第4章-4.6-电子器件选择及应用

第4.6节

电子器件

选择及应用

第4.6节电子器件选择及应用元器件具有不同的几何形状、物理电气特性、安装要求等。一个电容器符号代表十几个型号，几百甚至成千上万中规格的实际电容器，正确选择才能既实现电路功能，又保证设计性能。4.6.1元器件的性能及工艺性1.电子元器件的电气性能参数电气安全参数环境性能参数电气功能参数2.电子元器件的使用环境参数工作温度、湿度储存温度、湿度3.电子元器件的机械结构参数外形尺寸引脚尺寸机械强度4.电子元器件的焊接性能引脚的可焊性元器件的耐焊接性5.电子元器件的寿命和可靠性4.6.2元器件的选择1.电子元器件选用基本准则与考虑基本准则基本考虑（留有余地、散热考虑、辐射问题、静电损伤、操作损伤、储存保管、）2.质量控制3.统筹兼顾算综合帐根据产品要求和用途选择不同品种和档次的元器件经济合理4.合理选择5.设计简化6.降价使用4.6.3元器件检测和筛选1.外观质量检查2.电气性能筛选木盆曲线筛选和老化3.参数性能检测4.6.4元器件应用（注意事项）1.元器件操作防静电工业生产使用专业防静电装备非专业简单防静电措施2.元器件防潮潮湿敏感性非生产环境的元器件防潮电子元器件总结电子元器件电抗元件电阻电容机电元件开关连接器继电器半导体分立器件二极管三极管集成电路电感电池电机按键串口碳性、碱性镍镉、镍氢锂铅蓄电池有刷、无刷电机步进电机舵机电吹风电风扇飞思卡尔小车电机驱动LED数码管、点阵旋转LED光立方集成电路生产过程键盘键盘

键盘是单片机应用系统中使用最广泛的一种数据输入设备。键盘是一组按键的组合。键通常是一种常开型按钮开关，常态下键的两个触点处于断开状态，按下键时它们才闭合（短路）。S1S4S3S2P1.4P1.5P1.6P1.789S52+5V图1独立式键盘接口特点：每个按键占用一条I/O线，当按键数量较多时，I/O口利用率不高，但程序编制简单。适用于所需按键较少的场合。特点：电路连接复杂，但提高了I/O口利用率，软件编程较复杂。适用于需使用大量按键的场合。89s52P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7+5V图2

矩阵式键盘接口非编码键盘分类①独立式键盘：每个按键占用一条I/O口线。②矩阵式键盘：用I/O口线组成行、列结构，按键设置在行列的交叉点上。五、键盘接口的消抖键稳定键按下前沿抖动前沿抖动键闭合及断开时的抖动由于按键按下时的机械动作，在按键被按下或松开的瞬间，其输出电压会产生波动，称为键的抖动。为确保每按一次键单片机只进行一次处理，使键盘可靠地工作，必须消除按键抖动。消抖方法有硬件消抖和软件延时两种。1.硬件消抖法就是在键盘中附加去抖动电路，从根上消除抖动产生的可能性。右图所示电路实际上是由R-S触发器构成的单脉冲电路。当按钮开关按下时Q端输出低电平，当开关松开时Q端恢复高电平，即输出一个负脉冲，以此消除抖动。2.软件消抖法键按下的时间与操作者的按键动作有关，约为十分之几到几秒不等。而键抖动时间与按键的机械特性有关，一般为5～10ms不等。软件消抖法即是采用延时（一般延时10～20ms）的方法，以避开按键的抖动，即在按键已稳定地闭合或断开时才读出其状态。六、矩阵键盘键盘控制流程

单片机对矩阵式键盘接口处理的一般过程如图所示。键扫描消抖求键码等待释放键扫描消除抖动有键按下？键扫描确有键按下？求键值按键处理键释放？YYYNN等待键释放N开始返回按键处理

键盘处理流程框图1.键扫描

键扫描就是要判断有无键按下，当扫描到有键按下时再进行下一步处理，否则退出键盘处理程序。独立式键盘扫描只需读取IO口状态,而矩阵式键盘描通常有两种实现方法：逐行扫描法和线反转法。(1)逐行扫描法。依次从第一至最末行线上发出低电平信号,如果该行线所连接的键没有按下的话,则列线所接的端口得到的是全“1”信号,如果有键按下的话,则得到非全“1”信号。

89C51P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7+5V01111111101111101101111111101111设第2行第4列键按下行线输出列线输入011111111011111011011111111011110000111000001011

89C51P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7+5V设第2行第4列键按下列值：1110行值：1011电子元器件电抗元件电阻电容机电元件开关连接器继电器半导体分立器件二极管三极管集成电路电感电池电机按键串口碳性、碱性镍镉、镍氢锂铅蓄电池有刷、无刷电机步进电机舵机电吹风电风扇飞思卡尔小车电机驱动LED数码管、点阵旋转LED光立方集成电路生产过程键盘随着多微机系统的广泛应用和计算机网络技术的普及，计算机的通信功能愈来愈显得重要。计算机通信是指计算机与外部设备或计算机与计算机之间的信息交换。通信有并行通信和串行通信两种方式。在多微机系统以及现代测控系统中信息的交换多采用串行通信方式。串行通信计算机通信是将计算机技术和通信技术的相结合，完成计算机与外部设备或计算机与计算机之间的信息交换。可以分为两大类：并行通信与串行通信。并行通信通常是将数据字节的各位用多条数据线同时进行传送。并行通信的特点:控制简单、传输速度快；由于传输线较多，长距离传送时成本高且接收方的各位同时接收存在困难。

