汽车基础电路-霍尔效应式油门踏板位置传感器（第⼀遍）
霍尔效应式油门踏板位置传感器
⼀、可以满⾜的教学功能
本电路模拟发动机控制模块根据霍尔效应式油门踏板位置传感
器的信号控制节⽓门体内怠速电机的运⾏过程，重点在于传感器的信号输⼊电路上，通过该电路板的学习，可以：
1、掌握霍尔效应式油门踏板位置传感器⼯作电路的组成和⼯作原理；
2、掌握电路构成主要部件的作⽤和⼯作原理；
3、学会电路板⼯作性能的检测⽅法；
4、学会电路板常见故障的诊断和维修⽅法；
5、掌握万⽤表的使⽤⽅法。
⼆、电路板⼯作原理
本电路由以下⼏部分组成：由霍尔元件1、U3、R5、R7、R8、R9、R10、R11、R12组成的传感器信号输⼊电路1，由霍尔元件2、U4、R14、R16、R18、R15、R19、R17、R30组成的传感器信号输⼊电路2，由R1、S1、CT3组成的系统复位电路，由C1、CT2、Q1、C2、CT2组成的系统电源电路，由R4、R6、U2、R2、R3、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8、Q9、D1、D2、D3、D4组成的执⾏元件驱动电路。
在电路中，单⽚机（U1）模拟汽车中的ECU控制单元，根据传感器输⼊电压的变化产⽣控制驱动电机的⼯作信号。
本电路中⽤霍尔元件感应磁铁的旋转来模拟驾驶员驾驶汽车时
脚对油门踏板的踩踏，通过转动感应磁铁，将驾驶员操纵车辆的信号转变成电⼦信号输送给发动机控制模块。
通电后转动磁盘，使磁⽚远离或靠近霍尔开关，从⽽改变霍尔开关产⽣的信号电压⼤⼩。霍尔开关1和2产⽣的信号经运放
U3、U4放⼤后输送给单⽚机实施控制，驱动光耦U2使电机正反转。
霍尔开关信号变⼤时电机正转，信号减⼩时电机反转，从⽽控制油门的开度。
本电路中使⽤双联传感器，可在⼀路电路损坏时，另⼀路提供备⽤。
电路原理图：
元器件参数表：
元件编号元件名称参数
R1 电阻10K
R2、R3 电阻1K
R5、R14 电阻150
C1、C2 瓷⽚电容104
CT3、CT2 电解电容22uf
CT1 电解电容10uf
Q1 三极管7805
Q2、Q3、Q4、Q5 三极管C8050
Q6、Q7、Q8、Q9 三极管C8550 霍尔元件1、霍尔元件2 线性霍尔元件Hal815 D1、D2、D3、D4 ⼆极管1N4007
U1 单⽚机STC12C5204AD
U2 光耦TLP521-2
U3、U4 运算放⼤器LM258
S1 复位按键
三、主要组成元件的作⽤和⼯作原理
1、STC12C5204AD单⽚机
STC12C5204AD单⽚机是宏晶科技⽣产的单时钟/机器周期
（1T）、⾼速/超强抗⼲扰的新⼀代增强型8051单⽚机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8-12倍。内部集成MAX810专⽤复位电路，2路PWM，8路⾼速8位A/D转换，针对电机控制，强⼲扰场合。STC12C5204AD单⽚机⼏乎包含了数据采集和控制中所需的所有单元模块，可称得上⼀个⽚上系统。由于集成8路⾼速8位A/D 转换，使⽤STC12C5204AD单⽚机⽐使⽤AT89C51和ADC芯⽚的实际电路简单。
STC12C5204AD单⽚机引脚图
STC12C5204AD单⽚机引脚说明
P1.0/ADC0：复⽤端⼝，标准I/O⼝，PORT1[0] /ADC输⼊通道-0，模拟量通过该端⼝进⼊即可进⾏A/D转换，⽆需另接A/D转换电路。
P1.1/ADC1：同P1.0/ADC0。
P1.2/ADC2/EX_LVD/RST2：标准I/O⼝，PORT1[2] /ADC输⼊通道-2，EX_LVD是外部低压检测中断/⽐较器端⼝，RST2是第⼆复位功能脚。
P2.0~P2.7：Port2⼝，即可作为输⼊/输出⼝，也可作为⾼8位地址总线使⽤（A8~A15）。
P3.2/INT0：Port3⼝，标准IO⼝，第⼆功能是外部中断0的输⼊端，下降沿或低电平中断。
P3.3/INT1：功能同P3.2/INT0。
P3.5 /T1 /CCP1：标准IO⼝，定时器计数器的外部输⼊，也可为外部信号捕获（可做为频率测量），⾼速脉冲输出及脉宽调制输出。
P3.7 /CCP0：标准IO⼝，也可为外部信号捕获（可做为频率测量），⾼速脉冲输出及脉宽调制输出。
XTAL1：内部时钟电路反相放⼤器输⼊端，接外部晶振的⼀个引脚。当直接使⽤外部时钟源时，此引脚是外部时钟源的输⼊端。
XTAL2：内部时钟电路反相放⼤器输出端，接外部晶振的另⼀个端。
2、7805引脚介绍及常⽤电路
7805引脚图及常⽤电路
7805三端稳压集成电路，最⼤输出电流为1.5A。电⼦产品中，常见的三端稳压集成电路有正电压输出的78××系列和负电压输出的79××系列。顾名思义，三端IC是指这种稳压⽤的集成电路，只有
