逢 甲 自動控制工程學系專題製作 專 題 論第一章 前言 1.1 前言...
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逢 甲 大 學 自動控制工程學系專題製作
專 題 論 文
多重感測器與射頻電路應用
Application of Multi-Sensors with Radio Frequency Circuit
指導教授：洪三山
學 生：林繼謙
洪明輝
中 華 民 國 九 十 五 年 元 月
感謝
在製作專題的期間 ， 感謝洪三山老師對於此專題教導 。 從專題開始的構想，
過程中的指導，到最後專題的完成。特別剛開始毫無頭緒的時候，洪三山老師建
議了我們一個確定的方向，以致接下來的實驗能順利的進行下去。對於此次的專
題使我們學到很多的東西，也了解到許多設計電路的概念。大學四年所學的理論
基礎幾乎在此專題中都用到。我們體會到洪三山老師不論在理論上或實作中都具
有相當深厚的基礎，尤其是每當我們遇到硬體上的問題去請求洪三山老師解答
時，老師總是竭盡所能的為我們克服專題上所遇到的瓶頸，甚至給了我們很多不
同思考的方向及作法，使我們能夠繼續朝向完成專題的目標邁進。所以此次專題
能夠順利完成，一路上的篳路藍縷使我們不論在學業上或待人處世上的觀點都有
相當大的斬獲。
此外感謝國立交通大學電機與控制工程學系-黃昱融同學，在電子電路模擬方
面對此專題幫助良多。
最後還得感謝系上的所有老師在這四年來學業上的教導，使我們從大一時對
專業知識的生疏到現在對所學知識的熟稔，都得感謝系上的所有老師不厭其煩
的指導，謝謝各位老師。
i
中文摘要
現今社會大眾對於無線傳輸、控制的需求日益提升，舉凡手機、家電遙控、到
最近流行的無線區域網路，足可說明無線傳輸的需求與所帶來的便利性。
本研究結合單晶片與市售無線收發模組，自行開發程式，使能與現有各種感測
器或電器結合，將感測到的家中各類資訊以無線方式傳輸、顯示在中央監控面板上。
此外，還可進一步整合單晶片網路伺服器，從網路上可以直接讀取家中資訊。此種
模組化、外掛式的無線監測系統架構，不需複雜、昂貴的硬體設施，每個家庭皆可
輕鬆建構出理想的無線監測系統。
本專題利用溫度感測器、CdS、紅外線接收器來測量背景環境。感測器端利用多
工器、類比數位轉換器配合 RF 射頻電路把三組感測訊號傳送出去。控制端接收到訊
號後會送至 8951 做資料處理，把背景環境的溫度、亮度、是否有人入侵顯示出來。
控制端也配合 RF 射頻可把操作者的意思傳送至感測端，可作為附屬電路電源開關的
啟動關閉訊號。
補充
1.本專題電路還有許多可以改進的地方，希望學弟妹往後可以以性能提升及成本為
考量並寫出更優良的程式規劃，使電路性能更完備且更輕薄短小。
2.本專題僅是使用RF射頻套件，日後實驗室示波器達到GHz級時，學弟妹可以研讀通
訊書籍來做訊號處理並配合Smith Chart找到更好的阻抗匹配，使訊號品質更好。
3.本專題可以搭配HPH12002或RCM3710晶片，來達到網路遠端監控。
4.本人承蒙各老師及學長關愛但卻未能使專題完整結束，實在慚愧。
ii
Abstract
The demand which the people transmit , controlling for the wireless improves day by day
now. Cell-phone , electrical home appliances remote control , get prevailing wireless
regional network recently. Can state the wireless demand transmitted and convenience
brought completely.
This research combines single chip and city and sells and receives and dispatches the
mould group wirelessly, develop the procedure by oneself .Enable being with various
kinds of detecting devices or electric apparatuses are combined , transmit , show all kinds
of information of home detected in the central authorities control the panel by way of
wireless. In addition, can also combine the single chip network server further . Can read
the information of home directly from the network. Wireless monitoring system structure
of this kind of mould group , hanging type outside, Not needing complicated , expensive
hardware facilities , each family can all build and construct out the ideal wireless
monitoring system easily .
In this project , makes use of temperature-sensor, CdS, infrared ray receiver to measure
the background environment. The sensor end utilize multiplexer device, analog-digital
converter cooperate with RF radio frequency circuit detect three group signal convey out.
The control end is received after the signal and will be sent and done the materials to deal
with to 8951, invade and show temperature , luminance , someone of the background
environment. The control end cooperates with RF radio frequency to convey the
operator's meaning in the end to detect too, can close the signal as the arrival of the
subsidiary circuit switch .
iii
目錄
感謝．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．i
中文摘要．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．ii
Abstract．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．iii
目錄．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． iv
圖目錄．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．vi
第一章 前言．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． １
1.1 前言．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１
1.2 研究動機及探討．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１
第二章 基本理論．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ２
2.1 無線網路基本理論．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．２
2.2 無線網路的傳輸技術．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．２
2.3 無線區域網路的標準．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．４
2.4 天線設計與製作．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．６
2.5 無線傳輸功率耗損．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１２
2.6 BJT 開關．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１３
2.7 運算放大器常用電路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１５
2.8 主動濾波器簡介．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１８
2.9 低通濾波器 (low pass filter)．．．．．．．．．．．．．．．２０
2.10 高通濾波器 (high pass filter)．．．．．．．．．．．．．．．２３
2.11 帶通濾波器 ﹝band pass filter﹞．．．．．．．．．．．．．．２６
2.12 帶拒濾波器 ﹝band reject filter﹞．．．．．．．．．．．．．２９
iv
第三章 硬體研發及軟體架構．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．３０
3.1 本專題運用之溫度感測元件 AD590．．．．．．．．．．．．．．３０
3.2 本專題運用之光感測元件 CdS．．．．．．．．．．．．．．．３１
3.3 本專題運用之入侵感測 光遮斷器．．．．．．．．．．．．３３
3.4 本專題運用之多工器 CMOS4052．．．．．．．．．．．．３５
3.5 本專題運用之類比數位轉換器 ADC0804．．．．．．．．．．．．．３６
3.6 本專題運用之運算放大器 LM324．．．．．．．．．．．．．．３８
3.7 本專題運用之 RF 收發模組 TG11T & TG11R．．．．．．．．．．３９
3.8 本專題運用之編解碼元件 HT12D & HT12E．．．．．．．．．．４０
3.9 本專題運用之硬體架構．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．４６
3.10 本專題運用之軟體架構．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．５２
第四章 專題實驗成果與分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．６０
參考文獻．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．６４
附錄一 電路佈局圖 控制端．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．６５
附綠二 電路佈局圖 感測端．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．６６
附錄三 程式碼．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．６７
附錄四 共平面波導饋入之天線設計．．．．．．．．．．．．．．．．．．８０
V
圖目錄
圖 2-1 Windom Antenna．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．７