串行通信是将数据字节分成一位一位的形式在一条传输线上逐个地传送。串行通信的特点：传输线少，长距离传送时成本低，且可以利用电话网等现成的设备，但数据的传送控制比并行通信复杂。

1.1串行通信的基本概念

一、异步通信与同步通信1、异步通信

异步通信是指通信的发送与接收设备使用各自的时钟控制数据的发送和接收过程。为使双方的收发协调，要求发送和接收设备的时钟尽可能一致。

异步通信是以字符（构成的帧）为单位进行传输，字符与字符之间的间隙（时间间隔）是任意的，但每个字符中的各位是以固定的时间传送的，即字符之间不一定有“位间隔”的整数倍的关系，但同一字符内的各位之间的距离均为“位间隔”的整数倍。异步通信的数据格式：异步通信的特点：不要求收发双方时钟的严格一致，实现容易，设备开销较小，但每个字符要附加2～3位用于起止位，各帧之间还有间隔，因此传输效率不高。

1、传输速率比特率是每秒钟传输二进制代码的位数，单位是：位／秒（bps）。如每秒钟传送240个字符，而每个字符格式包含10位(1个起始位、1个停止位、8个数据位)，这时的比特率为：

10位×240个/秒=2400bps2、传输距离与传输速率的关系串行接口或终端直接传送串行信息位流的最大距离与传输速率及传输线的电气特性有关。当传输线使用每0.3m（约1英尺）有50PF电容的非平衡屏蔽双绞线时，传输距离随传输速率的增加而减小。当比特率超过1000bps时，最大传输距离迅速下降，如9600bps时最大距离下降到只有76m（约250英尺）。2、同步通信同步通信时要建立发送方时钟对接收方时钟的直接控制，使双方达到完全同步。此时，传输数据的位之间的距离均为“位间隔”的整数倍，同时传送的字符间不留间隙，即保持位同步关系，也保持字符同步关系。发送方对接收方的同步可以通过两种方法实现。

外同步自同步二、串行通信的传输方向1、单工单工是指数据传输仅能沿一个方向，不能实现反向传输。2、半双工半双工是指数据传输可以沿两个方向，但需要分时进行。3、全双工全双工是指数据可以同时进行双向传输。

单工半双工全双工电子元器件电抗元件电阻电容机电元件开关连接器继电器半导体分立器件二极管三极管集成电路电感电池电机按键串口碳性、碱性镍镉、镍氢锂铅蓄电池有刷、无刷电机步进电机舵机电吹风电风扇飞思卡尔小车电机驱动LED数码管、点阵旋转LED光立方集成电路生产过程键盘电池的种类

电池按规格分类①1号②3号③5号④7号⑤纽扣电池按电压分类

主要有：①1.5V②1.2V③3.6V④9.0V等按化学成分（原理）分类①锌锰电池②碱性电池③镍镉电池④镍氢电池⑤锂离子电池

此外，还有太阳能电池、燃料电池、空气电池、铅酸蓄电池、锌银电池、镉-氧化银电池、锌-氧化汞电池、钠硫电池、固体电解质电池、热激活电池、水激活电池等等。

放电倍率放电倍率是指电池在规定的时间内放出其额定容量时所需要的电流值，它在数据值上等于电池额定容量的倍数，通常以字母C表示。假如电池的标称额定容量为1800mAh，那么1800mA为1C（1倍率）放电，900mA则为0.5C（0.5倍率）放电，18A为10C（10倍率）放电，以此类推。

一、常用二次电池介绍1、镍氢电池1.1镍氢电池的电化学原理

镍氢电池采用与镍镉电池相同的Ni氧化物作为正极，储氢金属作为负极，碱液（主要为KOH）作为电解液；1.2镍氢电池的主要结构

电池的主要组成部分为：正极片、负极片、隔膜纸、盖帽、外壳、绝缘层。1.3镍氢电池种类L低放电率（简称低倍率）：使用≤0.5C（mA）/1.0VM中放电率（简称中倍率）：使用≤3.5C（mA）/0.8VH高放电率（简称高倍率）：使用≤7.0C（mA）/0.8VX超高放电率（简称超高倍率）：使用≥7.0C（mA）/0.8V按使用环境又分为：常温型和高温型（通常超过40℃）；1.4镍氢电池和镉镍电池的区别

镍氢电池和镉镍电池都属于充电电池，两者正极材料相同，但是镍氢电池的负极采用高能贮氢合金材料，从而带来更大的优势：1)镍氢电池具有更大的容量（同样型号的镍氢电池容量是镉镍电池的两倍以上）2)镍氢电池无记忆效应（镉镍电池有记忆效应，每次充电前应先把电池的剩余电量放完）3)镍氢电池更环保（镉镍电池负极含有大量对人体有很大毒害的镉元素）2、锂离子电池2.1锂离子电池工作原理2.1.1锂离子电池的反应式（以钴酸锂为正极活性物质）

锂离子电池在充放电过程中，Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌，被形象的称为“摇椅电池”。充电时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态。放电时则相反。正极反应：LiCoO2====Li1-xCoO2+xLi++xe负极反应：6C+xLi++xe-===LixC6

