电子综合实验实验报告光照强度检测仪.docx
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电子综合实验实验报告光照强度检测仪
电子电路实验3
综合设计总结报告
题目：
数字式光照强度检测仪的设计实现
班级：
20110824
学号：
2011082427
姓名：
张希希
成绩：
日期：
一、摘要
本实验中采用光敏电阻为光传感器，利用光敏电阻的光照特性完成光强的检测。
具体方法是将两路光敏电阻支路并联接入电路中，其中一路串接一固定电阻，另外一路分别串接电位器，利用光敏电阻值随光照强度变化的特性，使得电路的输出电压而变化。
根据这一特性，结合光照强度和输出模拟电压之间的关系，分别对两路电压值进行采集得到某一光强度下对应的模拟电压，将模拟电压通过ADC0804模数转换器转换为数字电压，通过译码器使两位数码管将光强值显示出来，相应地控制点亮对应的小数点以显示光强的方位。
通过硬件的焊接、静态和动态调试，作品最终很好地实现了实验任务和要求，在近似无光照时数码管显示为0，正常工作时能检测两个不同方位的光强并通过两位数码管将最大数值显示出来，而两个小数点的不同组合显示对应方位。
关键词：
光照强度；检测仪；设计实现
二、设计任务
2.1设计选题
选题十三：
数字式光照强度检测仪的设计实现
2.2设计任务要求
用数码管显示光照强度；设置多个不同方向的光敏电阻，通过比较不同方向测得的光强数值判断光照方位，在数码管上显示其方位；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，误差范围为±3LUX（以白天室内日光灯的光照强度为标准定义为100LUX）；要求在黑暗中显示00（十六进制），室内光最大显示63（十六进制），用小数点显示光照方向。
1、光照传感器采用光敏电阻；
2、光强值显示采用数码管；
3、通过比较器实现光强方向的判断，若左侧光强大则数码管小数点亮，若右侧光强大则数码管小数全灭；
4、误差范围为±3LUX，数模转换器建议选用8位并行转换器件；
5、在无光照（即光敏电阻完全盖住）时，光强值显示为0；
6、在正午（即中午12点）室内日光灯开启时，光强值显示为63（十六进制）；
7、电源采样±5V供电，电路板功耗小于3W；
8、采集显示时间延迟小于3秒。
三、方案设计与论证
设计由光敏电阻接入电路、比较器电路、模拟选择器接入电路、比例放大电路、模数转换电路和数码管显示电路六个部分组成，光敏电阻接入电路将光照强度转化为电信号（电压值），经比较器判断出哪个方向的光照强，再由模拟选择器将光照强路的电压输出值经比例器放大传给模数转换器，由模数转换器把模拟量转化为数字量，然后通过译码芯片，最后在数码管上显示出强光方向的光照强度值。
方框图如下：
光敏电阻
比较器
模拟选择器
比例放大
模数转换器
数码管
图1
四、电路单元参数的选定和设计实现
4.1光敏电阻模块
如图2所示，采用2路光敏电阻支路并联，其中一路串联固定电阻，而另外一路分别串联一个电位器，均接在VCC和GND之间，采样电压为两个光敏电阻两端所加电压X1、X0，对于这两路电压值比较后把最大值输送给ADC0804转化为数字信号，通过数码管显示出来。
其中电位器的作用是在后期的调试过程中，使得在外界给予两个方向的光敏电阻同样强度
图2
4.2比较器模块
比较器模块采用LM393双路比较器，电路图如图3：
图3
4.2模拟选择器以及调零放大模块
CD4051相当于一个单刀八掷开关，控制X0-X7八个通道的开通和关断，开关接通哪一通道，由输入的3位地址码ABC来决定。
本设计方案中将OUTB接到A上，当OUTB为高电平时，选择X1通道输出，当OUTB为低电平时，选择X0通道输出，通过X输出端传送给数模转换器ADC0804芯片。
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以改变放大倍数。
电路图如图3：
图3
4.3模数转换模块
在实验方案中，将CD4051循环输出的模拟电压接到ADC0804的6管脚输入，通过它转换为数值信号，通过八个管脚DB0—DB7通过译码器进而控制两位数码管的显示。
电路图如图4：
图4
4.4数码管显示模块
数码管显示模块采用MC14495译码芯片，将数字量转化为十六进制数并在数码管上显示:
。
实际仿真中没有MC14495的芯片，故采用7448，电路图如图5：
图5
五、装调测试过程
5.1测试仪器
（1）示波器；TDS3502B500MHz
（2）电源：
EM1712DC
5.2测试步骤
1.测量AD转换模块，ADC0804输入端接5V电压，数码管输出FFH，接地，则显示00H，说明AD转换模块以及数码管显示模块正常工作；
2.调节OP07调零放大电路，当光照强度为0LUX时，调节滑动变阻器RV3，是数码管为00H；测试OP07是否正常工作，如图6所示：
3.当光照强度为日光下，即100LUX时，调节滑动变阻器RV5时数码管显示63H；
4.遮住一个光敏电阻或者改变光照强度，观察数码管变化情况。
