【正文】 alue resistor in a series access circuit, the tolerance of the photoconductive resistance changes when the light intensity changes then the voltage changes. We use the ADC0832 to transform the analog signals to digital signals and using AT89C51 to processing the data through programming with Visual C, then display the result through LCD screen. The design has a simple circuit structure, relatively low cost and we can easily know the change of th light intensity through the change of the tolerance of the photoconductive resistance. 【 Key words】 Light intensity Sensor A/D conversion Microcontroller 重慶郵電大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） III 目 錄 前 言 ……………………………………………………………………………………1 第一章 傳感器相關(guān)知識介紹 ……………………………………………………………2 第一節(jié) 傳感器概述 ……………………………………………………………………2 第二節(jié) 光敏傳感器 …………………………………………………………………… 3 第三節(jié) 傳感器的發(fā)展 ………………………………………………………………… 6 第二章 整體框架設(shè)計(jì) …………………………………………………………… .7 第一節(jié) 硬件框架設(shè)計(jì) ………………… …………………………………………… 7 第二節(jié) 芯片型號選擇 ……………………… ……………………………………… 8 第三章 A/D 轉(zhuǎn)換原理與實(shí)現(xiàn) …………………………………………………………11 第一節(jié) A/D 轉(zhuǎn)換工作原理 ………………………………………………………… 14 第二節(jié) ADC0832 芯片簡介 ……………………………………………………… 17 第四章 硬件電路與程序設(shè)計(jì) ………………………………………………………… 21 第 一 節(jié) 復(fù)位電路模塊設(shè)計(jì) ……………………………………………………… 21 第二節(jié) 時(shí)鐘電路模塊設(shè)計(jì) ……………………………………………………… 22 第 三 節(jié) A/D 轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計(jì) ……………………………………………………… 25 第 四 節(jié) LCD 顯示模塊設(shè)計(jì) ……………………………………………………… 27 第五章 硬件仿真實(shí)驗(yàn) ………………………………………………………………… 30 結(jié) 論 ………………………………………………………………………………… 31 致 謝 ………………………………………………………………………………… 32 參考文獻(xiàn) ………………………………………………………………………………… 33 附 錄 ………………………………………………………………………………… 34 一、英文原文 …………………………………………………………………………… 34 二、英文翻譯 …………………………………………………………………………… 39 三、硬件電路圖 ………………………………………………………………………… 43 四、源程序 ……………………………………………………………………………… 44 1 前 言 人們通過感覺器獲官得各種信息 ， 然而對于自然規(guī)律和各種學(xué)科產(chǎn)業(yè)的研究開發(fā)，人們自身的器就力不能及了，因此傳感器應(yīng)運(yùn)而生，主要就是為了解決這些人們自身器官所解決不了的問題的?，F(xiàn)代化生產(chǎn)在一定程度上來說是建立在傳感器的基礎(chǔ)上的，沒有傳感器便不能及時(shí)監(jiān)控工作生產(chǎn)中的各項(xiàng)參數(shù)，于是便不能及時(shí)了解各個(gè)生產(chǎn)線的工作狀態(tài)，更不能及時(shí)處理相關(guān)的應(yīng)急情況，因此傳感器在現(xiàn)在社會生活中扮演著不可或缺的重要角色。