數(shù)字光強(qiáng)度檢測(cè)模塊設(shè)計(jì).doc

西華大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)1 前言1.1 設(shè)計(jì)選題設(shè)計(jì)選題一：數(shù)字光強(qiáng)度檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)1.2 任務(wù)及要求1.2.1 設(shè)計(jì)選題的任務(wù)結(jié)合單片機(jī)最小電路和光敏電阻電路共同設(shè)計(jì)一個(gè)基于單片機(jī)的數(shù)字光強(qiáng)度檢測(cè)系統(tǒng)，用數(shù)碼管顯示光照強(qiáng)度。還可以設(shè)置多個(gè)不同方向的光敏電阻，通過(guò)計(jì)算它們的光照強(qiáng)度運(yùn)用比較器以確定當(dāng)前的光照方向。(1)、實(shí)現(xiàn)單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)。(2)、焊接調(diào)試光敏電阻網(wǎng)絡(luò)。(3)、焊接調(diào)試AD電路，標(biāo)定光照強(qiáng)度基本單位。(4)、編寫單片機(jī)程序，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)管顯示。(5)、通過(guò)比較不同方向測(cè)得的光強(qiáng)數(shù)值判斷光照方向，在數(shù)碼管上顯示其方向。1.2.2 設(shè)計(jì)選題的要求(1)、無(wú)光照時(shí)數(shù)碼管顯示為零。(2)、用數(shù)碼管顯示光照強(qiáng)度，誤差范圍為510LUX(以白天中午室內(nèi)日光燈的光照強(qiáng)度為標(biāo)準(zhǔn)定義為100 LUX )。(3)、兩個(gè)小數(shù)點(diǎn)具體顯示光強(qiáng)方位(兩個(gè)小數(shù)點(diǎn)分別單獨(dú)亮和均不亮代表三個(gè)方位)。2 總體方案設(shè)計(jì)2.1 設(shè)計(jì)方案的提出與論證2.1.1 設(shè)計(jì)方案一采用光敏電阻、二極管和555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩電路，利用多諧振蕩電路的兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)輸出由此產(chǎn)生矩形波脈沖信號(hào)。而光敏電阻阻值會(huì)隨著光照強(qiáng)度的變化而發(fā)生變化，進(jìn)而使得多諧振蕩電路的周期變化，其輸出波形頻率也隨之改變。將其輸出模擬信號(hào)波形輸入到一個(gè)簡(jiǎn)易數(shù)字式頻率計(jì)通過(guò)兩位數(shù)碼管顯示出來(lái)，數(shù)字式頻率計(jì)主要由時(shí)基電路、閘門電路計(jì)數(shù)器、鎖存器、譯碼顯示電路和邏輯控制電路組成。具體實(shí)現(xiàn)框圖如下圖2.1所示：光敏電阻阻值變化多諧振蕩器電路周期變化 簡(jiǎn)易數(shù)字頻率計(jì)時(shí)基電路閘門電路計(jì)數(shù)器鎖存器譯碼顯示器邏輯控制電路 圖2.1 設(shè)計(jì)方案一原理框圖本方案采用性能穩(wěn)定且便宜的光敏電阻作為光照傳感器，通過(guò)光敏電阻值變化影響多諧振蕩電路的周期而檢測(cè)光強(qiáng)，性能較穩(wěn)定一些，靈敏度也較高，但是電路結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，所用元器件種類較多，實(shí)現(xiàn)和調(diào)試工作會(huì)比較困難，造價(jià)也較高，雖然能滿足穩(wěn)定性和靈敏度的要求，但不宜采用。2.1.2 設(shè)計(jì)方案二本方案采用光電二極管，利用其產(chǎn)生的電流隨光照增強(qiáng)的線性特性輸出模擬采樣電壓，并聯(lián)三條光敏二極管和電阻支路，將這三路電壓通過(guò)選通器循環(huán)輸入到模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0804將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，將數(shù)字信號(hào)通過(guò)通信模塊輸送給STC89C51單片機(jī)，通過(guò)比較后得出最大值，將最大值輸出并利用兩位數(shù)碼管顯示出來(lái)。