电子信息工程专业课程设计电路模块参考手册

1、课程设计电路模块课程设计电路模块使使用用手手册册 课程设计模块使用手册2目目 录录(一一)单片机电路模块单片机电路模块.41.AT89S5X 单片机模块 .42.AVR 单片机模块.63.STM32F103 单片机模块.84.EPM240 可编程数字逻辑模块 .10(二二)传感器电路模块传感器电路模块.121.温湿度传感器模块.122.火焰烟雾传感器模块.143.光敏传感器模块.154.人体红外传感器模块.165.震动传感器模块.186.超声波测距传感器模块.207.RFID 刷卡模块.218.三轴加速度、三轴角速度、三轴磁阻传感器模块.229.空气质量传感器模块.2410.声音传感器模块 .

2、2511.电流传感器模块 .2612.霍尔传感器模块 .2713.颜色传感器模块 .28(三三)信号采集处理模块信号采集处理模块 .291.高速 AD 采集模块.292.高速 DA 转换模块.31(四四)通信接口模块通信接口模块.321.RS232 串口模块.322.RS485 总线模块.333.USB 接口模块.344.CAN 总线模块.375.NRF24L01 无线通信模块 .386.蓝牙通信模块.407.WIFI 通信模块.418.ZIGBEE 模块.429.GSM/GPRS 通信模块.44(五五)执行器件模块执行器件模块.461.直流电机模块.462.步进电机模块.473.继电器控制模

3、块.48 课程设计模块使用手册3(六六)人机交互接口模块人机交互接口模块 .491.键盘模块 .492.旋转编码开关模块.513.数码管模块.524.点阵液晶模块.535.流水灯与交通灯模块.55(七七)其它模块其它模块.561.时钟与存储器模块.56 课程设计模块使用手册4单元电子电路模块单元电子电路模块(一一) 单片机电路模块单片机电路模块1. AT89S5X 单片机模块单片机模块（1）模块电路图图 ID101 89S5x 单片机模块电路图（2）接口定义说明1)P0.0P0.7、P1.0P1.7、P2.0P2.7、P3.0P3.7，通过 DB15 接口（编号P0、P1、P2、P3）与外界连

4、接，原引脚电气特性不变。2)排针 J1/J2、J3/J4，可用于示波器测试，也可用于与外界通过杜邦线连接。3)模块上 POW1 绿色端子，用于直流电源输入，加电前，注意检测输入电压不可错序。4)模块上 J10 为 AT89S5X 单片机的 ISP 下载接口。5)若使用 STC89C5XRC 系列的芯片，可通过 P3.0、P3.1 串口进行程序下载（使用USB 接口模块或串口模块下载） 。（3）功能描述 课程设计模块使用手册5AT89S52 是一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系统可编程 Flash存储器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业 80C

5、51 产品指令和引脚完全兼容。片上 Flash 允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程 Flash，使得 AT89S52 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 AT89S52 具有以下标准功能： 8k 字节 Flash，256 字节 RAM， 32 位 I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个 16 位 定时器/计数器，一个 6 向量 2 级中断结构，全双工串行口， 片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至 0Hz 静态逻 辑操作，支持 2 种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许

6、RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工 作。掉电保护方式下，RAM 内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。本模块建议使用的 8051 单片机为 AT89S52，但是可兼容使用 AT89C5X 单片机、STC89C5XRC 单片机、以及 8051 在线仿真器等。（4）注意事项模块上 POW1 绿色端子，用于直流电源输入，必须按照先检查电路接线无误再加电的原则。 课程设计模块使用手册62. AVR 单片机模块单片机模块（1）模块电路图图 ID102 AVR 单片机模块电路图（2）接口定义说明1)PA0PA7、PB0PB7、PC0PC7、PD0PD7、PE0P

7、E7、PF0PF7，通过 DB15接口（编号 PORT-A、PORT-B、PORT-C、PORT-D、PORT-E、PORT-F）与外界连接，原引脚电气特性不变。2)排针 J10/J11、J12/J13、J14/J15，可用于示波器测试，也可用于与外界通过杜邦线连接。3)模块上 POW2 绿色端子，用于直流电源输入，注意加电前检测输入电压不可错序。4)模块上 JTAG 为 AVR 单片机的仿真接口，ISP 为 AVR 单片机的下载接口。5)排阵 J112 为 AD 采样参考电压选择，1-2 连接为 5V，2-3 连接为 2.5V。（3）功能描述 课程设计模块使用手册7早期单片机主要由于工艺及设

8、计水平不高、功耗高和抗干扰性能差等原因，所以采取稳妥方案：即采用较高的分频系数对时钟分频，使得指令周期长，执行速度慢。以后的CMOS 单片机虽然采用提高时钟频率和缩小分频系数等措施，但这种状态并未被彻底改观(51 以及 51 兼容)。此间虽有某些精简指令集单片机(RISC)问世，但依然沿袭对时钟分频的作法。AVR 单片机的推出，彻底打破这种旧设计格局，废除了机器周期，抛弃复杂指令计算机(CISC)追求指令完备的做法；采用精简指令集，以字作为指令长度单位，将内容丰富的操作数与操作码安排在一字之中(指令集中占大多数的单周期指令都是如此)，取指周期短，又可预取指令，实现流水作业，故可高速执行指令。当