电池总反应：LiCoO2+6C====Li1-xCoO2+LixC62.1.2锂离子电池工作原理图锂离子电池充放电示意图2.2

锂离子电池的组成部分

2.3锂离子电池分类（根据外壳）钢壳方型锂电钢壳圆柱锂电软包锂电铝壳锂电◆碱性锌锰电池☆5号-AA-LR6☆1号-D-LR20☆7号-AAA-LR03☆2号-C-LR14◆碳性锌锰电池☆5号-AA-R6P☆1号-D-R20☆7号-AAA-R03☆2号-C-R14(一)常见一次电池(二)碱性电池结构(三)碱性电池电化原理

碱性电池：

（－）Zn∣KOH∣MnO2(＋)电池反应：Zn＋2MnO2+H2O→2MnOOH＋ZnO或Zn＋2MnO2+2H2O→2MnOOH＋Zn(OH)2碳性电池：

（－）Zn∣NH4Cl或ZnCl2∣MnO2(＋)电池反应：Zn＋2MnO2+2NH4Cl→2MnOOH＋Zn(NH3)2Cl2

或4Zn＋8MnO2+4ZnCl2+9H2O→4ZnCl2·4ZnO·5H2O＋8MnOOH

(四)碱性电池的特点

◆优越的高功率、大容量放电特性；◆储存期长、自放电低；◆使用方便，价格公道；◆低温性能好；◆防漏性能好；◆绿色环保。1、不同电池性能比较

电池种类一次电池二次电池碳性电池碱性电池镍氢电池锂离子电池标称电压/V1.51.51.23.7电池容量/mAh1000（AA）2100（AA）1300~2500（AA）容量可根据要求制造自放电率高低高低内阻很大中较小很小使用温度0℃~60℃﹣20℃~60℃﹣10℃~45℃﹣20℃~60℃能否充电否否能能循环寿命11100-1000＞1000价格低中较高很高国际规格钮扣电池的国际标准型号，例如LR44、CR2032等，其意义如下。编号第一位如有数字，表示内部是几个电池单体的串联，例如4LR44的内部是4个LR44串联组成。接着的字母是代表电池的化学组成，钮扣电池的化学成份有以下几种。钮扣电池(buttoncellbattery[1])，又称手表电池(watchbattery[2])或钱币型电池(coinbattery)，是电池的形状分类之一，指形状如钮扣、按钮、硬币、豆粒等的小型电池。钮扣型电池的式样繁多，直径有大有小，厚度也有薄有厚。接着的字母是代表电池的形状，钮扣电池一般是圆形，用R代表。最后是尺寸的代号。国际电工委员会(IEC)电池尺寸编号有两套方式并存。早期采取在各形状的英文代号下分别编列1~2位数字流水号，例如LR44这种，此方式已停编，但旧编号仍可继续使用。新的方式是依照电池尺寸的接近数字来编码，位数较长，例如CR2032的直径约20mm、厚度约3.2mm，但如需精确尺寸规格，应查阅相关国际标准与厂商规格。有时新旧两种编号会并存，例如下表中的旧编号R54相等于新编号R1130。一些常见的尺寸代号所代表的实际数值，与常见编号，可参见以下各表。

钮扣型碱性电池与氧化银电池[编辑]

碱性电池（代号L），标称电压1.5V。

氧化银电池（代号S），标称电压1.55V。

此两种电池电压很接近，原则上可以通用，但由于用电特性不同，有时某些电器使用合适的电池才会有更好的效果。例如一般手表使用氧化银电池较佳。形状尺寸代号直径(max.)厚度(max.)碱性电池编号氧化银电池编号其他编号R417.93.6LR41SR41392,384R4311.64.2LR43SR43386R4411.65.4LR44SR44A76,G13R487.95.4LR48SR48R54R113011.63.05LR54LR1130SR54SR1130G10,189R55R112011.62.05SR55SR1120R705.83.6钮扣型锂电池常见的一次性锂电池是锂锰电池（代号C），标称电压3V。另一种较不常见的一次性锂电池是锂-氟化碳电池（代号B），标称电压3V。锂电池尺寸编号通常使用IEC的新编号方式，前两位数字为直径（单位mm），后两位数字为厚度（单位0.1mm），取两者的接近数字。例如CR2032的大略尺寸为直径20mm，厚度3.2mm。以CR锂锰电池为例，电池型号有：CR927CR1025CR1216,CR1220CR1616,CR1620,CR1632CR2012,CR2016,CR2025,CR2032CR2320,CR2330,CR2354CR2450,CR2477CR3032一、蓄电池的结构

极板、隔板、电解液、外壳极板—由栅架和活性物质组成。正极板：二氧化铅（PbO2),棕红色负极板：海绵状纯铅（Pb）,深灰色注意：负极板比正极板多一块。1、极板电解液：用纯硫酸和蒸馏水按一定的比例配制成配制成的电解液比重一般在1.24～1.30g/cm3之间。对电解液浓度的选择北方南方略有不同；见表2－3。

