1、数字式光照强度检测仪设计实现1课程说明课程说明n上课时间：第三周（上课时间：第三周（4 4系）第四周（系）第四周（5.85.8系）系）n1 1）周六）周六/日时段：周六日时段：周六:8:00am-9:00pm:8:00am-9:00pm，周日：，周日：8:00am-5:30pm8:00am-5:30pm；n2 2）工作日时段：周一）工作日时段：周一-周四：周四：3:30pm-9:10pm3:30pm-9:10pm；n上课实验室：第三周周六上课实验室：第三周周六/日，第四周工作日，日，第四周工作日，21b39621b396高频实验室；高频实验室；n第四周周六第四周周六/日，日，21b45821b
2、458实验室；实验室；n提前预约提前预约n选优考试将定在第七周左右选优考试将定在第七周左右2课程说明n另外实验三课表已发布到网上，学生在实验之前一定上网预约与自己选题相对应的实验课程时间，否则有可能不计实验成绩，网上只发布一个综合实验的时间，学生只需预约及刷卡一次就可以（如周一或周六的实验时间）。3实验要求实验要求n设计一个数字式光照强度检测仪，用数模转换芯片采集测量光照强度，并用译码芯片在数码管显示接收光强结果，同时通过比较器和多路光敏电阻来判断光照射方向。41.光敏电阻的工作原理及结构光敏电阻的工作原理及结构当无光照时，光敏电阻值当无光照时，光敏电阻值(暗电阻暗电阻)很大，电路中电流很小很
3、大，电路中电流很小 当有光照时，光敏电阻值当有光照时，光敏电阻值(亮电阻亮电阻)急剧减少，电流迅速增加急剧减少，电流迅速增加5光敏电阻的结构 1.玻璃玻璃 2.光电导层光电导层 3.电极电极 4.绝缘衬底绝缘衬底 5.金属壳金属壳 6.黑色绝缘玻璃黑色绝缘玻璃 7.引线引线光敏电阻的灵敏度易受潮湿的影响，光敏电阻的灵敏度易受潮湿的影响，因此要将光电导体严密封装在带有玻璃的壳体中。因此要将光电导体严密封装在带有玻璃的壳体中。6半导体吸收光子而产生的光电效应，只限于光照的表面薄层。半导体吸收光子而产生的光电效应，只限于光照的表面薄层。光敏电阻的电极一般采用梳状，提高了光敏电阻的灵敏度。光敏电阻的电
4、极一般采用梳状，提高了光敏电阻的灵敏度。灵敏度高，光谱特性好，光谱响应从紫外区一直到红外区。灵敏度高，光谱特性好，光谱响应从紫外区一直到红外区。而且体积小、重量轻、性能稳定而且体积小、重量轻、性能稳定 梳状电极梳状电极 7（1）暗电阻和暗电流 光敏电阻在室温条件下，在全暗后经过一定时间测量的电阻值，称为暗电阻。此时流过的电流，称为暗电流。（2）亮电阻 光敏电阻在某一光照下的阻值，称为该光照下的亮电阻，此时流过的电流称为亮电流。（3）光电流 亮电流与暗电流之差，称为光电流。2 光敏电阻的主要参数光敏电阻的主要参数8（1）伏安特性（2）光照特性（3）光谱特性（4）响应时间和频率特性（5）温度特性3
5、光敏电阻的基本特性光敏电阻的基本特性9（1）伏安特性 在一定照度下，光敏电阻两端所加的电压与光电流之间的关系在一定照度下，光敏电阻两端所加的电压与光电流之间的关系 在给定的偏压情况下，光照度越大，光电流也就越大；在给定的偏压情况下，光照度越大，光电流也就越大；在一定光照度下，加的电压越大，光电流越大，没有饱和现象。在一定光照度下，加的电压越大，光电流越大，没有饱和现象。光敏电阻的最高工作电压是由耗散功率决定的，光敏电阻的最高工作电压是由耗散功率决定的，耗散功率又和面积以及散热条件等因素有关。耗散功率又和面积以及散热条件等因素有关。10（2）光照特性 n光敏电阻的光电流与光强之间的关系 由于光敏