图6
六、实验注意事项及主要可能故障分析
1、注意事项：
1）.在焊之前对元器件的分布做一个大致的布局，在布局清晰的基础上开始硬件的焊接
2）.在焊接过程中，应遵循以下原则：
元器件的装插焊接应遵循先小后大，先轻后重，先低后高，先里后外的原则；在瓷介电容、电解电容等元件立式安装时，引线不能太长，否则降低元器件的稳定性；但也不能过短，以免焊接时因过热损坏元器件；
各元器件焊接在电路板上，焊盘上的元器件引脚不高出电路板面2mm，高出的部分用斜口钳或其它剪切工具剪下。
焊点大小均匀整洁，焊锡适量，剪切高度一致，元器件摆放位置合适、整齐；
对于集成电路的焊接：
在焊接时，首先要弄清引线脚的排列顺序，并与线路板上的焊盘引脚对准，核对无误后在焊接，然后再重复检查，确认后再焊接其余脚位。
由于集成电路引线脚较密，焊接完后要检查有无虚焊，连焊等现象，确保焊接质量
2、故障分析：
在进行数码管显示电路的过程中，首先遇到了硬件上的问题，连好线后，数码管一直显示FF，在经过检查后，发现ADC0804已经损坏，再经过调换后，硬件电路恢复正常了。
3、心得体会：
1）、在整个做实验过程中，自己一定要有清晰的思路和具体的流程在脑海中，不能走一步算一步，要细致考虑，思维缜密，这样才能很好的完成整个设计的实现。
2）、在实际动手之前，对实验各部分的工作原理一定要明白，不能含糊，在扎实掌握理论知识的基础上，自己才能对实验中出现的问题加以分析，并最终解决问题。
只有这样，才能在实践动手中，培养自己的思维逻辑思维和提高独立分析、发现和解决问题的能力。
3）、焊接之前一定要对所有的元器件进行检查，在确认全部完好的基础上在进行焊接，否则待焊完后进行静态调试时发现有问题再返回来查就麻烦了，总之欲速则不达。
4）、在实验的硬件焊接和程序的调试过程中，不要着急，自己按部就班，一步一步来，自己要有信心，只要遵循正确的方法慢慢来，自己一定能解决问题并最终完好地实现设计。
5）、实验中实在弄不懂的要向老师求助，以及与同学探讨或上网查找资料等。
七、参考资料
1、闫石.数字电子技术基础（第五版）.高等教育出版社.
2、罗杰；谢自美.电子线路设计实验测试.电子工业出版社.
3、童诗白；华成英.模拟电子技术基础.高等教育出版社.
4、刘迎春；叶湘滨.传感器原理设计与应用.国防科技大学出版社.
附录1系统电路图
附录2元器件清单
元器件名称
数量
20脚IC座
1
16脚IC座
3
8脚IC座
2
一位共阴数码管LG5011AH
2
电位器50K
3
小按键
1
ADC0804
1
CD4051
1
LM393
1
MC14495
2
OP07
1
光敏电阻
2
150P电容
1
104电容
1
10u电解电容
1
1K电阻
3
10K电阻
1
20K电阻
1
30K电阻
1
47K电阻
1
51K电阻
1
插针
1
LED灯
1
附录3实物照片
附录4实验数据
测试步骤及测试数据
1、测量所用光敏电阻阻值（无光照/强光照）
光强值
0LUX
100LUX
光敏电阻1（欧姆）
8.92K
1.97K
光敏电阻2（欧姆）
7.2K
1.69K
通过测量的光敏电阻值来确定采集电路中分压电路另一电阻的选取：
测量无光照和强光照时，两路光敏采集电路输出的电压值。
光强值
0LUX
100LUX
光敏采集电路1（伏）
2.64
0.50
光敏采集电路2（伏）
1.56
0.24
2、测试比较器（LM393）模块是否工作正常
左侧光强大于右侧光强（InA->InA+）
左侧光强小于右侧光强（InA-OUTA
0.04
1.6
OUTB
4.97
0.04
3、测试选择器（CD4051）模块是否工作正常
分别将模拟选择器芯片（CD4051）的13脚（X0）和14脚（X1）接1.5V和2.5V，通过改变CD4051的11脚（A）的电平值即0V或者5V，观察CD4051的3脚（X）输出值。
11脚（A）的电平值为0V
11脚（A）的电平值为5V
3脚（X）输出值
1.5
2.5
4、设计调零运放（OP07）模块，并测试调零运放（OP07）模块是否工作正常
在强光照（100LUX）时，输入到ADC0804的电压为：
光强值
输入电压
输出电压
0LUX
0
0
100LUX
0.38
1.8
记录反馈电位器阻值R10=39.1K；调零电位器阻值R9=30.7K
因此，最终得到调零运放电路满足的输入输出关系式为：
5、测试模数转换器（ADC0804）模块是否工作正常
输入电压
输出二进制值
输入电压
输出二进制值
0V
00H
0.5V
06H
1V
39H
1.961V
66H
6、测试数码管显示电路及译码器（MC14495）模块是否工作正常。
输入二进制值
数码管显示
输入二进制值
数码管显示
0000
00H
0110
06H
1010
09H
1111
15H
7、数字式光照强度采集显示测试数据
数码管显示值
小数点（1位）亮灭
仅测试左侧
58H
灭
仅测试右侧
38H
亮
完全遮挡
00H
灭
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