9、然这种速度上的升跃，是以高可靠性为其后盾的。AVR 单片机硬件结构采取 8 位机与 16 位机的折中策略，即采用局部寄存器存堆(32 个寄存器文件)和单体高速输入/输出的方案(即输入捕获寄存器、输出比较匹配寄存器及相应控制逻辑)。提高了指令执行速度(1Mips/MHz)，克服了瓶颈现象，增强了功能；同时又减少了对外设管理的开销，相对简化了硬件结构，降低了成本。故 AVR 单片机在软/硬件开销、速度、性能和成本诸多方面取得了优化平衡，是高性价比的单片机。AVR 单片机内嵌高质量的 Flash 程序存储器，擦写方便，支持 ISP 和 IAP，便于产品的调试、开发、生产、更新。内嵌长寿命的 EEPr

10、om 可长期保存关键数据，避免断电丢失。片内大容量的 RAM 不仅能满足一般场合的使用，同时也更有效的支持使用高级语言开发系统程序，并可像 MCS-51 单片机那样扩展外部 RAM。AVR 单片机的 I/O 线全部带可设置的上拉电阻、可单独设定为输入/输出、可设定（初始）高阻输入、驱动能力强（可省去功率驱动器件）等特性，使的得 I/O 口资源灵活、功能强大、可充分利用。AVR 单片机片内具备多种独立的时钟分频器，分别供 URAT、I2C、SPI 使用。其中与8/16 位定时器配合的具有多达 10 位的预分频器，可通过软件设定分频系数提供多种档次的定时时间。AVR 单片机独有的“以定时器/计数器

11、（单）双向计数形成三角波，再与输出比较匹配寄存器配合，生成占空比可变、频率可变、相位可变方波的设计方法(即脉宽调制输出 PWM)更是令人耳目一新。本模块上使用的 AVR 单片机是 ATmega128，16M 时钟晶体。调试程序时可使用 AVR JTAG ICE 仿真器，和 ATMEL AVR Studio 集成开发环境(IDE) 软件。（4）注意事项1） 模块上 POW2 绿色端子，用于直流电源输入，加电前确认接线无误。2） AVR 单片机的 IO 口设置为输出时，禁止与其他 IO 或地线短路，以免烧坏 IO 口。 课程设计模块使用手册83. STM32F103 单片机模块单片机模块（1）模块

12、电路图图 ID103 STM32F103 单片机模块电路图（2）接口定义说明PA0PA15、PB0PB15、PC0PC15、PD0PD15，通过 DB15 接口（编号J120、J121、J122、J123、J124、J125、J126、J127）与外界连接，原引脚电气特性不变。排针 J20/J21、J22/J23、J24/J25、J26/J27，可用于示波器测试，也可用于与外界通过杜邦线 课程设计模块使用手册9连接。模块上 POW1 绿色端子，用于直流电源输入，注意加电前检测输入电压不可错序。模块上 J130 为 STM32F 单片机的 SWD 仿真下载接口。AD 采样参考电压为 3.3V。（

13、3）功能描述STM32F1 系列属于中低端的 32 位 ARM 微控制器，该系列芯片是意法半导体（ST）公司出品，其内核是 32 位的 Cortex-M3。该系列芯片按片内 Flash 的大小可分为三大类：小容量（16K 和 32K） 、中容量（64K 和 128K） 、大容量（256K、384K 和 512K） 。芯片集成定时器，CAN，ADC，SPI，I2C，USB，UART，等多种功能。最高 72MHz 工作频率，在存储器的 0 等待周期访问时可达 1.25DMips/MHZ（DhrystONe2.1） 。存储器：从 32K 到 512K 字节的闪存程序存储器（STM32F103XXXX

14、 中的第二个 X 表示FLASH 容量，其中：“4”=16K， “6”=32K， “8”=64K，B=128K，C=256K，D=384K，E=512K） ；-最大 64K 字节的 SRAM电源管理：2.0-3.6V 供电和 I/O 引脚；上电/断电复位（POR/PDR） 、可编程电压监测器（PVD） ；4-16MHZ 晶振振荡器；内嵌经出厂调教的 8MHz 的 RC 振荡器；内嵌带校准的40KHz 的 RC 振荡器；产生 CPU 时钟的 PLL；带校准的 32KHz 的 RC 振荡器。低功耗：睡眠、停机和待机模式，Vbat 为 RTC 和后备寄存器供电。模数转换器：2 个 12 位模数转换器

15、，1us 转换时间（多达 16 个输入通道） ，转换范围：0 至 3.6V，双采样和保持功能；温度传感器DMA：2 个 DMA 控制器，共 12 个 DMA 通道：DMA1 有 7 个通道，DMA2 有 5 个通道；支持的外设有定时器、ADC、SPI、USB、IIC 和 UART。112 个快速 I/O 端口：仅 Z 系列有超过 100 个引脚，26/37/51/80/112 个 I/O 口，所有I/O 口一块映像到 16 个外部中断；几乎所有的端口均可容忍 5V 信号。调试模式：串行单线调试（SWD)和 JTAG 接口； 8 个定时器：3 个 16 位定时器，每个定时器有多达 4 个用于输入

16、捕获/输出比较/PWM或脉冲计数的通道和增量编码器输入；1 个 16 位带死区控制和紧急刹车，用于电机控制的PWM 高级控制定时器，2 个看门狗定时器（独立的和窗口型的） ，系统时间定时器：24 位自减型计数器，9 个通信接口：2 个 I2C 接口(支持 SMBus/PMBus)，3 个 USART 接口（支持 ISO7816 接口，LIN，IrDA 接口和调制解调控制） ，2 个 SPI 接口(18M 位/秒） ，CAN 接口（2.0B 主动） ，USB 2.0 全速接口本模块上使用的 M3 单片机是 STM32F103VCT6，8M 主时钟晶体，SWD 仿真接口。调试程序时可使用 J-LI