具體框圖如下圖2.2所示： 89C51單片機(jī)光敏二極管接受光照輸出電流變化采集電阻兩端電壓運(yùn)算放大器兩位數(shù)碼管顯示模數(shù)轉(zhuǎn)換ADC圖2.2 設(shè)計(jì)方案二原理框圖對(duì)于本方案，采用線性好，響應(yīng)速度快的光敏二極管作為光照傳感器，故電路響應(yīng)速度快，靈敏度高。缺點(diǎn)是單獨(dú)使用輸出電流（或電壓）很小，需要加放大電路將采樣電壓進(jìn)一步放大，而加入運(yùn)放環(huán)節(jié)會(huì)由于運(yùn)放的零漂和易受溫度影響使得電路穩(wěn)定性降低，誤差增大。另外限于實(shí)驗(yàn)元器件的供給，實(shí)驗(yàn)中也不采用本方案。2.1.3 設(shè)計(jì)方案三采用三路光敏電阻支路并聯(lián)檢測(cè)光照強(qiáng)度，通過(guò)每一路可以得到一個(gè)模擬采樣電壓，將這三路電壓通過(guò)CD4051單8通道數(shù)字控制模擬電子開(kāi)關(guān)循環(huán)輸入到模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0804將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，將數(shù)字信號(hào)通過(guò)通信模塊輸送給STC89C51單片機(jī)，通過(guò)比較后得出最大值，將最大值輸出并利用兩位數(shù)碼管顯示出來(lái)。對(duì)于光強(qiáng)的方位，則通過(guò)控制兩位數(shù)碼管的兩個(gè)小數(shù)點(diǎn)的關(guān)斷與否來(lái)顯示出來(lái)，具體是兩個(gè)小數(shù)點(diǎn)分別單獨(dú)亮?xí)r對(duì)應(yīng)兩個(gè)方位，而兩個(gè)小數(shù)點(diǎn)均不亮?xí)r對(duì)應(yīng)另外一個(gè)方位。至此，可以將光照的強(qiáng)度以及光照的方位通過(guò)兩位數(shù)碼管顯示出來(lái)，完成了本設(shè)計(jì)選題的任務(wù)及要求。具體框圖如下圖2.3所示：控制信號(hào)89C51單片機(jī)光敏電阻采集模擬電壓輸出選擇模塊模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC通信模塊兩位數(shù)碼管顯示圖2.3 設(shè)計(jì)方案三原理框圖 本方案采用性能穩(wěn)定且便宜的光敏電阻作為光照傳感器，STC89C51單片機(jī)作為主控制器。性能穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)，不易受外界環(huán)境溫度等因素影響，靈敏度也較高，但是由于光照傳感器采用光敏電阻且為三條支路并聯(lián)采集模擬電壓信號(hào)，會(huì)存在一定的誤差?？傮w上來(lái)說(shuō)，本方案電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、所用元器件供給充足、成本造價(jià)低、性能穩(wěn)定且誤差范圍也在設(shè)計(jì)選題的要求之內(nèi)，能在簡(jiǎn)單低成本的基礎(chǔ)上很好的完成設(shè)計(jì)選題的任務(wù)，故實(shí)驗(yàn)中采用本方案。2.2 方案選擇 通過(guò)以上三種方案的設(shè)計(jì)，方案一采用光敏電阻作為光照傳感器，穩(wěn)定性和靈敏度雖然都能滿足設(shè)計(jì)選題的要求，但是電路結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)和調(diào)試都比較困難，在實(shí)驗(yàn)中不采用；方案二采用光敏二極管作為光照傳感器，線性度好，響應(yīng)速度快，但是需要額外添加運(yùn)放環(huán)節(jié)，對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性和誤差都會(huì)帶來(lái)不利影響，另外限于元器件的供應(yīng)，本實(shí)驗(yàn)中也不采用：而方案三采用光敏電阻作為光照傳感器，進(jìn)行模擬電壓采樣，通過(guò)ADC數(shù)模轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)傳送到51單片機(jī)中，進(jìn)而控制兩位數(shù)碼管顯示具體數(shù)值和方位，簡(jiǎn)單可行，成本造價(jià)低，故在實(shí)驗(yàn)中采用本方案。