点光源跟踪系统
【摘要】：本系统设计以MSP430F169微处理器为控制器点光源自动跟踪系统，点光源跟踪系统由光源检测控制和点动光源两大部分组成。光源检测控制通过单片机控制两个步进电机，实现激光笔左右上下两个方向运动，可实现精准跟踪光源，点动光源用恒流源控制1W LED发光，光敏三极管构成检测光源位置电路。系统使用NOKIA3510彩色液晶显示，不仅美观，而且菜单显示使系统可视化。本系统结构简单，功能强大，系统稳定。
关键词：步进电机MSP430F169 NOKIA3510 光敏三极管
一系统整体方案确立与单元模块方案论证及比较
本题任务设计并制作一个能够检测并指示点光源位置的光源跟踪系统。自动跟踪系统要实现检测光源和跟踪光源，通过光敏器件检测光照强度判断光源的位置，辅以微处理器控制电机，电机控制激光笔的左右上下运动来跟踪光源。有以下两种总的方案可供选择：
（1）电机的选择方案论证
方案一：实用云台机构。利用全方位云台内部的两个电机，分别控制激光笔上下、左右转动；这种方案的优点是控制起来较比较方便，机械性能较好，但是市场上云台价格较贵，由于云台通过同步电机实现转动，运动惯性比较大，不易控制。
方案二：控制步进电机。利用两个步进电机，分别控制激光笔上下、左右向的转动；步进电机控制方便，驱动电路设计容易。这种方案的优点是经济。综上所述：考虑到激光笔上下左右运动的角度非常微小，而且步进电机便宜，故选用方案二。
（2）电机驱动模块选择
方案一：采用专用芯片L298N作为电机驱动芯片。L298N是一个具有高电压大电流的全桥驱动芯片，它工作频率高，一片L298N可以控制1个步进电机，而且还带有控制使能端。用该芯片作为电机驱动，操作方便，稳定性好，性能优良。
方案二：用分立元件构成驱动电路。由分立元件构成电机驱动电路，结构简单，价格低廉，在实际应用中应用广泛。但是这种电路工作性能不够稳定。
方案三：用高耐压、大电流达林顿陈列—ULN2003做驱动电路。ULN2003是高耐压、大电流达林顿陈列，由七个硅NPN 达林顿管组成。U LN2003 工作电压高，工作电流大，灌电流可达500mA，并且能够在关态时承受50V 的电压，输出还可以在高负载电流并行运行。由于ULN2003结构简单，价格便宜，具有7路输出电流可达500毫安能够驱动步进电机。考虑性价比、电路结构等，系统选用方案三。（3）检测光照强度模块的选择
方案一：采用多个光敏电阻。根据AD转换后通过单片机处理反馈于电机驱动来调整激光笔的跟踪，但光敏电阻的检测距离很近，达不到题目的要求。
方案二：采用多个光敏三极管。根据AD转换后通过单片机处理反馈于电机驱动来调整激光笔的跟踪。光敏三极管的灵敏度好，检测距离远。考虑到2m的
距离，故选用方案二。
根据上面的方案论证，本系统整体框图如图1所示。
图1 系统整体框图
二 理论计算与分析
由于点光源在15秒内要以A 为圆心、半径r 约173cm 的圆周在不大于±45o的范围内移动，也就是说15秒内左右运动的电机只转1/4圈，90度。当电光源运动到不同的位置，点光源与激光笔连线的角度变化，如图2所示：
图2 点光源不同位置转动集合示意图 图3 机械结构简单示意图 点光源在原点时，点光源与激光笔连线的角度为
1arctan arctan 301.73OB OA θ????==≈
? ?????
。
点光源沿直线LM 左移30cm 时，点光源与激光笔连线的角度为
AM 1.757
OB 1arctan =arctan 29.63
AM 1.757=≈????=≈ ? ?????
。
α 点光源与激光笔连线的角度减小θ=0.4°。
由此可见，左右转动角度大，上下转度角度小。对于电机不可能精确转动这么小的角度，因此在机械结构进行改造。如图3所示，用步进电机带动尼龙线拉板上移。
经测量步进电机轴周长L 为1.2cm ，距离转轴d= 8.3cm 。
1X=tan *d tan d tan 30*8.3tan 29.3*8.30.13X n =0.
L
θ-=-==。。α*
上下移动电机只转1/10圈。对于步进电机可实现。上下电机拉力只带动底部电机，提供力矩足够大。为了避免尼龙线弹性，在板子加上50g 的物体。
为了实现慢速精准跟踪光源我们选择型号28BYJ48的步进电机，它的步距角5.625°，1/64的减速比，启动转矩>300g/cm 。
三、电路与程序设计
3.1 电路的设计
1）电机驱动电路的设计
采用ULN2003做驱动。信号输入端加上拉电阻以提高输入驱动电流。电路图如4：
+5v
+3.3V
图4步进电机驱动原理图 图5光敏三极管检测光强原理图
2）检测光照强度电路的设计
采用高灵敏度光敏三极管来检测光照强度，三极管扩大电流的作用。电路图如5：对于点光源的检测，除了使用高灵敏度的三极管外，三极管的数量和布局的选择也至关重要，在本系统中，三极管的布局采用图6的形式，四个光敏三极管分别检测上下左右四个方位的光强，根据光强来判断光源的位置，进而驱动激光笔的运动。
图6 光敏三极管排列示意图
3）系统电源的设计
采用2路稳压芯片TL780-05，将电池电压稳压成2路5v 电源，一路专为电机供电，一路为外围电路供电及稳压芯片供电。同时将其中一路5v 电压通过稳压芯片AMS1117-3.3稳压到3.3v ，为3.3v 外围电路供电。 4）LED 供电恒流源的设计
恒流源通过开关电源获得，PWM控制芯片选用UC3525，通过调整PWM辅以反馈电路，使得电流恒定。改变反馈，来调整电流的值。通过继电器切换不同采样点来实现负载的恒压、恒流控制。
3.2程序设计
1）系统流程图如图7所示
系统初始化包括单片机的端口初始化，AD初始化，液晶初始化，及步进电机的初始化，然后进入键盘中断，选择相应的菜单进入不同的子菜单。子菜单主要包括现场设置及寻光追踪。
2）现场设置流程图如图8所示
通过按键上下左右调整使激光头快速找到光源。
3）寻光追踪子流程图如图9所示
AD采样，比较1号和3号AD值，使激光笔上下运动。比较2号和4号AD 值，使激光笔左右运动。
图7
系统流程图
图8 现场设置子程序流程图 图 9 寻光追踪子程序流程图
四、系统测试
1、测试仪器
1）自制点光源：电光源距地面1m ，以LED 为圆心，半径为60cm 的圆盘，将LED 聚光处理。
2）卷尺：1个，精度1mm 。 3）秒表：1个，精度0.01mm
4）三路直流稳压稳流电源：2个，SG1732SC3A 5）万用表：2个 ，MAS8300L 6）电池 2200 m A.h 7.2V 2、 测试结果与分析
