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洛奇機器人 B002 實驗手冊 曹齊平繪圖編寫 www.letry.com.tw 第九課 繼電器與階梯圖

繼電器: 繼電器裡面有線圈和開關，線圈通電會產生電磁場，磁場的吸引力使得開關啟動，

(RELAY) 我們這裡所用的繼電器有一組線圈和兩組開關，線圈的英文是 Coil，當線圈通電後 ,

會聽到開關發出一個聲音，繼電器的 C 腳與 NO 腳就通電了，C 腳與 NC 腳則斷電。

C(common)腳又稱共同點，NO(normally open)腳又稱常開點或 a 接點，NC(normally close)

腳又稱常閉點或 b 接點。本實驗用的繼電器線圈規格是 5V，但我們在此用 4.5V 電源也可。

繼電器實驗

(1) 請將繼電器線圈接上 4.5V 電源，聽聽繼電器的聲音。

(2) 再加上 300Ω電阻及發光二極體 LED，用繼電器啟動發光二極體 (改成 NC 點再試試看)

(3) 請接及電路，也就是第一個及第二個小開關都要按，LED 才會亮 (要用兩個繼電器)

(4) 請接或電路，也就是第一個或第二個小開關只要按其中一個，LED 就會亮

Coil c nc no

2

(5) 請接自保持電路，按一下小開關，LED 就保持一直亮 (用一個 relay)

(6) 互鎖電路，兩個開關分別各控制一個 LED，若第一個 LED 先亮，第二個 LED 就按不亮

上圖只能鎖住一個 LED，想一想如何能互相鎖住對方?

(7) 想一想下列階梯圖的作用，並完成接線及實驗

(8) 可清除的自保持電路，按一下開關 1，LED 保持亮，按一下開關 2 清除自保持，LED 滅

3

第十課 組合邏輯

反及閘（NAND Gate）

反及閘（NOT AND Gate）的作用是先執行及閘再執行反相閘，所以反及閘的輸出結果與及閘的

輸出結果相反；當所有輸入皆為 1時，則輸出 0。

實驗 1

實驗 2 實驗 3

實驗 4

A B Y

0 0 1

0 1 1

1 0 1

1 1 0

加 R1(最好是 1K以上)電阻的作用是，當開

關按下會輸入高電位，沒按的時候會輸入低

電位而不是空接，輸入若空接會當做 1。

4

實驗 5 本電路相當於哪一個邏輯閘?

實驗 6 試用三個反及閘做出一個或閘

實驗 7 先寫出真值表，再用 4069 及 4081做實驗,看看結果對不對.

然後再將電路全部改用反及閘代替,用一顆 4011 做實驗.

實驗 8 自保持電路 (S按下去放開後 , LED就一直亮 , 按一下 R ,LED才滅)

實驗 10 試結合感測器和邏輯元件

實驗 9 請用一顆 4011做出自保持電路

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第十一課 正反器、定時器、計數器

實驗一 正反器

正反器是一種記憶電路，圖一電路，按一下第 1號開關，LED就亮，即使放開第一號開關，LED保持

一直亮，直到按一下第 2號開關，LED才滅。

S 是 Set(設定)的簡寫，是用來設定 Q的記憶，R是 Reset 的簡寫，是重新設定的意思，也就是清除

原先的設定。

加 R1(最好是 1K以上)電阻的作用是，當開關按下會輸入高電位，沒按的時候會輸入低電位而不是空

接。一個 4043有 4個 RS正反器。

圖一

實驗二 定時器 555 按一下小開關, LED亮幾妙之後, 自動熄滅.

實驗三 計數器

右圖電路，不斷按開關，四個 LED 會依次輪流

亮，第 10腳接到第 15腳歸零，目的是讓計數 器

數到 4 時，會自動歸零，又從 0 開始數。

第 13 腳若輸入正電，計數器就暫停功用，所以 要

接地(低電位)。

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第十二課 用 PWM 法調節 LED 的亮度及馬達的轉速

PWM介紹:

電熱器、馬達轉速、燈的亮度….等等的控制，有下列三個方法，其中前兩種不好。

1 控制電壓的高低--需要一個大而無效率的變壓器。

2 控制電流的大小--如果串聯一個可調電阻來控制電流，這電阻會浪費電能，若用電晶體控制電流

大小，電晶體本身會消耗電能。

3 控制通電的時間--控制電流的導通或不導通，這在電路上比較容易做到，我們讓電流通一段時

間，再斷電一段時間，再通電…斷電….通電…斷電…，每一循環週期包括一次通電與斷電，我

們控制每一週期中通電時間的長短，這種方法就是 PWM(Pulse Width Modulation)脈衝寬度調節。

下列實驗將用 555定時器示範說明 PWM方法，我們利用這簡單的電路幫助同學瞭解 PWM方法，工業

上大多採用運算放大器或單晶片微處理機做 PWM控制。

本課實驗請同學自己用不同的電阻及電容試試看

實驗一 閃爍的燈

T1時間--電流經 R1與 R2對 C充電。

T2時間--電流由 C出來經 R2到 7，

請同學們改變不同的 R1、R2及 C，觀

察 LED 的亮滅有何不同。

實驗二 調燈的亮度

加上兩個二極體，限制電流的方向，R1 及R2改

用 2K 可調電阻，調整可調電阻，觀察 LED 的變

化。

改變不同的電容 C，看看 LED的閃爍有何 不同。

若用更小的電容器 C如 103，LED 將看不 出閃

爍，而是亮度改變了。

實驗三 調馬達的轉速

調整可調電阻，看看馬 達轉動

的情形。

改變不同的電容器 C， 觀察馬

達的轉動。

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第十三課 步進馬達的轉速控制 步進馬達簡介(自 100 年 4 開始,洛奇公司供應的步進馬達內有減速齒輪,慢但是力大)

本實驗用的步進馬達有四組線圈，每組線圈通電一次，馬達轉細微的角度，然後要再換另一組

線圈通電，馬達才會再轉一下，要依順序對這四組線圈通電，馬達才會不斷轉動。如果順序反過來，

步進馬達就會反轉。試著對步進馬達通電看看。

本實驗用簡單的電路控制步進馬達的轉速，市面上有許多專門的 IC控制步進馬達。步進馬達的

轉動角度及速度很容易準確控制，不必用閉迴路控制，開路控制就可，磁碟機、印表機、掃瞄器都

有用到步進馬達。

實驗一

本實驗用計數器 4017把 555產生的脈衝依序分配給 4個輸出，讓 4個 LED輪流亮。

4017的第 10腳接第 15腳，目的是讓計數器數到 4又會回到 0開始。

改變不同的電阻 R1及電容 C試試看，觀察 LED的亮滅速度有何不同變化。

實驗二 1 先用電池端子直接通電給步進馬達，讓步進馬達轉動(五條線自己試找)。

2 依下面電路圖，用可調電阻控制步進馬達的轉速。

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第十四課 步進馬達的兩相驅動 一相驅動

先前我們進行的步進馬達轉動實驗是一相驅動，一次驅動一個線圈。

A線圈 B線圈 C線圈 D線圈

1 ON

2 ON

3 ON

4 ON

兩相驅動

現在我們要一次驅動兩個線圈，兩相驅動，這樣可以增加步進馬達的扭力。

A線圈 B線圈 C線圈 D線圈

1 ON ON

2 ON ON

3 ON ON

4 ON ON

實驗一

請接出右邊電路，四個 LED 會輪流兩

個兩個亮。

或閘請用 4071。

實驗二

做出右圖電路後，用手 感覺步

進馬達的扭力是不是比 較大。

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第十五課 溫度感測與控制 (運算放大器的運用)

元件介紹

熱電偶 不同的金屬接合，其接合處會產生微弱的電壓，溫度越高則電壓越高，因此由這電壓

可以推知接合處的溫度，熱電偶就是把兩種不同的金屬接合而成的溫度感測器。本實驗用的是 K

型熱電偶，外皮顏色是青色的，內有紅色及白色兩條線，紅色為正電。接合處在此用絞的接合

在一起，正式使用應該用氬焊或其他高溫融合在一起。

熱敏電阻 溫度會改變熱敏電阻的電阻值，本實驗用的熱敏電阻是負溫度係數的，也就是溫度

越高電阻值越小。編號 102 意指，在攝氏 25 度，電阻值是 1kΩ 。

可調電阻 有三隻腳及一個旋轉柄，轉動旋轉柄，一邊的電阻值會增加，另一邊會減少。

運算放大器 有很多種功能，在做熱電偶實驗時，我們用運算放大器把熱電偶微弱的電壓放

大數百倍至數萬倍，在做熱敏電阻實驗時，我們用運算放大器比較兩個電壓的高低。 運算放

大器有很多型號，在此我們用 LM324，因為 LM324 對電源的要求很寬鬆，3V 以上電源就可以。

一個 LM324 內部有四個運算放大器。

實驗項目:

(1) 用電表量測熱電偶的電壓及熱敏電阻的電阻，再用熱吹風機吹熱電偶，或用手捏熱敏

電阻，再量看看。

(2) 照下左圖接線，用熱電偶控制 LED，用吹風機吹熱電偶，LED 就亮。

(3) 照下右圖接線，用熱敏電阻控制 LED，用手捏熱敏電阻或口呼熱氣讓 LED 亮。

(4) 把 LED 換成電晶體、繼電器及玩具車，做溫控車實驗，遇熱車就跑。

10kΩ棕黑橙金 1kΩ棕黑紅金 6.2MΩ藍紅綠金 300Ω橙黑棕金

實驗 (2) 實驗(3)

本實驗用運算放大器把熱電偶微弱的 本實驗用運算放大器比較可調電阻電壓與熱敏

電壓放大數千倍 (非反相放大器) 電阻電壓誰高 (比較器)

電壓放大率=(R1+R2)/R1 將可調電阻調到 LED 要亮不亮

改變不同的 R1 及 R2 再試試看 然後對熱敏電阻吹熱氣或手捏，LED 就亮了

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第十六課 創意組合應用 動動腦思考

圖四

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用單晶片 89C4051-12 控制創意自走車閃避前方的障礙物 89C4051-12 的電源電壓是 2.7V 至 6V 之間, 89C4051-24 電源電壓是 4.5V 至 5.5V 之間, 本自走車採用

三顆電池, 4.5V, 因此建議採用 89C4051-12 , 以防電壓不足.

創意自走車套件所附的 89C4051 已燒錄有練習 1 的範例程式.

例題一 閃避前方的障礙物

假若右前方有障礙物, 則左馬達反轉, 左輪後退, 玩具車向左轉 .

假若左前方有障礙物, 則右馬達反轉, 右輪後退, 玩具車向右轉

電路說明:

1 反相器的目的:

89C2051 的輸入電壓在 1.8V (0.2 * Vcc+0.9) 以上

為 1 , 而 CMOS 反相器在 2.25V(0.5*Vcc)以上為 1 , 比

較適合本教材的感測器電路.

2 10KΩ 電阻及 100μ F 電容器目的:

在電源開啟時, 讓硬體電路穩定後, 再啟動軟體程式

3 本電路可在創意自走車所附的兩個小麵包板上做出

來, 參考右頁圖片.

4 如果要走地面黑色路線 , 請把紅外線感測器朝向

地面, 馬達電線的正負端子互換位置 , 程式不必改

變. , R1 可試改用 300Ω

5 Keil 公司網站提供免費下載的試用版編譯程式, 編譯後會

佔用 2K 以後的記憶體 , 超出 89C2051 的記憶範圍 , 不

可用.

但是 89C4051 可以用.

例題一 (程式 1) ( Keil-C ) 本程式已燒錄在本創意自走車所附的 89C2051 單晶片中

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#include<at892051.h> // at892051.h 這個檔案裡有各個暫存器對應的記憶位址

main()

{

while (1) // 讓程式反覆執行

{

if (P1_2==1) // 如果右前方有障礙物

P1_3=1; // 左輪反轉

if (P1_2==0) // 如果右前方無障礙物

P1_3=0; // 左輪前進

if (P1_4==1) // 如果左前方有障礙物

P1_5=1; // 右輪反轉

if (P1_4==0) // 如果左前方無障礙物

P1_5=0; // 右輪前進

}

}

例題二 閃避前方的障礙物 (先後退再轉彎) 本電路和例題一相同

假若右前方有障礙物, 則車子先後退, 再向左轉 .

假若左前方有障礙物, 則向右轉 (不後退)

#include<at892051.h> // at892051.h 這個檔案裡有各個暫存器對應的記憶位址

void delay(unsigned int dly);

main()

{

while (1) // 讓程式反覆執行

{

if (P1_2==1) // 如果右前方有障礙物

{

P1_3=1; // 左輪反轉

P1_5=1; // 右輪反轉

delay(100); // 讓車子後退一段時間

P1_5=0; //右輪前進,車子開始向左轉

delay(40); // 讓車子轉彎一段時間

}

if (P1_2==0) // 如果右前方無障礙物

P1_3=0; // 左輪前進

delay(1); // 等一段時間, 讓干擾消失

if (P1_4==1) // 如果左前方有障礙物

P1_5=1; // 右輪反轉

delay(1); // 等一段時間, 讓干擾消失

if (P1_4==0) // 如果左前方無障礙物

P1_5=0; // 右輪前進

delay(1); // 等一段時間, 讓干擾消失

}

}

void delay(unsigned int dly) // 延遲時間的副程式

{

dly=dly*300;

while (dly>0)

dly--;

}

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例題三 閃避前方的障礙物

假若右前方有障礙物, 則車子左右搖擺五次, 再轉彎前進.