圖 2-2 Diople Antenna．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．７
圖 2-3 Square Loop．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．８
圖 2-4 利用同軸電纜來做平行傳輸線．．．．．．．．．．．．．．．．．．．９
圖 2-5 各種不同的 Delta Loop．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．９
圖 2-6 T2FD Antenna．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１１
圖 2-7 無線訊號衰減意示圖．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１２
圖 2-8 簡易 BJT 開關電路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１３
圖 2-9 電晶體控制 LED．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１４
圖 2-10 緩衝電路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１５
圖 2-11 非反相放大電路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１５
圖 2-12 反相放大電路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１６
圖 2-13 I/V 變換電路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１６
圖 2-14 差動放大電路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１７
圖 2-15 四種濾波器的頻率響應圖．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１８
圖 2-16 理想與不同階數之低通濾波特性曲線．．．．．．．．．．．．．．１９
圖 2-17 一階低通濾波器(單增益)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．２０
圖 2-18 一階低通濾波器(有限增益)．．．．．．．．．．．．．．．．．．２０
圖 2-19 二階低通濾波器(單增益)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．２０
圖 2-20 二階低通濾波器(有限增益)．．．．．．．．．．．．．．．．．．２１
圖 2-21 三階低通濾波器．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．２１
圖 2-22 單增益、fc≒1k 的一階低通濾波器．．．．．．．．．．．．．．．２２
圖 2-23 濾波效果(1：Vmix、2：Vout)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．２２
圖 2-24 一階高通濾波器(單增益)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．２３
vi
圖 2-25 一階高通濾波器(有限增益)．．．．．．．．．．．．．．．．．．２３
圖 2-26 二階高通濾波器(單增益)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．２４
圖 2-27 二階高通濾波器(有限增益)．．．．．．．．．．．．．．．．．．２４
圖 2-28 三階高通濾波器．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．２４
圖 2-29 二階高通濾波器範例．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．２５
圖 2-30 濾波效果(1：Vin、2：Vmix、3：Vout)．．．．．．．．．．．．．．．２５
圖 2-31 帶通濾波器的電路圖(單增益)．．．．．．．．．．．．．．．．．２６
圖 2-32 帶通濾波器頻率響應圖．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．２７
圖 2-33 帶通濾波器．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．２７
圖 2-34 濾波效果(1：Vout、2：Vin、3：Vmix)．．．．．．．．．．．．．．．２８
圖 2-35 Wein 電橋型帶拒濾波器．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．２９
圖 2-36 濾波效果(1：Vout、3：Vin、2：Vmix)．．．．．．．．．．．．．．．２９
圖 3-1 AD590 內部構造 圖．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．３０
圖 3-2 操作電壓的供應範圍．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．３０
圖 3-3 金屬包裝光敏電阻構造．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．３１
圖 3-4 樹脂包裝光敏電阻構造．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．３１
圖 3-5 CdS 電阻測定．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．３１
圖 3-6 照度-電阻值特性曲線．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．３２
圖 3-7 施加電壓-電阻值特性曲線．．．．．．．．．．．．．．．．．．．３２
圖 3-8 紅外線波長-相對光靈敏度 光譜特性．．．．．．．．．．．．．．．３３
圖 3-9 光遮斷器感測電路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．３４
圖 3-10 CMOS4052 簡介．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．３５
圖 3-11 ADC0804 簡介．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．３６
圖 3-12 ADC0804 二分法漸進式比對流程圖．．．．．．．．．．．．．．．３７
圖 3-13 ADC0804 完成轉換時序．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．３７
vii
圖 3-14 ADC0804 輸出資料時序．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．３７
圖 3-15 發射模組外觀與接腳說明．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．３９
圖 3-16 接收模組外觀與接腳說明．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．３９
圖 3-17 HT12E 腳位．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．４１
圖 3-18 HT12E 輸入電壓與震盪頻率-電阻特性圖．．．．．．．．．．．．．４２
圖 3-19 HT12D 腳位．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．４３
圖 3-20 HT12D 輸入電壓與震盪頻率-電阻特性圖．．．．．．．．．．．．．４４
圖 3-21 基本 RF 電路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．４５
圖 3-22 系統架構．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．４６
圖 3-23 控制端電路概圖．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．４７
圖 3-24 感測端電路概圖．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．４７
圖 3-25 RF 控制端電路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．４８
圖 3-26 RF 感測端電路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．４９
圖 3-27 AD590 溫度感測電路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．５０
圖 3-28 CdS 照度感測電路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．５１
圖 3-29 光遮斷器感測電路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．５１
圖 3-30 感測端主程式 a．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．５２
圖 3-31 感測端主程式 b．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．５３
圖 3-32 感測端副程式．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．５４
圖 3-33 感測端時間延遲程式．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．５５
圖 3-34 控制端主程式 a．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．５６
圖 3-35 控制端主程式 b．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．５７
圖 3-36 控制端主程式 c．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．５８
圖 3-37 控制端時間延遲程式．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．５９
viii
第一章 前言 1.1 前言
現今社會大眾對於無線傳輸、控制的需求日益提升，舉凡手機、家電遙控、到
最近流行的無線區域網路，足可說明無線傳輸的需求與所帶來的便利性。
市售遙控器有分為紅外線與無線電遙控兩種，紅外線遙控有空間上的限制，一
般適用於家電產品控制上，例如電視、冷氣機等；無線電的使用距離較遠，應用範
圍較廣，從遊戲用遙控賽車到汽機車遙控、防盜保全等應用。
本專題介紹如何製作無線收發模組控制電路，並說明如何利用這套無線電收發
模組來附加在其它應用電路上，例如無線遙控開關等。
本專題使用單晶片搭配無線電收發模組電路，應用於近端接收遠端多重感測器
訊號並在突發狀況時預警以防意外災害發生及近端發射訊號控制遠端感測系統。
1.2 研究動機及探討
1. 研究動機：無線網路的優勢
相對於目前的「有線網路」，無線網路的優點是立即可見的，包括不需施工佈線
與線路規劃，可節省成本、縮短網路建構時間，且容易維護，且無斷線的的問題，並
可以快速變更網路架構，不需重新佈線。同時無線網路可以結合現有的有線網路資