5.电解液

极板组极板：由栅架和活性物质组成。极板分正极板和负极板蓄电池的工作原理1.电动势的建立正极板：

PbO2→Pb4+——

＋2.0V负极板：Pb-2e→Pb2+——-0.1V两极板之间的电动势为2.1V

蓄电池的工作原理1.电动势的建立一个极板组的电动势也是2.1V

要得到12V电压需串连6个单格蓄电池的工作原理

2.放电时化学反应为：正极板：Pb4++2e→Pb2+

Pb2++SO42-→PbSO4

附在正极板上

蓄电池的工作原理

2.放电时化学反应：负极板：Pb-2e→Pb2+Pb2++SO42-→PbSO4

附在负极板上

蓄电池的工作原理2.放电时化学反应总方程式为：PbO2＋Pb＋2H2SO4→2PbSO4＋

2H2O

电解液中：H++OH-→H2OSO4→减少

电解液硫酸浓度降低工作原理——放电过程

蓄电池放电终了特征：（1）单格电池电压降到终止电压（2）电解液密度下降到最小许可值工作原理——充电过程蓄电池充电终了特征：（1）电解液中有大量气泡冒出，呈沸腾状态（2）电解液密度和端电压上升到规定值，且2～3小时保持不变电子元器件电抗元件电阻电容机电元件开关连接器继电器半导体分立器件二极管三极管集成电路电感电池电机按键串口碳性、碱性镍镉、镍氢锂铅蓄电池有刷、无刷电机步进电机舵机电吹风电风扇飞思卡尔小车电机驱动LED数码管、点阵旋转LED光立方集成电路生产过程键盘电动机电动机分类按照电源类型分类直流电机交流电机

单相电机

三相电机按照结构和工作原理分直流电动机异步电动机

永磁式电动机

磁阻式电动机同步电动机

磁滞式电动机感应电动机

交流换向电动机有刷直流电动机无刷直流电动机同步与异步的最大区别就在于看他门的转子速度是不是与定子旋转的磁场速度一致，如果转子的旋转速度与定子是一样的，那就叫同步电动机，如果不一致，就叫异步电动机。笼形(鼠笼)电动机鼠笼式电动机的转子绕组不是由绝缘导线绕制而成，而是铝条或铜条与短路环焊接而成或铸造而成。鼠笼式电动机的转子绕组因其形状象鼠笼而得名，它的结构是嵌入线槽中铜条为导体，铜条的两端用短路环焊接起来。中小型鼠笼式电动机采用较便宜的铝替代铜，将转子导体、短路环和风扇等铸成一体，成为铸铝鼠笼式转子。

减速电机

减速电机是指减速机和电机(马达)的集成体。通常也可称为齿轮马达或齿轮电机。通常由专业的减速机生产厂进行集成组装好后成套供货。广泛应用于钢铁、机械行业等。使用减速电机的优点是简化设计、节省空间。注意点：

a.电机无法自起动，要有起动电容。

b.不可逆，靠电容反接才能可逆。

c.调速要配电容调速器。

d.起动力矩小。

是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的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，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。

1．一般步进电机的精度为步进角的3-5%，且不累积。

2．步进电机外表允许的最高温度。

温度过高首先会使电机的磁性材料退磁，从而导致力矩下降乃至于失步，因此电机外表允许的最高温度应取决于不同电机磁性材料的退磁点；一般来讲，磁性材料的退磁点都在摄氏130度以上，有的甚至高达摄氏200度以上，所以步进电机外表温度在摄氏80-90度完全正常。步进电机 3．步进电机的力矩会随转速的升高而下降。当步进电机转动时，电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势；频率越高，反向电动势越大。在它的作用下，电机随频率（或速度）的增大而相电流减小，从而导致力矩下降。

4．步进电机低速时可以正常运转,但若高于一定速度就无法启动,并伴有啸叫声。步进电机有一个技术参数：空载启动频率，即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率，如果脉冲频率高于该值，电机不能正常启动，可能发生丢步或堵转。在有负载的情况下，启动频率应更低。如果要使电机达到高速转动，脉冲频率应该有加速过程，即启动频率较低，然后按一定加速度升到所希望的高频（电机转速从低速升到高速）。步进电动机的工作原理与特点原理：步进电机是利用电磁铁原理,将脉冲信号转换成线位移或角位移的电机。每来一个电脉冲，电机转动一个角度，带动机械移动一小段距离。特点：(1)来一个脉冲，转一个步距角。

(2)控制脉冲频率，可控制电机转速。

(3)改变脉冲顺序，改变转动方向。

(4)角位移量或线位移量与电脉冲数成正比.步进电动机结构注意：步进电机通的是直流电脉冲

步进电机主要由两部分构成：定子和转子。它们均由磁性材料构成。定、转子铁心由软磁材料或硅钢片叠成凸极结构，定、转子磁极上均有小齿，定、转子的齿数相等。其中定子有六个磁极,定子定子磁极上套有星形连接的三相控制绕组，每两个相对的磁极为一相，组成一相控制绕组,转子上没有绕组。转子上相邻两齿间的夹角称为齿距角工作方式步进电机的工作方式可分为：三相单三拍、三相单双六拍、三相双三拍等。一、三相单三拍（1）三相绕组联接方式：Y型（2）三相绕组中的通电顺序为：A相

