電子綜合實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告(光照強(qiáng)度檢測(cè)儀)

1、電子電路實(shí)驗(yàn)3綜合設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告題目： 數(shù)字式光照強(qiáng)度檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) 班級(jí)：20110824學(xué)號(hào)：2011082427姓名：張希希成績(jī)：日期：一、摘 要本實(shí)驗(yàn)中采用光敏電阻為光傳感器，利用光敏電阻的光照特性完成光強(qiáng)的檢測(cè)。具體方法是將兩路光敏電阻支路并聯(lián)接入電路中，其中一路串接一固定電阻，另外一路分別串接電位器，利用光敏電阻值隨光照強(qiáng)度變化的特性，使得電路的輸出電壓而變化。根據(jù)這一特性，結(jié)合光照強(qiáng)度和輸出模擬電壓之間的關(guān)系，分別對(duì)兩路電壓值進(jìn)行采集得到某一光強(qiáng)度下對(duì)應(yīng)的模擬電壓，將模擬電壓通過ADC0804模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字電壓，通過譯碼器使兩位數(shù)碼管將光強(qiáng)值顯示出來，相應(yīng)地控制點(diǎn)亮對(duì)應(yīng)的小

2、數(shù)點(diǎn)以顯示光強(qiáng)的方位。 通過硬件的焊接、靜態(tài)和動(dòng)態(tài)調(diào)試，作品最終很好地實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)任務(wù)和要求，在近似無光照時(shí)數(shù)碼管顯示為0，正常工作時(shí)能檢測(cè)兩個(gè)不同方位的光強(qiáng)并通過兩位數(shù)碼管將最大數(shù)值顯示出來，而兩個(gè)小數(shù)點(diǎn)的不同組合顯示對(duì)應(yīng)方位。   關(guān)鍵詞：光照強(qiáng)度；檢測(cè)儀；設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)二、設(shè)計(jì)任務(wù)2.1 設(shè)計(jì)選題選題十三：數(shù)字式光照強(qiáng)度檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)2.2 設(shè)計(jì)任務(wù)要求用數(shù)碼管顯示光照強(qiáng)度；設(shè)置多個(gè)不同方向的光敏電阻，通過比較不同方向測(cè)得的光強(qiáng)數(shù)值判斷光照方位，在數(shù)碼管上顯示其方位；將獲得的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光照強(qiáng)度單位下的數(shù)值，并用數(shù)碼管顯示，誤差范圍為±3LUX

3、（以白天室內(nèi)日光燈的光照強(qiáng)度為標(biāo)準(zhǔn)定義為100LUX）；要求在黑暗中顯示00（十六進(jìn)制），室內(nèi)光最大顯示63（十六進(jìn)制），用小數(shù)點(diǎn)顯示光照方向。1、光照傳感器采用光敏電阻；2、光強(qiáng)值顯示采用數(shù)碼管；3、通過比較器實(shí)現(xiàn)光強(qiáng)方向的判斷，若左側(cè)光強(qiáng)大則數(shù)碼管小數(shù)點(diǎn)亮，若右側(cè)光強(qiáng)大則數(shù)碼管小數(shù)全滅；4、誤差范圍為±3LUX，數(shù)模轉(zhuǎn)換器建議選用8位并行轉(zhuǎn)換器件；5、在無光照（即光敏電阻完全蓋?。r(shí)，光強(qiáng)值顯示為0；6、在正午（即中午12點(diǎn)）室內(nèi)日光燈開啟時(shí)，光強(qiáng)值顯示為63（十六進(jìn)制）；7、電源采樣±5V供電，電路板功耗小于3W；8、采集顯示時(shí)間延遲小于3秒。三、方案設(shè)計(jì)與論證 設(shè)計(jì)

4、由光敏電阻接入電路、比較器電路、模擬選擇器接入電路、比例放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和數(shù)碼管顯示電路六個(gè)部分組成，光敏電阻接入電路將光照強(qiáng)度轉(zhuǎn)化為電信號(hào)（電壓值），經(jīng)比較器判斷出哪個(gè)方向的光照強(qiáng)，再由模擬選擇器將光照強(qiáng)路的電壓輸出值經(jīng)比例器放大傳給模數(shù)轉(zhuǎn)換器，由模數(shù)轉(zhuǎn)換器把模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，然后通過譯碼芯片，最后在數(shù)碼管上顯示出強(qiáng)光方向的光照強(qiáng)度值。方框圖如下：光敏電阻比較器模擬選擇器比例放大模數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)碼管圖1四、電路單元參數(shù)的選定和設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)4.1 光敏電阻模塊如圖2所示，采用2路光敏電阻支路并聯(lián)，其中一路串聯(lián)固定電阻，而另外一路分別串聯(lián)一個(gè)電位器，均接在VCC和GND之間，采樣電壓為兩個(gè)光敏電