3單元模塊設(shè)計(jì)3.1個(gè)單元模塊功能介紹及電路設(shè)計(jì)3.1.1 光照強(qiáng)度檢測(cè)電路的設(shè)計(jì) 對(duì)于最終采用的方案三，其光照強(qiáng)度檢測(cè)電路如下圖3.1所示：圖3.1 設(shè)計(jì)方案光強(qiáng)檢測(cè)電路如上圖所示，采用三路光敏電阻支路并聯(lián)，其中一路串聯(lián)固定電阻，而另外兩組分別串聯(lián)一個(gè)電位器，均接在VCC和GND之間，采樣電壓為三個(gè)光敏電阻兩端所加電壓U1、U2、U3，對(duì)于這三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(guò)數(shù)碼管顯示出來(lái)。其中兩個(gè)電位器的作用是在后期的調(diào)試過(guò)程中，使得在外界給予三個(gè)方向的光敏電阻同樣強(qiáng)度的光照時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)電位器使得數(shù)碼管顯示光強(qiáng)數(shù)值相同。對(duì)于與兩個(gè)采樣電位器和采樣固定電阻的選取，由數(shù)字式萬(wàn)用電表對(duì)光敏電阻在無(wú)光照和正常光照時(shí)進(jìn)行測(cè)量，對(duì)應(yīng)阻值在2.1k歐姆11.2k歐姆之間變化，故固定電阻R1選取5k歐姆左右，綜合實(shí)驗(yàn)室的電阻元器件供給，本實(shí)驗(yàn)中選取4.7k歐姆；兩個(gè)電位器則選擇0-20k歐姆規(guī)格的靈敏電位器。3.1.2 電壓輸出選擇電路設(shè)計(jì)輸出選擇模塊采用CD4051芯片如下圖3.2所示：圖3.2 設(shè)計(jì)方案輸出模塊CD4051芯片電路結(jié)構(gòu)圖CD4051相當(dāng)于一個(gè)單刀八擲開(kāi)關(guān)，控制X0-X7八個(gè)通道的開(kāi)通和關(guān)斷，開(kāi)關(guān)接通哪一通道，由輸入的3位地址碼ABC來(lái)決定。本設(shè)計(jì)方案中將三路模擬采樣電壓U1U3分別接到X0-X2上，由單片機(jī)程序控制ABC管腳進(jìn)行循環(huán)采樣，進(jìn)而控制采樣電壓的輸出，通過(guò)X輸出端傳送給數(shù)模轉(zhuǎn)換器ADC0804芯片。3.1.3 數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊電路設(shè)計(jì) 本方案中采用ADC0804芯片進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，其電路結(jié)構(gòu)圖如下圖3.3所示。ADC0804模數(shù)轉(zhuǎn)換器是用CMOS集成工藝制成的逐次比較型摸數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。分辨率8位，轉(zhuǎn)換時(shí)間100s，輸入電壓范圍為05V，增加某些外部電路后，輸入模擬電壓可為5V。該芯片內(nèi)有輸出數(shù)據(jù)鎖存器，當(dāng)與計(jì)算機(jī)連接時(shí)，轉(zhuǎn)換電路的輸出可以直接連接在CPU數(shù)據(jù)總線上，無(wú)須附加邏輯接口電路。圖3.3 設(shè)計(jì)方案一數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊電路結(jié)構(gòu)圖在實(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(guò)它轉(zhuǎn)換為數(shù)值信號(hào)，通過(guò)八個(gè)管腳DB0DB7通過(guò)通信模塊傳送給單片機(jī)，對(duì)單片機(jī)進(jìn)行編程進(jìn)而控制兩位數(shù)碼管的顯示。其外接電阻的阻值已經(jīng)標(biāo)注在電路結(jié)構(gòu)圖中。