B相

C相通电顺序也可以为：

A相

C相

B相

（3）工作过程引转子，由于磁力线总是要通过磁阻最小的路径闭合，因此会在磁力线扭曲时产生切向力而形成磁阻转矩，使转子转动，使转、定子的齿对齐停止转动。

A相通电，A方向的磁通经转子形成闭合回路。若转子和磁场轴线方向原有一定角度，则在磁场的作用下，转子被磁化，吸A相通电使转子1、3齿和AA'对齐。CA'BB'C'A3412CA'BB'C'A3412B相通电，转子2、4齿和B相轴线对齐，相对A相通电位置转30

；1C'342CA'BB'AC相通电再转30

通常动力设备使用的都是有刷电机，如吹风机，工厂的电动机，家用的抽油烟机等等，另外串激电机的转速也能达到很高，但是由于碳刷的磨损，使用寿命不如无刷电机。有刷（碳刷）电机直流有刷电机和直流无刷电机的区别是：是否配置有常用的电刷-换向器。有刷直流电机的换向一直是通过石墨电刷与安装在转子上的环形换向器相接触来实现的。直流无刷电机则通过霍尔传感器把转子位置反馈回控制电路，使其能够获知电机相位换向的准确时间。大多数无刷电机生产商生产的电机都具有三个霍尔效应定位传感器。通常被使用在控制要求比较高，转速比较高的设备上，如航模，精密仪器仪表等对电机转速控制严格，转速达到很高的设备商。无刷电机体积小，重量轻，出力大，响应快，速度高，惯量小，转动平滑，力矩稳定。控制复杂，容易实现智能化，其电子换相方式灵活，可以方波换相或正弦波换相。电机免维护，效率很高，运行温度低，电磁辐射很小，长寿命，可用于各种环境。无刷电机有刷系统和无刷系统的性能对比1有刷电机模型直流无刷电机模型

在机器人机电控制系统中，舵机控制效果是性能的重要影响因素。舵机可以在微机电系统和航模中作为基本的输出执行机构，其简单的控制和输出使得单片机系统非常容易与之接口。

舵机是一种位置（角度）伺服的驱动器，适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统。目前在高档遥控玩具，如航模，包括飞机模型，潜艇模型；遥控机器人中已经使用得比较普遍。舵机是一种俗称，其实是一种角位移伺服电机。舵机如图所示为机器人常用的一种舵机，可以调节机器人手臂的角度

舵机的内部结构舵机本身是一个位置随动系统，构成如上图所示。通过内部位置反馈，它的舵盘输出转角正比于给定的控制信号，因此对它的控制可以使用开环方式。在负载力矩小于其最大输出力矩（6.5Kg.cm)的情况下，它的输出转角正比于给定脉冲宽度。舵机转角与脉宽的关系：舵机位置调中脉冲：脉冲周期一般选在20毫秒左右舵机的接线：下线--------地线上线--------正电源（如+5V)中线--------控制信号线（脉宽信号）单片机控制舵机的方法：

在51单片机中，可由定时器中断的方式来实现。控制方式为：改变定时器中断的定时系数，执行所需中断时间。舵机的控制一般需要一个20ms左右的时基脉冲，该脉冲的高电平部分一般为0.5ms~2.5ms范围内的角度控制脉冲部分。电子元器件电抗元件电阻电容机电元件开关连接器继电器半导体分立器件二极管三极管集成电路电感电池电机按键串口碳性、碱性镍镉、镍氢锂铅蓄电池有刷、无刷电机步进电机舵机电吹风电风扇飞思卡尔小车电机驱动LED数码管、点阵旋转LED光立方集成电路生产过程键盘电动机1.电吹风电吹风结构图电吹风电路原理图1.电风扇原理图1.四轴研究背景