17、NK 仿真器，和 IAR Embedded Workbench 编译环境软件。（4）注意事项模块上 POW1 绿色端子，用于直流电源输入，必须按照先检查电路接线无误再加电的原则。M3 单片机的 IO 口设置为输出时，禁止与其他 IO 或地线短路，以免烧坏 IO 口。 课程设计模块使用手册104. EPM240 可编程数字逻辑模块可编程数字逻辑模块（1）模块电路图图 ID104 CPLD-EPM240 单片机模块电路图（2）接口定义说明1)定义为输入引脚：J130 和 J131 连接的 EPM240 芯片引脚 PIN01PIN34（未引出的引脚除外） ；2)定义为输出引脚：J132 和 J133

18、 连接的 EPM240 芯片引脚 PIN40PIN71（未引出的引脚除外） ；3)定义为输出或输入引脚：J134 和 J135 连接的 EPM240 芯片引脚 PIN74PIN99（未引出的引脚除外） ；4)JZ130 为 16.384MHZ 晶振。 课程设计模块使用手册115)模块上 POW3 绿色端子，用于直流电源输入，注意加电前检测输入电压不可错序。6)模块上 J201 为 CPLD 单片机的 JTAG 下载接口。（3）功能描述 20 世纪 70 年代，最早的可编程逻辑器件-PLD 诞生了。其输出结构是可编程的逻辑宏单元，因为它的硬件结构设计可由软件完成（相当于房子盖好后人工设计局部室内

19、结构） ，因而它的设计比纯硬件的数字电路具有很强的灵活性，但其过于简单的结构也使它们只能实现规模较小的电路。为弥补 PLD 只能设计小规模电路这一缺陷，20 世纪 80 年代中期，推出了复杂可编程逻辑器件-CPLD。目前应用已深入网络、仪器仪表、汽车电子、数控机床、航天测控设备等方面。 CPLD 具有编程灵活、集成度高、设计开发周期短、适用范围宽、开发工具先进、设计制造成本低、对设计者的硬件经验要求低、标准产品无需测试、保密性强、价格大众化等特点，可实现较大规模的电路设计，因此被广泛应用于产品的原型设计和产品生产(一般在10,000 件以下)之中。几乎所有应用中小规模通用数字集成电路的场合均可

20、应用 CPLD 器件。CPLD 器件已成为电子产品不可缺少的组成部分，它的设计和应用成为电子工程师必备的一种技能。 CPLD 是一种用户根据各自需要而自行构造逻辑功能的数字集成电路。其基本设计方法是借助集成开发软件平台，用原理图、硬件描述语言等方法，生成相应的目标文件，通过下载电缆（“在系统”编程）将代码传送到目标芯片中，实现设计的数字系统。本模块上使用的 CPLD 单片机是 EPM240GT100C，16.384MHZ 主时钟晶体。标准 JTAG下载口，防反插设计。可接 ByteBlasterII 和 USB-Blaster 下载电缆。开发工具软件为QuartusII。（4）注意事项1） 模

21、块上 POW3 绿色端子，用于直流电源输入，必须按照先检查电路接线无误再加电的原则。2） CPLD 单片机的 IO 口设置为输出时，禁止与其他 IO 或地线短路，以免烧坏 IO 口。 课程设计模块使用手册12(二二) 传感器电路模块传感器电路模块1. 温湿度传感器模块温湿度传感器模块（1）模块电路图图 ID218 温湿度传感器模块电路图（2）接口定义说明1)单总线温湿度传感器 DHT11：其输入输出数据口连接 DB15 接口 J905 的 PIN04 引脚；2)单总线温度传感器 DS18B20：其输入输出数据口连接 DB15 接口 J905 的 PIN03 引脚；（3）功能描述1）DHT11

22、数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器，它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性和卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个 NTC 测温元件，并与一个高性能 8 位单片机相连接。因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。每个 DHT11 传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式存在 OTP 内存中，传感器内部在检测型号的处理过程中要调用这些校准系数。单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗，使其成为给类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选择。产品为 4 针单排引脚

23、封装，连接方便。供电电压： 3.35.5V DC输 出： 单总线数字信号 课程设计模块使用手册13测量范围： 湿度 20-90%RH， 温度 050测量精度： 湿度+-5%RH， 温度+-2分 辨 率： 湿度 1%RH， 温度 1互 换 性： 可完全互换 ，长期稳定性： 1%RH/年2） 新的 Dallas 半导体公司的数字化温度传感器 DS1820 是世界上第一片支持 “一线总线”接口的温度传感器。一线总线独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。DS18B20、 DS1822 “一线总线”数字化温度传感器 同 DS1820 一样，DS18B20 也 支

24、持“一线总线”接口，测量温度范围为 -55C+125C，在-10+85C 范围内,精度为0.5C。DS1822 的精度较差为 2C 。 现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量，如：环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。新的产品支持 3V5.5V 的电压范围，使系统设计更灵活、方便。而且新一代产品更便宜，体积更小。 DS18B20 可以程序设定 912 位的分辨率，精度为0.5C。可选更小的封装方式，更宽的电压适用范围。分辨率设定，及用户设定的报警温度存储在 EEPROM中，掉电后依然保存。DS18B20 的性能是新一代产品中最