1）通过设置上下左右键控制电机上下左右运动，可以很快使激光笔光束准确对准电光源。
2) 激光笔光点调偏离点光源中心30cm ，电流为 300m A 。测试结果如下：
表3 右移中心30cm
表4 下移中心30cm
结果分析：上下偏移校正时，偏离中心位置比左右校正时要小，但对准时间要长，主要因为上下控制电机转动角度比左右控制电机转动角度大很多。有时，偏差很大有外界干扰。
3)沿圆弧移动，测试结果如下：
第一次 能够成功追随光源移动，最大偏移5cm ，时间为8S 。 第二次 能够成功追随光源移动，最大偏移8cm ，时间为9S 。 第三次 能够成功追随光源移动，最大偏移6cm ，时间为8.6S 。
结果分析：偏移量有点大主要因为手动操作时快时慢，造成偏移量大。 4）沿直线LM 左右移30cm ，测试结果如下：
第一次 能够成功追随光源移动，最大偏移5cm ，时间为10S 。 第二次 能够成功追随光源移动，最大偏移8cm ，时间为9.5S 。 第三次 能够成功追随光源移动，最大偏移4cm ，时间为11S 。
5）将电光源向左移动20cm ，左右偏移β角度约20°，测试结果如下： 点光源左偏移20°左右时，经过三次测量，能够成功寻到光源。点光源右偏移20°左右时，经过三次测量，能够成功寻到光源。测量结果如表5、表6
所示：
表5 左偏移20° 表6 右偏移20°
6）改变电流，是电流在250m A 。沿直线LM 左右移30cm ，测试结果如下 第一次 能够成功追随光源移动，最大偏移5cm 。 第二次 能够成功追随光源移动，最大偏移7cm 。 第三次 能够成功追随光源移动，最大偏移4cm 。
五、 总结
本次设计在硬件上，
电路结构比较简单，在软件上连续改进及调试能够基本实现系统所设的要求，并且寻光范围大，适应能力比较好，寻光速度快。时间有限， 四天三夜，系统设计不够完美，但最终还是完成点光源跟踪系统。
附录：
（1）TI芯片列表
MSP430F169 1片
TL780-05KCS 2片
INA128P 1片
OP07CP 3片
（2）原理图
1. A区域电路原理图设计
2. 恒流源的设计原理图
恒流源通过开关电源获得，PWM控制芯片选用UC3525，通过调整PWM辅以反馈电路，使得电流恒定。改变反馈，来调整电流的值。通过继电器切换不同采样点来实现负载的恒压、恒流控制。
吉林铁道职业技术学院 电子制作职业技能大赛（论文） 题目太阳能自动跟踪装置设计
参赛人姓名王志会张卫国朱峰所在系电气工程系 指导教师陈冬鹤 完成时间2013年5月26日
吉林铁道电子制作职业技能大赛设计报告 题目：太阳能自动跟踪装置设计 主要内容、基本要求等： ◆主要内容：加强大学生动手操作能力，促进集体荣誉感。 ◆基本要求：1，利用单片机控制实现太阳能电池板随着太阳（光源）的位置变 化而调整自身相应的姿态，以达到太阳光能的最佳利用。 2，实现一定的姿态控制精度。 3，以低成本、低功耗完成设计并实现目标电路的组装。 ◆主要参考资料：电路基础、电工技术、电子手工焊接、单片机原理及应用、传感器原理与应用。 完成日期：2013年5月26日 指导教师：陈冬鹤 实验组组长：王志会 2013年 6 月 5 日
太阳能自动跟踪装置 研制目的 人类正面临着石油和煤炭等矿物燃料枯竭的严重威胁，太阳能作为一种新型能源具有储量无限、普遍存在、利用清洁、使用经济等优点，太阳能光伏发电是改善生态环境、提高人类生存质量的绿色能源之一，但由于传统太阳能板方向固定，受光时间有限。因此研制可随光移动的太阳能跟随系统。
一自动跟踪系统整体设计 1.1 系统总体结构 本系统包括光电转换器、步进电机、89C5系列单片机以及相应的外围电路等。太阳能电池板可以360度自由旋转。控制机构将分别对水平方向进行调整。单片机加电复位后，首先由TRCT5000构成的定位系统对整个系统进行预置定位，然后单片机将对两光敏电阻采样进来的两个电平进行比较，电平有高电平和低电平两种，若两电平相等则电池板停止转动，若不等单片机将对两电平进行比较判定，驱动步进电机让太阳能板与之相对应转动，实现电池板对太阳的跟踪。图1-1所示： 1.2 光电转换器
点光源跟踪系统 目录 1.【摘要】 (1) 2.系统整体方案确立 (2) 3.方案设计论证与比较 (2) 3.1方案设计 (2) 3.2方案论证与比较 (2) 3.2.1控制核心的选择与比较 (2) 3.2.2恒流源的选择与比较 (3) 3.2.3光敏器件的选择与比较 (3) 4.系统的建立 (4) 4.1系统构建框图 (4) 4.2硬件电路的制作 (4) 4.2.1可调恒流源电路 (4) 4.2.2光源检测电路 (5) 4.2.3 msp430最小系统 (6) 4.2.4 JS-8580-V6C驱动步进电机模 (6) 4.3程序设计 (7) 4.3.1程序系统框图 (7) 4.3.2程序代码 (8) 5.系统调试 (9) 5.1调试仪器 (9) 5.2调试结果 (9) 5.2.1 恒流源数据测试 (9) 5.2.2系统测试 (10)
点光源跟踪系统 1.【摘要】 本系统设计是由MSP430F149单片机为控制核心，由恒流源控制1w的大功率LED做点动光源。以光敏电阻作为光源检测传感器，用步进电机来自由转动带动激光笔跟踪点光源的自动跟踪系统. 该系统由430单片机最小系统、点光源检测、步进电机驱动等电路组成，利用三个光敏电阻实现点光源强度和移动方向的检测，通过信号放大和处理，送入单片机内部电路，单片机将采样结果进行分析和处理，控制步进电机运转的步距和方向，从而达到点光源的精确跟踪。 关键词：MSP430；恒流源；步进电机；光敏电阻。
