈沖為 65536 最長(zhǎng)時(shí)間為 1ms*65536= 用程序編輯器將編好的程序（見(jiàn)附錄）燒入單片機(jī)。 焊接工序注意事項(xiàng) 焊接的物理基礎(chǔ)是 “ 浸潤(rùn) ” ，浸潤(rùn)也叫 “ 潤(rùn)濕 ” 。要解釋浸潤(rùn)，先從荷葉上的水珠說(shuō)起：荷葉表面有一層不透水的臘質(zhì)物質(zhì)，水的表面張力使它保持珠狀，在荷葉上滾動(dòng)而不能攤開(kāi)，這種狀態(tài)叫做不能浸潤(rùn)；反之，假如液體在與固體的接觸面上攤開(kāi)，充分鋪展接觸，就叫做浸潤(rùn)。錫焊的過(guò)程，就是通過(guò)加熱，讓鉛錫焊料在焊接面上熔化、流動(dòng)、浸潤(rùn)，使鉛錫原子滲透到銅母材（導(dǎo)線、焊盤(pán)）的表面內(nèi)，并在兩者的接觸面上形成 Cu6Sn5 的脆性合金層。 基于單片機(jī)的 PWM 調(diào)光 17 在焊接過(guò)程中，焊料和母材接觸所形成的夾角叫做浸潤(rùn)角，如 下 圖中，當(dāng)時(shí)，焊料 與母材沒(méi)有浸潤(rùn)，不能形成良好的焊點(diǎn)； (b)圖中，當(dāng)時(shí)，焊料與母材浸潤(rùn)，能夠形成良好的焊點(diǎn)。仔細(xì)觀察焊點(diǎn)的浸潤(rùn)角，就能判斷焊點(diǎn)的質(zhì)量。 圖 41 焊料與母材接觸示意圖 圖： 浸潤(rùn)與浸潤(rùn)角 顯然，如果焊接面上有阻隔浸潤(rùn)的污垢或氧化層，不能生成兩種金屬材料的合金層，或者溫度不夠高使焊料沒(méi)有充分熔化，都不能使焊料浸潤(rùn)。進(jìn)行錫焊，必須具備的條件有以下幾點(diǎn)： ⑴ 焊件必須具有良好的可焊性 所謂可焊性是指在適當(dāng)溫度下，被焊金屬材料與焊錫能形成良好結(jié)合的合金的性能。不是所有的金屬都具有好的可焊性，有些金屬如鉻、鉬、鎢等 的可焊性就非常差；有些金屬的可焊性又比較好，如紫銅、黃銅等。在焊接時(shí)，由于高溫使金屬表面產(chǎn)生氧化膜，影響材料的可焊性。為了提高可焊性，可以采用表面鍍錫、鍍銀等措施來(lái)防止材料表面的氧化。 ⑵ 焊件表面必須保持清潔 為了使焊錫和焊件達(dá)到良好的結(jié)合，焊接表面一定要保持清潔。即使是可焊性良好的焊件，由于儲(chǔ)存或被污染，都可能在焊件表面產(chǎn)生對(duì)浸潤(rùn)有害的氧化膜和油污。在焊接前務(wù)必把污膜清除干凈，否則無(wú)法保證焊接質(zhì)量。金屬表面輕度的氧化層可以通過(guò)焊劑作用來(lái)清除，氧化程度嚴(yán)重的金屬表面，則應(yīng)采用機(jī)械或化學(xué)方法清除，例如進(jìn)行刮 除或酸洗等。 ⑶ 要使用合適的助焊劑 助焊劑的作用是清除焊件表面的氧化膜。不同的焊接工藝，應(yīng)該選擇不同的助焊劑，如鎳鉻合金、不銹鋼、鋁等材料，沒(méi)有專(zhuān)用的特殊焊劑是很難實(shí)施錫焊的。在焊接印制電路板等精密電子產(chǎn)品時(shí)，為使焊接可靠穩(wěn)定，通常采用以松香為主的助焊劑。一般是用酒精將松香溶解成松香水使用。 ⑷ 焊件要加熱到適當(dāng)?shù)臏囟? 基于單片機(jī)的 PWM 調(diào)光 18 焊接時(shí)，熱能的作用是熔化焊錫和加熱焊接對(duì)象，使錫、鉛原子獲得足夠的能量滲透到被焊金屬表面的晶格中而形成合金。焊接溫度過(guò)低，對(duì)焊料原子滲透不利，無(wú)法形成合金，極易形成虛焊；焊接溫度過(guò)高，會(huì)使 焊料處于非共晶狀態(tài)，加速焊劑分解和揮發(fā)速度，使焊料品質(zhì)下降，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致印制電路板上的焊盤(pán)脫落。 需要強(qiáng)調(diào)的是，不但焊錫要加熱到熔化，而且應(yīng)該同時(shí)將焊件加熱到能夠熔化焊錫