源，但又可漫遊使用者(roaming user) ， 隨時隨地都可以使用網路。總結來說， 無線
網路的優勢就是 「無線繫絆(No Wiring Hassle)」和「高移動性(High Mobility)」。
2. 探討：如何感測溫度、亮度、入侵訊號及無線發送接收訊號
a. 市面上溫度感測器眾多，以價格和準確性為考量選用AD590
b. 亮度方面利用光敏電阻(CdS)搭配電路量測電壓變化
c. 入侵訊號利用紅外線發送接收器搭配OP放大電路量測電壓變化
d. 無線發送接收方面則利用TG11、HT12D/E，配合指撥開關作為密碼設定避免
RF訊號受到干擾而發生解碼錯誤
各元件理論及電路於第三章詳細介紹
1
第二章 基本理論
2.1 無線網路基本理論
有線區域網路是經由纜線遞送資料，而無線區域網路是藉由天線收發無線射
頻﹝RF﹞訊號。其傳輸的頻譜是根據美國聯邦通訊委員會(FCC)所制定的，且功率限
制在1W以下的 ISM ﹝Industrial Science Medical﹞公用頻段。所謂 ISM 是由3個
不同的無線波段共同組成，包含
a. 提供給工業無線傳輸應用的 902~928MHz 波段
b. 科學研究的 2.4~2.4835GHz 波段
c. 1997年1月開放給醫療用途的 5.15~5.35GHz 與 5.725~5.825GHz 波段
無線網路使用時需注意到電磁波的問題，像手機一樣，或許對身體健康有影
響，不過目前由於使用時間不長，在人體上還未有反應呈現，也未有醫學報告指出
電磁波對人體的影響。
2.2 無線網路的傳輸技術
無線區域網路傳輸技術大約可分為三種：
a. 微波(Microwave)
微波主要用於大樓間 LAN 網路連接，這需要使用到碟形天線，且天線必需位於視
線範圍(Line-of-sight)。
2
b. 展頻(Spread Spectrum)
展頻是目前 Wireless LAN 使用最廣泛的傳輸技術，最先是由軍方發展，用
來避免信號的擁擠與被監聽，其中又可分兩種展頻技術
(a) Frequency Hopping Spread Spectrum(FHSS)
信號透過一系列頻率範圍廣播出去， 傳送裝置會先去傾聽
(listens) 頻道 (channel)，當此頻道處於閒置狀態，信號會利用此頻道傳
送出去，若此頻道已經在使用，傳送端便會跳躍(hops)到另一個頻道，因
此接收端必須知道傳送端的跳躍程序，且傳送端與接收端必須同步切換頻
道才可正常收送資料。
(b) Direct Sequence Spread Spectrum(DSSS)
對每一信號加入多餘資料位元，這些資料稱為“chips”，每一筆資料必須
加入至少 10 個 chips，如此接收端才可以根據這些編碼正確接收資料。目前
這種展頻 技術被應用在大多數的無線基地台上。
c. 紅外線(Infrared ray)
使用紅外線傳送資料，又可分為兩種型式
(a) 散射式(Diffused)紅外線一種非直線式傳輸方式，只要在一定區域
內，可 藉由物體表面反射方式，達到傳送資料目的。
(b) 直射式(Directed)紅外線以直線形態傳輸資料，若途中遇到任何障礙，
接 收端將無法收到資料，因此網路環境必須是視線範圍
(Line-of-sight)。
3
2.3 無線區域網路的標準
IEEE 802 為「電機電子工程師協會﹝Institute of Electrical and
Electronic Engineers, IEEE﹞」所推動的標準，此標準是定義區域網路中的第一
層實體層(physical layer)及第二層資料連結層(data-link layer)在網路上的存
取控制。簡單的說，IEEE 802 所定義的標準，就是網路上資料存取的方法(Access
Method)，也就是如何將資料放在纜線上傳輸、如何從纜線上取得資料的遊戲規
則。IEEE 802 包含下列規範：
802.1 高層介面、網路互連
802.2 邏輯鏈結控制(LLC)
802.3 CSMA/CD 乙太網路(Carrier-Sense Multiple Access with Collision
Detection)網路
802.4 權杖匯流排(Token bus)網路，也有人稱記號匯流排網路
802.5 權杖環(Token ring)網路，也有人稱記號環網路
802.6 都會網路(MAN，Metropolitan Area Network)
802.7 寬頻區域網路(Broadband LAN)
802.8 光纖區域網路(Fiber Optic LAN)
802.9 多媒體傳輸(Multimedia traffic)，整合聲音與網路資料
802.10 網路保全(Security)
802.11 無線網路(Wireless network)
802.12 需求優先存取區域網路(100BaseVG-AnyLAN)
802.13 有線電視通訊網
自從 1997 年無線區域網路 IEEE802.11 確立之後，原本各自為政的無線區域
網路 產品，才有了共通的標準。而現在最熱門的藍芽﹝bluetooth﹞、HomeRF 等
等，都是在 IEEE 802.11 的標準下衍生出來的。
以下將對 藍芽﹝bluetooth﹞、 HomeRF 做簡單的介紹。
4
a. 藍芽(Bluetooth)
Bluetooth 的發展計劃中，是將其定位為低成本、低功率、涵蓋範圍小的
跳頻﹝Frequency Hopping﹞RF系統，其設計適用於連結電腦與電腦、電腦與周邊
以及電腦 與其他行動數據裝置，如行動電話、呼叫器、PDA 等。
隨著網路用戶逐漸由學術單位、集團企業而漸漸走入家庭和個人市場，提供用戶
方便上網且簡單易用的無線網路產品需求與日俱增，而 Bluetooth 的誕生便是
針對此一個人無線區域網路市場。 Bluetooth 所掀起的熱潮，可從其 SIG
﹝Special Interest Group﹞會員廠商規模近 2,200 家且橫跨資通訊等產業可見 。
Bluetooth 1.0 版標準的頻寬可達 1Mbps， 但傳輸速度較慢，而且易受訊號干擾，
則是 Bluetooth 的缺點。新的 Bluetooth 2.0 版標準採用的技術將使速度提升至
12Mbps。
b. HomeRF
HomeRF 是建構在 Share Wireless Access protocol﹝SWAP﹞的技術上，主
要是應用於家庭網路的無線上網需求。它不只是資料的傳送，更整合了語音傳輸的
能力，所以可以將電腦網路與電話網路結合，提供一個更完整的解決方案。 HomeRF 目
前的頻寬大約是 1~10Mbps。但是，仍有訊號干擾的問題存在。與其他技術不同的是，
HomeRF 的目標非常明確，主要鎖定在家庭電腦與消費性電子產品(IA)的無線區
域網路串連上。因為目標明確，也吸引了將近 100 家的資訊與通訊產品廠商加入。
5
2.4 天線設計與製作
基本觀念
• 一支天線只能在某一波段或某幾個波段得到比較好的接收效果，如果希望所
有 波段都能有很好的接收效果，那麼就要多架設幾組天線或使用天線調諧器
( Antenna Tuning Unit, ATU )。
• 先架設簡單的天線收聽一陣子，若發現大部分時間你都待在某一波段收聽廣
播， 再針對這個波段製作天線。
• 如果你的環境有很多人為的電磁干擾（如日光燈、電腦、馬達或引擎運轉等
造 成的干擾），架設室外天線有可能收進更多的干擾。
• 天線架設越高、四周越空曠效果越好，但如果人為的電磁干擾很大，讓天線
平 躺在屋頂上或許可以減少一些干擾而提高信號雜訊比 (S/N)。
• 注意安全。別讓天線有掉落在高壓電力線上的可能，有雷擊顧慮時別望了將
天 線接頭從短波收音機上拔掉。
• 做好銲接點的防水工作，避免天線氧化。
• 天線線徑不拘粗細，只要不是細得太離譜而容易斷掉就可以了。
• 理論上，傳輸線越粗其傳輸衰減量越小，不過在短波頻段，接收天線的傳輸
線 一般使用 RG-58A/U （電腦網路線）就可以了，或是使用電視的 75 Ω同
軸傳輸線也可以，這兩種傳輸線用在短波接收上並沒有太大的差別。
• 電波在真空中的速度與波長、頻率的關係為
光速（Ｃ）＝波長（λ）頻率（ｆ） ---- (a)
因為電波在金屬導體的速度比在真空中稍微慢一些，經過簡化後，公式為
２８８＝λ（公尺）×ｆ（ＭＨｚ） ---- (b)
下面介紹的天線若有以λ標示尺寸，表示在λ所對應的頻率上有最好的接收效果 。
6
1. WINDOM ANTENNA
Windom 及 Random Wire Antenna 都是架設最方便最簡單的天線，適合沒有外接天
線座的短波收音機使用，但容易受到室內的電腦、日光燈調光器等的干擾。
圖 2-1 Windom Antenna
2. DIPOLE ANTENNA
Dipole Antenna 是最典型的短波天線，它在設計頻率的單數倍頻率上也都有不錯的
接收效果，如果你不特定要架設某頻段的 DIPOLE，通常每邊用 5-7 公尺（總長
10-14 公尺）就可以了。Dipole 可以視環境架設成水平、Ｖ型、倒Ｖ型、斜型、倒
Ｌ型。
圖 2-2 Diople Antenna
7
3. Quad Loop (Square Loop)
架設 Loop Antenna 的基本原則是盡可能使天線圍到最大的面積，換言之，圓形的
Loop 效益最高，不過在 HF 頻段要架設圓形的 Loop 並不是那麼容易，而方形的
Loop 架設容易，所以被普遍的應用在各種場合。如圖 2-3 所示，Quad Loop 有兩種
基本的架設方法，(A) 的輻射波形為水平偏波，(B) 為垂直偏波。
圖 2-3 Square Loop
Quad Loop 均有以下特性
• 整個 Loop 的長度比一個λ略長，大約為 306.525m / f(MHz)
• 饋電點的阻抗約為 100 Ω
• 與偶極天線比較約有 1 dB 的增益
• 主波束的方向與 Loop 圍成的平面垂直，在 Loop 平面往外延伸的方向收發
信 號效果最差，就好比拿著扇子搧風，搧起來有風的方向訊號最好，搧起來
沒風 的方向訊號最差。
• 在理想條件下可以在倍頻使用，實際上因為天線受到 周圍建築物的影響，可
能需要略微調整才可以在倍頻使用。
8
由於 Quad Loop 的輸入阻抗約為 100 Ω，要如何處理匹配的問題對新手而言
倒是比較令人頭痛的一點，其實也不會很困難，方法不外乎下列幾種：
• 使用 2:1 的 Balun，不過這種 Balun 市面上沒得買。
• 使用 Open Stub 來調整，商用的 Cubic Quad 都是用這種方式來調整。
• 使用 Open Wire 來做傳輸線，然後用 1:1 的 BALUN 再用 ATU 來調諧。如
果 你覺得 Open Wire 在架設時要注意的細節太多的話，也可以取等長的 50
Ω 同軸電纜將頭尾兩端的隔離網相接，於是兩根心線就變成了 100 Ω的平
行傳 輸線，這種由同軸電纜形成的平行傳輸線可以靠著牆壁架設，也可以急
轉彎或 捲曲，用起來就和同軸電纜一樣。（如圖 2-4）
圖 2-4 利用同軸電纜來做平行傳輸線
4.Delta Loop
三角形的 Loop 應該是結構最簡單的 Loop，因此通常被廣泛應用在較低的頻段。
如前面所言，Delta Loop 所圍成的面積由於比 Quad Loop 來的小，所以它的增益
大約只有 0.5 dBD，如果 Delta Loop 越扁，它的特性就越接近折疊偶極天線，不
過在這裡我們想要討論的是等邊三角形的 Delta Loop。
圖 2-5 各種不同的 Delta Loop
9
實用上來說，Delta Loop 大概有下面 5 種架設方法，
如圖 2-5 (A) ~ (E)。 Delta Loop 的有效高度是以三角形的重心位置來計算，大
約是離底邊 1/12 λ的位置。
下面對五種架設方式的討論都是假設 Delta Loop 的有效高度為 1/2 λ。
圖 2-5 (A) 和 (C) 的架設方式，它的輻射仰角高達 80 °，完全不適於 DX 通信。
圖 2-5 (D) 的架設方式其輻射仰角約為 47 °，也不適合遠距離通信。
真正適合 DX 通信的架設方式是 (B) 和 (E)，(B) 的輻射仰角大約是 27 °，(E) 大
約是 20 °。
Delta Loop 的輸入阻抗大約為 70 Ω，所以可以直接用 50 Ω的同軸電纜來連接，
雖然有一些不匹配，但通常只要加上 ATU 就可以解決不匹配的問題。
10
5. T2FD Antenna