6、电阻的光照特性呈非线性，因此不宜作为测量元件，由于光敏电阻的光照特性呈非线性，因此不宜作为测量元件，一般在自动控制系统中常用作开关式光电信号传感元件。一般在自动控制系统中常用作开关式光电信号传感元件。11（4）响应时间和频率特性n光电导的弛豫现象：光电流的变化对于光的变化，在时间上有一个滞后。n通常用响应时间t表示。12光敏电阻图示13光敏电阻演示光敏电阻演示 当光敏电阻受到光照时，光当光敏电阻受到光照时，光生电子生电子空穴对增加，阻值减空穴对增加，阻值减小，电流增大。小，电流增大。暗电流（越小越好）暗电流（越小越好）14光照强度的测定n照度是反映光照强度的一种单位，其物理意义是照射到单位面积
7、上的光通量，照度的单位是每平方米的流明（Lm）数，也叫做勒克斯（Lux）：1Lux=1Lm/平方米上式中，Lm是光通量的单位，其定义是纯铂在熔化温度（约1770）时，其1/60平方米的表面面积于1球面度的立体角内所辐射的光量。n1LUX大约等于1烛光在1米距离的照度,夏日阳光下为100，000LUX；阴天室外为10000LUX；室内日光灯为100LUX；距60W台灯60CM桌面为300LUX；黄昏室内为10LUX；夜间路灯为0.1LUX。15AD模数转换模块n 所谓A/D 转换器就是模拟/数字转换器（Analog to Digital Converter 简称ADC）是将输入的模拟信号转换成为
8、数字信号。16A/D电路的设计电路的设计ADC0804ADC0804数据线数据线读写控制读写控制片选片选时钟输入时钟输入中断申请中断申请模拟输入模拟输入参考电压参考电压17(二)典型ADC芯片 ADC08041234567891020191817161514131211ADC0804引脚图CSRDWRCLKININTRVIN（+）VIN（-）VREFDGNDVccCLKRDB0DB2DB3DB4DB5DB7AGND/2DB1DB61、引脚图信号：（1）DB7DB0：数据线，三态，输出，可直接接总线。（2）启动：WRCS 启动ADC，同时清状态INTR.（3）状态：INTR 转换结束输出低电平。
9、（4）读数据：RD CS 打开三态门读取数据，同时清状态。18R10KC150PfCLK=11.1RC=600KHz2、片内时钟电路19数据CSWRINTRRDDB转换结束时序图3、接口时序及接口信号20任务及要求：任务及要求：n结合采集处理电路和光敏电阻电路共同设计一个数字式光照强度检测系统，用数码管显示光照强度。还可以设置多个不同方向的光敏电阻，通过计算它们的光照强度运用比较器以确定当前的光照方向。n1、实现采集处理电路的设计。n2、焊接调试光敏电阻网络。n3、通过比较不同方向测得的光强值判断光照方向，在LED灯上显示。n3、焊接调试选择器和AD电路，在数码管上显示光照强度。n4、通过外加
10、模拟放大器，将获得的电信号转换成光照强度单位下的数值，并用数码管显示。（白天实验室日光灯为99LUX-63(十六进制)）21任务及要求：任务及要求：利用光敏电阻和外围电路共同设计一个数字式光照强度检测系统。（1）用数码管显示光照强度。（2）设置多个不同方向的光敏电阻，通过计算它们的光照强度运用比较器以确定当前的光照方向。（3）将获得的电信号转换成光照强度单位下的数值，并用数管显示。设计选题的要求(1)、要求在无光照时数码管显示00（十六进制），室内光照最大值显示63（十六进制）。(2)、用数码管显示光照强度，误差范围为510LUX(以白天中午室内日光灯的光照强度为标准定义为63LUX)。(3)
11、、两个LED灯的亮灭显示光强方位。22光敏电阻接入电路23比较器电路24模拟选择器接入电路25ADC0804数模转换器模块26数码管显示电路27MC14495介绍LE左图为左图为MC14495引脚图：引脚图：A、B、C、D为二进制码为二进制码(BCD码码)输入端输入端 :锁存控制端，其为低电平时可以输入数据，为高电平时锁存控制端，其为低电平时可以输入数据，为高电平时锁存输入数据。锁存输入数据。h+i：输入数据大于等于：输入数据大于等于10指示位；输入大于等于指示位；输入大于等于10则其输则其输出高电平，否则为低电平。出高电平，否则为低电平。:为输入等于为输入等于15指示位，若输入数据等于指示位