点光源跟踪系统 2.系统整体方案确立 作品以1w白光LED作为光源，固定在一支架上，且LED的电流可调范围为150mA到350mA，在一定的角度，范围内移动支架，确保跟踪系统中的指向激光笔可以尽快的指向光源。 3.方案设计论证与比较 3.1方案设计 由于要以1w的白光LED作为光源，且电流调节范围有限制，所以需要选择一个好的恒流源达到要求，其次在感光系统中，要做到精准的跟踪和定位光源，因此光电传感器的选择也很重要。在这两者的设计中，有以下几种方案。 3.2方案论证与比较 3.2.1控制核心的选择与比较 方案一：采用MSP430 MSP430是TI公司生产的16位超低功耗的混合信号处理器。集模拟电路、数字电路和微处理器于一体，具有方便高速的运算能力和丰富的功能模块，低电源电压范围为1.8-3.6V，还具有灵活的时钟适用范围。 方案二：采用89c51 89C51单片机是由ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造的一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS8位微处理器，8位CPU 和闪烁存储器组合在单个芯片中，是一种高效微控制器。 方案三：采用AVR AVR单片机是由ATMEL公司研发出的增强型内置Flash的RISC精简指令集高速8位单片机。具有运算速度快，性价比高，工作电压范围宽（2.7-6V），和抗干扰能力强等优点。 比较以上三种方案，由于对MSP430比较熟悉，因此选择方案一。
第 2 章三极管及放大电路基础 课题】 2.1 三极管 【教学目的】 1．掌握三极管结构特点、类型和电路符号。 2．了解三极管的电流分配关系及电流放大作用。 3．理解三极管的三种工作状态的特点，并会判断三极管所处的工作状态。4．理解三极管的主要参数的含义。【教学重点】 1．三极管结构特点、类型和电路符号。 2．三极管的电流分配关系及电流放大作用。 3．三极管的三种工作状态及特点。 【教学难点】 1．三极管的电流分配关系和对电流放大作用的理解。 2．三极管工作在放大状态时的条件。 3．三极管的主要参数的含义。 【教学参考学时】 2 学时 【教学方法】 讲授法、分组讨论法 【教学过程】 一、引入新课 搭建一个简单的三极管基本放大电路，通过对放大电路输入信号及输出信号的测试，引导学生认识三极管，并知道三极管能放大信号，为后续的学习打下基础。 二、讲授新课 2.1.1 三极管的基本结构 三极管是在一块半导体基片上制作出两个相距很近的PN结构成的。 两个PN结把整块半导体基片分成三部分，中间部分是基区，两侧部分分别是发射区和 集电区，排列方式有NPN和PNP两种， 2.1.2 三极管的电流放大特性 三极管能以基极电流微小的变化量来控制集电极电流较大的变化量，这就是三极管的电 流放大特性。 要使三极管具有放大作用，必须给管子的发射结加正偏电压，集电结加反偏电压。
三极管三个电极的电流（基极电流1 B、集电极电流l C、发射极电流l E）之间的关系为: I E| |I C I C l B l C、 l B l B 2.1.3三极管的特性曲线 三极管外部各极电流与极间电压之间的关系曲线，称为三极管的特性曲线，又称伏安特性曲线。 1.输入特性曲线 输入特性曲线是指当集-射极之间的电压V CE为定值时，输入回路中的基极电流I B与加在基-射极间的电压V BE之间的关系曲线。 三极管的输入特性曲线与二极管的正向伏安特性曲线相似，也存在一段死区。 2.输出特性曲线 输出特性曲线是指当基极电流I B为定值时，输出电路中集电极电流I C与集-射极间的 电压V CE之间的关系曲线。I B不同，对应的输出特性曲线也不同。 截止区：I B 0曲线以下的区域。此时，发射结处于反偏或零偏状态，集电结处于反 偏状态，三极管没有电流放大作用，相当于一个开关处于断开状态。 饱和区：曲线上升和弯曲部分的区域。此时，发射结和集电结均处于正偏状态，三极管 没有电流放大作用，相当于一个开关处于闭合状态。 放大区：曲线中接近水平部分的区域。此时，发射结正偏，集电结反偏。三极管具有电流放大作用。 2.1.4 三极管的主要参数 1?性能参数：电流放大系数、，集电极-基极反向饱和电流I CBO，集电极-发射极反向饱和电流I CEO。 2.极限参数：集电极最大允许电流I CM、集电极-发射极反向击穿电压V（BR）CEO、集电 极最大允许耗散功率P CM 。 3．频率参数：共发射极截止频率 f 、特征频率f T 。 2.1.5 三极管的分类三极管的种类很多，分类方法也有多种。分别从材料、用途、功率、频率、制作工艺等方面对 三极管的类型予以介绍。 三、课堂小结1．三极管的结构、类型和电路符号。2．三极管的电流放大作用。 3．三极管三种工作状态的特点。4．三极管的主要参数。 四、课堂思考 P37 思考与练习题1、2、3。
详解经典三极管基本放大电路 三极管是电流放大器件，有三个极，分别叫做集电极C，基极B，发射极E。分成NPN和PNP 两种。我们仅以NPN三极管的共发射极放大电路为例来说明一下三极管放大电路的基本原理。 图1：三极管基本放大电路 下面的分析仅对于NPN型硅三极管。如上图所示，我们把从基极B流至发射极E的电流叫做基极电流Ib;把从集电极C流至发射极E的电流叫做集电极电流Ic。这两个电流的方向都是流出发射极的，所以发射极E上就用了一个箭头来表示电流的方向。三极管的放大作用就是：集电极电流受基极电流的控制(假设电源能够提供给集电极足够大的电流的话)，并且基极电流很小的变化，会引起集电极电流很大的变化，且变化满足一定的比例关系：集电极电流的变化量是基极电流变化量的β倍，即电流变化被放大了β倍，所以我们把β叫做三极管的放大倍数(β一般远大于1，例如几十，几百)。如果我们将一个变化的小信号加到基极跟发射极之间，这就会引起基极电流Ib的变化，Ib的变化被放大后，导致了Ic很大的变化。如果集电极电流Ic是流过一个电阻R的，那么根据电压计算公式U=R*I 可以算得，这电阻上电压就会发生很大的变化。我们将这个电阻上的电压取出来，就得到了放大后的电压信号了。 三极管在实际的放大电路中使用时，还需要加合适的偏置电路。这有几个原因。首先是由于三极管BE结的非线性(相当于一个二极管)，基极电流必须在输入电压大到一定程度后才能产生(对于硅管，常取0.7V)。当基极与发射极之间的电压小于0.7V时，基极电流就可以认为是0。但实际中要放大的信号往往远比0.7V要小，如果不加偏置的话，这么小的信号就不足以引起基极电流的改变(因为小于0.7V时，基极电流都是0)。如果我们事先在三极管的基极上加上一个合适的电流(叫做偏置电流，上图中那个电阻Rb就是用来提供这个电流的，所以它被叫做基极偏置电阻)，那么当一个小信号跟这个偏置电流叠加在一起时，小信号就会导致基极电流的变化，而基极电流的变化，就会被放大并在集电极上输出。另一个原因就是输出信号范围的要求，如果没有加偏置，那么只有对那些增加的信号放大，而对减小的信号无效(因为没有偏置时集电极电流为0，不能再减小了)。而加上偏置，事先让集电极有一定的电流，当输入的基极电流变小时，集电极电流就可以减小;当输入的基极电流增大时，集电极电流就增大。