25、好的！性能价格比也非常出 色！ DS1820 开辟了温度传感器技术的新概念，让我们可以构建适合自己的经济的测温系统。供电电压范围： 3.05.5V，在寄生电源方式下可由数据线供电；独特的单线接口方式： DS18B20 在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与 DS18B20 的双向通讯多点组网功能： 多个 DS18B20 可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温测温范围： 55+125，在-10+85时精度为0.5可编程的分辨率： 为 912 位，对应的可分辨温度分别为 0.5、0.25、0.125和 0.0625，可实现高精度测温负压特性：电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁， 但

26、不能正常工作。（4）注意事项1） 对单总线器件进行读写编程时，必须严格的保证读写时序，否则将无法读取测试结果。2） 对单总线器件进行发出命令时，程序总要等待到返回信号，一旦出现数据线连接不好活断线，程序接收不到返回信号，就容易进入死循环。这一点进行硬件连接和软件设计时要给予重视。 课程设计模块使用手册142. 火焰烟雾传感器模块火焰烟雾传感器模块（1）模块电路图图 ID219 火焰烟雾传感器模块电路图（2）接口定义说明1)烟雾传感器 U220：其输出电平接口连接 DB15 接口 J210 的 PIN04 引脚，W210 调节检测灵敏度（比较电压阈值） ；2)火焰传感器 U221：其输出电平接口

27、连接 DB15 接口 J210 的 PIN03 引脚，W211 调节检测灵敏度（比较电压阈值） ；（3）功能描述1） 烟雾传感器 MQ2：由卫星 AL2Q3 陶瓷管、SNO2 敏感层，测量电极和加热器构成的敏感元件固定在塑料或不锈钢制成的腔体内，加热器为气敏元件提供了必要的工作条件。加热器必须加热一定时间后才能检测气体或烟雾，气敏元件对不同种类、不同浓度的气体烟雾有不同的电阻值。因此，在使用时灵敏度的调整时比较重要的。无烟雾可燃气体时，传感器电路输出电平应为高电平；否则为低电平。2） 火焰传感器： 火焰是由各种燃烧生成物、中间物、高温气体、碳氢物质以及无机物质为主体的高温固体微粒构成的。火焰的

28、热辐射具有离散光谱的气体辐射和连续光谱的固体辐射。不同燃烧物的火焰辐射强度、波长分布有所差异，但总体来说，其对应火焰温度的 1 2 m 近红外波长域具有最大的辐射强度。火焰传 课程设计模块使用手册15感器利用特制的红外线接受管来检测火焰，然后把火焰的亮度转化为电平/电流信号的大小变化。无明火时，传感器电路输出电平应为高电平；否则为低电平。（4）注意事项1）在测试火焰传感器时，注意火焰探头离火焰的距离不要太近，火焰探头的工作温度为-25 摄氏度85 摄氏度，温度过高会造成永久损坏。3. 光敏传感器模块光敏传感器模块（1）模块电路图图 ID215 光敏传感器模块电路图（2）接口定义说明1)可见光光

29、敏传感器 D605：其输出电平接口连接 DB15 接口 J605 的 PIN03 引脚，W605 调节检测灵敏度（比较电压阈值） ；（3）功能描述光敏电阻器是利用 半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；入入射射光光强强，电电阻阻减减小小，入入射射光光弱弱，电电阻阻增增 大大。光敏电阻器都制成薄片结构，以便吸收更多的 光能。当它受到光的照射时，半导体片（光敏层）内就激发出电子空穴对，参与导电，使电路中电流增强。为了获得高的灵敏度，光敏电阻的电极常采用梳状图案，它是在一定的掩膜下向光电导薄膜上蒸镀金或铟等金属形成的。一般光敏电阻器结构如右图所示。光敏电阻器通常由光敏层、玻璃

30、基片（或树脂防潮膜）和电极等组成。主主要要参参数数与与特特性性 。1）光电流、亮电阻。光敏电阻器在一定的外加电压下，当有光照射时，流过的电流称为光电流，外加电压与光电流之比称为亮 电阻，常用“100LX”表示。2）暗电流、暗电阻。光敏电阻在一定的外加 电压下，当没有光照射的时候，流过的电流称为暗电流。外加电压与暗电流之比称为暗电阻，常用“0LX”表示。 课程设计模块使用手册163）灵敏度。灵敏度是指光敏电阻不受光照射时的电阻值（暗电阻）与受光照射时的电阻值（亮电阻）的相对变化值。4）光谱响应。 光谱响应又称光谱灵敏度，是指光敏电阻在不同波长的单色光照射下的灵敏度。若将不同波长下的灵敏度画成曲线

31、，就可以得到光谱响应的曲线。 5）光照特性。光照特性指光敏电阻输出的 电信号随光照度而变化的特性。从光敏电阻的光照特性曲线可以看出，随着的光照强度的增加，光敏电阻的阻值开始迅速下降。若进一步增大光照强度，则电阻值变化减小，然后逐渐趋向平缓。在大多数情况下，该特性为非线性。6）伏安特性曲线 。伏安特性曲线用来描述光敏电阻的外加电压与光电流的关系，对于光敏器件来说，其光电流随外加电压的增大而增大。7）温度系数。光敏电阻的光电效应受 温度影响较大，部分光敏电阻在低温下的光电灵敏较高，而在高温下的灵敏度则较低。8）额定功率。额定功率是指光敏电阻用于某种线路中所允许消耗的功率，当温度升高时，其消耗的功率