一支相當簡單的寬頻段天線，頻寬達 1:4，特別適合 SWL 使用。T2FD 是 Tilt
Terminated Folded Dipole 的簡寫，有關介紹 T2FD 的文章最早出現於 1949 年 7
月份的 QST，作者為 W3HH。據了解，美國海軍、美國駐太平洋空軍基地都曾使用過
這種天線。T2FD 天線的輻射波形是無方向性的垂直偏波 (和 GP 一樣)，而它最大
的特色是最高及最低可用頻率的比值為 4:1，它應該算是最容易製作的寬頻天線。
圖2-6 T2FD Antenna
如上圖2-6，假設最低使用頻率為 f (以 KHz 表示)，則 A 的長度為 50000 /
f(KHz)，B 為 3000 / f(KHz)。假設最低使用頻率是 7MHz，那麼 A 就是
50000/7000=7.14 公尺， B 就是 3000/7000=0.43 公尺。若使用 300Ω的平行饋
線則 R 應為 400Ω (若不嚴格要求的話，R 介於 375~425Ω間即可)，若使用 450Ω
的饋線，R 應為 500Ω，若使用 600Ω的饋線，R 應為 650Ω，而這個終端電阻會
消耗約 35% 的功率 (Loss 1.5~2dB)，不過這 1/3 的功率損耗倒可以由它的低輻
射仰角補償回來。天線與地面的夾角應介於 20~40°間，也就是說天線支撐物高度
為天線長度的 0.35~0.64 倍。
終端電阻
理論上來講，當然要用無感電阻，但實際上，無感電阻很難買到，所以使用一般的
電阻倒也無妨，只不過可能某些頻率會變得比較不協調而已。至於電阻的承受功率
方面，如果只是拿來做接收用，那麼當然就完全不用考慮它， 若是操作 CW，我們
假設 Duty Cycle 為 50%，那麼電阻只要承受最大發射功率的 20% 就可以了。可
以買 24 個 2W 270Ω的電阻，每 6 個串連起來，再將這四組串連好的電阻並聯起
來，如此就可以安心地以 250W 來發射了。
11
2.5 無線傳輸功率耗損
電波,波長
光波長速度對應電波
波長 = 光波/頻率 假設我們要設計一支 315MHZ 天線,
天線長度 = λ(波長)/4(天線) = 0.9523m / 4 = 23.8cm
有時因場合要求天線不允許長可加入底部電感補足波長(λ)
所以一般天線設計都為 1/λ或λ/2 或λ/4 依不同情況而訂 補給波長
訊號傳輸損失：路徑本身為無線訊號衰減最大主因，空氣中灰塵、水氣也會造成衰減
圖2-7 無線訊號衰減意示圖
• 以本專題為例以此專題為例 f = 315 MHz
• 傳輸距離 d1 = 5m LB1[dB] = 36.4 dB
• 傳輸距離 d2 = 10m LB1[dB] = 42.4 dB
12
2.6 BJT開關
BJT用作開關模式的主要用途為開關較大功率的元件
圖2-8為一簡易的開關電路，操作原理十分簡單：
當 Vi<VBE(ON) = 0.7V iC=0，燈泡不亮
Vi>VBE(ON) = 0.7V BJT做動，燈泡亮
圖2-8 簡易BJT開關電路
BJT可以偏壓在順向活性區或飽和區，如果要求燈泡在導通時有最大可能之壓降，
則設計在飽和區；若考慮開關的速度，則設計在順向活性區。因為在順向活性區時，
基極儲存之少數載體較飽和區少，turn off時要移除較快。
13
用電晶體控制LED
Rc的功能:(1)使BJT偏壓在飽和區;(2)保護LED
假定VD(ON)=1.2V，BJT之 β = 100，選擇 Rb 及 Rc 使得
Vi LED
HIGH (5V) ON (iD = 1mA)
LOW (0V) OFF
圖2-9 電晶體控制LED
IF VI = 5V，BJT飽和 iI = (5-0.7)V/Rb > ic/100 = 1mA/100 則Rb < 430K
Ic * Rc = 1mA * Rc = (5–1.2–0.2)V 則 Rc = 3.6K
假定 Rb = 200K
則 LED ON 時，BJT 消耗功率 = ic * Vce + ib * Vbe = 0.22mW
LED 消耗功率 = iD * VD = 1.2mW
14
2.7 運算放大器常用電路
a. 緩衝電路
圖 2-10 緩衝電路
將輸出電壓的一部份引回輸入端之動作稱為回授，而其中將輸出電壓引回反相
輸入端者稱為負回授，負回授會使得整個電路的放大倍數下降，但卻能因此得到正
確的電路放大倍數，且可在輸入電阻很大時，使輸出電阻變小，並且使放大頻率頻
寬增大。
圖 2-10 為放大倍數為 1倍的緩衝電路，當 a點電壓為 V1時，Vo=V1。
b. 非反向放大電路
圖 2-11 非反相放大電路
使用回授方式將輸出電壓引回反相輸出端形成負回授電路，其輸出訊號與輸入
同相，可得到(1＋R1/R2)倍的輸出，其電路如圖 2-11 所示。圖中 a 點電位為 V1，流
過回授電阻 R1的電流
2
1
RV
I =
1
2
111 1 V
RRIRVVo ×
+=+=
15
c. 反向放大電路
圖 2-12 反相放大電路
反相放大電路之接法如圖2-12，同樣是使用負回授電路方式作動，只是此時訊
號由反相端輸入，故會得到與輸入端反相之輸出，當輸入電壓V1增大時會使得輸出
電壓Vo下降。此電路可以得到(R1/R2)倍的輸出，當a點電位為0V時，其輸出電流為
V1/R2，則
1
2
11 V
RRIRVo ×−=−=
d. I/V轉換電路
圖 2-13 I/V變換電路
藉由 I/V 變換電路可得到隨輸入電流變化的輸出電壓，線路接法如圖 2-13，其
輸出電壓 Vo= -IR。
16
e. 差動放大電路
圖 2-14 差動放大電路
圖 2-14 是能夠將兩個輸入電壓 V1、V2之間的電壓差值放大的電路，同樣是利用
將輸出電壓引回反相輸入端的負回授電路，可以得到 R1/R2倍的放大倍率。因為此電
路之 b點電位是由 V2決定，所以 a點與 b點會有相同的輸入電壓，則
2
21
1 VRR
RVb ×+
=， ba VV =
通過回授電阻 R1上的電流為
+
×−
=−=
−=
21
21
22
1
22
1
2
11
1RRVR
RRV
RV
RV
RVV
I bbR
故通過電阻 R1所產生的壓降為
( )212
212
2
11111 RRR
RVRRVRIV RR +
+−=×−=
因為輸出電壓 Vo是 VR1與 Vb之和，故整理得輸出電壓為
( ) ( )122
1
2
11
2
12
212
212
2
21
21
12
1
VVRR
RRV
RRV
RRRRV
RRV
RRRV
VVV Rbo
−=−=+
+−+
=
+=
( )12
2
1 VVRRVo −=
17
2.8 主動濾波器簡介
擷取感測元件輸出之類比訊號時，常需使用「濾波器(filter)」以擷取某特定
頻率範圍之訊號，除去不必要之雜訊。濾波器由各種電子元件組合電路而成，可分
為被動(passive)和主動(active)兩種。被動式濾波器包含有電阻、電感、電容等電
子元件，功能僅在過濾雜訊；主動式濾波器除電阻、電感、電容外，還包含有電晶
體或運算放大器，可放大濾波後之訊號（即具有增益），且由於使用獨立電源，信
號源與負載電路隔離性較佳，本文主旨即在針對主動式濾波器作介紹。
濾波器的基本分類
濾波器的目的在通過一特定頻帶的訊號，衰減此頻帶以外的所有訊號。依其功
能可分「低通濾波器(low pass filter)」、
「高通濾波器(high pass filter)」、
「帶通濾波器(band pass filter)」、
「帶拒濾波器(band reject filter)」等四種。
圖 2-15 為四種濾波器的頻率響應圖，圖中橫座標為頻率(w)，縱座標為濾波器
輸出電壓，實線部份為理想濾波器的特性，虛線則是實際濾波器的特性，
fc為「截止頻率(cutoff frequency)」、fl為「低位截止頻率(low pass cutoff
frequency)」、fh為「高位截止頻率(high pass cutoff frequency)」、可通過的
頻率範圍稱「通帶(pass band)」、被衰減的頻率範圍稱「停帶(stop band)」。
通帶
(a)低通濾波器
停帶
(c)帶通濾波器
頻率
fl fhfc
outV
頻率
fc
outV
停帶停帶
停帶
(b)高通濾波器
通帶
(d)帶拒濾波器
頻率
fl fhfn
outV
頻率
fc
outV
通帶通帶
M0
M0
停帶
(b)高通濾波器
通帶
(d)帶拒濾波器
頻率
fl fhfn
outV
頻率
fc
outV
通帶通帶
M0
M0
圖2-15 四種濾波器的頻率響應圖
18
濾波技術常應用於訊號處理，在訊號取樣時，很容易因為外在因素產生的雜訊
導致訊號失真，濾波器的功能就在消除這些雜訊，其原理為依頻率的不同產生不同
的增益，使特定頻率的訊號被突顯出來，其他頻率的訊號則衰減，達到消除雜訊的
目的。濾波後訊號衰減的程度則以階數來表示，圖 2-16 為幾種不同階數的
Butterworth 低通濾波特性曲線圖，n代表階數，如下圖所示，階數越高，衰減的程
度越大，越接近理想濾波器，就一階濾波器而言，頻率在 10 倍截斷頻率的訊號約衰
減 20dB，同樣的訊號經過二階濾波器，頻率在 10 倍截斷頻率的訊號則會衰減 40dB。
圖 2-16 理想與不同階數之低通濾波特性曲線
以下所介紹的低通與高通濾波器，可分成具有有限增益和單位增益放大器兩種
濾波器。當欲掫取的訊號過於微小，A/D 轉換器無法讀取時，即可利用具有有限增
益的濾波器在濾波的同時將訊號放大；訊號足已讀取不須放大時，則使用單增益的
濾波器。同時在濾波器的介紹後，會有一個以 IsSpice 軟體製作的模擬範例，顯示
此濾波器的效能。
19
2.9 低通濾波器 (low pass filter)
低通濾波器的功能是使低頻訊號通過，高頻訊號衰減，適用於高頻雜訊之過濾。
例如溫度或流量感測器，訊號變化頻率低，即可用低通濾波器來除去如馬達產生的
電氣雜訊。
圖 2-17/2-18 為一階低通濾波器，圖 2-19/2-20 為二階低通濾波器，將兩者串
聯即形成一個三階低通濾波器低通濾波器，如圖 2-21 所示。
增 益 ： A = 1
截 止 頻 率 ： RCf c π2
1=
增 益 ： A = 1
截 止 頻 率 ： RCf c π2
1=
VCC
VEE
6
2
1UA741T 1 11
vout
V--15
V+15
vcc
vee
vee vcc
2 1
R
6
C
1122
6 67
Vin
7 6
R
2
2
1
1
圖 2-17 一階低通濾波器(單增益)
增益：
截止頻率：
1+=RiR
A f
RCf c π2
1=
增益：
截止頻率：
1+=RiR
A f
RCf c π2
1=
VCC
VEE
6
2
1UA741T 1 11
vout
V--15
V+15
vcc
vee
vee vcc
2 1
Rf
2
Ri
6
C
1122
6 67
Vin
7 6
R
2
2
1
1
2 2
圖 2-18 一階低通濾波器(有限增益)
增益： A=1
截止頻率： RCf c π2
1=
增益： A=1
截止頻率： RCf c π2
1=
VCC
VEE
3
2
1UA741T 1 11
vout
V--15
V+15
vcc
vee
vee vcc
2 1
R
3C
1122
5
Vin
4 3
R
2
2
1
1
45
R.
4 1
C.
4
44 4 1 11
1
圖 2-19 二階低通濾波器(單增益)
20
增益：
截止頻率：
1+=RiR
A f
RCf c π2
1=
增益：
截止頻率：
1+=RiR
A f
RCf c π2
1=
VCC
VEE
3
2
1UA741T 1 11
vout
V--15
V+15
vcc
vee
vee vcc
2 1
Rf
2
Ri
3
C
1122
5
Vin
4 3
R
2
2
1
1
2 2
45
R
4 1
C
4
44 4 1 11
1
圖 2-20 二階低通濾波器(有限增益)
R
V in R C2C2C
–+–+
V outV out
CC
R f
Ri
RR
–+–+
一階 二階
增益：
截止頻率：
1+=RiR
A f
RCf c π2
1=
圖 2-21 三階低通濾波器
舉例說明：假設有一訊號 Vin為振幅 2V、頻率 200Hz；伴隨振幅 0.4v、頻率 5kHz
的雜訊，因此要設計一個截止頻率為 1kHz 的單增益一階低通濾波器，C採用 0.001
μF(可自由選擇，通常在 0.001~0.1μF 之間)，則應搭配多大的電阻 R?