12、，若输入数据等于15，则其输出，则其输出高电平，否则为高阻状态。高电平，否则为高阻状态。VDD、VSS为电源和地。为电源和地。VCR28MC14495介绍29简易检测电路30调零及放大倍数调节电路（运算放大器）+5VR920kC210000000nFC310000nF3267481U6OP07C-5V49%RV150kR520kR1010kR1130k50%RV21kR1210kn由于光照为零时，输出电压最大，所以要使此时AD模块输入为零，运算放大器要接成反相加法器，以实现光照为零时显示为零，光照增加时AD输入电压增加。同时为了调试方便，反相输入的负压要可以调节，以实现调零。反馈电阻也可以调节
13、以改变放大倍数。31数字式光照强度检测仪的设计实现元器件清单表数字式光照强度检测仪的设计实现元器件清单表数字式光照强度检测仪的设计实现元器件名称数量20脚IC座116脚IC座38脚IC座2一位共阴数码管 LG5011AH2电位器50K3小按键1ADC08041CD40511LM3931MC144952OP071光敏电阻2150P电容1104电容110u电解电容11K电阻310K电阻120K电阻130K电阻147K电阻151K电阻1插针1LED灯132实验报告实验报告n设计报告（元件清单，具体实验设计电路）设计报告（元件清单，具体实验设计电路）n每次实验要完成实验日志。指导教师签字确认。实验日志
14、作为实验报告的一部分上交。实验日志每次实验要完成实验日志。指导教师签字确认。实验日志作为实验报告的一部分上交。实验日志格式网上下载。格式网上下载。n仿真（可选做）仿真（可选做）33实验报告实验报告n实验报告格式实验报告格式-实验管理系统实验管理系统资料下载资料下载n实验完成后，电子版的报告请发到实验完成后，电子版的报告请发到n邮件标题：选题邮件标题：选题*+学号学号+姓名姓名+电话号码电话号码n邮件附件包括实验报告，如果腐蚀了电路板需附带邮件附件包括实验报告，如果腐蚀了电路板需附带schdocschdoc和和pcbdocpcbdoc34实验报告实验报告n实验报告中要有电路板的实物图片以及测试过
15、程中示波器上的波形图片。实验报告中要有电路板的实物图片以及测试过程中示波器上的波形图片。n纸质版实验报告纸质版实验报告:截止时间截止时间4.74.7日日n实验报告在实验完成一周内投到实验室实验报告在实验完成一周内投到实验室3 3楼的实验报告箱中，报告箱上写着楼的实验报告箱中，报告箱上写着“电子电路综合实电子电路综合实验验”。n实验成绩比重（实验操作占实验成绩比重（实验操作占60%60%，实验报告占，实验报告占40%40%）35相关补充1:n1要求学生自备烙铁架，万用表和吸锡器等工具；n2要求学生每天写实验日志，实验日志上记录当天完成的工作、测量的数据和实验故障等实验状况。实验日志在网上管理系统
16、的资源下载里。n3实验报告在实验完成一周内投到实验室3楼的实验报告箱中，报告箱上写着“电子电路综合实验”。以前有投错的。实验报告范例在网上管理系统的资源下载里。36相关补充2:n4要求学生只要预约一次的实验课即可。上下课刷卡。n5所有学生可以适当调整时间，例如第3周的可以调至4周。n6实验要分模块，学生完成每一个模块都要有模块步骤分，要有实验打分表，按模块验收。37相关补充3:n7要求学生必须在实验室完成实验，如果有课的可以去上课，不得无故旷课。n8优秀的学生采用个人申报的方式，然后大约在7周左右进行笔试考试。指导教师综合考虑实验报告成绩和操作成绩，请每位学生上课时留下自己的联系方式，每组人数控制在15-20%以内。38相关补充4:n实验分模块，模块进度安排：nA天：光强采集电路、模拟比较器、模拟选择器、运放电路1天nB天：模数转换器、数码管以及译码器1天nA和B没有顺序，最后AB联调n前导课学生需在签到纸上签名签名。3940