假若左前方有障礙物, 則向右轉 (不後退)

#include<at892051.h>

void delay(unsigned int dly);

unsigned int aa;

main()

{

while (1)

{

if (P1_2==1)

{

P1_3=1;

P1_5=1;

delay(1);

for (aa=1;aa<=5;aa=aa+1)

{

P1_3=1;

P1_5=0;

delay(40);

P1_3=0;

P1_5=1;

delay(40);

}

P1_5=0;

delay(100);

}

if (P1_2==0)

P1_3=0;

delay(1);

if (P1_4==1)

P1_5=1;

delay(1);

if (P1_4==0)

P1_5=0;

delay(1);

}

}

void delay(unsigned int dly)

{

dly=dly*300;

while (dly>0)

dly--;

}

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BASIC 程式+89C2051-12 入門

以下程式是根據 Bascom Basic 語法 , Bascom 是

MCS-Electronics 公司所開發的 Basic 編譯軟體,

MCS 公司提供 Demo 試用版, 可免費下載, 試用

版編譯後的機器碼大小限制在 2K 之內, 可至

http://www.mcselec.com/index.php?option=com_d

ocman&task=cat_view&gid=98&Itemid=54

網站下載試用版及使用手冊.

以下例題都可用 Demo 版編譯

圖一 例題 1 至例題 5

以下五個程式, 可使圖一的 LED 做不同的變化,

這些範例可幫助初學者學習 Basic 的基本語法.

例題 1 LED 亮 2 秒

P1.3 = 0

Wait 2

P1.3 = 1

End

例題 2

LED 亮 1 秒,滅 1 秒,亮 1 秒,滅 1 秒….不停的閃爍

Do

P1.3 = 0

Wait 1

P1.3 = 1

Wait 1

LoopEnd

作者 曹齊平 www.letry.com.tw

例題 3

LED 亮 0.2 秒, 滅 0.2 秒,….不停的閃爍

Do

P1.3 = 0

Waitms 200

P1.3 = 1

Waitms 200

Loop

End

例題 4

LED 亮..滅..亮..滅.. (共 5 次)

Dim N As Byte

For N = 1 To 5

P1.3 = 0

Wait 1

P1.3 = 1

Wait 1

Next N

End

例題 5

LED 亮..滅..亮..滅.. (共 5 次), 第一次亮 1 秒, 第

二次亮 2 秒, 第三次亮 3 秒

Dim N As Byte

For N = 1 To 5

P1.3 = 0

Wait N

P1.3 = 1

Wait 1

Next N

End

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圖二 例題 6 及例題 7

例題 6 如果紅外線偵測到物體, LED 就會亮

Do

If P1.5 = 1 Then

P1.3 = 0

Else

P1.3 = 1

End If

Loop

End

例題 7 LED 不停地閃爍, 直到紅外線偵測到

物體, 就不再閃爍了

Do

P1.3 = 0

Wait 1

P1.3 = 1

Wait 1

Loop Until P1.5 = 1

End

圖三 例題 8

例題 8 和例題 6 的程式一模一樣

例題 8 如果紅外線偵測到物體, 馬達就會停

Do

If P1.5 = 1 Then

P1.3 = 0

Else

P1.3 = 1

End If

Loop

End

瞭解了這 8 個範例後, 你應該可以自己設計出更

多更有創意的程式了

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圖四 例題 9 及例題 10

例題 9 閃避前方的障礙物

如果右紅外線偵測到物體,左馬達就會反轉

如果左紅外線偵測到物體,右馬達就會反轉

Do

If P1.2 = 1 Then

P1.3 = 1

Else

P1.3 = 0

End If

If P1.4 = 1 Then

P1.5 = 1

Else

P1.5 = 0

End If

Loop

End

例題 10 遇障礙物, 先後退再轉彎

Do

If P1.2 = 1 Then

P1.3 = 1

P1.5 = 1

Wait 2

P1.5 = 0

Wait 1

P1.3 = 0

End If

If P1.4 = 1 Then

P1.3= 1

P1.5 = 1

Wait 2

P1.3 = 0

Wait 1

P1.5 = 0

End If

Loop

End