由圖 2-17 可知 RCfc π2
1=
，則Ω=
××== k
kCfR
c
1591001.02
12
1µππ
但由於最佳的 R值在 10~100kΩ之間，所以反回將 C改為 0.01μF，R 值成為 15.9k
Ω，採用 15 kΩ電阻即可(若無剛好阻值電阻，只須使用常見電阻中阻值最接近的
電阻即可)。透過以上敘述，製作出如圖 2-22 的濾波器，以 IsSpice 軟體模擬得知
會有如 圖 2-23 的濾波效果。
21
VCC
VEE
6
2
1UA741T
1
11 11
vout
V--15
V+15
vcc
vee
vee vcc
2 1
R1
6
C0.01u
11222
2
3 6
R215k
15k
5
Vin
Vin
5
Vnoise
35
Vmix
3
圖 2-22 單增益、fc≒1k的一階低通濾波器
1
2
2 .00 M 6 .00 M 10 . 0M 14 . 0M 18 . 0MW FM.2 V O UT v s . T IME in S e c s
2 . 00
1 . 00
0
-1 . 00
-2 . 00
VO
UT
in V
olts
2 . 0 0
1 .0 0
0
-1 .0 0
-2 .0 0
VM
IX in
Vol
ts
圖 2-23 濾波效果(1：Vmix、2：Vout)
22
2.10 高通濾波器 (high pass filter)
高通濾波器是指高於截止頻率之訊號通過，低於截止頻率之訊號衰減的電路。
電路與低通濾波器相似，只是 R、C之位置對調。
圖 2-24/2-25 為一階高通濾波器，圖 2-26/2-27 為二階高通濾波器，將兩者串
聯即形成一個三階高通濾波器，如圖 2-28 所示。
增益：A=1
截止頻率：RC
fc π21
=
增益：A=1
截止頻率：RC
fc π21
=
VCC
VEE
6
2
1UA741T 1 11
vout
V--15
V+15
vcc
vee
vee vcc
2 1
R
63
C
1122
6 63
Vin
6
R
2
2
1
1
圖 2-24 一階高通濾波器(單增益)
增益：
截止頻率：
1+=RiR
A f
RCfc π2
1=
增益：
截止頻率：
1+=RiR
A f
RCfc π2
1=
VCC
VEE
6
2
1UA741T 1 11
vout
V--15
V+15
vcc
vee
vee vcc
2 1
Rf
2
Ri
63
C
1122
6 63
Vin
6
R
2
2
1
1
2 2
圖 2-25 一階高通濾波器(有限增益)
23
CC
–
+
–
+
VoutVout
VinVin
2R
2R
R
CC增益：A=1
截止頻率： RCfc π2
1=
圖 2-26 二階高通濾波器(單增益)
增益：
截止頻率：
1+=RiR
A f
RCfc π2
1=
增益：
截止頻率：
1+=RiR
A f
RCfc π2
1=
VCC
VEE
4
2
1UA741T 1 11
vout
V--15
V+15
vcc
vee
vee vcc
2 1
Rf
2
Ri
43
C
1122
5
Vin
4
2R
2
2
1
1
2 2
35
C1
3 1
R
3
33 3
1
111
圖 2-27 二階高通濾波器(有限增益)
R
Vin R C2C2C
–+–+
VoutVout
CC
Rf
Ri
RR
–+–+
一階 二階
增益：
截止頻率：
1+=RiR
A f
RCfc π2
1=
圖 2-28 三階高通濾波器
24
舉例說明：現有一輸入訊號 Vin為振幅 1v、頻率 10k 的 Sin 波，但卻伴隨著振幅
2v、頻率 1k 的雜訊，因此使用如圖 2-29 所示，單增益、截止頻率為 1590Hz 的二階
高通濾濾器，進行雜訊消除。以 IsSpice 軟體進行模擬，得到如圖 2-30 的波形。
VCC
VEE
6
2
1UA741T 1 11
vout
V--15
V+15
vcc
vee
vee vcc
2 1
R31k
63
C20.1u
1122
6 64
Vin
6
R21k
54
Vnoise
4
Vin
5
Vmix
2
2
1
1
35
C10.1u
13
R11k
3
33 3 1 11
1
圖 2-29 二階高通濾波器範例
2
1
3
200U 600U 1.00M 1.40M 1.80MWFM.3 V OUT v s . TIME in Sec s
4.00
2.00
0
-2.00
-4.00
VO
UT
in V
olts
4.00
2.00
0
-2.00
-4.00
VIN
in V
olts
圖 2-30 濾波效果(1：Vin、2：Vmix、3：Vout)
25
2.11 帶通濾波器 ﹝band pass filter﹞
帶通濾波器之用途是只使特定頻帶之訊號通過的電路。圖 2-31 為帶通濾波器
的電路圖，這種濾波器在「共振頻率(resonant frequency),fr」有最大輸出電壓 Vmax
或最大電壓增益 A，離開共振頻率則輸出電壓下降，朝兩邊降至 0.707Vmax即為高位
截止頻率 fh和低位截止頻率 fl，在 fh和 fl的差值即為「頻帶寬(band width),B」，
fr則位於 fh和 fl的幾何中心，如圖 2-32 所示
B = fh - fl (Hz) (1)
hlr fff = (Hz) (2)
用來判斷自頻率中心向任一方移動時下墜陡緩程度因數稱為電路的「品質因數
(quality factor),Q」，品質因數是共振頻率與頻帶寬的比例如式(3)，因此在相同
共振頻率下，欲使頻帶寬愈狹窄，品質因數就要愈大。不過品質因數有一限制，必
須大於增益一半的平方根，即 2A
，例如若增益為 72，則品質因數就必須大於 6。
lh
rr
fff
BfQ
−==
(3)
QfB r= (4)
帶通濾波器設計者可先選擇共振頻率 fr和頻帶寬 B，然後由式(3)算出 Q，或先
設計 fr和 Q，再由式(4)算出 B，有了 Q、B及 A之後就可利用圖 2-31/2-32 的公式算
出 R1及 R2及 R3。
vcc
V+15
vee
V--15
VCC
VEE
3
5UA741T
5
Vout
vee
vcc
10
Vin10 1010
Vin
3 5
R3
34
C
410
R1
4 5
C
4
R2
3
33 3
4
44 4
5
5
5 5
5 55
5 ABCR
π21
1 =
12 21
2 −=
QRR
BCR
π1
3 =
圖 2-31 帶通濾波器的電路圖(單增益)
26
頻率
fl fhVmax
0.707Vmax
i
out
EV
fr
圖 2-32 帶通濾波器頻率響應圖
舉例說明，假設有一 10kHz 的訊號，伴隨 1kHz 之低頻雜訊及 100kHz 之高頻雜
訊，應如何設計一個適合的帶通濾波器呢?
已知 fr=10k，假設選定頻帶寬為 1kHz、增益=1，則 B=1k 由式(4)得知 BfQ r==10。
有了 B和 Q後，選用 0.001μF 的電容，就可以算出 ABCR
π21
1 ==159230Ω≒160kΩ、
12 21
2 −=QRR
≒800Ω， BCR
π1
3 =≒320kΩ以上規格確定後，即可製作出如圖 2-33
的帶通濾波器，其濾波效果如圖 2-34 所示。
vcc
V+15
vee
V--15
VCC
VEE
3
5UA741T
5
Vout
vee
vcc
66
3 5
R3320k
34
C0.001u
46
R1160k
4 5
C.0.001u
4
R2800
3
33 3
4
44 4
5
5
5 5
5 55
5
6
Vmix
66
7 Vin7
Vin_sin_10k
6
8
V_sin_1k
8
7
V_sin_100k
圖 2-33 帶通濾波器
27
1
2
3
100.0U 300U 500U 700U 900UWFM.3 VMIX vs. TIME in Secs
4.00
2.00
0
-2.00
-4.00
VM
IX in
Vol
ts
4.00
2.00
0
-2.00
-4.00
VIN
in V
olts
圖 2-34 濾波效果(1：Vout、2：Vin、3：Vmix)
28
2.12 帶拒濾波器 ﹝band reject filter﹞
帶拒濾波器（又稱陷波、凹形）是用來衰減一個特別頻率的訊號的電路。增益
在所有的頻率為 1，除了接近帶拒頻率外，可用於針對特別雜訊消除，如交流電源
60Hz 及其倍數，其頻率響應圖如圖 2-15(d)，圖 2-35 是一個 Wein 電橋類型的帶拒
濾波器，其壓制頻率由式(5)之算式可得
RCfn π2
1=
(5)
VCC
VEE
1
5
5UA741T
12
R23
R 3
Vin
2
C
4
R/2
4 1
C
43
C
3
3
1
14 44 4
5
55 55
55 55
Vout
V+15
V--15
VccVee
Vee
Vcc
圖 2-35 Wein電橋型帶拒濾波器
假設現在有一個 5Hz 的方波伴隨著 60Hz 雜訊，欲使用帶拒濾波器消除此雜訊，
選用 0.1u 的電容，計算出 R=26.5kΩ，以此規格製造出來的濾波器可有如圖 2-36
的濾波效果。
31
2
20.0M 60.0M 100M 140M 180MWFM.2 VMIX vs. TIME in Secs
3.00
2.00
1.00
0
-1.00
VM
IX in
Vol
ts
3.00
2.00
1.00
0
-1.00
VO
UT
in V
olts
圖 2-36 濾波效果(1：Vout、3：Vin、2：Vmix)
29
第三章 硬體研發及軟體架構
3.1 本專題運用之溫度感測元件 AD590
以感溫電晶體在配合放大電路，而且以 IC 型態存在的電路則稱為感溫 IC。至
於其他型態的感溫元件，例如熱敏電阻、白金測溫電晶體等都需配合外加的線性化
電路及技術，使用上並不十分方便。因此，便有 IC 化的溫度感測器將各種信號處理
電路及感溫元件做成一體，如此幾乎不用其他的外加電路，尤其是具有電流輸出型
的 IC 型感溫元件 AD590 具有下列之優點：
(1)輸出電流小(1μΑ/)
(2)直線性良好
(3)使用電源範圍廣(+4Ｖ+30Ｖ)
(4)體積小
圖 3-1 為 IC 型感溫元件 AD590 的電路結構，電源電壓+Vcc使用範圍從+4Ｖ的值，
一直到+30Ｖ的寬廣供應電壓範圍值。
圖 3-2 為 AD590 電源電壓 Vcc輸出電流 Io的關係曲線，當電源電壓 Vcc在 4Ｖ以下
時，輸出電流 Io幾乎是隨著電源電壓 Vcc的增加而做直線性的上升。
但是當電源電壓 Vcc在 4Ｖ以後一直到 30Ｖ這一段範圍，輸出電流 Io的值則維持
一定的輸出。而且輸出電流 Io的大小隨著溫度做改變，
如圖 3-2 在+25時，Io為 298μΑ，溫度在 150時，Io為 423μΑ，因此電源電
壓 Vcc在 4~30，則 AD590 能顯示電流與溫度的關係，也就是一種定電流輸出的形式。
圖 3-1 AD590 內部構造 圖 圖 3-2 操作電壓的供應範圍
30
3.2 本專題運用之光感測元件 CdS
光敏電阻﹝CdS﹞為一種利用光導電效應﹝Photocondunctive Effect﹞的半導
體光感測器元件。而基本原理為，當較強的光線照射在半導體材料上時，其電阻值
會下降，反之，光線強度減落時電阻值會上升。這是因為當光線照射在半導體表面
時，電子—電洞對將由禁帶遷移至傳導帶並獲得能量，使其導電率增加的緣故，而
半導體本身的阻抗會下降。因此，CdS 猶如一種光可變電阻器。
圖 3-3 金屬包裝光敏電阻構造 圖 3-4 樹脂包裝光敏電阻構造