无人机主要包括两大类：固定翼无人机和旋翼无人机。旋翼无人机在许多方面要优于固定翼飞行器：具有更高的自由度、低速飞行的能力、悬停、室内应用等。 四轴飞行器作为旋翼无人机中的佼佼者具有其他飞行器难以比拟的优点：可垂直起降；执行精确缓慢的运动、悬停；拥有更大的载荷量和良好的操控性；能以各种姿态飞行，如前飞侧飞和倒飞；尤其可以在多障碍和狭小的空间穿越飞行。这些优势使四轴飞行器在执行搜救、侦察、航拍等任务方面游刃有余，决定了四轴飞行器具有更广阔的应用前景。飞行力学原理3.硬件组成传感器与控制芯片用IIC通讯蓝牙与控制芯片用串口通讯控制芯片捕获接收机PPM信号控制芯片输出PWM控制电调实物图设计参数：对角电机距离65cm机体重量1.5~2kg（带电池）采样/控制频率100HZ调试手段：串口/蓝牙控制方式：遥控无人机哪家强？1DJI大疆创新（中国）23DRobotics（美国）3Parrot/派诺特（法国）4AscTec（德国）5Microdrones6亿航EHANG7零度（中国）8极飞9AEE一电10PowerVision11智能鸟12红鹏13FlytrexSky14Skycatch15华科尔16独角兽FPV17澄星18YUNEEC19其他1.DJI大疆创新大疆无人机，恐怕是无人不知无人不晓了，据说汪头条贡献了不少力。不过在那之前，大疆就已经卖得很好了。据路透社的统计，大疆创新的产品在美国商用无人机市场（这里应该指的是消费级无人机）占据领先地位，市场份额达47%，遥遥领先于排名第二的竞争对手。而在全球商用无人机市场中，大疆更是独领风骚，一举夺得近70%的市场份额。对大疆，30%的营收来自美国，30%来自欧洲，30%来自亚洲，其余的来自拉丁美洲和非洲。大疆现在卖得最火的是精灵（Phantom）系列，上图汪滔前面那个就是精灵3。为啥卖得火呢，因为便宜又好用，到手即飞。Phantom3自带云台相机，有室内定位系统，失控保护。价格为6,000到7,500多。Phantom2就便宜一些，单机3,000，加上云台再贵1,000多。悟（Inspire）系列比较高端，卖20,000，号称“行业领先技术打造，集机身变形、360全景拍摄的4K相机、实时高清图传、双遥控系统、智能app为一体的航拍飞行平台”。大疆近期推出了开发者套件：经纬(Matrice)M100（20,000元），Guidance视觉传感导航系统(6000元)，OnboardSDK。Guidance能自动避障。整套下来价格也是不菲。2.3DRobotics3DRobotics是北美最大的面向个人用户的无人机厂商，是大疆在北美最大的竞争对手。它的首席营收官正是大疆北美分公司的前负责人。3DRobotics今年4月发布的Solo无人机，号称“精灵”杀手，“Solo,poweredbytwin1GHzcomputers,istheworld’sfirstsmartdrone”，还有“followme”功能，只在北美区域卖，价格1,000刀。长这样：电子元器件电抗元件电阻电容机电元件开关连接器继电器半导体分立器件二极管三极管集成电路电感电池电机按键串口碳性、碱性镍镉、镍氢锂铅蓄电池有刷、无刷电机步进电机舵机电吹风电风扇飞思卡尔小车电机驱动LED数码管、点阵旋转LED光立方集成电路生产过程键盘LED2011年3月16日108LED数码管2011年3月16日109从图中可以看出，数码管共有a,b,c,d,e,f,g,dp这8个段，而实际上，这8个段每一段都是一个LED小灯，所以数码管就是由8个LED小灯所组成的。这种数码管即为7段数码管，还有米字数码管。比较常用的就是7段数码管。二、数码管显示器结构2011年3月16日110

数码管(LEDDisplay)是由发光二极管组成的显示器件，一般将8个发光二极管封装而成，每段为一个发光二极管，通过字段不同的亮灭组合来显示不同的字符。二、数码管显示器结构2011年3月16日111尺寸0.3~0.8寸5V供电1.0~2.3寸12V供电3.0寸以上更高电压内部连接方式共阳极(CommonAnode)共阴极(CommonCathode)二、数码管显示器结构1、数码管的分类2011年3月16日112数码管内部二极管的连接方式：共阴极(CC)共阳极(CA)com端接低电平com端接高电平

输入高电平亮输入低电平亮二、数码管显示器结构2、数码管内部连接方式共阳数码管就是阳极是接到一起的，也就是阳极是公共端，由阴极来控制小灯是否亮灭共阴数码管就是8只LED小灯的阴极是接在一起的，也就是阴极是公共端，由阳极来控制小灯是否亮灭2011年3月16日113

数码管显示原理：要显示某字形，需将此字形对应的字段点亮，因而要送不同的电平组合数据至数码管引脚，该数据称为字形码或段码。

dpgfedcba共阳极101

00100共阴极01011011字形“2”编码示例：共阳极：0xA4、共阴极：0x5B三、数码管的字形码2011年3月16日114并行连接数码管与单片机8位同时连接优点：传输数据速度快缺点：占用IO口较多串行连接数码管与串入并出移位寄存器相连，移位寄存器与单片机以串行方式相连优点：占用IO口少缺点：传输数据速度慢，硬件成本高四、数码管的连接方式2011年3月16日115限流电阻的选择数码管与单片机相连接时，需要使用限流电阻。

亮度不均匀亮度均匀2011年3月16日116静态显示特点：每个数码管的段选必须接一个8位数据线来保持显示的字形码。当送入一次字形码后，显示字形可一直保持，直到送入新字形码为止优点：程序简单，不占用CPU时间缺点：硬件复杂，使用器件多、成本高实现方式：使用锁存器锁存数据五、数码管的显示方式动态显示

将所有位数码管的段选线并联在一起，由位选线控制是哪一位数码管有效。选亮数码管采用动态扫描显示。所谓动态扫描显示即轮流向各位数码管送出字形码和相应的位选，利用发光管的余辉和人眼视觉暂留作用，使人的感觉好像各位数码管同时都在显示。动态显示的亮度比静态显示要差一些，所以在选择限流电阻时应略小于静态显示电路中的。五、数码管的显示方式2011年3月16日118数码管工作时所需电流较大，约(10×8=80mA)，因此无法直接接单片机IO口，需要电流驱动、译码等设备：三极管（放大电流）PNP译码器（减少IO端口占用）74LS138六、数码管的驱动方式2011年3月16日119缓冲器（增大驱动能力）74LS244、74LS245锁存器（锁存输出数据）74LS373、74LS573串入并出移位寄存器（串行输入）74LS164、74LS595专用芯片（程序简单效果好）MAX7219、MAX7221、HD7229、8279六、数码管的驱动方式LED点阵国内外现状及发展趋势国内外现状及发展趋势第一阶段：产品以红、绿双基色为主；国内外现状及发展趋势第二阶段：蓝色LED晶片研制成功，全彩色LED显示屏进入市场。国内外现状及发展趋势第三阶段：国内大屏幕带入全彩时代点阵系统总体框图及工作过程单片机列驱动器电源行驱动器

