光強(qiáng)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)告

1、電子設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)說明書電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化實(shí)訓(xùn)說明書題 目:光強(qiáng)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)系 部：信息與控制工程學(xué)院專 業(yè)：電子信息工程班 級(jí)：學(xué)生姓名：學(xué)號(hào)：_指導(dǎo)教師:戴曰章2010年12月9日目 錄1引言 12 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 12.1 基本要求 12.2 主要器件及功能 13 總體框圖及原理 24 電路原理 34.1 電源電路 34.2 最小系統(tǒng)電路 34.3 顯示電路 54.4 檢測(cè)電路 64.5 數(shù)據(jù)傳輸電路 74.6 A/D轉(zhuǎn)換電路 84.7 繼電器控制電路 95 PCB版圖設(shè)計(jì) 116實(shí)訓(xùn)總結(jié) 12參考文獻(xiàn) 13電子設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)說明書1引言工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中對(duì)光照強(qiáng)度的要求越來越高，為了更好的利用光照來提高生產(chǎn)

2、，應(yīng) 精確的檢測(cè)并控制光照的強(qiáng)度。本設(shè)計(jì)基丁此目的，設(shè)計(jì)了簡(jiǎn)單的光強(qiáng)檢測(cè)系統(tǒng)。2設(shè)計(jì)任務(wù)及要求2.1 基本要求：設(shè)計(jì)制作一套單片機(jī)光照強(qiáng)度控制系統(tǒng)，包括：(1) 硬件原理圖(2) 印制板PCB圖2.2 主要器件及功能器件功能STC89C52實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控制MAX232CPE實(shí)現(xiàn)申口通訊功能驅(qū)動(dòng)與 申口數(shù)據(jù)接收功能繼電器實(shí)現(xiàn)對(duì)光強(qiáng)的控制數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)對(duì)光強(qiáng)的顯示TLC1543實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換光敏電阻實(shí)現(xiàn)對(duì)光照的采集電源給系統(tǒng)提供穩(wěn)定電壓123總體框圖及原理圖3.1總體框圖設(shè)計(jì)原理：本設(shè)計(jì)采用了 STC89C52I片機(jī)組成光照控制系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)光強(qiáng)的控制。光 強(qiáng)傳感器采用了光敏電阻，對(duì)光照強(qiáng)度進(jìn)行實(shí)時(shí)

3、采樣。通過 A/D轉(zhuǎn)換模塊將采集到的 模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再通過申行編程模塊將其傳入到單片機(jī)進(jìn)行處理。然后通 過數(shù)碼管顯示，用繼電器控制光照，以此達(dá)到對(duì)光照強(qiáng)度的控制。4電路原理4.1電源電路IX 必 1X400TDIOU7 頃仍bStt-DPDTVWDB LEDCGND圖4.1 電源模塊電源模塊原理：本電路將 USB電流作輸入，通過濾波、穩(wěn)壓等將電流轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定 的電壓給系統(tǒng)供電。4.2最小系統(tǒng)電路P3CRxD ?5 LTkD PJ：2?TC P5 3Z?fl ?MTC PJ JT1_ P3 6 P3 "RDGMt1CKP1.0T2H ! Tg P1J ?1 3 P1.4 P1.

4、J Pl S P1-7?：.C A&P2 1P2 2 A1CP：J Ail?2 J A12P2.5 A13?2.«A14T A15圖4.2 MCU最小系統(tǒng)MCUR小系統(tǒng)工作原理:設(shè)計(jì)中選用STC89C5蓍片機(jī)，共有四個(gè)8位的I/O 口，外加12MH布振提供時(shí)鐘 信號(hào)，采用上電復(fù)位模式，P2. 2 口號(hào)和采樣與處理器件 MAX232CPB訊，直接輸入 12位數(shù)字量到89C52內(nèi)進(jìn)行處理，P2.0 口輸出控制信號(hào)與外接電源構(gòu)成回路來控制 固態(tài)繼電器的輸入信號(hào)，P0 口與LCD1晶顯示模塊連接，用丁實(shí)時(shí)光照顯示和控制。4.3 顯示電路11*s 80S 0D?圖4.3 數(shù)碼管顯示模塊

5、數(shù)碼管顯示原理：數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個(gè)發(fā)光二極管單元（多一個(gè)小數(shù)點(diǎn)顯示）；按能顯示多少個(gè)“ 8”可分為 1位、2位、4位等等數(shù)碼管；按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽極數(shù)碼管和共陰極 數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極（COM）的數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極CO呢到+5V,當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段的陰極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段 就不亮。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極（COM）的數(shù)碼管。共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極CO眼到地線 GND上，當(dāng)某一字段發(fā)光二