對(duì)于ADC0804其接口時(shí)序及接口信號(hào)圖如下圖3.4所示：圖3.4 設(shè)計(jì)方案ADC0804接口時(shí)序及接口信號(hào)圖3.1.4 單片機(jī)最小系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì) 圖3.5 設(shè)計(jì)方案單片機(jī)最小系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)圖STC89C51功能強(qiáng)大、速度快、壽命長(zhǎng)、價(jià)格低，目前在市場(chǎng)上已經(jīng)是主流，其外型有40個(gè)引腳，雙列直插DIP-40。STC89C51可以完成ISP在線編程功能，而AT89C51則不能。將AT89C51中的程序直接燒錄到STC89C51中后，STC89C51就可以代替AT89C51直接工作（一般都不需要做任何改動(dòng)即可正常工作）。因此本實(shí)驗(yàn)中采用STC89C51單片機(jī)作為主控制器，其電路結(jié)構(gòu)如上圖3.5所示。對(duì)于電路中注意單片機(jī)要使用P0端口，必須外加上拉電阻，本實(shí)驗(yàn)方案中采用10K歐姆排阻。電路中P10P17管腳分別接到模數(shù)轉(zhuǎn)換電路ADC0804電路的DB0DB7管腳。另外其對(duì)應(yīng)的通信系統(tǒng)電路圖如下圖3.6所示：圖3.6 設(shè)計(jì)方案通信模塊電路結(jié)構(gòu)圖3.1.5 數(shù)碼管顯示電路的設(shè)計(jì) 用一個(gè)兩位數(shù)碼管來(lái)具體顯示光照強(qiáng)度的數(shù)值，兩位數(shù)碼管的兩個(gè)小數(shù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)顯示光強(qiáng)方位，主要由編程控制。數(shù)碼管電路結(jié)構(gòu)圖具體如下圖3.7所示：圖3.7 設(shè)計(jì)方案數(shù)碼管顯示電路結(jié)構(gòu)圖3.1.6 系統(tǒng)其它部分整個(gè)板子的電源由直流穩(wěn)壓電源供電，加5V電壓，由一六角自鎖開(kāi)關(guān)來(lái)控制通斷；單片機(jī)程序編譯軟件由Keil uVision2完成，單片機(jī)復(fù)位由一個(gè)小按鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)；單片機(jī)下載程序軟件則為STC-ISP V29 Beta5來(lái)完成。3.2 電路參數(shù)的計(jì)算及元器件的選擇 表1 元器件清單表元器件名稱型號(hào)數(shù)量 萬(wàn)用板 單片機(jī)STC89C51 DIP40 六角自鎖開(kāi)關(guān) 四角按鍵 30pf電容 12M晶振 Max232芯片 DIP16插座 104電容 串口頭 ADC0804 DIP20插座 電位器 LM358 DIP8插座 CD4051 兩位數(shù)碼管 三極管8550 光敏電阻 150pf電容1111121125111211112313.3 光照傳感器及敏感元件概述光照傳感器是基于光電效應(yīng)、將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的傳感器，其敏感元件是光電器件。光照傳感器主要由光敏元件組成。目前光敏元件發(fā)展迅速、品種繁多、應(yīng)用廣泛。主要有光敏電阻器、光電二極管、光電三極管、光電耦合器和光電池。3.3.1 光敏電阻器、光敏電阻原理光敏電阻器由能透光的半導(dǎo)體光電晶體構(gòu)成，因半導(dǎo)體光電晶體成分不同，又分為可見(jiàn)光光敏電阻（硫化鎘晶體）、紅外光光敏電阻（砷化鎵晶體）、和紫外光光敏電阻（硫化鋅晶體）。當(dāng)敏感波長(zhǎng)的光照半導(dǎo)體光電晶體表面，晶體內(nèi)載流子增加，使其電導(dǎo)率增加（即電阻減?。?。光敏電阻器是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)制成的一種電阻值隨入射光的強(qiáng)弱而改變的電阻器；入射光強(qiáng)，電阻減小，入射光弱，電阻增大。光敏電阻器一般用于光的測(cè)量、光的控制和光電轉(zhuǎn)換（將光的變化轉(zhuǎn)換為電的變化）。2、光敏電阻的應(yīng)用光敏電阻器廣泛應(yīng)用于各種自動(dòng)控制電路（如自動(dòng)照明燈控制電路、自動(dòng)報(bào)警電路等）、家用電器（如電視機(jī)中的亮度自動(dòng)調(diào)節(jié)，照相機(jī)中的自動(dòng)曝光控制等）及各種測(cè)量?jī)x器中。