32、就降低。本模块中使用的 GL3516 光敏电阻的亮电阻为 5-10K，暗电阻为 0.6M。（4）注意事项无4. 人体红外传感器模块人体红外传感器模块（1）模块电路图图 ID217 人体红外传感器模块电路图（2）接口定义说明1)人体红外传感器 J806：其输出电平接口连接 DB15 接口 J605 的 PIN03 引脚；2)传感器模块上，有两个调节电位器，一个是探测距离调节，一个是探测延时调节。3)状态指示灯：DB15 接口 J605 的 PIN04 引脚控制 LED 灯的亮灭，高电平灯点亮，低电平灯熄灭。（3）功能描述 课程设计模块使用手册17热释电人体红外线传感器是上世纪 80 年代末期出现

33、的一种新型传感器件。热释电人体红外线传感器由敏感单元、阻抗变换器和滤光窗等三大部分组成。1） 敏感单元：由锆钛酸铅或 LiTaO3 制成。这些材料被做成很薄的薄片，每一片薄片相对的两面各引出一根电极，在电极两端则形成一个等效的小电容，两极定义为 P1、P2。因为这两个小电容是做在同一硅晶片上的，而它们形成的等效小电容能自身产生极化，极化的结果是，在电容的两端产生极性相反的正、负电荷。但这两个电容的极性是相反串联的。这正是传感器的独特设计之处，因而使得它具有独特的抗干扰性。当传感器没有检测到人体辐射出的红外线信号时，由于 P1、P2 自身产生极化，在电容的两端产生极性相反、电量相等的正、负电荷，

34、而这两个电容的极性是相反串联的，所以，正、负电荷相互抵消，回路中无电流，传感器无输出。当人体静止在传感器的检测区域内时，照射到 P1、P2 上的红外线光能能量相等，且达到平衡，极性相反、能量相等的光电流在回路中相互抵消。传感器仍然没有信号输出。同理，在灯光或阳光下，因阳光移动的速度非常缓慢，P1、P2 上的红外线光能能量仍然可以看作是相等的，且在回路中相互抵消；再加上传感器的响应频率很低（一般为 0.110Hz） ，即传感器对红外光的波长的敏感范围很窄（一般为 515um） ，因此，传感器对它们不敏感。当环境温度变化而引起传感器本身的温度发生变化时，因 P1、P2 做在同一硅晶片上的，它所产生

35、的极性相反、能量相等的光电流在回路中仍然相互抵消，传感器无输出。从原理上讲，任何发热体都会产生红外线，热释电人体红外线传感器对红外线的敏感程度主要表现在传感器敏感单元的温度所发生的变化，而温度的变化导致电信号的产生。环境与自身的温度变化由其内部结构决定了它不向外输出信号；而传感器的低频响应（一般为 0.110Hz）和对特定波长红外线（一般为 515um）的响应决定了传感器只对外界的红外线的辐射而引起传感器的温度的变化而敏感，而这种变化对人体而言就是移动。所以，传感器对人体的移动或运动敏感，对静止或移动很缓慢的人体不敏感；它可以抗可见光和大部分红外线的干扰。2）滤光窗：它是由一块薄玻璃片镀上多层

36、滤光层薄膜而成的，滤光窗能有效地滤除 7.014um 波长以外的红外线。例如，SCA02-1 对 7.514um 波长的红外线的穿透量为 70%，在 6.5um 处时下降为 65%，而在 5.0um 处时陡降为 0.1%；P2288 的响应波长为 614um，中心波长为10um。物体发射出的红外线辐射能，最强波长和温度的关系满足 m*T=2989（um.k） （其中m 为最大波长，T 为绝对温度） 。人体的正常体温为 3637.5。C ，即 309310.5K，其辐射的最强的红外线的波长为 m=2989/（309310.5）=9.679.64um，中心波长为 9.65um。因此，人体辐射的最强

37、的红外线的波长正好落在滤光窗的响应波长（714um）的中心。所以，滤光窗能有效地让人体辐射的红外线通过，而最大限度地阻止阳光、灯光等可见光中的红外线的通过，以免引起干扰。综上所述，传感器只对移动或运动的人体和体温近似人体的物体起作用。3）菲涅尔透镜：不使用菲涅尔透镜时传感器的探测半径不足 2 米，只有配合菲涅尔透镜使用才能发挥最大作用。配上菲涅尔透镜时传感器的探测半径可达到 10 米。例如，一些传感器对远在20 米处快速行驶的汽车里的人体也能可靠地检测到。菲涅尔透镜采用塑料片制作而成。注意观察，透镜在水平方向上分寸成 3 个部分，每一部分在竖直方向上又等分成若干不同的区域。最上面部分的每一等份

38、为一个透镜单元，它们由一个个同心圆构成，同心圆圆心在 课程设计模块使用手册18透镜单元内。中间和下半部分的每一等份也为分别一个透镜单元，同样由同心圆构成，但同心圆圆心不在透镜单元内。当光线通过这些透镜单元后，就会形成明暗相间的可见区和盲区。由于每一个透镜单元只有一个很小的视角，视角内为可见区，视角外为盲区。任何两个相邻透镜单元之间均以一个盲区和可见区相间隔，它们断续而不重叠和交叉。这样，当把透镜放在传感器正前方的适当位置时，运动的人体一旦出现在透镜的前方，人体辐射出的红外线通过透镜后在传感器上形成不断交替变化的阴影区（盲区）和明亮区（可见区） ，使传感器表面的温度不断发生变化，从而输出电信号。