6、極管的陽極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段的陽極為低電平 時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動(dòng)電路來驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的各 個(gè)段碼，從而顯示出我們要的數(shù)字，因此根據(jù)數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方式的不同，可以 分為靜態(tài)式和動(dòng)態(tài)式兩類。 靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)：靜態(tài)驅(qū)動(dòng)也稱直流驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)是指每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè)單片機(jī)的I/O端口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，或者使用如 BCD碼二-十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是編程簡(jiǎn)單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用I/O端口多，如驅(qū)動(dòng)5個(gè)數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要5X 8= 40根I/O端口來驅(qū)動(dòng)，要知道 一個(gè)89S51單片機(jī)可用的I/O端口才32個(gè)）,實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須增加譯碼驅(qū)動(dòng)器

7、進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，增加了硬件電路的復(fù)雜性。 動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)：數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯 示方式之一，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的8個(gè)顯示筆劃"a,b,c,d,e,f,g,dp" 的同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的I/O線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同 的字形碼，但究竟是那個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決丁單片機(jī)對(duì)位選通COM電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示 出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。通過分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的的COMtS,就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是

8、動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。在輪流顯示過程中，每位數(shù) 碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為 12ms,由丁人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)， 盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象 就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會(huì)有閃爍感，動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣 的，能夠節(jié)省大量的I/O端口，而且功耗更低。4.4 檢測(cè)電路R16-7R19Keal 470KVCC圖4.4 光強(qiáng)轉(zhuǎn)換模塊光強(qiáng)轉(zhuǎn)換模塊原理: 到A/D轉(zhuǎn)換模塊。光照通過 R16光傳感器將光照強(qiáng)弱轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并將其傳輸4.5數(shù)據(jù)傳輸電路VCCC11C.1U7TXD 11C13Cap 0.1LTC1+C1-vccC2+C2-T1INT1OUTT2INT

9、2OUTK1OUTR1INK2OUTR2INGNDVEE -1613薩 KIAX232CPEGNDRXD U -<vccI-C14Cap0.1UFGND圖4.5 申行編程模塊申行編程模塊原理：實(shí)現(xiàn)申口通訊功能驅(qū)動(dòng)與申口數(shù)據(jù)接收功能集成IC這個(gè)max232cpe的芯片必須+5V電源才會(huì)工作。主要用在外圍設(shè)備中主要起到與電腦或單片機(jī)這一塊串口通訊。4.6 A/D轉(zhuǎn)換電路RF1CR1856SjvccA0VCCA1EOCA21 CLOCKA3ADWA+DOUTA5CSA6REF+A7REF-A8AIDGNDA91CK1.TLC1543vcc20 T 19P1715 P16 It Pij16 P1

10、415P13 亙 1712ycc |GND圖4.6 A/D轉(zhuǎn)換模塊TLC1543簡(jiǎn)介：TLC1543是由TI公司開發(fā)的開關(guān)電容式 AD轉(zhuǎn)換器，該芯片具有如下的一些特 點(diǎn)：10位精度、11通道、三種內(nèi)建的自測(cè)模式、提供 EOC（轉(zhuǎn)換完成）信號(hào)等。該 芯片與單片機(jī)的接口采用申行接口方式，引線很少，與單片機(jī)連接簡(jiǎn)單。圖 1是 TLC1543的引腳示意圖，其中A0A10是11路輸入,Vcc和GND分別是電源引腳， REF和REF-分別是參考電源的正負(fù)引腳，使用時(shí)一般將 REF報(bào)到系統(tǒng)的地，達(dá)到一 點(diǎn)接地的要求，以減少干擾。其余的引腳是TLC1543與CPU的接口，其中CS為片選端，如不需選片，可直接接

11、地。I/O Clock 是芯片的時(shí)鐘端,Adress是地址選擇 端，Data Out是數(shù)據(jù)輸出端，這三根引腳分別接到 CPU的三個(gè)I/O端即可。EOC用 丁指示一次AD轉(zhuǎn)換已完成,CPU可以讀取數(shù)據(jù)，該引腳是低電平有效，根據(jù)需要， 該引腳可接入CPU的中斷引腳，一旦數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完成，向 CPU提出中斷請(qǐng)求；此外， 也可將該引腳接入一個(gè)普通的I/O引腳，CPU通過查詢?cè)撘_的狀態(tài)來了解當(dāng)前的 狀態(tài)，甚至該引腳也可以不接，在 CPU向TLC1543發(fā)出轉(zhuǎn)換命令后，過一段固定的 時(shí)間去讀取數(shù)據(jù)即可。模數(shù)轉(zhuǎn)換的過程：模數(shù)轉(zhuǎn)換包括采樣、保持、量化和編碼四個(gè)過程。在某些特定的時(shí)刻對(duì)這 種模擬信號(hào)進(jìn)行測(cè)量叫做采