3.3.2 光敏二極管 光敏二極管是一種將光能變換為電能的器件，它利用了半導(dǎo)體的光生伏特效應(yīng)的原理。光敏二極管的優(yōu)點(diǎn)是線性好，響應(yīng)速度快，對(duì)寬范圍波長(zhǎng)的光具有較高的靈敏度，噪聲低；缺點(diǎn)是單獨(dú)使用輸出電流（或電壓）很小，需要加放大電路。4軟件設(shè)計(jì)4.1說(shuō)明軟件設(shè)計(jì)原理及設(shè)計(jì)所用工具本設(shè)計(jì)主要使用Protel以及ISIS軟件，通過(guò)它可以進(jìn)行原理圖的繪制以及仿真。下面介紹一些前面板對(duì)象共用屬性的用法。1）Visible 選項(xiàng)：選中該項(xiàng)表示開(kāi)啟柵格的功能。當(dāng)開(kāi)啟柵格顯示功能的時(shí)候，原理圖的圖紙背景中會(huì)出現(xiàn)網(wǎng)格。該選項(xiàng)后面的編輯框用于輸入顯示柵格的大小，單位為mil。2）Lib Ref編輯框：表示所要放置的元器件在元件庫(kù)中的名稱。Protel 99 SE就是根據(jù)這一名稱在當(dāng)前元件庫(kù)中進(jìn)行搜索，在用戶確定之后再將其從庫(kù)中調(diào)到工作區(qū)中的。3）Designator 編輯框：表示所要放置的元器件在原理圖中的元器件序號(hào)，每一個(gè)元器件都有一個(gè)唯一的元器件序號(hào)，它是元器件的唯一標(biāo)識(shí)符。4）Part Type編輯框：表示元器件的類型。默認(rèn)情況下，它與Lib Ref的內(nèi)容相同，也就是說(shuō)，該元件的類型就是它在相應(yīng)的元件庫(kù)中的名稱。4.2畫(huà)出軟件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖、說(shuō)明其功能本設(shè)計(jì)主要使用Protel及ISIS軟件，來(lái)設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)。本次設(shè)計(jì)數(shù)字光照強(qiáng)度檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)必須有五個(gè)部分，即：1)照強(qiáng)度檢測(cè)電路；2）電壓輸出選擇電路；3）數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊電路；4）單片機(jī)最小系統(tǒng)的電路；5）數(shù)碼管顯示電路。各部分功能分別為：1）在后期的調(diào)試過(guò)程中，使得在外界給予三個(gè)方向的光敏電阻同樣強(qiáng)度的光照時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)電位器使得數(shù)碼管顯示光強(qiáng)數(shù)值相同；2）控制采樣電壓的輸出，通過(guò)X輸出端傳送給數(shù)模轉(zhuǎn)換器ADC0804芯片；3）將CD4051循環(huán)輸出的模擬電壓接到ADC0804的6管腳輸入，通過(guò)它轉(zhuǎn)換為數(shù)值信號(hào)，通過(guò)八個(gè)管腳DB0DB7通過(guò)通信模塊傳送給單片機(jī)，對(duì)單片機(jī)進(jìn)行編程進(jìn)而控制兩位數(shù)碼管的顯示；4）作為主控制器；5）用一個(gè)兩位數(shù)碼管來(lái)具體顯示光照強(qiáng)度的數(shù)值，兩位數(shù)碼管的兩個(gè)小數(shù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)顯示光強(qiáng)方位。5系統(tǒng)調(diào)試5.1 電路板硬件焊接及調(diào)試硬件的焊接工作是軟件編程調(diào)試的基礎(chǔ)，硬件焊接的質(zhì)量對(duì)于一個(gè)系統(tǒng)的性能、穩(wěn)定性都有重要影響。5.1.1 準(zhǔn)備工作在進(jìn)行焊接之前，我首先對(duì)拿到手的所有元器件進(jìn)行測(cè)試以檢查其是否還能正常工作。對(duì)于三個(gè)光敏電阻、普通電阻、兩個(gè)三極管逐一測(cè)試，發(fā)現(xiàn)其中一個(gè)光敏電阻阻值基本不隨光照強(qiáng)度變化而變化，又進(jìn)行了調(diào)換。