这样减小的信号和增大的信号都可以被放大了。 下面说说三极管的饱和情况。像上面那样的图，因为受到电阻Rc的限制(Rc是固定值，那么最大电流为U/Rc，其中U为电源电压)，集电极电流是不能无限增加下去的。当基极电流的增大，不能使集电极电流继续增大时，三极管就进入了饱和状态。一般判断三极管是否饱和的准则是：Ib*β〉Ic。进入饱和状态之后，三极管的集电极跟发射极之间的电压将很小，可以理解为一个开关闭合了。这样我们就可以拿三极管来当作开关使用：当基极电流为0时，三极管集电极电流为0(这叫做三极管截止)，相当于开关断开;当基极电流很大，以至于三极管饱和时，相当于开关闭合。如果三极管主要工作在截止和饱和状态，那么这样的三极管我们一般把它叫做开关管。 如果我们在上面这个图中，将电阻Rc换成一个灯泡，那么当基极电流为0时，集电极电流为0，灯泡灭。如果基极电流比较大时(大于流过灯泡的电流除以三极管的放大倍数β)，三极管就饱和，相当于开关闭合，灯泡就亮了。由于控制电流只需要比灯泡电流的β分之一大一点就行了，所以就可以用一个小电流来控制一个大电流的通断。如果基极电流从0慢慢增加，那么灯泡的亮度也会随着增加(在三极管未饱和之前)。
三极管放大电路 一、在括号内用“ ”或“×”表明下列说法是否正确。 （1）可以说任何放大电路都有功率放大作用；（） （2）放大电路中输出的电流和电压都是由有源元件提供的；（） （3）电路中各电量的交流成份是交流信号源提供的；（） （4）放大电路必须加上合适的直流电源才能正常工作；（） （5）由于放大的对象是变化量，所以当输入信号为直流信号时，任何放大电路的输出都毫无变化；（） （6）只要是共射放大电路，输出电压的底部失真都是饱和失真。（）解：（1）√（2）×（3）×（4）√（5）× （6）× 二、试分析图T2.2所示各电路是否能够放大正弦交流信号，简述理由。设图中所有电容对交流信号均可视为短路。
图T2.2 解：（a）不能。因为输入信号被V B B短路。 （b）可能。 （c）不能。因为输入信号作用于基极与地之间，不能驮载在静态电压之上，必然失真。 （d）不能。晶体管将因发射结电压过大而损坏。 （e）不能。因为输入信号被C2短路。 （f）不能。因为输出信号被V CC短路，恒为零。 （g）可能。 （h）不合理。因为G-S间电压将大于零。 （i）不能。因为T截止。
三、在图T2.3所示电路中， 已知V CC ＝12V ，晶体管的β＝100，' b R ＝ 100k Ω。填空：要求先填文字表达式后填得数。 （1）当i U &＝0V 时，测得U B E Q ＝0.7V ，若要基极电流I B Q ＝20μA ， 则' b R 和R W 之和R b ＝ ≈ k Ω；而若测得U C E Q ＝6V ，则R c ＝ ≈ k Ω。 （2）若测得输入电压有效值i U =5mV 时，输出电压有效值' o U ＝0.6V ， 则电压放大倍数 u A &＝ ≈ 。 若负载电阻R L 值与R C 相等 ，则带上负载 图T2.3 后输出电压有效值o U ＝ ＝ V 。 解：（1）3 )( 565 )(BQ CEQ CC BQ BEQ CC ，；， I U V I U V β-- 。 （2）0.3 120 ' o L C L i o U R R R U U ?-＋； － 。 四、已知图T2.3所示电路中V CC ＝12V ，R C ＝3k Ω，静态管压降U C E Q ＝6V ；并在输出端加负载电阻R L ，其阻值为3k Ω。选择一个合适的答案填入空内。 （1）该电路的最大不失真输出电压有效值U o m ≈ ； A.2V B.3V C.6V （2）当i U &＝1mV 时，若在不失真的条件下，减小R W ，则输出电压的幅值将 ； A.减小 B.不变 C.增大 （3）在i U &＝1mV 时，将R w 调到输出电压最大且刚好不失真，若此时增大输入电压，则输出电压波形将 ； A.顶部失真 B.底部失真 C.为正弦波 （4）若发现电路出现饱和失真，则为消除失真，可将 。 A.R W 减小 B.R c 减小 C.V CC 减小 解：（1）A （2）C （3）B （4）B
点光源跟踪系 组员：陈红芳韩思宇代金龙马文鹏徐伟杰陈国陆 摘要：本文设计的是一个点光源跟踪系统，主要由光敏电阻检测，运放分析处理，执行机构运行，这几个部分构成。整个系统是以LM358P 为控制核心，通过4个光敏电阻来检测光照，依据光照强度的变化、大小来判断出点光源的位置与运动趋势，并将点光源运动分解为水平和竖直方向的二维运动，借以来控制水平电机与竖直电机的旋转角度，以达到跟踪光源的效果。 关键词：点光源定位，二维运动分析，LM3S1138 一、系统方案设计与论证 1.主控芯片 根据本题的要求，整个系统中必须要有一个主控芯片来处理数据和控制操作，主要考虑以下两种方案： 方案一：MSP430系列单片机。16位低功耗单片机，性能良好。 方案二：Cortex-M3系列。具有32位处理器内核的高性能处理器，具有强大的控制、处理能力，丰富的外围模块，稳定的系统，提供方便高效的开发环境。 本系统选取Cortex-M3系列的LM3S1138作为控制器，LM3S1138支持低功耗模式，性能稳定，内置嵌套向量中断控制器，在控制、处理数据速度上有优势，并含有丰富的外围模块，所以选择方案二。 2.传感器的选择 本系统的传感器主要是检测光照度，可考虑的传感器如下列方案： 方案一：光敏电阻。从光照特性来看，随着光照强度的增加，光敏电阻的阻值开始迅速下降，可以反映光照的变化，但该特性大多数情况为非线性，部分光照区间内，特性变化不灵敏。 方案二：硅光电池。硅光电池是一种直接把光能转换为电能的半导体器件，根据硅光电池光照强度曲线特性可知，硅光电池的开路电压或短路电流与光强成很好的线性关系。 方案三：光敏二极管。光敏二极管具有单向导电性，无光照时，有很小的暗电流，当受到光照时，光电流随射光强度的变化而变化。 方案四：光敏三极管。原理与光敏二极管相同，但是与光敏二极管相比，它具有很大的光电流放大作用，即很高的灵敏度，因此传感器选择方案四。 3.电机的选择 电机的主要作用是调整激光笔的位置，指向点光源，可选取的类型如下方案：