圖 3-5 所示為 CdS 電阻值的測定電路，若在 CdS 光導電體串接電流錶Ι並施加
電壓Ｖ至 CdS 兩端電極上，而將 CdS 放置於黑暗中時，此時可用電流錶中看出只有
微少的電流流動。這是 CdS 光導體的固有電流，一般稱為暗電流(Dark Current)，
而此電流很小，表示 CdS 在此照度下是呈現高電阻；若有光照射至 CdS 的光導體時，
便會有ΔΙ的電流流動此電流之光電流(Light Current)，而光電流表示電路工作於
正常信號的成份，暗電流則是屬於電路工作於不正常的雜訊成份。
圖 3-5 CdS 電阻測定
31
如圖 3-5 中，光敏電阻的光導電層的長度(兩電極間之間隔)l 和光導電層間的
間隔(電極長度)d 的比值(l/d)是光敏電阻具決定性的一項重要因素。當 d較寬，l
較短時，光感度就較大，而此時的的電阻也就愈低；反之，則光感度較差。所以，
一般市面上所看到的光敏電阻的圖案必然是梳型或者是彎曲型的形狀占大部份。
而所謂光電阻值靈敏度是指入設光強度與電阻的關係，光電阻的基準電阻是以
溫度為2856K的鎢絲燈，發出10Lx光源下所測定的電阻值。圖3-6在低照度下(1~2Lx)
傾斜度較大。倘若光敏電阻被使用於檢知光量的場合下，圖 3-6 的照度-電阻值特性
曲線是一項頗重要的因素。圖 3-7為光敏電阻典型的施加直流電壓 VDC-光電流 IL(mA)
的特性曲線，在最大的功率消耗範圍內，如圖 3-6 的最大功率容許損失為 100mW 的
直線範圍內，當照度一定時，則施加電壓(VDC)與光電流(IL)特性曲線關係幾乎都維
持著直線性的關係。但是當超出最大功率消耗範圍時，則此一特性曲線的關係將偏
離了直線性，主要的理由是由於功率消耗的增加而導致了光敏電阻的溫度上升，而
使光敏電阻之阻值產生了變化所致。圖 3-7 的施加電壓最小為 1V，最大的容許施加
電壓約為 200V 左右。
圖 3-6 照度-電阻值特性曲線 圖 3-7 施加電壓-電阻值特性曲線
32
3.3 本專題運用之入侵感測 光遮斷器
光遮斷器是由一個發光元件跟一個受光元件所組成的感測器。在底下，我們會介紹
它們的原理及結構。
1. 發光元件(紅外線發光二極體)
使用溫度放射以外的動作原理，將電器信號轉換為光信號的光電元件我們稱為
發光元件(light emitting component)，而在光電轉換元件之中，以光二極體元件
的轉換速度為最快。在高速檢測場合之中也最廣泛的被使用，而發光元件所發射出
來的光不一定是可見光，也有發射出紅外線的發光元件。LED 目前由淺藍色的波長
為 480nm(nano meter)到近紅外線波長為 950nm 都有，而在一般場合所使用的光感
測器光源，主要也都是使用波長為 950nm 左右的紅外線 LED，而紅外線 LED 的發射
光線波長λ(nm)與相對發光靈敏度(％)得光譜特性關性如圖 3-8 所示。以受光元件而
言，大都採用光二極體或者是光電晶體，若使用波長典型值為 940nm 左右的近紅外
線用光二極體或光電晶體的接收元件，則與發射元件為紅外線 LED 互相匹配時最為
恰當。
圖 3-8 紅外線波長-相對光靈敏度 光譜特性
33
2. 受光元件(紅外線檢測用光二極體)
將光信號轉換成電氣信號用途所製造而成的二極體稱為光二極體(photo
diode)，光二極體是屬於受光元件，為一種半導體的 PN 接合。一旦受光時，PN 兩
端會產生接觸電位差，利用這種接收光信號轉換為接觸電位差的光電效應的元件稱
為光檢測器(photo sensor)。
在光檢測器元件中，以光二極體的轉換速度為最快，也是最廣泛的被使用於
高速光檢測的應用場合之中。在使用光二極體優點方面則是對於入射光線可呈現出
良好的直線性，響應速度快，寬頻帶波長響應以及低雜訊等等。但是一般而言，光
二極體的輸出電流太小，使得檢測工作較不易進行，此其為缺點。因此，除了在入
射光線強等高照度的使用場合之外，大部份的光二極體或光電晶體元件則都需要配
合放大用途的電晶體或者是 IC 電路來放大所檢測到的信號才可以。
圖 3-9 為使用發射元件為紅外線發光二極體所構成的直流發射電路，由於使
用紅外線發光二極體，其波長為 940nm 左右，它是屬於一種不可見光，我們無法從
肉眼確認出電路是否動作。如圖 3-9 若不接指示用的 LED 時，則無法判斷是否有發
射的動作。因此只要以一個可見光用途的發光二極體 LED，如圖 3-9 電路中一旦有
發射信號的動作時，則可以用肉眼觀察 LED 加以確認之。
所以，這個方法可以當做是檢修的動作。
圖 3-9 光遮斷器感測電路
34
3.4 本專題運用之多工器 CMOS4052
多工器是使用 MAXIM 公司所出產的 MAXI4052 這顆 IC，腳位圖如圖 3-10 所示。
一顆 IC 具有兩組選擇資料的功能，而一组有四個頻道可以選擇，由兩根腳位控制選
擇資料為哪一個頻道輸出。
圖 3-10 CMOS4052 簡介
35
3.5 本專題運用之類比數位轉換器 ADC0804
ADC0804 轉換器是一顆具有 20 支接腳的 8 位元連續漸進式的 A/D 轉換
器，其特性如下所示：
1.解析度為 1/256 Vcc。
2.轉換時間為 100us (fCLK = 1/1.1RC = 640KHz 時)。
3.轉換誤差為 －1LSB ~ ＋1LSB，即 ± 1LSB。
4.類比輸入電壓範圍為 0 ~ +5V，即 0 ≦ Vi+ ≦ 5V。
5.參考電壓為 2.5V，即 VREF = 2.5V。
6.工作電壓為 +5V，即 VCC = +5V。
圖 3-11 ADC0804 簡介
腳位說明：
1. 當CS =0[pin1]時，此顆 IC 正常工作。
2. 在CS =0 期間，如果WR [pin3]=0，代表著已經下一個命令，要 A/D converter
開始轉換。約經 70 時脈(clock)後，才完成工作。所以，是啟始命令。
3. 如果WR =0 時，會使 INTR [pin5]=1。當轉換完成時， INTR =0 代表著上一
次轉換成功，輸出閂鎖等待輸出。
4. RD [pin2]為輸出閂鎖的致能。
36
圖 3-12 ADC0804 二分法漸進式比對流程圖
圖3-13 ADC0804 完成轉換時序
圖 3-14 ADC0804 輸出資料時序
37
3.6 本專題運用之運算放大器 LM324
基本概述
在本次專題研發電路中所使用之運算放大器以LM 324為主。LM 324是一低電源
之運算放大器IC；內部由四個獨立的 LM 324 運算放大器所組成，具高增益及內部的
頻率補償，且可操作於單電源之大範圍電壓供給。
LM324 之 應用包括轉換放大器、直流增益的提供和所有常見之 OP
Amp(Operational Amplifier)電路之運用且皆簡單地使用於單電源系統。例如：LM
324 可直接操作於標準的＋5V 之電源供應，並使用在類比系統和所需要之電子電路
介面。
LM 324 優點
1. 可使用單電源供應需求之運算放大器。
2. 在單一封裝IC 內部中有四個獨立之運算放大器。
3. 可允許直接量測之電壓到接地端。
4. 可相容於所有型式之邏輯電路。
5. 電源供應可由電池提供操作。
LM 324 之特色
1. 對於單一增益其內部有頻率補償。
2. 可提供直流電壓增益100 dB。
3. 對於單一增益可提供1 MHz 之頻寬。
4. 電源供應範圍： 單電源供應 3V to 32V 雙電源供應±1.5V to ± 16V
5. 低電流輸出(700 µA) -- 基本上是獨立於所提供之電源。
6. 低Input Biasing Current 45 nA。
7. 低Input Offset Voltage 2 mV 和Offset Current 5 nA。
8. 輸入之共同電壓範圍包括接地端。
38
3.7 本專題運用之 RF 收發模組 TG11T & TG11R
TG-11 無線收發模組介紹
TG-11 無線收發模組是一組由發射器和接收器所組成的模組，系統特性如下：
(1) 具備 UHF 發射接收電路，可做無線電傳輸及控制等相關應用。
(2) 搭配編解碼 IC，不易受外界雜訊干擾。
(3) 可搭配 DIP 開關裝置來調整密碼設定。
(4) 頻率範圍從 300MHz 到 434MHz。
圖 3-14 與圖 3-15 是 TG-11 無線收發模組的外觀與相關接腳說明。詳細說明請
參閱製造廠商所提供的產品資料手冊。
圖3-15發射模組外觀與接腳說明 圖3-16接收模組外觀與接腳說明
39
3.8 本專題運用之編解碼 IC HT12D & HT12E
無線收發模組必須搭配編、解碼 IC，將所設定的密碼與資料一同傳送與接收，
以避免外部雜訊干擾，常用 IC為 HT-12，有一系列編、解碼 IC，其中 HT-12D(Decoder)
與 HT-12E(Encoder)的主要特性如下：
(1) 應用 CMOS 技術，具有省電、防雜訊等優點。
(2) 工作電壓在 2V~12V。
(3) 內含振盪電路，只需外加一只電阻即可提供工作頻率(OSC1 與 OSC2)，一
般而言，根據產品資料手冊建議，解碼 IC 的工作頻率約為編碼 IC 的 50
倍，則編碼 IC 連接 1MΩ，解碼 IC 連接 51KΩ即可。
(4) HT-12E 編碼 IC 有 28＝256 組密碼設定，可傳送 4個位元資料。
(5) HT-12D 解碼 IC 具有 4 位元資料輸出，8 位元密碼設定，輸出資料具有拴
鎖功能。
40
編碼 IC HT12E
圖 3-17 HT12E 腳位
HT-12E 編碼 IC 的接腳如圖 3-17，
Pin1~Pin8(A0~A7)作為 8位元=256 組密碼設定
Pin10~Pin13(D0~D3)作為 4位元資料輸入，也就是說設定一組密碼後，編碼 IC 會將
此密碼與資料一同傳送出去，當接收端所設定的密碼相同時，讀取 4位元資料。
Pin17(DATA OUT)是資料發送端，連接圖 3-15 發射模組的 Pin6(CODE INPUT)；
Pin15(OSC2)與 Pin16(OSC1)連接電阻產生工作頻率；
Pin14(TE)為編碼致能接腳，當 TE 接腳為低電位“0”時，將 A0~A7 所設定的密碼與
D0~D3 的 4 位元資料進行編碼組合，由 DATA OUT 端以串列資料傳送出去，假如 TE
接腳為高電位“1”時則停止編碼與傳送，此 TE 接腳狀態可由單晶片予以控制
41
HT12E 工作頻率及電阻選定
圖 3-18 HT12E 輸入電壓與震盪頻率-電阻特性圖
• fosc (HT12D) = 50 fosc (HT12E)
• 則 Vcc = 5V ; fosc = 3KHz 所以 R = 1M
42
解碼 IC HT12D
圖 3-19 HT12D 腳位
HT-12D 解碼 IC 的接腳說明如圖 3-19
Pin1~Pin8(A0~A7)作為 8位元=256 組密碼設定
Pin10~Pin13(D0~D3)作為 4 位元資料輸出，當發射端與接收端密碼相同時，編碼電
路所傳送的 4位元資料會顯示在解碼電路 4位元資料輸出接腳
Pin14(DATA IN)為資料接收端，連接圖 3-16 接收模組的 Pin2(DIGITAL OUTPUT)
Pin15(OSC2)與 Pin16(OSC1)連接電阻產生工作頻率
Pin17(VT)為解碼致能接腳，當接收電路接收到串列資料時，解碼 IC 會連續核對密
碼四次，當密碼相同時，使得 VT 解碼致能接腳呈現高電位“1”，並將 4 位元資料
送至 Pin10~Pin13(D0~D3)，密碼錯誤時，VT 解碼致能接腳呈現低電位“0”，保留
原始資料，也就是拴鎖功能，此 VT 接腳狀態變化可由單晶片讀取，由程式判斷何時
