光强检测系统设计报告

电子设计自动化实训说明书题目：光强检测系统设计系部：信息与控制工程学院专业：电子信息工程班级：学生姓名：学号：指导教师：戴曰章2010年12月9日电子设计实训说明书目录1引言................................................................12设计任务及要求......................................................12.1基本要求.........................................................12.2主要器件及功能...................................................13总体框图及原理......................................................24电路原理............................................................34.1电源电路.........................................................34.2最小系统电路.....................................................34.3显示电路.........................................................54.4检测电路.........................................................64.5数据传输电路.....................................................74.6A/D转换电路.....................................................84.7继电器控制电路...................................................95PCB版图设计........................................................116实训总结...........................................................12参考文献..............................................................13电子设计实训说明书11引言工农业生产中对光照强度的要求越来越高，为了更好的利用光照来提高生产，应精确的检测并控制光照的强度。本设计基于此目的，设计了简单的光强检测系统。2设计任务及要求2.1基本要求：设计制作一套单片机光照强度控制系统，包括：（1）硬件原理图（2）印制板PCB图2.2主要器件及功能器件功能STC89C52实现对系统的控制MAX232CPE实现串口通讯功能驱动与串口数据接收功能继电器实现对光强的控制数码管实现对光强的显示TLC1543实现A/D转换光敏电阻实现对光照的采集电源给系统提供稳定电压电子设计实训说明书23总体框图及原理图3.1总体框图设计原理：本设计采用了STC89C52单片机组成光照控制系统，可以实现对光强的控制。光强传感器采用了光敏电阻,对光照强度进行实时采样。通过A/D转换模块将采集到的模拟信号转换成数字信号，再通过串行编程模块将其传入到单片机进行处理。然后通过数码管显示，用继电器控制光照，以此达到对光照强度的控制。光照传感器STC89C52单片机基本控制系统LCD显示键盘继电器光照模数转换器串行输入电子设计实训说明书34电路原理4.1电源电路图4.1电源模块电源模块原理：本电路将USB电流作输入，通过滤波、稳压等将电流转换成稳定的电压给系统供电。4.2最小系统电路电子设计实训说明书4图4.2MCU最小系统MCU最小系统工作原理：设计中选用STC89C52单片机，共有四个8位的I/O口,外加12MHz晶振提供时钟信号，采用上电复位模式，P2.2口号和采样与处理器件MAX232CPE通讯，直接输入12位数字量到89C52内进行处理，P2.0口输出控制信号与外接电源构成回路来控制固态继电器的输入信号，P0口与LCD液晶显示模块连接，用于实时光照显示和控制。电子设计实训说明书54.3显示电路图4.3数码管显示模块数码管显示原理：数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元（多一个小数点显示）；按能显示多少个“8”可分为1位、2位、4位等等数码管；按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极(COM)的数码管。共阳数码管在应用时应将公共极COM接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极(COM)的数码管。共阴数码管在应用时应将公共极COM接到地线GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们要的数字，因此根据数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类。①静态显示驱动：静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的I/O端口进行驱动，或者使用如BCD码二-十进制译码器译码进行驱动。