12、樣，量化噪聲及接收機(jī)噪聲等因素的影響，采樣速 率一般取 fs =2.5fmax。通常采樣脈沖的寬度tw是很短的，故采樣輸出是斷續(xù)的窄脈沖。要把一個(gè)采樣輸出信號(hào)數(shù)字化，需要將采樣輸出所得的瞬時(shí)模擬信 號(hào)保持一段時(shí)間，這就是保持過程。量化是將連續(xù)幅度的抽樣信號(hào)轉(zhuǎn)換成離散時(shí)間、離散幅度的數(shù)字信號(hào)，量化的主要問題就是量化誤差。假設(shè)噪聲信號(hào)在 量化電平中是均勻分布的，則量化噪聲均方值與量化間隔和模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入阻抗值有關(guān)。編碼是將量化后的信號(hào)編碼成二進(jìn)制代碼輸出。這些過程有些是 合并進(jìn)行的，例如，采樣和保持就利用一個(gè)電路連續(xù)完成，量化和編碼也是在 轉(zhuǎn)換過程中同時(shí)實(shí)現(xiàn)的，且所用時(shí)間乂是保持時(shí)間的一部分。4

13、.7 繼電器控制電路圖4.7繼電器模塊繼電器模塊驅(qū)動(dòng)原理:當(dāng)STC89C5鮮片機(jī)的P3.5引腳輸出低電平時(shí)，三極管 T5飽和導(dǎo)通，+5V電源 見到繼電器線圈兩端，繼電器吸合，同時(shí)狀態(tài)指示的發(fā)光二極管也點(diǎn)亮， 繼電器的常 開觸點(diǎn)閉合，相當(dāng)丁開關(guān)閉合。當(dāng)STC89C5奪片機(jī)P3.5引腳輸出高電平時(shí)，三極管T5截止，繼電器線圈兩端沒有電位差，繼電器銜鐵釋放，同時(shí)狀態(tài)指示的發(fā)光二 極管也熄滅，繼電器的常開觸點(diǎn)釋放，相當(dāng)丁開關(guān)斷開。注：在三極管截止的瞬間， 由丁線圈中的電流不能突變?yōu)榱?，繼電器線圈兩端會(huì)產(chǎn)生一個(gè)較高電壓的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)則可以通過二極管釋放，從而保護(hù)了三極管免被擊穿，也消

14、除了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)對(duì)其他電路的干擾，這就是二極管的保護(hù)作用。5 PCB版圖設(shè)計(jì)Yr CN®©a'® 干 E 1 E- yxr t I& 一一 r'563551卞3 -coooccOOO L ocfhDMairpiaU2 80口口。0口口 口sJ2目Jim-0圖5.1 PCB版圖設(shè)計(jì)(衛(wèi)) 0 -s- 0_Del- ，*電子設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)說明書6實(shí)訓(xùn)總結(jié)通過這次實(shí)習(xí)，我們熟練掌握了常用的電工工具的使用方法和注意事項(xiàng)，使 我們對(duì)電子工藝的理論有了更深入的了解.我們熟悉了從設(shè)計(jì)電路，仿真，制板, 焊接，調(diào)試電路的技巧，工作原理與組成元件的作用等.這些知識(shí)不

15、僅僅是在課堂上有效，對(duì)以后的學(xué)習(xí)也同樣有很重要的意義.而且在日常生活中也有著非常 現(xiàn)實(shí)的意義.同時(shí)還培養(yǎng)了我們的團(tuán)隊(duì)合作精神.我們明白了，在團(tuán)隊(duì)里面.光靠 一個(gè)人的力量是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的.只有大家齊心協(xié)力、共同合作才能夠乂快乂好地完 成任務(wù).這次的實(shí)習(xí)對(duì)自己的動(dòng)手能力是一個(gè)很大的鍛煉.我們平時(shí)都只注重理論方 面的學(xué)習(xí)，而往往忽略了實(shí)踐的重要性 .俗話說：實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn). 沒有足夠的動(dòng)手能力，很難在未來的科研尤其是實(shí)驗(yàn)研究中有所成就.在實(shí)習(xí)中， 我們鍛煉了自己的動(dòng)手能力，掌握了操作技巧，提高了自己動(dòng)手解決問題的能力. 比如電路板的制作就是一個(gè)不小的挑戰(zhàn)， 稍不留神就會(huì)在過塑的時(shí)候出錯(cuò)，電路 圖印在板上不完全。但我們?cè)诿鎸?duì)困難的時(shí)候沒有退卻， 經(jīng)過5次重復(fù)實(shí)驗(yàn)最后 還是較好的完成了任務(wù).兩周的實(shí)習(xí)很短暫，但卻給我們以后的道路指出一條明路，那就是思考著做事，事半功倍，更重要的是，做事的心態(tài)，也可以得到磨練，可以改變很多不良的 習(xí)慣，例如：在電工實(shí)習(xí)過程中，起初效率低.為什么呢？那是因?yàn)樵陂_始的時(shí)候大 家并沒有進(jìn)行明確的分工.三個(gè)人中只有一個(gè)人在做，另外兩個(gè)人更像是與實(shí)驗(yàn) 無關(guān)的局外人.而且在開工前，也沒有統(tǒng)一意見，彼此缺少應(yīng)有的默契.而通過不 斷的磨合，心與心的交流以及對(duì)操作的逐漸熟練，使我們學(xué)到了這種經(jīng)驗(yàn)。13電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化實(shí)訓(xùn)說明書參考文獻(xiàn)1 劉西社，劉建平,吳寶寧等