讀取 4位元資料。
43
HT12D 工作頻率及電阻選定
圖 3-20 HT12D 輸入電壓與震盪頻率-電阻特性圖
• fosc (HT12D) = 50 fosc (HT12E)
• 則 Vcc = 5V ; fosc = 150KHz 所以 R = 51K
44
圖 3-21 基本 RF 電路
45
3.9 本專題運用之硬體架構
此系統可分為兩個部分，分別是控制端及感測端，如圖 3-22 與圖 3-23 所示。
不論在控制端或者是感測端中，微控制器均扮演系統中的控制中心，掌控著週邊系
統的訊號處理包括：溫度感測器、照度量測器及有無人之訊號，多工器的選擇命令，
ADC 轉換器的轉換指令，編、解碼 IC 的設定，RF 無線傳輸資料，訊號的顯示及週邊
電路之輸出入等等。
圖 3-22 系統架構
46
圖 3-23 控制端電路概圖
圖 3-24 感測端電路概圖
47
圖 3-25 RF 控制端電路
48
圖 3-26 RF 感測端電路
49
AD590 溫度感測電路
圖 3-27 AD590 溫度感測電路
• AD590 特性曲線 : 1uA / 1K
• Vx = -2.732V ~ -3.732V ; VI = -Vx ; Va = 2.732V
• VO = R2 / R1 * (VI - Va) = 0 ~ 5V (攝氏 0 ~ 100 度) ;
R2 = 51K ; R1 = 10.2K
50
CdS 可見光感測電路
圖 3-28 CdS 照度感測電路
• CdS 阻質特性： 太亮 : Below 2K 正常 : 2K ~ 200K
灰暗 : Over 200K 全黑 : Least 2M
• 正常照度時 Vout = 4.84 ~ 1.16V
光遮斷器電路
圖 3-29 光遮斷器感測電路
• 未錯開 ; Ib = 1.45mA ◊ Vo = 4.83V
• 錯開 ; Ib = Below 0.2mA ◊ Vo = Below 0.67V
51
3.10 本專題運用之軟體架構
圖 3-30 感測端主程式 a
52
圖 3-31 感測端主程式 b
53
圖 3-32 感測端副程式
54
圖 3-33 感測端時間延遲程式
55
圖 3-34 控制端主程式 a
56
圖 3-35 控制端主程式 b
57
圖 3-36 控制端主程式 c
58
圖 3-37 控制端時間延遲程式
59
第四章 專題實驗成果與分析
RF 基礎觀念 1：電磁波
當電流以交流形式在金屬導體快速來回，電線周圍產生持續瞬間不停變化的磁場
就會產生電磁波。電磁波在空中的行進就是電場與磁場的相互轉換，所以交流形式
的電流很容易逃至空中變成電磁波。
條件為波長接近導體本身長度，而導體長度需小於訊號波長 1/100。則電流頻率
越高者越容易逃離至空中。
RF 基礎觀念 2：衰減
訊號強度降低。在纜線中：接頭和纜線之間的電阻會造成訊號以熱能消失。在空
氣中：路徑為訊號衰減最大主因，而空氣中的灰塵、水氣也會影響。
RF 基礎觀念 3：反射
訊號反射會造成『多重路徑』現象，會造成電路不同時間接收到不同路徑進來的
訊號。尤其以使用全向性天線最為嚴重。
這種時間差稱為：Delay Spread，會議室中大概為 20ns
VSWR：Voltage Standing Wave Radio
1. 當 RF 電路阻抗不匹配，就會發生 VSWR 現象。
2. 當阻抗不匹配時，電阻會把訊號回彈至攬線上造成訊號相消。
3. 為避免 VSWR，纜線和接頭的阻抗必須相同。此為阻抗匹配觀念，在高頻電路
中求適當的阻抗必須使用到 Smith Chart。
基本 RF 電路：
60
RF 元件-放大器：
傳送端放大器一般稱為：HPA (High Power Amplifier)
接收端放大器一般稱為：LNA (Low Noise Amplifier)
註：在此 Low Noise 代表放大器需要很精密，因為雜訊功率可能會比訊號功率大很
多。除此而外，HPA 及 LNA 選定也是很重要，必須注意操作頻率及 Slew Rate。
RF 元件-濾波器：
1. 低通濾波器-低於某一頻率訊號通過
2. 高通濾波器-高於某一頻率訊號通過
3. 帶通濾波器-介於某頻率範圍通過
4. 帶拒濾波器-濾掉某一頻率訊號
註：電路如何使用及模擬結果於第二章有詳細解說。
RF 元件-混頻器、震盪器：
混頻器：Mixer
兩個輸入，一是 RF 訊號，二是震盪器的訊號。如果 RF:500MHz、VCO:300MHz 則
混頻結果會有 800MHz 及 200MHz，通常混頻之後會接上一個濾波器濾掉後段電路不
處理的訊號頻率。
震盪器：VCO
利用電壓產生某一訊號頻率，但通常為求訊號頻率穩定會加上 PLL 鎖相迴路。
射頻單位：W & dB
61
62
天線增益：dBi
天線增益是與『點光源放射源』理想天線相比。dBi 倍率運算方式等同於 dBm。
當 100mW 訊號經過一增益為 10dBi 天線，其輸出功率為 100mW * 10 = 1W。
註：1dBw = 1W = 30dBm
如此而外，天線設計是一門大學問，之所以難在於阻抗匹配，當匹配不良時訊
號的輸出功率會被大大減弱。於附錄四，本人有放一篇天線設計的論文，其設計操
作頻率在於 2.45GHz 及 3GHz，在於往後應該會是為較普遍 RF 頻率。
本論文之所以沒成功，主要猜想是在於：
1. 天線阻抗匹配不良使訊號在多工傳輸時有時無，以致資料接收次序亂掉。
2. 本專題只是使用 RF 元件，未把訊號做前置放大傳送及接收訊號未做後段混
頻降頻處理，所以訊號在單一發送測試都是沒問題。但是在多工傳輸時無法
考慮到外界干擾，以致訊號在反射效應下會接收很多次，造成問題。
63
參考文獻
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3.文星電子，http://www.wenshing.com.tw/China/index.asp
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5.國立中興大學電子系 孫允武教授個人網站，
http://www.nchu.edu.tw/home/indodep/book/WWW/teacher/science/u54/6.htm
6. 吳朗編著，“感測與轉換”，全欣資訊圖書，81 年 3月。
7. 孫宗瀛、黃金定編著，“常用線性 IC 資料手冊”，全華圖書，82 年 9月。
8. 蔡朝洋編著，“電工實習（四）”，全華圖書，0159922。
9. 浩司編譯，“電子電路控制”，建興出版社，86 年 11 月。
10. 陳雙源等編著，“機電整合導論”，東華書局，89 年 10 月
11. 許虛超編譯，“運算放大器與線性積體電路”，儒林圖書公司，77 年四月
12. 方志鵬編譯，“活用運算放大器”，儒林圖公司，76 年 12 月
13. 張文恭、江昭皚譯，“運算放大器原理與應用”，格致圖書公司，80 年 3月
14. 林敬棠，“無線傳輸保全系統之信號發射裝置”，中華民國新型專利 第 025428 號。
15. 溫榮宏編譯，“無線通訊技術與RFID”，全華圖書，93年8月
16. 市川裕一、青木勝 著，“高頻電路設計”，全華圖書，94年12月
17. 浩司 編譯，“圖解電晶體電路”，建興出版社，90年11月
64
附錄一 電路佈局圖-控制端
65
附錄二 電路佈局圖-感測端
66
附錄三-程式碼 控制端
ORG 00H
AJMP INTI
ORG 03H
AJMP INT0
INTI: MOV SP,#60H
MOV P0,#0FFH
SETB P3.2
SETB EA
SETB EX0
CLR IT0
MOV 41H,#00H
MOV 42H,#00H
CLR P2.5
START: SETB P2.5
START1:MOV R4,#20
WAIT0: ACALL D10MS
MOV A,P0
ANL A,#0F0H
CJNE A,#11110000B,INF0
MOV R4,#20
MOV R5,#5
AJMP LOOP0
INF0: CJNE A,#10110000B,INF00
MOV R5,#20
AJMP IT01
INF00: DJNZ R4,WAIT0
AJMP START1
IT01: ACALL D10MS
MOV A,P0
ANL A,#0F0H
CJNE A,#00000000B,INF01
MOV R5,#20
IT02: ACALL D10MS
MOV A,P0
ANL A,#0F0H
CJNE A,#10100000B,INF02
CLR P2.5
ACALL D0.1S
AJMP WAIT0
INF01: DJNZ R5,IT01
AJMP START1
INF02: DJNZ R5,IT02
AJMP START1
67
LOOP0: ACALL D10MS
MOV A,P0
ANL A,#0F0H
CJNE A,#11110000B,INF1
DJNZ R4,LOOP0
AJMP START1
INF1: CJNE A,#10110000B,INF10
MOV R5,#20
AJMP IT11
INF100:ACALL D10MS
MOV A,P0
ANL A,#0F0H
AJMP INF1
INF10: MOV 41H,A
DJNZ R5,INF100
MOV R4,#20
AJMP WAIT1
IT11: ACALL D10MS
MOV A,P0
ANL A,#0F0H
CJNE A,#00000000B,INF11
MOV R5,#20
IT12: ACALL D10MS
MOV A,P0
ANL A,#0F0H
CJNE A,#10100000B,INF12
CLR P2.5
ACALL D0.1S
AJMP LOOP0
INF11: DJNZ R5,IT11
AJMP START1
INF12: DJNZ R5,IT12
AJMP START1
WAIT1: ACALL D10MS
MOV A,P0
ANL A,#0F0H
CJNE A,#11100000B,INF2
MOV R4,#20
MOV R5,#5
AJMP LOOP1
INF2: CJNE A,#10110000B,INF20
MOV R5,#20
AJMP IT21
INF20: DJNZ R4,WAIT1
AJMP START1
68
IT21: ACALL D10MS
MOV A,P0
ANL A,#0F0H
CJNE A,#00000000B,INF21
MOV R5,#20
IT22: ACALL D10MS
MOV A,P0
ANL A,#0F0H
CJNE A,#10100000B,INF22
CLR P2.5
ACALL D0.1S
AJMP WAIT1
INF21: DJNZ R5,IT21
AJMP START1
INF22: DJNZ R5,IT22
AJMP START1
LOOP1: ACALL D10MS
MOV A,P0
ANL A,#0F0H
CJNE A,#11100000B,INF3
DJNZ R4,LOOP1
AJMP START1
INF3: CJNE A,#10110000B,INF30
MOV R5,#20
AJMP IT31
INF300:ACALL D10MS
MOV A,P0
ANL A,#0F0H
AJMP INF3
INF30: SWAP A
ORL 41H,A
DJNZ R5,INF300
MOV R4,#20
AJMP WAIT2
IT31: ACALL D10MS
MOV A,P0
ANL A,#0F0H