静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用I/O端口多，如驱动5个数码管静态显示则需要5×8＝40根I/O端口来驱动，要知道一个89S51单片机可用的I/O端口才32个），实际应用时必须增加译码驱动器进行驱动，增加了硬件电路的复杂性。电子设计实训说明书6②动态显示驱动：数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为1～2ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O端口，而且功耗更低。4.4检测电路图4.4光强转换模块光强转换模块原理：光照通过R16光传感器将光照强弱转换成电信号并将其传输到A/D转换模块。电子设计实训说明书74.5数据传输电路图4.5串行编程模块串行编程模块原理：实现串口通讯功能驱动与串口数据接收功能集成IC这个max232cpe的芯片必须+5V电源才会工作。主要用在外围设备中主要起到与电脑或单片机这一块串口通讯。电子设计实训说明书84.6A/D转换电路图4.6A/D转换模块TLC1543简介：TLC1543是由TI公司开发的开关电容式AD转换器，该芯片具有如下的一些特点：10位精度、11通道、三种内建的自测模式、提供EOC（转换完成）信号等。该芯片与单片机的接口采用串行接口方式，引线很少，与单片机连接简单。图1是TLC1543的引脚示意图，其中A0~A10是11路输入，Vcc和GND分别是电源引脚，REF+和REF-分别是参考电源的正负引脚，使用时一般将REF-接到系统的地，达到一点接地的要求，以减少干扰。其余的引脚是TLC1543与CPU的接口，其中CS为片选端，如不需选片，可直接接地。I/OClock是芯片的时钟端，Adress是地址选择端，DataOut是数据输出端，这三根引脚分别接到CPU的三个I/O端即可。EOC用于指示一次AD转换已完成，CPU可以读取数据，该引脚是低电平有效，根据需要，该引脚可接入CPU的中断引脚，一旦数据转换完成，向CPU提出中断请求；此外，也可将该引脚接入一个普通的I/O引脚，CPU通过查询该引脚的状态来了解当前的状态，甚至该引脚也可以不接，在CPU向TLC1543发出转换命令后，过一段固定的时间去读取数据即可。模数转换的过程：模数转换包括采样、保持、量化和编码四个过程。在某些特定的时刻对这种模拟信号进行测量叫做采样，量化噪声及接收机噪声等因素的影响，采样速率一般取max5.2ffs。通常采样脉冲的宽度wt是很短的，故采样输出是断续电子设计实训说明书9的窄脉冲。要把一个采样输出信号数字化，需要将采样输出所得的瞬时模拟信号保持一段时间，这就是保持过程。量化是将连续幅度的抽样信号转换成离散时间、离散幅度的数字信号，量化的主要问题就是量化误差。假设噪声信号在量化电平中是均匀分布的，则量化噪声均方值与量化间隔和模数转换器的输入阻抗值有关。编码是将量化后的信号编码成二进制代码输出。这些过程有些是合并进行的，例如，采样和保持就利用一个电路连续完成，量化和编码也是在转换过程中同时实现的，且所用时间又是保持时间的一部分。4.7继电器控制电路图4.7继电器模块继电器模块驱动原理：当STC89C52单片机的P3.5引脚输出低电平时，三极管T5饱和导通，+5V电源见到继电器线圈两端，继电器吸合，同时状态指示的发光二极管也点亮，继电器的常开触点闭合，相当于开关闭合。当STC89C52单片机P3.5引脚输出高电平时，三极管T5截止，继电器线圈两端没有电位差，继电器衔铁释放，同时状态指示的发光二极管也熄灭，继电器的常开触点释放，相当于开关断开。注：在三极管截止的瞬间，由于线圈中的电流不能突变为零，继电器线圈两端会产生一个较高电压的感应电动电子设计实训说明书10势，线圈产生的感应电动势则可以通过二极管释放，从而保护了三极管免被击穿，也消除了感应电动势对其他电路的干扰，这就是二极管的保护作用。电子设计实训说明书115PCB版图设计图5.1PCB版图设计电子设计实训说明书126实训总结通过这次实习,我们熟练掌握了常用的电工工具的使用方法和注意事项，使我们对电子工艺的理论有了更深入的了解.我们熟悉了从设计电路，仿真，制板，焊接，调试电路的技巧,工作原理与组成元件的作用等.这些知识不仅仅是在课堂上有效,对以后的学习也同样有很重要的意义.而且在日常生活中也有着非常现实的意义.同时还培养了我们的团队合作精神.我们明白了,在团队里面.光靠一个人的力量是远远不够的.只有大家齐心协力、共同合作才能够又快又好地完成任务.这次的实习对自己的动手能力是一个很大的锻炼.我们平时都只注重理论方面的学习,而往往忽略了实践的重要性.俗话说:实践是检验真理的唯一标准.没有足够的动手能力,很难在未来的科研尤其是实验研究中有所成就.在实习中,我们锻炼了自己的动手能力,掌握了操作技巧,提高了自己动手解决问题的能力.比如电路板的制作就是一个不小的挑战，稍不留神就会在过塑的时候出错，电路图印在板上不完全。但我们在面对困难的时候没有退却，经过5次重复实验最后还是较好的完成了任务.两周的实习很短暂,但却给我们以后的道路指出一条明路,那就是思考着做事,事半功倍,更重要的是,做事的心态,也可以得到磨练,可以改变很多不良的习惯,例如：在电工实习过程中,起初效率低.为什么呢?那是因为在开始的时候大家并没有进行明确的分工.三个人中只有一个人在做,另外两个人更像是与实验无关的局外人.而且在开工前,也没有统一意见,彼此缺少应有的默契.而通过不断的磨合,心与心的交流以及对操作的逐渐熟练,使我