第2章三极管及放大电路基础 【课题】 2.1 三极管 【教学目的】 1．掌握三极管结构特点、类型和电路符号。 2．了解三极管的电流分配关系及电流放大作用。 3．理解三极管的三种工作状态的特点，并会判断三极管所处的工作状态。 4．理解三极管的主要参数的含义。 【教学重点】 1．三极管结构特点、类型和电路符号。 2．三极管的电流分配关系及电流放大作用。 3．三极管的三种工作状态及特点。 【教学难点】 1．三极管的电流分配关系和对电流放大作用的理解。 2．三极管工作在放大状态时的条件。 3．三极管的主要参数的含义。 【教学参考学时】 2学时 【教学方法】 讲授法、分组讨论法 【教学过程】 一、引入新课 搭建一个简单的三极管基本放大电路，通过对放大电路输入信号及输出信号的测试，引导学生认识三极管，并知道三极管能放大信号，为后续的学习打下基础。 二、讲授新课 2.1.1 三极管的基本结构 三极管是在一块半导体基片上制作出两个相距很近的PN结构成的。 两个PN结把整块半导体基片分成三部分，中间部分是基区，两侧部分分别是发射区和集电区，排列方式有NPN和PNP两种， 2.1.2 三极管的电流放大特性 三极管能以基极电流微小的变化量来控制集电极电流较大的变化量，这就是三极管的电
流放大特性。 要使三极管具有放大作用，必须给管子的发射结加正偏电压，集电结加反偏电压。 三极管三个电极的电流(基极电流B I 、集电极电流C I 、发射极电流E I )之间的关系为： C B E I I I +=、B C I I = --β、B C I I ??=β 2.1.3 三极管的特性曲线 三极管外部各极电流与极间电压之间的关系曲线，称为三极管的特性曲线，又称伏安特性曲线。 1. 输入特性曲线 输入特性曲线是指当集-射极之间的电压CE V 为定值时，输入回路中的基极电流B I 与加在基-射极间的电压BE V 之间的关系曲线。 三极管的输入特性曲线与二极管的正向伏安特性曲线相似，也存在一段死区。 2. 输出特性曲线 输出特性曲线是指当基极电流B I 为定值时，输出电路中集电极电流C I 与集-射极间的电压CE V 之间的关系曲线。B I 不同，对应的输出特性曲线也不同。 截止区：0=B I 曲线以下的区域。此时，发射结处于反偏或零偏状态，集电结处于反偏状态，三极管没有电流放大作用，相当于一个开关处于断开状态。 饱和区：曲线上升和弯曲部分的区域。此时，发射结和集电结均处于正偏状态，三极管没有电流放大作用，相当于一个开关处于闭合状态。 放大区：曲线中接近水平部分的区域。此时，发射结正偏，集电结反偏。三极管具有电流放大作用。 2.1.4 三极管的主要参数 1. 性能参数：电流放大系数- -β、β，集电极-基极反向饱和电流CBO I ，集电极-发射极反向饱和电流CEO I 。 2. 极限参数：集电极最大允许电流CM I 、集电极-发射极反向击穿电压CEO BR V )(、集电极最大允许耗散功率CM P 。
实验名称：三极管共射放大电路 一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得 一、实验目的和要求 1、学习共射放大电路的设计方法。 2、掌握放大电路静态工作点的测量与调整方法。 3、学习放大电路性能指标的测试方法。 4、了解静态工作点与输出波形失真的关系，掌握最大不失真输出电压的测量方法。 5、进一步熟悉示波器、函数信号发生器、交流毫伏表的使用。 二、实验内容 1、静态工作点的调整和测量 2、测量电压放大倍数 3、测量最大不失真输出电压 4、测量输入电阻和输出电阻 5、测量上限频率和下限频率 6、研究静态工作点对输出波形的影响 三、主要仪器设备 1、示波器、信号发生器、晶体管毫伏表 2、共射电路实验板 四、实验原理与实验步骤 单管共射放大电路 1、放大电路静态工作点的测量和调试 准备工作： (1) 对照电路原理图，仔细检查电路的完整性和焊接质量。 (2) 开启直流稳压电源，将直流稳压电源的输出调整到12V，并用万用表检测输出电压。确认后，先关
闭直流稳压电源。 (3) 将电路板的工作电源端与12V 直流稳压电源接通。然后，开启直流稳压电源。此时，放大电路处于工作状态。 静态工作点的调整，调节电位器，使Q 点满足要求(ICQ ＝1.5mA)。 直接测电流不方便，一般采用电压测量法来换算电流。 测电压时，要充分考虑到万用表直流电压档内阻对被测电路的影响 。因此应通过测电阻Rc 两端的压降VRc ，然后计算出ICQ 。 （若测出VCEQ ＜0.5V ，则说明三极管已饱和；若VCEQ ≈+VCC ，则说明三极管已截止。若VBEQ>2V ，则说明三极管已被击穿） 2、测量电压放大倍数 (1) 必须保持放大电路的静态工作点不变！ (2) 从信号发生器输出1kHz 的正弦波，作为放大电路的输入(Vi=10mV 有效值） 。 (3) 用示波器监视输出波形，波形正确后再用交流毫伏表测出有效值。 3、测量最大不失真输出电压 (1) 静态工作点不变，用示波器监视输出波形。 (2) 逐渐增大输入信号幅度，直至输出刚出现失真。 (3) 测量时通常以饱和失真为准(当Q 点位于中间时)。 (4) 交流毫伏表测出有效值。 4、测量输入电阻 实验原理： 放大电路的输入电阻可用电阻分压法来测量，图中R 为已知阻值的外接电阻，分别测出Vs 和Vi ，则 实验步骤： (1) 输入正弦波(幅度和频率?) 。 (2) 用示波器监视输出波形，要求不失真。 (3) 用交流毫伏表测出Vs 和Vi ，计算得到Ri 。 5、测量输出电阻 实验原理： 放大电路的输出电阻可用增益改变法来测量，分别测出负载开路时的输出电压Vo'和带上负载RL 后的输出电压Vo ，则 R V V V R V V V I V R i s i i s i i i i -=-== /) ('o L o L o V R R R V +=L o o o R V V R ???? ??-=1'