CJNE A,#00000000B,INF31
MOV R5,#20
IT32: ACALL D10MS
MOV A,P0
ANL A,#0F0H
CJNE A,#10100000B,INF32
CLR P2.5
ACALL D0.1S
69
AJMP LOOP1
INF31: DJNZ R5,IT31
AJMP START1
INF32: DJNZ R5,IT32
AJMP START1
WAIT2: ACALL D10MS
MOV A,P0
ANL A,#0F0H
CJNE A,#11010000B,INF4
MOV R4,#20
MOV R5,#5
AJMP LOOP2
INF4: CJNE A,#10110000B,INF40
MOV R5,#20
AJMP IT41
INF40: DJNZ R4,WAIT2
AJMP START1
IT41: ACALL D10MS
MOV A,P0
ANL A,#0F0H
CJNE A,#00000000B,INF41
MOV R5,#20
IT42: ACALL D10MS
MOV A,P0
ANL A,#0F0H
CJNE A,#10100000B,INF42
CLR P2.5
ACALL D0.1S
AJMP WAIT2
INF41: DJNZ R5,IT41
AJMP START1
INF42: DJNZ R5,IT42
AJMP START1
LOOP2: ACALL D10MS
MOV A,P0
ANL A,#0F0H
CJNE A,#11010000B,INF5
DJNZ R4,LOOP2
AJMP START1
INF5: CJNE A,#10110000B,INF50
MOV R5,#20
AJMP IT51
INF500:ACALL D10MS
MOV A,P0
ANL A,#0F0H
70
AJMP INF5
INF50: MOV 42H,A
DJNZ R5,INF500
MOV R4,#20
AJMP WAIT3
IT51: ACALL D10MS
MOV A,P0
ANL A,#0F0H
CJNE A,#00000000B,INF51
MOV R5,#20
IT52: ACALL D10MS
MOV A,P0
ANL A,#0F0H
CJNE A,#10100000B,INF52
CLR P2.5
ACALL D0.1S
AJMP LOOP2
INF51: DJNZ R5,IT51
AJMP START1
INF52: DJNZ R5,IT52
AJMP START1
WAIT3: ACALL D10MS
MOV A,P0
ANL A,#0F0H
CJNE A,#11000000B,INF6
MOV R4,#20
MOV R5,#5
AJMP LOOP3
INF6: CJNE A,#10110000B,INF60
MOV R5,#20
AJMP IT61
INF60: DJNZ R4,WAIT3
AJMP START1
IT61: ACALL D10MS
MOV A,P0
ANL A,#0F0H
CJNE A,#00000000B,INF61
MOV R5,#20
IT62: ACALL D10MS
MOV A,P0
ANL A,#0F0H
CJNE A,#10100000B,INF62
CLR P2.5
ACALL D0.1S
AJMP WAIT3
71
INF61: DJNZ R5,IT61
AJMP START1
INF62: DJNZ R5,IT62
AJMP START1
LOOP3: ACALL D10MS
MOV A,P0
ANL A,#0F0H
CJNE A,#11000000B,INF7
DJNZ R4,LOOP3
AJMP START1
INF7: CJNE A,#10110000B,INF70
MOV R5,#20
AJMP IT71
INF700:ACALL D10MS
MOV A,P0
ANL A,#0F0H
AJMP INF7
INF30: SWAP A
ORL 42H,A
DJNZ R5,INF700
MOV R4,#20
AJMP LOOP5
IT71: ACALL D10MS
MOV A,P0
ANL A,#0F0H
CJNE A,#00000000B,INF71
MOV R5,#20
IT72: ACALL D10MS
MOV A,P0
ANL A,#0F0H
CJNE A,#10100000B,INF72
CLR P2.5
ACALL D0.1S
AJMP LOOP3
INF71: DJNZ R5,IT71
AJMP START1
INF72: DJNZ R5,IT72
AJMP START1
LOOP5: MOV P1,41H
MOV A,42H
CJNE A,#33H,MID
CLR P2.1
SETB P2.2
SETB P2.3
ACALL D0.1S
72
AJMP START1
MID: CJNE A,#22H,BRT
SETB P2.1
CLR P2.2
SETB P2.3
ACALL D0.1S
AJMP START1
BRT: SETB P2.1
SETB P2.2
CLR P2.3
ACALL D0.1S
AJMP START1
INT0: PUSH TH0
PUSH TL0
SETB P2.5
POP TL0
POP TH0
RETI
D10MS: MOV TMOD,#00000001B
TIMER2:
MOV TH0,#0D8H
MOV TL0,#0F0H
SETB TR0
WAIT02:
JB TF0,OK02
AJMP WAIT02
OK02: CLR TF0
CLR TR0
RET
D0.1S:
MOV R7,#2
MOV TMOD,#00000001B
TIMER1:
MOV TH0,#3CH
MOV TL0,#0B0H
SETB TR0
WAIT01:
JB TF0,OK01
AJMP WAIT01
OK01: CLR TF0
CLR TR0
RET
END
73
感測端
ORG 00H
AJMP INTI
ORG 03H
AJMP INT0
INTI: MOV SP,#60H
MOV P0,#0FFH
SETB P3.2
SETB P3.3
SETB EA
SETB EX0
CLR IT0
MOV 41H,#00H
MOV 42H,#00H
START: CLR P2.5
CLR P2.6
CLR P2.4
WAIT0: JNB P3.3,GO
AJMP WAIT0
GO: MOV 41H,P0
SETB P2.4
SETB P2.5
CLR P2.6
WAIT1:
JNB P3.3,G1
AJMP WAIT1
G1: MOV 42H,P0
SETB P2.4
MOV DPTR,#TABLE
MOV A,#0
MOV R4,A
SUB0: MOV A,R4
MOVC A,@A+DPTR
CLR C
SUBB A,41H
JC IN
MOV DPTR,#OK
MOV A,R4
MOVC A,@A+DPTR
MOV 41H,A
AJMP LOOP0
IN: INC R4
AJMP SUB0
LOOP0: MOV A,42H
CLR C
74
SUBB A,#245
JNC L1
MOV A,42H
CLR C
SUBB A,#170
JNC L2
MOV 42H,#33H
AJMP LOOP1
L1: MOV 42H,#11H
AJMP LOOP1
L2: MOV 42H,#22H
LOOP1: ANL P2,#11110000B
ORL P2,#00001111B
ACALL D0.1S
MOV A,41H
SWAP A
ANL A,#0FH
ANL P2,#11110000B
ORL P2,A
ACALL D0.1S
ANL P2,#11110000B
ORL P2,#00001110B
ACALL D0.1S
MOV A,41H
ANL A,#0FH
ANL P2,#11110000B
ORL P2,A
ACALL D0.1S
ANL P2,#11110000B
ORL P2,#00001101B
ACALL D0.1S
MOV A,42H
SWAP A
ANL A,#0FH
ANL P2,#11110000B
ORL P2,A
ACALL D0.1S
ANL P2,#11110000B
ORL P2,#00001100B
ACALL D0.1S
MOV A,42H
ANL A,#0FH
ANL P2,#11110000B
ORL P2,A
ACALL D0.1S
75
AJMP START
INT0: PUSH TH0
PUSH TL0
ANL P2,#11110000B
ORL P2,#00001011B
ACALL D0.1S
ANL P2,#11110000B
ACALL D0.1S
ANL P2,#11110000B
ORL P2,#00001010B
ACALL D0.1S
POP TL0
POP TH0
RETI
D0.1S:
MOV R7,#2
MOV TMOD,#00000001B
TIMER0:
MOV TH0,#3CH
MOV TL0,#0B0H
SETB TR0
WAIT00:
JB TF0,OK00
AJMP WAIT00
OK00: CLR TF0
CLR TR0
RET
TABLE: DB 00H
DB 03H
DB 06H
DB 0AH
DB 0DH
DB 10H
DB 13H
DB 16H
DB 1AH
DB 1DH
DB 20H
DB 23H
DB 26H
DB 2AH
DB 2DH
DB 30H
DB 33H
DB 36H
76
DB 3AH
DB 3DH
DB 40H
DB 43H
DB 46H
DB 49H
DB 4CH
DB 50H
DB 53H
DB 56H
DB 59H
DB 5CH
DB 60H
DB 63H
DB 66H
DB 69H
DB 6CH
DB 75H
DB 73H
DB 76H
DB 79H
DB 7CH
DB 7FH
DB 83H
DB 86H
DB 89H
DB 8CH
DB 8FH
DB 93H
DB 96H
DB 99H
DB 9CH
DB 9FH
DB 0A3H
DB 0A6H
DB 0A9H
DB 0ACH
DB 0AFH
DB 0B2H
DB 0B6H
DB 0B9H
DB 0BCH
DB 0BFH
DB 0C2H
DB 0C6H
77
DB 0C9H
DB 0CCH
DB 0CFH
DB 0D2H
DB 0D6H
DB 0D9H
DB 0DCH
DB 0DFH
OK: DB 00H
DB 01H
DB 02H
DB 03H
DB 04H
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DB 06H
DB 07H
DB 08H
DB 09H
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78
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DB 39H
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DB 43H
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DB 55H
DB 56H
DB 57H
DB 58H
DB 59H
DB 60H
DB 61H
DB 62H
DB 63H
DB 64H
DB 65H
DB 66H
DB 67H
DB 68H
DB 69H
DB 70H
END
79