运算放大器的输出为高电平（Uom）（如图（c）所示）。
图10脉宽调制控制电路组成原理图图11脉冲调制波形图
若锯齿波的线性良好，则输出正向脉冲的占空比为
式中，
为正向脉冲宽度；T为一个开关周期，
为控制信号
的最大值。
开关功率放大器一般采用射极输出，对脉冲列进行功率放大。
通过PWM控制改变开关
管（或品闸管）在一个开关周期内导通时间的氏短，实现对负载两端平均电压大小的控制。
负
载两端平均电压UL的占空比的关系为：
式中，Ec为控制制直流电压。
脉冲宽度调制器是一个电压一脉宽转换器。
对它的基本要求是死区要小，调宽脉冲的前后沿要陡．以减小时脉冲列逆变器触发的死区。
否则，死区大会影响Dc—Ac转换的精度及其输出波形。
这就要求脉冲宽度调制器的比较器有足够高的灵敏度和分辨率。
为此，设计时要综合考虑比较器灵敏度、分辨率与综合考虑系统的控制模式、控制系统的具体要求和与功率。
（2）数字式脉宽调制电路
脉宽调制器PWM信号的产生是通过控制电压与调制电压比较实现的。
调制电压的频率
决定PWM信号的频率，而PWM信号对负载两端的电压控制，由控制电压对脉宽的按制实现。
在控制电压与调制电压曲线的相交处，使PWM信号状态翻转。
数字式脉宽调制器可随控制信号的变化而改变脉冲序列的占空比
/T.在数字式脉宽调制器中，控制信号是数字，其值确定脉冲的宽度。
当维持调制脉冲序列的周期不变，通过改变脉冲的宽度，就能达到改变占空比
/T的目的。
用微处理机来实现数字脉宽调制极其容易，通常的方法有两种：
一种是用软件方式来实现，即通过执行软件延时循环程序交替改变端口某个二进制输出逻辑状态来产生脉宽调制信号，设置不同的延时时间得到不同的占空比。
这种方法的优点是简单、灵活、省硬件，缺点是需要占用CPU许多处理时间，对微处理机的速度要求很高，于控制不利；另一种是用硬件电路自动产生PWM信号，不占用CPU处理的时间。
图12及图13是利用PC机接口控制实现脉宽调制的PWM电路及其原理工作图。
它由8位二进制计数器CD4520、8位数值比较器2*CD4585和并行接口芯片8255A构成。
在时钟CLK作用下，计数器的8位输出（引脚3-6，11-14）从“0”开始逐次加“1”，当8位输出全为“1”（对应十进制数255）时，再来CLK脉冲又将从“0”开始。
显然，计算器输出数字斜波信号，其周期为CLK的256倍，这种周期性数字斜波信号所起的作用与模拟PWM方式中的锯齿波作用相同。
计算器输出的周期性数字斜波信号称为B组数字量。
8位二进制数值比较器由两片4位数值比较器CD4585构成。
数值比较器A组数据来自8255A端口A（PA0-PA7），故A组数据是微机输出的数字控制信号，它相当于模拟PWM方式的控制电压。
只要计算器的输出值小于8255A端口A输出的数值，则第二级CD4585的“A>B”输出端保持高电平。
当比较器的两个输入值相等时，“A>B”端变零，并且直到计数器溢出之前保持为低电平。
溢出后，“A>B”端恢复为高电平，并重复执行该过程。
输出波形的周期T=256Tc，而脉冲宽度
=D*Tc。
其中D为控制的数值，Tc为时钟周期。
如果要求PWM频率为1kHZ，则CLK的频率应为256kHZ。
图中8255A的PC7位用于控制计数器的工作；D0-D7为8位数据输入端，全部为双向三态；/CS为片选端，低电平有效；A0；A1为通道0、1的选择信号端；/RD为读信号输入端，低电平有效；/WR为写信号端，输入，低电平有效；RESET为复位信号输入端，高电平有效。
图12计数比较式脉宽调制PWM电路
图13计数式PWM电路原理图
4、整流滤波电路
单相桥式整流电容滤波电路
（1）二极管的导电角
<
流过二极管的电流为不连续的且幅度很大的电流脉冲，它比输出电流
大许多倍。
实际中近似估算为
=（1.5~2）
。
（2）负载平均电压
升高，纹波减小。
并且
越大，电容放电越慢，负载电压中的纹波成分越小，负载平均电压越高。
为了得到平滑的负载电压，实际中一般取