三条引脚输出，分别是输⼊端、接地端和输出端。它的样⼦象是普通的三极管、TO-220 的标准封装。
⽤78/79系列三端稳压IC来组成稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使⽤起来可靠、⽅便，⽽且价格便宜。该系列集成稳压IC型号中的78或79后⾯的数字代表该三端集成稳压电路的输出电压，如7806表⽰输出电压为正6V，7909表⽰输出电压为负9V。
3、电阻
电阻（通常⽤“R”表⽰），在物理学中表⽰导体对电流阻碍作⽤的⼤⼩。导体的电阻越⼤，表⽰导体对电流的阻碍作⽤越⼤。不同的导体，电阻⼀般不同，电阻是导体本⾝的⼀种特性。电阻将会导致电⼦流通量的变化，电阻越⼩，电⼦流通量越⼤，反之亦然。
电阻元件的电阻值⼤⼩⼀般与温度、材料、长度、还有横截⾯积有关，衡量电阻受温度影响⼤⼩的物理量是温度系数，其定义为温度每升⾼1℃时电阻值发⽣变化的百分数。
电阻的主要物理特征是变电能为热能，也可说它是⼀个耗能元件，电流经过它就产⽣内能。电阻在电路中通常起分压、分流的作⽤。对信号来说，交流与直流信号都可以通过电阻。
4、三极管
PNP(a)与NPN(b)三极管的结构⽰意图与电路符号
半导体三极管⼜称“晶体三极管”或“晶体管”。在半导体锗或硅的单晶上制备两个能相互影响的PN结，组成⼀个PNP（或NPN）结构。中间的N区（或P区）叫基区，两边的区域叫发射区和集电区，这三部分各有⼀条电极引线，分别叫基极B、发射极E和集电极C，是能起放⼤、振荡或开关等作⽤的半导体电⼦器件。在正常⼯作时，B-E之间压降为0.7V，三极管若正常⼯作，必须在基极提供⼤于0.7V 电压。当在B极产⽣⼩电流Ib时，在C极会产⽣β倍的电流，即Ic=β*Ib，Ib、Ic均流⼊Ie，则Ie=
(1+β)*Ib。
本电路中为NPN型三极管9013，9013为晶体⼩功率三极管，把显⽰⽂字平⾯朝⾃⼰，从左向右依次为e发射极 b基极 c集电极，其放⼤倍数在40-110倍。
5、电容
电容器是⼀种能储存电能的元件，在电路中，当有电压加到电容器两端的时候，便对电容器充电，把电能储存在电容器中；当外加电压失去（或降低）之后，电容器将把储存的电能再放出来。
6、⼆极管
⼆极管⼜称晶体⼆极管，简称⼆极管(diode)，它是⼀种具有单向
传导电流的电⼦器件。整流⼆极管主要⽤于整流电路，即把交流电变换成脉动的直流电。⼆极管在正向电压作⽤下电阻很⼩，处于导通状态，相当于⼀只接通的开关；在反向电压作⽤下，电阻很⼤，处于截⽌状态，如同⼀只断开的开关。外加反向电压超过某⼀数值时，反向电流会突然增⼤，这种现象称为电击穿。
汽车脚踏板
7、按键
常⽤的按键分为⾃锁按键和不⾃锁按键。
⾃锁按键：在开关按钮第⼀次按时，开关接通并保持，即⾃锁，在开关按钮第⼆次按时，开关断开，同时开关按钮弹出来。
不⾃锁按键：开关每按动⼀次，使电路导通⼀次，随即断开，常⽤来产⽣⼀个脉冲信号，或者发送⼀次命令。
8、直流电机
直流电机是指能将直流电能转换成机械能（直流电动机）或将机械能转换成直流电能（直流发电机）的旋转电机。它是能实现直流电能和机械能互相转换的电机。当它作电动机运⾏时是直流电动机，将电能转换为机械能；作发电机运⾏时是直流发电机，将机械能转换为电能。
9、运算放⼤器
运算放⼤器（简称“运放”）是具有很⾼放⼤倍数的电路单元。
运放有两个输⼊端a（反相输⼊端），b（同相输⼊端）和⼀个输出端o，也分别被称为倒向输⼊端、⾮倒向输⼊端和输出端。当电压U-加在a端和公共端（公共端是电压为零的点，它相当于电路中的参考结点）之间，且其实际电压⽅向是a端⾼于公共端时，输出电压U 的实际⽅向则是公共端电压⾼于o端，即两者的电压⽅向正好相反；当输⼊电压U+加在b端和公共端之
间，U与U+两者的实际⽅向相对公共端恰好相同。
本实验中所使⽤的运算放⼤器为LM258。它是⼀款⼯业级运放，⼯作温度范围-40～80℃，可单电源3～30V供电的双运算放⼤器。
LM258引脚图及外形图⽚
10、线性霍尔原件
霍尔815引脚图
本电路中选⽤的是⾼精度线性霍尔原件，该原件专门为⼯业控制和汽车电⼦应⽤设计，可应⽤于电⼦油门踏板中。供电电压范围从4.5V到5.5V；环境温度从-40℃到170℃器件可以正常⼯作，芯⽚节点温度最⾼可以达到170℃。
四、故障诊断流程
在电路板接⼊电源后，正反向转动信号盘，若电机均没有位置改变，应⾸先检查传感器及其电路⼯作是
否正常，再检查单⽚机U1的输出控制信号是否正常：如果正常，则应该检查执⾏器及驱动电路，如果异常，应检查单⽚机U1及其电路⼯作是否正常；如果整个系统没有进⼊⼯作状态，则应检查电源电路。