5、阻兩端所加電壓X1、X0，對(duì)于這兩路電壓值比較后把最大值輸送給ADC0804轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，通過數(shù)碼管顯示出來。其中電位器的作用是在后期的調(diào)試過程中，使得在外界給予兩個(gè)方向的光敏電阻同樣強(qiáng)度圖24.2比較器模塊比較器模塊采用LM393雙路比較器，電路圖如圖3：圖34.2模擬選擇器以及調(diào)零放大模塊CD4051相當(dāng)于一個(gè)單刀八擲開關(guān)，控制X0-X7八個(gè)通道的開通和關(guān)斷，開關(guān)接通哪一通道，由輸入的3位地址碼ABC來決定。本設(shè)計(jì)方案中將OUTB接到A上，當(dāng)OUTB為高電平時(shí)，選擇X1通道輸出，當(dāng)OUTB為低電平時(shí)，選擇X0通道輸出，通過X輸出端傳送給數(shù)模轉(zhuǎn)換器ADC0804芯片。由于光照為零時(shí)，輸出電

6、壓最大，所以要使此時(shí)AD模塊輸入為零，運(yùn)算放大器要接成反相加法器，以實(shí)現(xiàn)光照為零時(shí)顯示為零，光照增加時(shí)AD輸入電壓增加。同時(shí)為了調(diào)試方便，反相輸入的負(fù)壓要可以調(diào)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)調(diào)零。反饋電阻也可以調(diào)節(jié)以改變放大倍數(shù)。電路圖如圖3：圖34.3模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊在實(shí)驗(yàn)方案中，將CD4051循環(huán)輸出的模擬電壓接到ADC0804的6管腳輸入，通過它轉(zhuǎn)換為數(shù)值信號(hào)，通過八個(gè)管腳DB0DB7通過譯碼器進(jìn)而控制兩位數(shù)碼管的顯示。 電路圖如圖4：圖44.4數(shù)碼管顯示模塊數(shù)碼管顯示模塊采用MC14495譯碼芯片，將數(shù)字量轉(zhuǎn)化為十六進(jìn)制數(shù)并在數(shù)碼管上顯示:。實(shí)際仿真中沒有MC14495的芯片，故采用7448，電路圖

7、如圖5：圖5五、裝調(diào)測(cè)試過程5.1 測(cè)試儀器 （1）示波器；TDS3502B 500MHz （2）電源：EM1712 DC 5.2 測(cè)試步驟1.測(cè)量AD轉(zhuǎn)換模塊，ADC0804輸入端接5V電壓，數(shù)碼管輸出FFH，接地，則顯示00H，說明AD轉(zhuǎn)換模塊以及數(shù)碼管顯示模塊正常工作；2.調(diào)節(jié)OP07調(diào)零放大電路，當(dāng)光照強(qiáng)度為0LUX時(shí)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器RV3，是數(shù)碼管為00H；測(cè)試OP07是否正常工作，如圖6所示：3.當(dāng)光照強(qiáng)度為日光下，即100LUX時(shí)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器RV5時(shí)數(shù)碼管顯示63H；4.遮住一個(gè)光敏電阻或者改變光照強(qiáng)度，觀察數(shù)碼管變化情況。圖6六、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)及主要可能故障分析1、注意事項(xiàng)：

8、1）.在焊之前對(duì)元器件的分布做一個(gè)大致的布局，在布局清晰的基礎(chǔ)上開始硬件的焊接2）.在焊接過程中，應(yīng)遵循以下原則： 元器件的裝插焊接應(yīng)遵循先小后大，先輕后重，先低后高，先里后外的原則；在瓷介電容、電解電容等元件立式安裝時(shí)，引線不能太長(zhǎng)，否則降低元器件的穩(wěn)定性；但也不能過短，以免焊接時(shí)因過熱損壞元器件； 各元器件焊接在電路板上，焊盤上的元器件引腳不高出電路板面2mm，高出的部分用斜口鉗或其它剪切工具剪下。焊點(diǎn)大小均勻整潔，焊錫適量，剪切高度一致，元器件擺放位置合適、整齊； 對(duì)于集成電路的焊接：在焊接時(shí)，首先要弄清引線腳的排列順序，并與線路板上的焊盤引腳對(duì)準(zhǔn)，核對(duì)無誤