测判三极管的口诀 三极管的管型及管脚的判别是电子技术初学者的一项基本功，为了帮助读者迅速掌握测判方法，笔者总结出四句口诀：三颠倒，找基极；PN结，定管型；顺箭头，偏转大；测不准， 动嘴巴。’下面让我们逐句进行解释吧。 一、三颠倒，找基极 大家知道，三极管是含有两个PN结的半导体器件。根据两个PN结连接方式不同，可以分 为NPN型和PNP型两种不同导电类型的三极管，图1是它们的电路符号和等效电路。 测试三极管要使用万用电表的欧姆挡，并选择R X100或RX1k挡位。图2绘出了万用电表 欧姆挡的等效电路。由图可见，红表笔所连接的是表内电池的负极，黑表笔则连接着表内电池的正极。 假定我们并不知道被测三极管是NPN型还是PNP型，也分不清各管脚是什么电极。测试 的第一步是判断哪个管脚是基极。这时，我们任取两个电极（如这两个电极为1、2）,用万用 电表两支表笔颠倒测量它的正、反向电阻，观察表针的偏转角度；接着，再取1、3两个电极和2、3两个电极，分别颠倒测量它们的正、反向电阻，观察表针的偏转角度。在这三次颠倒测量中，必然有两次测量结果相近：即颠倒测量中表针一次偏转大，一次偏转小；剩下一次必然是颠倒测量前后指针偏转角度都很小，这一次未测的那只管脚就是我们要寻找的基 极（参看图1、图2不难理解它的道理）。 二、PN结，定管型 找出三极管的基极后，我们就可以根据基极与另外两个电极之间PN结的方向来确定管子的 导电类型（图1）。将万用表的黑表笔接触基极，红表笔接触另外两个电极中的任一电极，若表头指针偏转角度很大，则说明被测三极管为NPN型管；若表头指针偏转角度很小，则被 测管即为PNP型。 三、顺箭头，偏转大 找出了基极b，另外两个电极哪个是集电极c,哪个是发射极e呢?这时我们可以用测穿透 电流ICEO的方法确定集电极c和发射极e。 （1）对于NPN型三极管，穿透电流的测量电路如图3所示。根据这个原理，用万用电表的 黑、红表笔颠倒测量两极间的正、反向电阻Rce和Rec，虽然两次测量中万用表指针偏转 角度都很小，但仔细观察，总会有一次偏转角度稍大，此时电流的流向一定是：黑表笔TC 极~b极极T红表笔，电流流向正好与三极管符号中的箭头方向一致（顺箭头”，）所以此 时黑表笔所接的一定是集电极c,红表笔所接的一定是发射极e。
基于红外线的目标跟踪与无线测温系统报告、系统方案 1、方案比较与选择 1）信号采集元件的选择 方案一：利用光敏电阻在不同光照强度下电阻阻值随光照强度的增强而减小的原理来提取信号。光敏电阻比较稳定，能够很好的把光信号转变为电信号，而且经济适用；但其反应不够灵敏，而且受周围环境温度的影响比较大。 方案二：使用光敏二极管作为采光原件。当遇到外界光照时，光敏电阻内PN 结的电子和空穴会增多从而其值会下降。它感光性能良好，稳定而且反应速度快；但是其电流值太小，不便于信号的提取，后级需要很大的信号放大，这样就导致误差增大。 方案三：使用光敏三极管作为信号提取元件。光敏三级管不仅采光性能灵敏稳定，而且其本身就具备电流放大作用；如果仍不能达到要求可以使用达林顿光敏三极管来放大电流。综合考虑上述三种方案，我们最终选择方案三。 2）控制电机的选择电机布局：在圆形基架的两条对称轴线上分别设置互相垂直的 两根轴X—X 和Y—丫，其中轴Y—丫与基座转动联接，轴X—X与工作平台固联并与基架转动 联接，电机I通过轴X—X带动工作平台相对基架转动，电机2通过轴丫一丫带动基架相对基座转动。轴X—X 采用背对背滚动轴承，有效地减轻了X—X 轴的剪切力。轴丫—丫采用圆锥滚子轴承，方便地实现了转动和支撑两大功用。 方案一：直流电机，其调速控制很方便，但是旋转角度及正反转不好控制，对于本题的定位跟踪，需要很精确的角度控制，因此没有采用此方案。 方案二：减速步进电机28BYJ-48步进电机可以采用步进细分技术来实现精确定位，其正反转及速度控制灵活，但是对于本题要在空间X及丫轴方向上实现定位，就需要搭建步进电机的架构来使其在空间定位，手工搭建的平台由于连接不够紧密导致系统不稳定，因此也没有采用此方案。 方案三：云台控制，云台的架构已经搭好，且正反转控制灵活，控制电路已经在内部做好，只需让继电器切换就可以实现相应控制，因此我们选择了此方案。 3）无线传输模块 方案一：采用无线红外遥控发射/接收系统。运用脉冲宽度编码（PPM 码）的方式，具有编码简单易懂、成本低等特点，但两个设备间传输数据时，中间不能有阻挡物，在传输整型数据时编码很容易，但是对于浮点数，软件中的数据处理就会很复杂，且通讯距离较短，发送代码的速度较慢，发送一个8bit 的代码数据最长需要85.5ms （9ms+4.5ms+32*2.25ms）的时间，且容易受干扰，因此它只适用于控制开关量的场合，而不适用于发送大容量高速数据代码的场合。 方案二：采用nRF905无线射频收发器组成无线数据传输系统。nRF905集成
晶体三极管及放大电路练习题 一、填空题 1、三极管的输出特性曲线可分为三个区域，即______区、______区和______区。当三极管工作在______区时，关系式IC=βIB才成立；当三极管工作在______区时，IC=0；当三极管工作在______区时，UCE≈0。 2、NPN型三极管处于放大状态时，三个电极中电位最高的是______，______极电位最低。 3、晶体三极管有两个PN结，即________和________，在放大电路中________必须正偏，________反偏。 4、晶体三极管反向饱和电流ICBO随温度升高而________，穿透电流ICEO随温度升高而________，β值随温度升高而________。 5、硅三极管发射结的死区电压约为________V，锗三极管发射结的死区电压约为 ________V，晶体三极管处在正常放大状态时，硅三极管发射结的导通电压约为 ________V，锗三极管发射结的导通电压约为________V。 6、输入电压为20mV，输出电压为2V，放大电路的电压增益为________。 7、多级放大电路的级数愈多则上限频率fH越_________。 8当半导体三极管的正向偏置，反向偏置偏置时，三极管具有放大作用，即极电流能控制极电流。 9、(2-1，低)根据三极管的放大电路的输入回路与输出回路公共端的不同，可将三极管放大电路分为，，三种。 10、(2-1，低)三极管的特性曲线主要有曲线和曲线两种。 11、(2-1，中)三极管输入特性曲线指三极管集电极与发射极间所加电压V CE一定时， 与之间的关系。 12、(2-1，低)为了使放大电路输出波形不失真,除需设置外,还需输入信号。 13、(2-1，中)为了保证不失真放大，放大电路必须设置静态工作点。对NPN管组成的基本共射放大电路，如果静态工作点太低，将会产生失真，应调R B，使其，则I B，这样可克服失真。 14、(2-1，低)共发射极放大电路电压放大倍数是与的比值。 15、(2-1，低)三极管的电流放大原理是电流的微小变化控制电流的较大变化。 16、(2-1，低)共射组态既有放大作用，又有放大作用。 17、(2-1，中)共基组态中，三极管的基极为公共端，极为输入端，极为输出端。 18、(2-1，难)某三极管3个电极电位分别为V E=1V,V B=1.7V,V C=1.2V。可判定该三极管是工作于区的型的三极管。 