所有元器件基本測(cè)試完畢后，對(duì)其管腳進(jìn)行鍍錫，以保證電路可靠性和焊接質(zhì)量。緊接著在焊之前對(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(kāi)始硬件的焊接。5.1.2 焊接工作在焊接過(guò)程中，應(yīng)遵循以下原則：1)、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(guò)短，以免焊接時(shí)因過(guò)熱損壞元器件；2)、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；3)、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(wú)誤后在焊接，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(wú)虛焊，連焊等現(xiàn)象，確保焊接質(zhì)量。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，我在遵循上述原則的基礎(chǔ)上，同時(shí)對(duì)電路分塊進(jìn)行焊接。在分塊焊接的過(guò)程中首先對(duì)電路中的插座進(jìn)行了統(tǒng)一的焊接，再對(duì)電阻電容等小元器件進(jìn)行焊接，所有元器件焊完后，把每一塊內(nèi)部需要連接在一起的連接起來(lái)。這樣在各大塊完成的基礎(chǔ)上，再將塊與塊之間的連線焊上。至此，所有硬件基本焊接完畢。接下來(lái)對(duì)電路板的直流供電進(jìn)行焊接，將所有需要接到VCC端的點(diǎn)連接到一起，再加上六角自鎖開(kāi)關(guān)。最后將程序下載所需的串口焊接上，把過(guò)長(zhǎng)的引線剪斷并擦拭干凈，至此硬件焊接工作基本完畢。5.1.3 靜態(tài)測(cè)試 將集成電路元器件對(duì)準(zhǔn)方向裝上后，進(jìn)行硬件電路的檢查，加上5V直流電源，在確保所有元器件沒(méi)有過(guò)熱的前提下，利用數(shù)字式萬(wàn)用表直流電壓檔檢測(cè)各節(jié)點(diǎn)（包括芯片的電源管腳，地管腳等）進(jìn)行電壓測(cè)量，都符合條件。最后檢測(cè)光敏電阻支路節(jié)點(diǎn)電壓是否隨光照強(qiáng)度變化而變化，檢測(cè)結(jié)果為：當(dāng)無(wú)光照時(shí)電壓在0.15V左右；而白天室內(nèi)正常光照時(shí)，檢測(cè)電壓約為3.5V左右。靜態(tài)測(cè)試符合要求，接下來(lái)進(jìn)行下一步，即程序的調(diào)試。5.2 數(shù)碼管顯示電路及程序調(diào)試在進(jìn)行數(shù)碼管顯示電路的過(guò)程中，首先遇到了硬件上的問(wèn)題，在程序下載完畢后，數(shù)碼管沒(méi)有任何反應(yīng)，根本不亮，在經(jīng)過(guò)檢查后，發(fā)現(xiàn)可能是兩個(gè)三極管的問(wèn)題，將三極管拆下來(lái)進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)已經(jīng)損壞，再經(jīng)過(guò)調(diào)換重新焊接后，硬件電路恢復(fù)正常了，數(shù)碼管開(kāi)始亮起來(lái)，但數(shù)字一直在閃和跳變，同時(shí)小數(shù)點(diǎn)也在跳變。具體思考造成數(shù)碼管閃動(dòng)和數(shù)字跳變的原因，再經(jīng)過(guò)老師答疑，認(rèn)為是程序中對(duì)數(shù)據(jù)采樣沒(méi)有通過(guò)在一段時(shí)間內(nèi)采樣進(jìn)而求平均值的方法來(lái)采集數(shù)據(jù)，致使顯示數(shù)據(jù)隨著外界的小干擾一直在跳變。而數(shù)碼管在閃動(dòng)則是因?yàn)檠舆t時(shí)間設(shè)置過(guò)長(zhǎng)，超出了人的視覺(jué)暫留范圍，使人感覺(jué)到數(shù)字在閃動(dòng)。在明白了原因的基礎(chǔ)上，對(duì)程序進(jìn)一步修改和調(diào)試，最后數(shù)碼管很穩(wěn)定且靈敏度很高地顯示出了檢測(cè)到的光強(qiáng)值，且小數(shù)點(diǎn)與各個(gè)方位的對(duì)應(yīng)關(guān)系也是正確的。