LED显示点阵行驱动器选择74HC595，列驱动器选择两个74ls154应用生活中，LED点阵显示屏随处可见。银行公交车户外广告牌LED点阵显示屏结构8×8点阵实物图注：不同型号点阵内部结构可能不同；同一型号点阵在印制板上放置方向不同，

控制方法也不同。10

row=1，column=0，

发光二极管亮电路设计

为节省IO口，选用串转并芯片74HC595作为“列”控制信号，74HC138作为“行”控制信号，8×8点阵驱动电路原理图如下图所示。74HC59574HC138LNM-788BS输出8路互斥低有效信号，更好控制行电路制作

制作好的样品效果图如下图所示，基于该电路板编写驱动程序。驱动软件显示第1行显示第2行显示第3行显示第4行显示第5行显示第6行显示第7行显示第8行例如显示“9”，显示过程如下图所示。“行”信号的产生

前面的实验已详细介绍过74HC595，不再重复介绍其产生的“列”信号，现重点介绍由74HC138产生的“行”信号。ABCY000001………111真值表Y7YnY1Y0低有效“行”信号P1.0P1.1P1.28051ABCVCCGNDVCCGNDDSTRCP5791368102416×16LED点阵显示屏行与行相连列与列相连16×16LED点阵01Row=0，Column=1，“点”亮，原理同8×8点阵。16×16LED点阵驱动电路16×16LED需16路“行”信号与

“列”信号，而一片74HC138只能产生8路“行”信号，一片74HC595只能产生8路“列”信号。回忆ROM128中产生16个地址的方法A0A1A2A3Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7Y8Y9Y10Y11Y12Y13Y14Y15

将2片74HC138级联

产生16路“行”信号ABCDS0S1S2S3S4S5S6S7S8S9S10S11S12S13S14S15输入4路“行”信号译码产生16路“行”信号回忆TinyHMI中控制2个数码管的方法

将2片74HC595级联

产生16路“列”信号16×16LED点阵驱动电路74HC59574HC59574HC13874HC138

摇摇棒

以STC89C51单片机为控制核心，外加时钟电路、复位电路、水银开关、画面切换开关来控制16个LED进行显示。二、系统设计框图三、硬件电路图时钟电路：相当于单片机的心脏，晶振频率决定单片机的运行速度。波形的好坏决定单片机系统的稳定性上电复位电路水银开关，又称倾侧开关，为一接着电极的小巧容器储存着一滴水银，容器中多数注入惰性气体或真空。水银开关水银开关的作用：棒在摇动时，只能在朝某一方向摇动时显示，否则会出现镜像字或镜像画面，所以通过接一只水银开关来控制，当摇到左端时，水银开关就会导通，使单片机进入外中断,使摇摇棒从左向右摇动时将内容显示出来。P0口P1口16个LED12M时钟霍尔传感器51单片机电源下载接口ISP下载口两节手机电池RST外部复位系统方案设计框图16个白发红LED———显示部件两节手机电池8V通过稳压块7805输出5V————提供电源AT89C51单片机———控制核心按键————切换画面霍尔传感器———定位显示位置磁铁直流电机———实现机械扫描底座————来自护发素盒硬件实物图proteus电路原理图直流电机时钟电路复位电路霍尔传感器使用自己制作的电源供电，可产生5---20V的可调电压，通过调整电压的大小，来控制电机的转速。电路实物图正面反面霍尔传感器——定位显示位置

霍尔传感器处于工作状态时，输出总是处于高电平状态，当传感器正面接近磁铁S极的有效距离时，输出端变为低电平，输出端接单片机外部中断1P3.4口，从而触发中断，单片机控制LED点亮，从而来定位显示位置。国外产品电子元器件电抗元件电阻电容机电元件开关连接器继电器半导体分立器件二极管三极管集成电路电感电池电机按键串口碳性、碱性镍镉、镍氢锂铅蓄电池有刷、无刷电机步进电机舵机电吹风电风扇飞思卡尔小车电机驱动LED数码管、点阵旋转LED光立方集成电路生产过程键盘三极管H桥驱动电路原理

图中所示为一个典型的直流电机控制电路。电路得名于“H桥驱动电路”是因为它的形状酷似字母H。4个三极管组成H的4条垂直腿，而电机就是H中的横杠（注意：该图只是示意图，而不是完整的电路图，其中三极管的驱动电路没有画出来）。图所示，H桥式电机驱动电路包括4个三极管和一个电机。要使电机运转，必须导通对角线上的一对三极管。根据不同三极管对的导通情况，电流可能会从左至右或从右至左流过电机，从而控制电机的转向。

如图所示，因为原始电路在外观上与字母H相似，所以该电路称为H桥电路。H桥电路主要目的是提供大电流的回路，用来驱动电机。由于普通控制器IO口的输出电流能力有限，远远满足不了电机驱动的要求，IO口通过控制相应器件来间接控制大电流。

图中通过三极管简单介绍下H桥工作原理。当Q1基极低电平时，Q2基极低电平时导通时，Q3基极高电平，Q4基极高电平时，电流流向如图所示。当要控制电机方向转动时，导通Q3与Q2，Q1与Q4不导通，这样就实现反向控制。图H桥电路左边电路图存在三个问题：1、控制时，当Q1、Q2或者Q3、Q4同时导通时，就会使电源直接连接到地，使电路短路，产生大电流，损坏器件。2、由于电机线圈存在感应电动势，没有加二极管进行保护，器件容易损坏3、三极管的PN结电阻较大，当电流经过时功耗大。