對于許多新 興的 領(lǐng)域的學(xué)科研究： 比如在對上遠(yuǎn)距離宏觀 宇宙的觀察，微觀上對粒子世界的研究； 對于千萬年前天體運(yùn)行演化的研究 ，以及對及時(shí)事件的瞬間反應(yīng)。人類的直接感觀是沒有辦法取得這類信息的，如果 沒有相應(yīng)的傳感器 技術(shù)，那么對于此領(lǐng)域的研究將不再可能。因此， 傳感器技術(shù)的不斷創(chuàng)新 會為一些其他領(lǐng)域的發(fā)展打開一記扇新的大門。由此可見，傳感器技術(shù)對于當(dāng)今科技飛速發(fā)展而言，具有著不可替代的作用。它是自動檢測與控制中 的核心部分，其功能不可替代。顧名思義，靜態(tài)特性是指傳感器的輸入與時(shí)間無關(guān)，即指傳感器的輸入輸出量是在被測量量處于穩(wěn)定狀態(tài)下進(jìn)行的。 一般來說，可以用微分方程式來描述這種關(guān)系，當(dāng)微分方程中只有零階方程不為零時(shí)，便可得到其靜態(tài)特性，因此傳感器的靜特性是其動特性的一個(gè)特例。 三、傳感器的組成 一般來說，傳感器 主要由敏感元件， 傳感元件和其他輔助元件 構(gòu)成 。 轉(zhuǎn)換元件：負(fù)責(zé)接收敏感元件的輸出，并將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電路參數(shù)。 3 第二節(jié) 光敏傳感器 一、 光照強(qiáng)度相關(guān)知識 光照強(qiáng)度 :是 指光照的強(qiáng)弱 ,它 以單位面積上所 能 接受可見光的能量來量度。被光 線 均勻照射的物體，在 1 平方米上 得 到 的光通量是 1 流明時(shí)， 此時(shí) 的照度是 1 勒克斯。 二、光敏傳感器的定義 光敏傳感器是指可將光信號轉(zhuǎn)換為電信號的一類元件的總稱，其第三波長在可見光波長區(qū)間內(nèi)， 包括紅外線波長和紫外線波長，通過檢測光照強(qiáng)度的不同從而輸出不同的電信號，從而達(dá)到光信號與電信號之間的轉(zhuǎn)化。 三、光敏電阻的結(jié)構(gòu)與原理 光敏電阻器的工作原理是內(nèi)光電效應(yīng)，它是利用光電效應(yīng)制作而成的一類特殊電阻，其阻值隨入射光的強(qiáng)度變化而變化：入射光強(qiáng)，電阻減小，入射光弱，電阻增大。 圖 光敏電阻符號 在無光的情況下，光敏電阻的阻值很高一般在 1 MΩ以上；有光線射入時(shí)，當(dāng)光子能量大于其半導(dǎo)體材料的導(dǎo)通能量，則半導(dǎo)體材料中的電子吸收一個(gè)光子的能量便成為導(dǎo)體，光照強(qiáng)度越大，則進(jìn)入的光子的數(shù)量越多，于是半導(dǎo)體中的電子變?yōu)榭蓪?dǎo) 4 體的數(shù)量就越多，導(dǎo)電能力就越好，即光敏電阻的阻值就越小。 光電特性是指在光敏電阻兩級電壓固定不變時(shí)，光照度與電阻 及電流間的關(guān)系。 例如光開關(guān)是最簡單的一個(gè)例子了，其原理是利用感光元件，對光線進(jìn)行只收，將光信號轉(zhuǎn)換成電流信號，通過電路的放大，變成電壓開關(guān)電平信號，利用此原 理制成的聲光控開關(guān)在人們的日常生活中屢見不鮮，其主要工作原理如圖 所示 ： 5 圖 聲光控開關(guān)原理框圖 聲控電路它是用聲音控制電路的設(shè)備，其作用是把送入的聲波轉(zhuǎn)換為電信號，從而用這種信號去控制所需要的電器設(shè)備。而常用的聲控電路使用的是聲波控制電路為主要的聲控電路部分。其作用是把外來送入的光源轉(zhuǎn)換電信號，從而用這種信號去控制所需要的電器設(shè)備。而常用的光控電路使用的 光敏器件電路為主要的光控電路部分。光電傳感器應(yīng)用的實(shí)例很多，還如照相機(jī)的 CCD 傳感器、基于光敏傳感器的照度計(jì)，光敏電阻的一些應(yīng)用。 傳感器的運(yùn)用范圍很廣，因此所涉及到的知識也很廣，與各個(gè)學(xué)科領(lǐng)域的發(fā)展都有密切的關(guān)系。 由此可見，傳感器的發(fā)展主要朝著以下幾個(gè)方向進(jìn)行： 高精度 傳感器的精度直接影響著測控的精度，因此要提高測控精度，必須先提高傳感器的精度。因此為滿足測量的需要，必須要研制出相應(yīng)的高精度的傳感器。在醫(yī)學(xué)中測量血壓與血小板含量的測量，以及物理學(xué)中對于風(fēng)洞壓力的測量等 等均要求其尺寸要盡可能的小。 數(shù)字化 傳感器的最終目的是實(shí)現(xiàn)信號的數(shù)字化，便于運(yùn)算處理，因此數(shù)字化顯得尤為重要，數(shù)字化傳感器可直接與計(jì)算機(jī)相聯(lián)，對于外界信息進(jìn)行數(shù)字化的運(yùn)算處理。 傳感器的研究與發(fā)展已成為各個(gè)行業(yè)發(fā)展前進(jìn)的先驅(qū)動力學(xué)科，各國對其重視程度日益增加 。