39、也可以这样理解，人体在检测区内活动时，一离开一个透镜单元的视场，又会立即进入另一个透镜单元的视场， （因为相邻透镜单元之间相隔很近） ，传感器上就出现随人体移动的盲区和可见区，导致传感器的温度变化，而输出电信号。菲涅尔透镜不仅可以形成可见区和盲区，还有聚焦作用，其焦点一般为 5 厘米左右，实际应用时，应根据实际情况或资料提供的说明调整菲涅尔透镜与传感器之间的距离，一般把透镜固定在传感器正前方 15 厘米的地方。菲涅尔透镜一般采用聚乙烯塑料片制成，颜色为乳白色或黑色，呈半透明状，但对波长为 10um 左右的红外线来说却是透明的。本模块中的人体红外感应模块，输出信号电平为 0V/3.3V，侦测灵敏

40、度可调（模块上的Sx 电位器，顺时针灵敏度调高） ，侦测反应延时时间可调（模块上的 Tx 电位器，顺时针延时加长，0.5200S） 。（4）注意事项调整模块上的电位器是单圈调节，需轻轻拧动，否则很容易损坏电位器。5. 震动传感器模块震动传感器模块（1）模块电路图图 ID220 震动传感器模块电路图（2）接口定义说明 课程设计模块使用手册191)震动开关传感器 R211：其输出电平接口连接 DB15 接口 J210 的 PIN03 引脚，W207 调节比较电压阈值。（3）功能描述震动开关，也就是在感应震动力大小将感应结果传递到电路装置，并使电路启动工作的电子开关。又有人称为振动开关，还有一些人称

41、之为滑动开关或晃动开关等等，其实这些叫法并不完全正确。业内的叫法一般分开为两大类，弹簧开关与滚珠开关。业内一般也就统一将弹簧开关与滚珠开关两大类合称为震动开关了。震动开关主要应用于电子玩具、小家电、运动器材以及各类防盗器等产品中。震动开关因为拥有灵活且灵敏的触发性，成为许多电子产品中不可或缺的电子元件。以专业角度来分析，我们还是分为弹簧开关与滚珠开关两大类来看。两大类开关都有两个比较重要的指标特性，灵敏度和方向性。弹簧开关的灵敏度是指不同的产品，在实际装置中会产生因感应震动力大小不同的差异,此差异称为灵敏度。使用者会因为不同产品的需求，而选择不同感应震动力大小的震动开关来满足自己产品的灵敏度。

42、例如一个玩具拿在手上轻微摇晃和一个球丢到地上或墙上，就会要求不同感应的弹簧开关来感应震动力与电子电路匹配。方向性是指受力方向，而受力方向粗略分为立体的六面，上下左右前后等六面。一般的产品只有灵敏度的要求并没有方向性的要求，因此要先了解使用者的产品的用途，才能建议使用者使用那种型号的弹簧开关。而滚珠开关与弹簧开关最大的区别在于：弹簧开关是感应震动力或离心力的大小，最好为直立使用。而滚珠开关是感应角度的变化，最好平铺使用。滚珠开关的灵敏度，就是感应角度大小，将感应结果传递到电路装置使电路启动。在实际装置中就会产生因不同的产品感应角度大小不同的差异,此差异称为灵敏度。使用者会因为不同产品的需求，而要

43、求不同感应角度大小的滚珠开关来满足产品的灵敏度。例如用手拿起一个杯子在轻微角度倾斜时，电路装置就必须使 IC 启动 LED 闪亮或发出声音。客户就会要求不同感应的滚珠开关来感应角度，与电子电路匹配。滚珠开关的方向性是指倾斜角度的方向，其方向粗略为左右二面。a.青铜盖 b.青铜珠子-底层镀镍-表层镀金c.青铜管-底层镀镍-表层镀金 课程设计模块使用手册20d. ABS 胶座或 PC 胶座e. VC 热缩套管 f. 硬青铜导针-底层镀镍-表层镀金g. 磷铜弹簧夹本模块中，使用的震动开关为滚珠开关。（4）注意事项无6. 超声波测距传感器模块超声波测距传感器模块（1）模块电路图图 ID212 超声波测

44、距传感器模块电路图（2）接口定义说明1)超声波传感器模块 J306 的测距触发脉冲控制端 TRIG 连接 DB15 接口 J305 的PIN04 引脚；2)超声波传感器模块 J306 的测距持续高电平接收端 ECHO 连接 DB15 接口 J305 的PIN03 引脚；3)DB15 接口 J305 的 PIN01 引脚，控制 LED 灯的亮灭状态。（3）功能描述由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量，如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求，

45、超声波测距主要应用于倒车提醒、建筑工地、工业现场等的距离测量。 课程设计模块使用手册21超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。超声波在空气中的传播速度为 340m/s，根据计时器记录的时间 t，就可以计算出发射点距障碍物的距离(s)，即：s=340t/2 。这就是所谓的时间差测距法。由此可见，超声波测距原理与雷达原理是一样的。测距的公式表示为：L=CT式中 L 为测量的距离长度；C 为超声波在空气中的传播速度；T 为测量距离传播的时间差(T 为发射到接收时间数值的一半)。本超声波测距模块