19、(2-1，难)已知一放大电路中某三极管的三个管脚电位分别为①3.5V，②2.8 V，③5V，试判断： a．①脚是，②脚是，③脚是（e, b，c）； b．管型是（NPN，PNP）； c．材料是（硅，锗）。 20、(2-1，中)晶体三极管实现电流放大作用的外部条件是，电流分配关系是。 21、(2-1，低)温度升高对三极管各种参数的影响，最终将导致I C，静态工作点。 22、(2-1，低)一般情况下，晶体三极管的电流放大系数随温度的增加而，发射结的导通压降V BE则随温度的增加而。 23、(2-1，低)画放大器交流通路时，和应作短路处理。 24、(2-2，低)在多级放大器里。前级是后级的，后级是前级的。 25、(2-2，低)多级放大器中每两个单级放大器之间的连接称为耦合。常用的耦合方式有：，，。 26、(2-2，中)在多级放大电路的耦合方式中，只能放大交流信号，不能放大直流信号的是放大电路，既能放大直流信号，又能放大交流信号的是放大电
三极管放大电路 1、问题简述： 要求设计一放大电路，电路部分参数及要求如下： （1）信号源电压幅值：0.5V； （2）信号源内阻：50kohm； （3）电路总增益：2倍； （4）总功耗：小于30mW； （5）增益不平坦度：20 ~ 200kHz范围内小于0.1dB。 2、问题分析： 通过分析得出放大电路可以采用三极管放大电路。 2.1 对三种放大电路的分析 （1）共射级电路要求高负载，同时具有大增益特性； （2）共集电极电路具有负载能力较强的特性，但增益特性不好，小于1； （3）共基极电路增益特性比较好，但与共射级电路一样带负载能力不强。 综上所述，对于次放大电路来说单采用一个三极管是行不通的，因为它要求此放大电路具有比较好的增益特性以及有较强的带负载能力。 2.2 放大电路的设计思路 在此放大电路中采用两级放大的思路。 先采用共射级电路对信号进行放大，使之达到放大两倍的要求；再采用共集电极电路提高电路的负载能力。 3、实验目的 （1）进一步理解三极管的放大特性； （2）掌握三极管放大电路的设计； （3）掌握三种三极管放大电路的特性； （4）掌握三极管放大电路波形的调试； （5）提高遇到问题时解决问题的能力。 4、问题解决 测量调试过程中的电路： 增益调试： 首先测量各点（电源、基极、输出端）的波形：
结果如下：
绿色的线代表电压变化，红色代表电源。调节电阻R2、R3、R5使得电压的最大值大于电源电压的2/3。 V A=R2//R3//（1+β）R5 / [R2//R3//（1+β）R5+R1]，其中由于R1较大因此R2、R3也相对较大。 第一级放大输出处的波形调试（采用共射级放大电路）： 结果为： 红色的电压最大值与绿色电压最大值之比即为放大倍数。 则需要适当增大R2，减小R3的阻值。 总输出的调试： 如果放大倍数不合适，则调节R4与R5的阻值。即当放大倍数不足时，应增大R4，减小R5。 如果失真则需要调节R6，或者适当增大电源的电压值，必要时可以返回C极，调节C极的输出。 功率的调试： 由于大功率电路耗电现象非常严重，因此我们在设计电路时，应在满足要求的情况下尽可能的减小电路的总功耗。减小总功耗的方法有： （1）尽可能减小输入直流电压； （2）尽可能减小R2、R3的阻值； （3）尽可能增大R6的阻值。 电路输入输出增益、相位的调试： 由于在放大电路分别采用了共射极和共集电极电路，因此输出信号和输入信号相位相差180度。体现在波形上是，当输入交流信号电压达到最大值是，输出信号到达最小值。 由于工作频率为1kHz，当采用专门的增益、相位仪器测量时需要保证工作频率附近出的增益、相位特性比较平稳，尤其相位应为±180度附近。一般情况下，为了达到这一目的，通常采用的方法为适当增大C6（下图为C1）的电容。 最终调试电路：
2010项目练习 设 计 作 品 作品名称：点光源跟综系统 设计组员：王国凯徐文超蔡露王奇志专业：应用电子技术 指导老师：唐炎明
摘要：本文设计的是一个点光源追踪系统，主要由光照传感器的照度检测与处理，控制器分析与处理，执行机构运行这几个部分构成。整个系统是以A T89S52为控制核心，通过四个光照传感器来检测光照，依据光照度的变化、大小来判断出点光源的位置与运动趋势，并将点光源运动分解为水平和竖直方向的二维运动，借以来控制水平电机与竖直电机的旋转角度。当水平方向上的两传感器的测量数值相对接近，同时竖直方向上的两传感器的测量数值也相对接近时，位于竖直传感器中间的激光笔将精确的指向点光源。除基本要求满足外，本系统设计了一些拓展环节：在点光源正对及电机运动幅度允许的条件下，激光笔可追踪任意方向移动的点光源，也可换速度档，达到迅速调节的目的。 关键字：点光源定位寻迹二维运动分析步进电机控制A T89S52
一．系统方案设计 1.主控芯片 根据本题的要求，整个系统中必须要有一个主控芯片来处理数据和控制操作，主要考虑以下两种方案： 方案一：AT89C51系列单片机。8位低功耗单片机，性能良好。 方案二：AT89S52系列。8位处理器内核高性能处理器，具有强大的控制、处理能力，稳定的系统，提供方便高效的开发环境。 本系统选取AT89S52单片机作为控制器，AT89S52支持低功耗模式，性能稳定，在控制、处理数据速度上有优势，，所以选择方案二。 2.传感器的选择 本系统的传感器主要是检测光照度，可考虑的传感器如下列方案： 方案一：光敏电阻。从光照特性来看，随着光照强度的增加，光敏电阻的阻值开始迅速下降，可以反映光照的变化，但该特性大多数情况为非线性，部分光照区间内，特性变化不灵敏。 方案二：光敏三极管。光敏三极管具有单向导电性，无光照时，有很小的暗电流，当受到光照时，光电流随射光强度的变化而变化。 在测试光敏电阻，发现光源的距离限制了两者的应用范围。当距离比较大时，两者的灵敏度大大降低。经实践测定，光敏三级管传感器满足要求，因此传感器选择方案二。 3.电机的选择 电机的主要作用是调整激光笔的位置，指向点光源，可选取的类型如下方案：方案一：步进电机。在非超载的情况下，电机的转速、停止位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响。每给一次脉冲信号，电机能够转过一个步距角。 方案二：直流电机。电机的转速受负载影响，惯性大。 根据设计的要求，步进电机转速平稳，容易控制，因而选用第一种方案。 4.点电源的供电方案 根据题目要求：为产生150mA~350mA的LED驱动电流，采用比例电流源。经测试可行。 5.总方案的确定 综上，本系统最终以A T89S52作为控制器，用光敏三极管做检测元件，通过控制步进电动机来使激光笔指向点光源。