=
≥（3~5）T/2
式中，T为电源交流电压的周期。
（3）滤波电容估算
图14桥式整流滤波电路
三、设计总体方案拟订
根据设计题目及要求，拟订方案如下：
根据光敏电阻的伏安特性，当光照强度改变时，光敏电阻的光电流随之改变，将光敏电阻的电流变化转换为电压的变化，再对由光信号产生的电压信号进行模数转换，经过单片机的设定程序，根据已定的外界光照强度（即电压变化）与台灯光亮度调节的函数关系，输出信号，实现对脉宽的调制，通过光电耦合器件与主电路耦合，从而控制输出的平均电压，改变台灯光亮度，使其达到预定的光照效果。
图15控制原理框图
四、传感器的结构设计及计算
选择光敏电阻：
型号规格
外径尺寸
封装方式
额定功率
亮阻
（KΩ）
暗阻
（MΩ）
使用环境温度
（℃）
时间常数（mS）
最高工作电压
MG45-12
Φ5
塑料封装
10mW
≤2
≥2
-40～+70℃
≤20
50V
MG45-13
Φ5
10mW
≤5
≥5
-40～+70℃
≤20
50V
MG45-14
Φ5
10mW
≤10
≥10
-40～+70℃
≤20
50V
MG45-32
Φ9
50mW
≤2
≥2
-40～+70℃
≤20
150V
MG45-33
Φ9
50mW
≤5
≥5
-40～+70℃
≤20
150V
MG45-34
Φ9
50mW
≤10
≥10
-40～+70℃
≤20
150V
MG45-52
Φ16
200mW
≤2
≥2
-40～+70℃
≤20
250V
MG45-53
Φ16
200mW
≤5
≥5
-40～+70℃
≤20
250V
MG45-54
Φ16
200mW
≤10
≥10
-40～+70℃
≤20
250V
根据光敏电阻的各项参数及转换电路指标，选择光敏电阻MG45-33。
并设计I/V转换电路如下：
MG45-33
Φ9
塑料封装
50mW
≤5
≥5
-40～+70℃
≤20
150V
输入电流Ig首先经输入电阻R1变为输入电压Ui=IgR，加到运算放大器的同相输入端，经过同相比例放大后得输出电压：
Uo=IgR1（1+R2/R3）
R1值根据电流的输出器件满足I/V转换的低输入输出阻抗的要求而确定，一般为几百欧姆数量级。
当R1确定后，可根据Ig与Uo的范围决定R2，R3，为避免运算放大器偏置电流造成误差，要求两输入端对地的电阻值相等，即：
R4=R2R3/（R2+R3）。
根据光敏电阻的光照特性，转换电路如图16将0-10mA的输入电流转换为0-5V的输出支流电压，
取R1=250Ω，
根据以上公式得，R2=R3=5.1KΩ，R4=2.6KΩ
图16I/V转换电路
五、测控电路设计及计算
1、模数转换
使用ADC0809将I/V转换输出的电压经过模数转换，将变化的电压转化为数字信号，输入单片机进行运算处理。
2、单片机控制
将经过模数转换的输出电压出入单片机，利用软件编程使输出参考信号与输入相对应，将单片机输出值与脉冲记数相比较输出，从而实现PWM调制。
3、看门狗电路：
光敏电阻装置的实际工作环境比实验室的环境要恶劣得多，常常会有很多干扰因素使程序跑飞，从而整个系统便不能正常运行。
为了避免这种状况的出现，需要给系统增加电源监控电路，使CPU在电源电压低于某一值时停止工作，处于复位状态，待电压恢复正常后，CPU再脱离复位状态，进入正常工作状态。
在系统上电时，还需给CPU提供可靠的复位信号，这些功能都需要由看门狗电路来完成。
看门狗分为软件看门狗和硬件看门狗两种。
软件看门狗需要在正常程序中安放冗余指令，在正常程序执行不到的空余程序存储空间安放软件陷阱。
但是，当程序跑飞到一个临时构成的死循环中时，冗余指令和软件陷阱均会无能为力，此时可由硬件看门狗解决。
硬件看门狗电路简称为WDT电路，由它内部的定时器来监定，当超过所规定的时间之后，便由其复位端输出一个复位信号，从而使系统重新恢复正常工作。
在使用硬件看门狗时，需要在软件中进行喂狗，保证硬件看门狗的正常监控。