图

加二极管保护H桥电路H桥驱动芯片—L298L298是著名的SGS公司的产品，内部包含4通道逻辑驱动电路，具有两套H桥电路。L298内置两个H桥，每个桥提供1A的额定工作电流，和最大3A的峰值电流。它能驱动的马达不超过可乐罐大小。H桥驱动芯片—L298L298电路原理图H桥驱动芯片—MC33886H桥驱动芯片—MC33886H桥驱动芯片—MC33886电子元器件电抗元件电阻电容机电元件开关连接器继电器半导体分立器件二极管三极管集成电路电感电池电机按键串口碳性、碱性镍镉、镍氢锂铅蓄电池有刷、无刷电机步进电机舵机电吹风电风扇飞思卡尔小车电机驱动LED数码管、点阵旋转LED光立方集成电路生产过程键盘集成电路IC的引脚形状IC引脚的形状主要有：针式引脚、J形引脚、L形引脚、球状引脚针式引脚J形引脚L形引脚球状引脚IC按封装形式：DIP（双排直插）、SOT（双排贴片）、QFP（四方形贴片）、BGA（底部引脚贴片）1）DIPIC(双排直列),IC的丝印面具有型号丝印、方向指示缺口、第一脚指示标记。国际上采用IC脚位的统一标准：将IC的方向指示缺口朝左边，靠近自己一边的引脚从左至右为第一脚至第N脚，远离自己的一边从右至左为第N＋1脚至最后一脚。注：有部分厂家生产的IC不是用方向指示缺口来标识，而是用一条丝印来表示方向辨认脚位的方法和上述方法一样。方向指示缺口第一脚指示IC的封装2）SOTIC(双排直列),IC的丝印面具有型号丝印、方向指示缺口（有部分厂家的产品没有指示缺口）、第一脚指示标记。国际上采用IC脚位的统一标准：将IC的第一脚指示标记朝左边并靠近自己，靠近自己一边的引脚从左至右为第一脚至第N脚，远离自己的一边从右至左为第N＋1脚至最后一脚。第一脚指示3、QFPIC（四方形贴片）：在集成电路的集成量和功能的增加的同时，IC的引脚不断的增多，而IC的体积确不能增大太多，因此，IC为解决这个矛盾设计出四边都有引脚的四方形IC封装形式。正四方IC引脚脚位辨认方法：将方向指示标记朝左并靠近自己，正对自己的一排引脚左边第一脚为IC的第一脚，按逆时针方向依次为第二脚至第N脚。方向指示标记4、BGA（底部锡球贴片）；随着技术的更新集成电路的集成度不断提高，功能强大的IC不断被设计出来，引脚不断增多QFP方式已不能解决需求，因此BGA封装方式被设计出来，它充分利用IC与PCB接触面积，大幅的利用IC的底面和垂直焊接方式，从而解决了引脚的问题。正面底面方向指示标记芯片生产过程摩尔定律（18个月翻一番）验证从沙子到芯片-1沙子：硅是地壳内第二丰富的元素，而脱氧后的沙子(尤其是石英)最多包含25％的硅元素，以二氧化硅(SiO2)的形式存在，这也是半导体制造产业的基础。从沙子到芯片-2硅熔炼：12英寸/300毫米晶圆级，下同。通过多步净化得到可用于半导体制造质量的硅，学名电子级硅(EGS)，平均每一百万个硅原子中最多只有一个杂质原子。此图展示了是如何通过硅净化熔炼得到大晶体的，最后得到的就是硅锭(Ingot)。从沙子到芯片-3单晶硅锭：整体基本呈圆柱形，重约100千克，硅纯度99.9999％。从沙子到芯片-3硅锭切割：横向切割成圆形的单个硅片，也就是我们常说的晶圆(Wafer)。顺便说，这下知道为什么晶圆都是圆形的了吧？。从沙子到芯片-3晶圆：切割出的晶圆经过抛光后变得几乎完美无瑕，表面甚至可以当镜子。事实上，Intel自己并不生产这种晶圆，而是从第三方半导体企业那里直接购买成品，然后利用自己的生产线进一步加工，比如现在主流的45nmHKMG(高K金属栅极)。值得一提的是，Intel公司创立之初使用的晶圆尺寸只有2英寸/50毫米。从沙子到芯片-3光刻胶(PhotoResist)：图中蓝色部分就是在晶圆旋转过程中浇上去的光刻胶液体，类似制作传统胶片的那种。晶圆旋转可以让光刻胶铺的非常薄、非常平。从沙子到芯片-3光刻：光刻胶层随后透过掩模(Mask)被曝光在紫外线(UV)之下，变得可溶，期间发生的化学反应类似按下机械相机快门那一刻胶片的变化。掩模上印着预先设计好的电路图案，紫外线透过它照在光刻胶层上，就会形成微处理器的每一层电路图案。一般来说，在晶圆上得到的电路图案是掩模上图案的四分之一。从沙子到芯片-3光刻：由此进入50-200纳米尺寸的晶体管级别。一块晶圆上可以切割出数百个处理器，不过从这里开始把