第二章练习题 一、填空题： 1．晶体管工作在饱和区时发射结偏；集电结偏。 2．三极管按结构分为_ 和两种类型，均具有两个PN结，即______和______。 3.三极管是___________控制器件。 4.放大电路中，测得三极管三个电极电位为U1=6.5V,U2=7.2V,U3=15V，则该管是______类型管子，其中_____极为集电极。 5．三极管的发射结和集电结都正向偏置或反向偏置时，三极管的工作状态分别是__ __和______。 6.三极管有放大作用的外部条件是发射结________，集电结______。 7．三极管按结构分为______和______两种类型，均具有两个PN结，即___________和_________。 8．若一晶体三极管在发射结加上反向偏置电压，在集电结上也加上反向偏置电压，则这个晶体三极管处于＿＿＿＿＿＿状态。 8、某三极管3个电极电位分别为V E=1V,V B=1.7V,V C=1.2V。可判定该三极管是工作于区的 型的三极管。 9、已知一放大电路中某三极管的三个管脚电位分别为①3.5V，②2.8 V，③5V，试判断： a．①脚是，②脚是，③脚是（e, b，c）； b．管型是（NPN，PNP）； c．材料是（硅，锗）。 二、选择题： 1、下列数据中，对NPN型三极管属于放大状态的是。 A、V BE>0,V BE
2010第二届“TI杯”陕西省大学生电子设计竞赛 题目B： 《点光源跟踪系统》 参赛学生：李伟龙、梁谋、张凯 指导教师：张倩 学校：西安交通大学城市学院 院系：电信系
摘要 本系统以TI公司的超低功耗 MSP430 处理器为核心设计并制作一个能够检测并指示点光源位置的光源跟踪系统.该系统能准确跟踪点光源的位置并用激光笔指示其位置。以考核系统跟踪轨迹的准确性，轨迹的跟踪以完成任务的准确度来评判设计完成指标。 硬件系统以MSP430F5438为核心，根据光敏二极管的光电特性检测光源位置，采用步进电机来完成跟踪指示的功能。软件部分采用基准光照比对的思想编写出源代码来锁定光源位置，实现光源的检测与准确定位。经过多次测量验证，结果表明所设计的点光源跟踪系统能够自动检测点光源位置并指示。 关键词：光源跟踪定位，光敏二极管， MSP430，步进电机控制
目录 摘要 (1) 1 系统方案选择与论证 (4) 1.1光源采集方案 (4) 1.2光源检测与处理方案 (4) 1. 3 方案选择 (3) 2 系统的工作原理 (5) 3 硬件系统设计 (5) 3.1 光源检测部分 (4) 3.2信号处理部分 (5) 3.3电机驱动控制部分 (5) 4 软件系统设计 (6) 5点光源的设计、电流的测量及显示部分 (7) 6 测试结果及误差分析 (8)
1 系统方案选择与论证 根据题目的基本要求，本系统主要完成对光源的跟踪与指示，通过采集并处理不同位置光照强弱的有关数据，进而控制电机转向，以实现对光源的跟踪，下面论证系统实现方案。 1.1光源采集方案 光源采集可以采用光敏电阻，光敏二极管，或者红外接收管，由于光敏电阻受检测距离和光照强度特别是普通白光的的影响较强烈，当光源距离大于三米时感应电压信号很弱，红外接收管只受红外光控制.光敏二极管检测距离较远，有二极管特性，其导通条件还和外界光线有关，在室内环境下，外界光线克服了其导通压降，提高了检测的精确度，本系统只对LED光源进行检测与跟踪。 基于上述分析，拟采用光敏二极管实现光源的采集与跟踪 1.2光源检测与处理方案 光敏二极管采集到的信号电压通过MSP430单片机的A/D模块，实现对信号的处理.通过继电器对电机进行控制。 1.3方案选择 基于以上方案的优缺点比较，本设计采用光敏二极管采集光源，通过电压跟随，将信号电压送入MSP430 对步进电机进行控制方案，实行光源的精确定位，系统电气原理图如下图1.3-1所示
半导体三极管及放大电 路基础 Standardization of sany group #QS8QHH-HHGX8Q8-GNHHJ8-HHMHGN#
第二章半导体三极管及放大电路基础 第一节学习要求 第二节半导体三极管 第三节共射极放大电路 第四节图解分析法 第五节小信号模型分析法 第六节放大电路的工作点稳定问题 第七节共集电极电路 第八节放大电路的频率响应概述 第九节本章小结 第一节学习要求 （1）掌握基本放大电路的两种基本分析方法--图解法与微变等效电路法。会用图解法分析电路参数对电路静态工作点的影响和分析波形失真等；会用微变等效电路法估算电压增益、电路输入、输出阻抗等动态指标。 （2）熟悉基本放大电路的三种组态及特点；掌握工作点稳定电路的工作原理。 （3）掌握频率响应的概念。了解共发射极电路频率特性的分析方法和上、下限截止频率的概念。 第二节半导体三极管（BJT） BJT是通过一定的工艺，将两个PN结结合在一起的器件，由于PN结之间的相互影响，使BJT表现出不同 于单个 PN结的特性而具有电流放大，从而使PN结的应 用发生了质的飞跃。本节将围绕BJT为什么具有电流放 大作用这个核心问题，讨论BJT的结构、内部载流子的 运动过程以及它的特性曲线和参数。 一、BJT的结构简介 BJT又常称为晶体管，它的种类很多。按照频率分，有高频管、低频管；按照功率分，有小、中、大功
率管；按照半导体材料分，有硅管、锗管；根据结构不同，又可分成NPN型和PNP型等等。但从它们的外形来看，BJT都有三个电极，如图所示。 图是NPN型BJT的示意图。它是由两个 PN结的三层半导体制成的。中间是一块很薄的P型半导体(几微米~几十微米)，两边各为一块N型半导体。从三块半导体上各自接出的一根引线就是BJT的三个电极，它们分别叫做发射极e、基极b和集电极c，对应的每块半导体称为发射区、基区和集电区。虽然发射区和集电区都是N 型半导体，但是发射区比集电区掺的杂质多。在几何尺寸上，集电区的面积比发射区的大，这从图也可看到，因此它们并不是对称的。 二、BJT的电流分配与放大作用 1、BJT内部载流子的传输过程 BJT工作于放大状态的基本条件：发射结正偏、集电结反偏。 在外加电压的作用下， BJT内部载流子的传输过程为： （1）发射极注入电子 由于发射结外加正向电压V EE，因此发射结的空间电荷区变窄，这时发射区的多数载流子电子不断通过发射