本装置采用MAX813芯片来构成看门狗电路。
MAX813的主要功能如下:
1、系统上电、掉电以及供电电压降低时，第7管脚产生复位输出，高电平有效;2、看门狗电路输出，如果在1.6秒时间内没有触发该电路（即第六脚无脉冲输入），则第8脚输出一个低电平;3、手动复位入，低电平有效。
即第1脚输入一个低电平，则第七脚产生复位输出。
电路如下图所示。
实际应用时，将MAX813的第7脚接至AT89C52的复位脚RST，上电复位电路产生的RESET信号同看门狗的输出端WDO相与，然后送至MAX813的不仄端。
MR端是操作复位端，当MR
图17看门狗MAX813电路连接图
端上输入大于140ms宽度的复位脉冲时，会清时钟，同时RST端会产生一个高脉冲，这个脉冲会在MR端上恢复高电平后继续延迟200ms，然后恢复回低电平，同时时钟开始计数。
所以当在1.6秒内没有喂狗时，WDO会产生一个低电平，从而使得在MR端上产生一个低脉冲，使得MAX813复位，RST端也产生一个复位脉冲给AT89C51，使得整个系统复位。
同样的，当上电时，在RESET端会有一个上电复位脉冲，一样会使MR端产生低脉冲，结果一样。
第6脚与CPU的P1.4相连。
在软件设计中，P1.4不断输出脉冲信号。
整个看门狗的时序图如下图所示:
图18看门狗时序图
六、精度误差分析
1、温度影响
光敏电阻的大部分参数都随温度变化，从而使传感器的灵敏度发生变化。
各种光敏电阻的温度系数不同，而且光敏元件及壳体的几何尺寸在外界环境和光照状态下的热膨胀和热应力也会引起温度误差，因此，要正确选择材料和确定传感器的使用温度范围，适当的工作温度范围，才能保证温度误差的要求。
2、老化误差
各种材料的特性随时间缓慢变化，也导致误差。
3、系统时钟误差
一般单片机的设计，最难保证的是时间的一致性，微小的时序误差也会给系统带来很大的误差，或错误的判断和运行。
七、抗干扰措施
抗干扰技术是设计过程中的重要环节，合理地使用抗干扰技术，可使系统最大限度的避免干扰的产生和受干扰后能使系统恢复正常运行，保证系统长期稳定可靠地工作。
1、系统供电线路是干扰的主要来源，防止从电源系统引入干扰，可采取交流稳压器
保证供电的稳定性，防止电源的过压和欠压。
使用隔离变压器滤掉高频噪声，低通滤波器滤掉工频干扰。
采用开关电源并提供足够的功率余量，装置中两个模块的主机部分使用单独的稳压电路。
2、看门狗即程序监视跟踪定时器在单片机抗干扰设计中使用非常广泛，本装置采用
MAX813芯片来构成看门狗电路。
为单片机提供上、掉电条件下的复位信号、看门狗监视及电源失效监视。
3、由于环境温度及入射光波长等对光敏电阻影响很大，所以应该给光敏电阻提供稳定的温度及光照条件。
4、由于光敏电阻的暗阻很大，亮阻相对很小，而放大器处于开路装，任何微小的干扰都可能产生较大的影响。
为此传感器与放大器之间必须采用屏蔽电缆，以便屏蔽外部干扰，而且使用中需将屏蔽线固定，以防止电缆在突然弯曲或受到振动时，屏蔽网与绝缘之间产生摩擦静电。
各芯片也因技术指标不一，而存在噪声和内部干扰。
八、参考文献
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机械工业出版社，2007
2、张国雄金篆芷主编．测控电路．北京：
机械工业出版社，2006
3、刘迎春主编．传感器原理的设计与应用．北京：
国防科技大学出版社，1989
4、李科杰主编．新编传感器技术手册．北京：
国防工业出版社，2002
5、王宝光主编．测控仪器设计．北京：
机械工业出版社，2004
6、余成波主编．传感器与自动检测技术．北京：
高等教育出版社，2005
7、李朝青主编．单片机原理及接口技术．北京：
北京航空航天出版社，2005
8、雷丽文，朱晓华，蔡征宇，缪均达编．微机原理与接口技术．西安：
电子工业出版社，2005
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