9、后在焊接，然后再重復(fù)檢查，確認(rèn)后再焊接其余腳位。由于集成電路引線腳較密，焊接完后要檢查有無虛焊，連焊等現(xiàn)象，確保焊接質(zhì)量2、故障分析：在進(jìn)行數(shù)碼管顯示電路的過程中，首先遇到了硬件上的問題，連好線后，數(shù)碼管一直顯示FF，在經(jīng)過檢查后，發(fā)現(xiàn)ADC0804已經(jīng)損壞，再經(jīng)過調(diào)換后，硬件電路恢復(fù)正常了。3、心得體會(huì)：1）、在整個(gè)做實(shí)驗(yàn)過程中，自己一定要有清晰的思路和具體的流程在腦海中，不能走一步算一步，要細(xì)致考慮，思維縝密，這樣才能很好的完成整個(gè)設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)。2)、在實(shí)際動(dòng)手之前，對(duì)實(shí)驗(yàn)各部分的工作原理一定要明白，不能含糊，在扎實(shí)掌握理論知識(shí)的基礎(chǔ)上，自己才能對(duì)實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題加以分析，并最終解決問題。只

10、有這樣，才能在實(shí)踐動(dòng)手中，培養(yǎng)自己的思維邏輯思維和提高獨(dú)立分析、發(fā)現(xiàn)和解決問題的能力。 3)、焊接之前一定要對(duì)所有的元器件進(jìn)行檢查，在確認(rèn)全部完好的基礎(chǔ)上在進(jìn)行焊接，否則待焊完后進(jìn)行靜態(tài)調(diào)試時(shí)發(fā)現(xiàn)有問題再返回來查就麻煩了，總之欲速則不達(dá)。 4)、在實(shí)驗(yàn)的硬件焊接和程序的調(diào)試過程中，不要著急，自己按部就班，一步一步來，自己要有信心，只要遵循正確的方法慢慢來，自己一定能解決問題并最終完好地實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)。 5)、實(shí)驗(yàn)中實(shí)在弄不懂的要向老師求助，以及與同學(xué)探討或上網(wǎng)查找資料等。七、參考資料1、閆石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五版）.高等教育出版社.2、羅杰；謝自美.電子線路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

11、測(cè)試.電子工業(yè)出版社.3、童詩白；華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ).高等教育出版社.4、劉迎春；葉湘濱.傳感器原理設(shè)計(jì)與應(yīng)用.國防科技大學(xué)出版社.附錄1 系統(tǒng)電路圖附錄2 元器件清單元器件名稱數(shù)量20腳IC座116腳IC座38腳IC座2一位共陰數(shù)碼管 LG5011AH2電位器50K3小按鍵1ADC08041CD40511LM3931MC144952OP071光敏電阻2150P電容1104電容110u電解電容11K電阻310K電阻120K電阻130K電阻147K電阻151K電阻1插針1LED燈1附錄3實(shí)物照片附錄4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)試步驟及測(cè)試數(shù)據(jù)1、測(cè)量所用光敏電阻阻值（無光照/強(qiáng)光照）光強(qiáng)值0LUX100

12、LUX光敏電阻1(歐姆)8.92K1.97K光敏電阻2(歐姆)7.2K1.69K通過測(cè)量的光敏電阻值來確定采集電路中分壓電路另一電阻的選?。?測(cè)量無光照和強(qiáng)光照時(shí)，兩路光敏采集電路輸出的電壓值。光強(qiáng)值0LUX100LUX光敏采集電路1(伏)2.640.50光敏采集電路2(伏)1.560.242、測(cè)試比較器(LM393)模塊是否工作正常左側(cè)光強(qiáng)大于右側(cè)光強(qiáng)(InA->InA+)左側(cè)光強(qiáng)小于右側(cè)光強(qiáng)(InA-<InA+)OUTA0.041.6OUTB4.970.043、測(cè)試選擇器(CD4051)模塊是否工作正常分別將模擬選擇器芯片(CD4051)的13腳(X0)和14腳(X1)接1.5V和2.5V，通過改變CD4051的11腳(A)的電平值即0V或者5V，觀察CD4051的3腳(X)輸出值。11腳(A)的電平值為0V11腳(A)的電平值為5V3腳(X)輸出值1.52.54、設(shè)計(jì)調(diào)零運(yùn)放(OP07)模塊，并測(cè)試調(diào)零運(yùn)放(OP07)模塊是否工作正常在強(qiáng)光照(100LUX)時(shí)，輸入到ADC0804的電壓為：光強(qiáng)值輸入電壓輸出電壓0LUX00100LUX0.381.8記錄反饋電位器阻值R10= 39.1K ；調(diào)零電位器阻值R9= 30.7K 因此，最終得到調(diào)零運(yùn)放電路滿足的輸入輸出關(guān)系式為： 5、測(cè)試模數(shù)轉(zhuǎn)換器(