46、使用方法简单,一个控制口 TRIG 发一个 10US 以上的高电平,就可以在接收口等待高电平输出.一有输出就可以开定时器计时,当此口变为低电平时就可以读定时器的值,此时就为此次测距的时间,方可算出距离.如此不断的周期测,就可以达到你移动测量的值了。模块工作原理：a. 采用 IO 触发测距，给至少 10us 的高电平信号；b. 模块自动发送 8 个 40khz 的方波，自动检测是否有信号返回；c. 有信号返回，通过 IO 输出一高电平，高电平持续的时间就是微波信号发出并返回持续的时间。测试距离=(高电平时间*声速)/2 声速约等于 340m/S（4）注意事项单次测量的数据不一定准确，需要多次测量

47、去除最大最小值求平均值。7. RFID 刷卡模块刷卡模块（1）模块电路图 课程设计模块使用手册22图 ID203 RFID 射频感应模块电路图（2）接口定义说明1)RFID 感应模块 J302 的 SDA 连接 DB15 接口 J301 的 PIN05 引脚；2)RFID 感应模块 J302 的 SCK 连接 DB15 接口 J301 的 PIN04 引脚；3)RFID 感应模块 J302 的 MOSI 连接 DB15 接口 J301 的 PIN03 引脚；4)RFID 感应模块 J302 的 MISO 连接 DB15 接口 J301 的 PIN02 引脚；5)RFID 感应模块 J302 的

48、 RST 连接 DB15 接口 J301 的 PIN01 引脚；6)DB15 接口 J305 的 PIN06 引脚，控制 LED 灯的亮灭状态。（3）功能描述本感应模块采用 Philips MFRC522 原装芯片设计读卡电路，MF RC522 是应用于13.56MHz 非接触式通信中高集成度的读写卡芯片，是 NXP 公司针对“三表”应用推出的一款低电压、低成本、体积小的非接触式读写卡芯片，是智能仪表和便携式手持设备研发的较好选择。 MF RC522 利用了先进的调制和解调概念，完全集成了在 13.56MHz 下所有类型的被动非接触式通信方式和协议。支持 14443A 兼容应答器信号。数字部分

49、处理 ISO14443A帧和错误检测。此外，还支持快速 CRYPTO1 加密算法，用语验证 MIFARE 系列产品。MFRC522 支持 MIFARE 系列更高速的非接触式通信，双向数据传输速率高达 424kbit/s。 作为 13.56MHz 高集成度读写卡系列芯片家族的新成员，MF RC522 与 MF RC500 和 MF RC530有不少相似之处，同时也具备许多特点和差异。它与主机间通信采用 SPI 模式，有利于减少连线，缩小 PCB 板体积，降低成本。SPI 数据传输速率：最大 10Mbit/s。（4）注意事项本感应模块支持的卡类型：mifare1 S50、mifare1 S70、m

50、ifare UltraLight、mifare Pro、mifare Desfire。8. 三轴加速度、三轴角速度、三轴磁阻传感器模块三轴加速度、三轴角速度、三轴磁阻传感器模块（1）模块电路图 课程设计模块使用手册23图 ID230 三轴加速度角速度磁阻传感器模块电路图（2）接口定义说明1)U260 芯片 MPU6050 的 PIN24 引脚 SDA 连接 DB15 接口 J260 的 PIN01 引脚；2)U260 芯片 MPU6050 的 PIN23 引脚 SCL 连接 DB15 接口 J260 的 PIN02 引脚；3)U261 芯片 HMC5883L 的 PIN01 引脚 SCL 通过

51、 J261 开关选择，可以连接 DB15 接口J260 的 PIN05 引脚，也可以连接 U260 芯片的 PIN07 引脚 AUX_CL；4)U261 芯片 HMC5883L 的 PIN16 引脚 SDA 通过 J262 开关选择，可以连接 DB15 接口J260 的 PIN04 引脚，也可以连接 U260 芯片的 PIN06 引脚 AUX_DA；5)U261 芯片 HMC5883L 的 PIN15 引脚 DRDY 连接 DB15 接口 J260 的 PIN03 引脚；（3）功能描述本感应模块采用 MPU6050 和 HMC5883L 原装芯片设计的九轴运动传感电路。MPU6050 是全球首

52、例 6 轴运动处理传感器。它集成了 3 轴 MEMS 陀螺仪，3 轴MEMS 加速度计，以及一个可扩展的数字运动处理器 DMP（Digital Motion Processor） ，可用 I2C 接口连接一个第三方的数字传感器，比如磁力计。扩展之后就可以通过其 I2C 或 SPI 接口输出一个 9 轴的信号（SPI 接口仅在 MPU-6000 可用） 。MPU-6050 也可以通过其 I2C 接口连接非惯性的数字传感器，比如压力传感器。 MPU-6050 对陀螺仪和加速度计分别用了三个 16 位的 ADC，将其测量的模拟量转化为可输出的数字量。为了精确跟踪快速和慢速的运动，传感器的测量范围都是

53、用户可控的，陀螺仪可测范围为250，500，1000，2000/秒（dps） ，加速度计可测范围为2，4，8，16g。一个片上 1024 字节的 FIFO，有助于降低系统功耗。和所有设备寄存器之间的通信采用 400kHz 的 I2C 接口或 1MHz 的 SPI 接口（SPI 仅 MPU-6000 可用） 。对于需要高速传输的应用，对寄存器的读取和中断可用 20MHz 的 SPI。 另外，片上还内嵌了一个温度传感器和在工作环境下仅有1%变动的振荡器。芯片尺寸440.9mm，采用 QFN 封装（无引线方形封装） ，可承受最大 10000g 的冲击，并有可编程的低通滤波器。 课程设计模块使用手册2

