基于Si光电池的照度计设计与调试方案Word文档下载推荐.docx
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通过集成运放芯片构建放大电路得到电压信号进行I/V转换，如图4，之后将电压放大后的直流电压信号通过由ADC0809构成的A/D转换模块得到数字电压信号，然后，通过单片机得到可以反应光照度的数字信号，最后，通过LED数码管实时显示出来。
图4集成运放转换模式
2.4方案比较
三种方案各有优缺点，方案一适合在电流较大的情况下使用，方案二适合在电流变换范围小的情况下使用，方案三适用范围广，但成本会提高很多。
由于此次课程设计电路板上已经有运放芯片，故采取方案三。
3实现方案
3.1硬件部分
系统的硬件由I/V变换模块、光电池前置放大模块、A/D转换模块、单片机控制模块以及数码管显示模块组成，如图5，Proteus仿真图如图6所示。
当光电池的光敏面收到光照射时，PN节耗尽区内的光生电子与空穴在内建电场力的作用下分别向N区和P区运动，在闭合的电路中产生光电流。
因为光电流需要转换为电压信号，才能通过数码管显示，所以需要进行I/V变换。
但是，所得的电压值过小，不宜测量，故需要电压放大模块将其放大为直流电压信号。
其次，数码管显示的是数字信号，所以，需要将放大得到的直流电压信号进过A/D转换模块转换为数字电压信号。
最后，通过单片机处理后得到可以反应光照度的数字信号，并通过数码管实时显示出来。
图5系统电路图
图6总电路图
1光电池和电压放大及I/V转换模块
本系统选用的硅光电池光谱响应波长一般为0.4~1.1微米，峰值响应波长为0.9微米，其特性曲线如图7所示。
在不同光照下，硅光电池有不同的电信号输出，且二者之间具有单值对应关系，因此，可以通过检测其输出电信号并根据其输出特性关系，得到对应的光照度信息，以达到光照度检测的目的。
图7硅光电池光谱响应特性曲线
该模块使用LM358运算放大芯片实现，如图8所示，该芯片引脚如图9所示，可以实现I/V变换，即将光电流信号转换为直流电压信号，并且进行放大。
图8电压放大及I/V转换模块
图9LM358引脚图
2A/D转换模块
该模块由PCF8591芯片实现，如图10所示，该芯片引脚如图11所示，可以实现A/D转换，将直流电压信号转换为数字电压信号。
PCF8591各引脚功能如下：
AIN0、AIN1、AIN2、AIN3：
模拟信号输入端；
A0、A1、A2：
引脚地址端；
VDD、VSS：
电源端；
SDA、SCL：
I2C总线的数据线、时钟线；
OSC：
外部时钟输入端，内部时钟输出端；
EXT：
内部、外部时钟选择线，使用内部时钟时EXT接地；
AGND：
模拟信号地；
AOUT：
D/A转换输出端；
VREF：
基准电源端；
图10A/D转换模块
图11PCF8591引脚图
3单片机控制模块
该模块由89C51芯片实现，如图12所示，89C51引脚图如图13所示。
该模块通过芯片内部的程序控制驱动PCF8591芯片并采集模数转换后的数字信号，对采集后的数字信号进行处理，控制数码管显示系统检测得到的照度值。
图12单片机系统
图1389C51引脚图
4数码管显示系统及锁存器
该模块由芯片74HC573和数码管实现，如图14，74HC573引脚图如图15所示。
数码管段选使用573锁存器，因为单片机引脚直接驱动功率不太够。
图14数码管显示系统及锁存器
图1574HC573
3.2软件部分
程序部分代码如下：
1main.c
/*******************************************************************************
*
*普中科技
--------------------------------------------------------------------------------
*实验名:
AD显示试验
*实验说明:
使用数码管显示AD读取到电位器的电压值
*连接方式:
见连接图
*注意:
*******************************************************************************/
#include<
reg51.h>
#include"
i2c.h"
//--定义使用的IO--//
#defineGPIO_DIGP0
sbitLSA=P2^2;
sbitLSB=P2^3;
sbitLSC=P2^4;
sbitLE=P2^2;
//--定义PCF8591的读写地址--//
#defineWRITEADDR0x90//写地址
#defineREADADDR0x91//读地址
//--定义全局变量--//
unsignedcharcodeDIG_CODE[17]={
0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,
0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71};
//0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、b、C、d、E、F的显示码
ucharcodetable[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71};
unsignedcharDisplayData[8];
//用来存放要显示的8位数的值
//--声明全局函数--//
voidDigDisplay（）;
//动态显示函数
voidPcf8591SendByte（unsignedcharchannel）;
unsignedcharPcf8591ReadByte（）;
voidPcf8591DaConversion（unsignedcharvalue）;
/******************************************************************
长延时函数
******************************************************************/
voiddelay（ucharz）
{
ucharx,y;
for（x=z;
x>
0;
x--）
for（y=50;
y>
y--）;
}
*函数名:
main
*函数功能:
主函数
*输入:
无
*输出:
voidmain（）
unsignedintadNum,n;
uintb1,b,g,s;
inttime1;
floatvalue;
uchardate[10];
while
（1）
{
time1++;
if（time1%15）
{
Pcf8591SendByte（0）;
date[time1%15]=Pcf8591ReadByte（）*2;
}
//--显示电位器电压--//
//Pcf8591SendByte（0）;
//发送电位器转换命令
if（time1==150）
{time1=0;
//adNum=Pcf8591ReadByte（）*2;
//将转换结果读走
adNum=（date[0]+date[1]+date[2]+date[3]+date[4]+date[5]+date[6]+date[7]+date[8]+date[9]）/10.;
//--我们8591每读取到一个1就表示5/256V，所以要知道电压值就乘以0.01953--//
value=adNum*0.01953/1.3;
//转为电压值
adNum=value*1000;
//保留两位小数
n=adNum;
}
//n=n*500./255;
//n=123;
b1=n/1000;
b=n%1000/100;
s=n/10%10;
g=n%10;
LE=1;
P0=0xfe;
P1=table[b1];
delay（10）;
P0=0xfd;
P1=table[b];
P0=0xfb;
P1=table[s];
P0=0xf7;
P1=table[g];
Pcf8591SendByte
写入一个控制命令
channel（转换通道）
voidPcf8591SendByte（unsignedcharchannel）
{
I2C_Start（）;
I2C_SendByte（WRITEADDR,1）;
//发送写器件地址
I2C_SendByte（0x40|channel,0）;
//发送控制寄存器
I2C_Stop（）;
/***************************************************************************
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