其整體設(shè)計(jì)思路如下圖 所 示： 3 圖 整體設(shè)計(jì)框圖 光敏電阻 AD轉(zhuǎn)換 信號處理 LED顯示 7 電源電路 的主要作用是為整個(gè)電路的工作運(yùn)行提供能源，使電路可以正常運(yùn)行。 本設(shè)計(jì)采用 USB 供電，可降低設(shè)計(jì)的難度以及增加其實(shí)用性。其作用是把外來送入的光源轉(zhuǎn)換電信號，從而用這種信號去控制所需要的電器設(shè)備。而常用的光控電路使用的光敏器件電路為主要的光控電路部分。 A/D 轉(zhuǎn)換電路用來進(jìn)行模擬信 號向數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換，便于數(shù)據(jù)的運(yùn)算處理，可選用的芯片范圍較廣，本設(shè)計(jì)選用 ADC0832 芯片作為 A/D 轉(zhuǎn)換芯片，此模塊將測量到的信號進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換后將結(jié)果輸出到下一模塊進(jìn)行處理。 LCD 顯示模塊是將整個(gè)設(shè)計(jì)的檢測結(jié)果顯示出來，讓人們可以直觀的看到光照強(qiáng)度的變化情況。 此類單片機(jī)主要由幾下幾種類型 ：如 805 803 80C51 等 。 8 AT89C51 具有 4K 字節(jié)的 Flash 閃存以及 128 字節(jié)的 RAM， 32 個(gè) I/O 口線，兩個(gè)16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器， 兩級中斷結(jié)構(gòu)， 一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路等主要結(jié)構(gòu) 構(gòu)成 。 一般 1602 字符型液晶顯示器實(shí)物如圖 所示： 9 圖 1602 字符型液晶顯示器實(shí)物圖 1602LCD 的接口主要分為 14 腳（無背光）和 16 腳（帶背光） ， 基中各引腳功能 說明如表 所示 : 表 引腳接口說明表 編號 符號 引腳說明 編號 符號 引腳說明 1 VSS 電源地 9 D2 數(shù)據(jù) 2 VDD 電源正極 10 D3 數(shù)據(jù) 3 VL 偏壓 11 D4 數(shù)據(jù) 4 RS 數(shù)據(jù) /命令選擇 12 D5 數(shù)據(jù) 5 R/W 讀 /寫選擇 13 D6 數(shù)據(jù) 6 E 使能 14 D7 數(shù)據(jù) 10 7 D0 數(shù)據(jù) 15 BLA 背光電源 8 D1 數(shù)據(jù) 16 BLK 背光 接地 讀寫操作時(shí)序如圖 和 所示： 圖 讀操作時(shí)序 圖 寫操作時(shí)序 11 第三章 A/D 轉(zhuǎn)換原理與實(shí)現(xiàn) 第一節(jié) A/D轉(zhuǎn)換工作原理 模擬 信號的數(shù)字化需要三個(gè)步驟：抽樣、量化和編碼。量化是指用有限個(gè)幅度值代替原來連續(xù)變化的幅度值，把采集到的離散數(shù)據(jù)規(guī)一量化。 A/D 轉(zhuǎn)換器 的原理 有直接轉(zhuǎn)換法和間接轉(zhuǎn)換法兩大類。 它具有高速度，高效率和高精確度等特點(diǎn)。 并行比較型工作原理如圖 所示： 圖 并行比較弄 A/D 轉(zhuǎn)換器工作原理 R － + C5 － + C6 － + C4 － + C3 － + C2 － + C1 － + C0 1D C 1 1D C 1 1D C 1 1D C 1 1D C 1 1D C 1 1D C 1 amp。 amp。 amp。 UR E F ui d2 d1 d0 R /2 R R R R R R CP 電壓比較器 FF7 FF6 FF5 FF4 FF3 FF2 FF1 寄存器 編碼器 15U13REF 15U11REF 15U9REF 15U7REF 15U5REF 15U3REF 15U1REF 12 并行比較型 A/D 轉(zhuǎn)換器有如下特點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn)：轉(zhuǎn)換速度很快，故又稱高速 A/D 轉(zhuǎn)換器。 缺點(diǎn)：電路復(fù)雜，對于一個(gè) n 位二進(jìn)制輸出的并行比較型 A/D 轉(zhuǎn)換器，需２ n 1個(gè)電壓比較器和 2n 1 個(gè)觸發(fā)器，編碼電路也隨 n 的增大變得相當(dāng)復(fù)雜。 因此，這種轉(zhuǎn)換器適用于高速， 精度較低的場合。 具有速度低，精度高，搞干擾等特點(diǎn)。逐次逼近型 A/D 轉(zhuǎn)換器 的工原理如 圖 所示 ： 圖 逐次逼近型 A/D 轉(zhuǎn)換器 工原理 第二節(jié) ADC0832 芯片簡介 ADC0832 芯片 具有以下特點(diǎn)： 8 位分辨率； 雙通道 A/D 轉(zhuǎn)換；