54、4HMC5883L 是霍尼韦尔公司产的带数字接口的弱磁传感器表贴高集成模块，常应用于罗盘和磁场检测领域。HMC5883L 包括了先进的高分辨率 HMC118X 系列磁阻传感器，并附带霍尼韦尔专利的集成嗲努力包括放大器、自动消磁驱动器、偏差校准、能使罗盘精度控制在12 度的 12 位模数转换器。I2C 系列总线接口，在本模块中可与 MPU6050 芯片连接，也可直接连接 DB15 接口引脚（单片机）（4）注意事项无 课程设计模块使用手册259. 空气质量传感器模块空气质量传感器模块（1）模块电路图图 ID233 空气质量传感器模块电路图（2）接口定义说明1)DB15 接口 J267 的 PIN0

55、4 引脚接传感器输出引脚 P33_INT1，无污染气体时输出高电平；2)测试针 TP265 为传感器输出电压测量点；3)电位器 W265 为传感器输出电平电压比较器阈值调整电位器；（3）功能描述本传感器模块采用是 MQ135 空气质量传感器。MQ135 气体传感器所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二央化锡（SnO2） 。当传感器所处环境中存在污染气体时，传感器的电导率随空气中污染气体浓度的增加而增大，所需外围电路简单。MQ135 传感器对空气中的氨气、硫化物、笨系蒸汽的灵敏度高，对烟雾和其他有害的物质的监测也很理想，是一款适合多种应用的低成本传感器。如下图所示，为传感器的基本测试电路。

56、该电路需要施加 2 个电压：加热器电压 VH 和测试电压。其中 VH 用于为传感器提供特定的工作温度，VC 则用于测定与传感器串联的负载电路 RL 上的电压 VRL。（4）注意事项 课程设计模块使用手册26本模块未将传感器输出的模拟电压引导单片机引脚上，但用测试针引出。10.声音传感器模块声音传感器模块（1）模块电路图图 ID234 声音传感器模块电路图（2）接口定义说明1)DB15 接口 J268 的 PIN03 引脚接传感器输出数字信号 DOUT，有声音时输出同矩形波；2)DB15 接口 J268 的 PIN05 引脚接传感器输出模拟信号 AOUT，信号可由 TP270 测试点测量；3)电

57、位器 W270 为传感器输出模拟信号 AOUT 幅值调整电位器；（3）功能描述本传感器模块可检测周围环境的声音有无和声音强度大小。本模块输出数字信号DOUT 和模拟 AOUT 两种信号。数字信号由 NE555 构成的脉冲启动器电路，当发声源接近咪头时，芯片 U275 的Pin2 引脚输入电平由高变低产生一个负脉冲，触发 555 电路的暂稳态开始；当发生源远离，负脉冲洗好小时，电路暂稳态结束，为下一次控制做好准备。模拟信号则由 LM386 音频集成功率放大器电路放大后输出。放大器在本电路中的放大倍数固定，但输入信号的幅度可由 W270 电位器调节，间接控制放大器输出的信号幅度。（4）注意事项调节

58、电位器 W270 时，需用示波器实时监控测试点 TP270 的信号幅度，控制输出的模拟信号最高幅度不超过单片机的 AD 采样参考电压值。 课程设计模块使用手册2711.电流传感器模块电流传感器模块（1）模块电路图图 ID235 电流传感器模块电路图（2）接口定义说明1)DB15 接口 J269 的 PIN04 引脚接传感器输出模拟信号 AOUT；2)测试针 TP275 为模拟信号 AOUT 测量点；测试点 TP276 为信号地线；3)端子 P271 为待测电流接入点，电流从正极输入，负极流出；（3）功能描述本传感器模块采用原装进口 ACS712ELCTR-05B 芯片，单电源 5V 工作，工作

59、电流10mA,可测量正负 5 安培电流。端子 P271 为待测电流输入端子，接线是注意电流方向，芯片 IP+为电源输入正端，IP-为电源输入负端。无电流时，输出口 AOUT 电压为稳定的电源中点电压，及VCCx0.5。输入电流大小与输出电压大小成比例，即 185mV/A。芯片内部输入输出绝缘隔离，最高可抗 2.1KV 电压脉冲。（4）注意事项待测电流方向与输出电压高低变化方向有关。 课程设计模块使用手册2812.霍尔传感器模块霍尔传感器模块（1）模块电路图图 ID236 霍尔传感器模块电路图（2）接口定义说明1)DB15 接口 J350 的 PIN04 引脚接传感器输出电平信号 P33_INT

60、1；2)U350 为霍尔传感器 A3144E；（3）功能描述本传感器模块采用原装进口 A3144E 霍尔传感器，A3144 是 Allegro MicroSystems公司生产的宽温、开关型霍尔效应传感器。它由电压调整电路、反相电源保护电路、霍尔元件、温度补偿电路、微信号放大器、施密特触发器和 OC 门输出级电路构成，如下图所示。现代生产过程控制中，经常需要确定设备的位置。霍尔传感器是无触点的，在开关状态时无火花，不产生干扰，使用寿命长，灵敏度高，有着广泛的应用领域。（4）注意事项霍尔传感器 A3144 输出为 OC 门电路，所以输出需上拉电路。 课程设计模块使用手册2913.颜色传感器模块颜