至此，軟件調(diào)試工作基本完畢，調(diào)試后的最終程序如下所示。最終程序：#include/單片機(jī)51頭文件,存放著單片機(jī)的寄存器#include /為了使用空指令加載的頭文件sbit smg2=P25;/數(shù)碼管位addata選sbit smg3=P24;/數(shù)碼管位選#define uchar unsigned char#define uint unsigned intunsigned char code table=0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90;/數(shù)碼管段選顯示 0-9unsigned char contrl;/小數(shù)點(diǎn)控制標(biāo)志sbit cs=P33; sbit wr=P35; sbit rd=P34; /AD控制管腳定義sbit a=P20;sbit b=P21;sbit c=P22; / CD4051通道選擇sbit LP=P23; /左邊小數(shù)點(diǎn)sbit RP=P26; /右邊小數(shù)點(diǎn)void delay(uint count) /delay uint i; while(count) i=5; while(i0) i-; count-; void delay_n(uint count) /delay uint i; while(count) i=1; while(i0) i-; count-; /*讀AD0804子程序*/unsigned char adc0804( void ) /讀AD0804子程序 unsigned char addata,i; rd=1;wr=1;/int1=1; /讀ADC0804前準(zhǔn)備P1=0xff; /P1全部置一準(zhǔn)備cs=0;wr=0;wr=1; /啟動(dòng)ADC0804開(kāi)始測(cè)電壓rd=0; /開(kāi)始讀轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)i=i; i=i; /無(wú)意義語(yǔ)句，用于延時(shí)等待ADC0804讀數(shù)完畢addata=P1;/讀出的數(shù)據(jù)賦與addaterd=1;cs=1;/讀數(shù)完畢addata=addata/2; return(addata);/返回最后讀出的數(shù)據(jù)void display(int temp) smg3=1; P0=tabletemp/10;/顯示十位 smg2=0; delay(25); smg2=1;/*/ smg2=1; P0=tabletemp%10;/顯示個(gè)位 smg3=0; delay(25); smg3=1;/*/unsigned char select(void) /判斷三個(gè)光照強(qiáng)度，輸出最大的 unsigned char right,mid,left,max; /*/ a=0;b=0;c=0;delay(2);right=adc0804();delay(6); /*/ a=1;b=0;c=0;delay(2);mid=adc0804();delay(6); /*/ a=0;b=1;c=0;delay(2);left=adc0804();delay(6);/*/ if (right=mid) if(right=left) max= right;contrl=1; else max=left;contrl=3; else if(mid=left) max=mid; contrl=2; else max=left; contrl=3; return (max);unsigned char Filter (void) unsigned char i; unsigned char value,sum1; unsigned int sum; sum=0; for(i=0;i3;i+) sum1=select(); sum +=sum1 ;delay_n(1); value=sum/3;if(value15) value=0 ; contrl=4; return(value);void main()uchar tt=0;uchar xx=0; while(1) xx= Filter();for(tt=0;tt10;tt+) display(xx); delay(100); switch(contrl) case 1: LP=1;RP=0; break;case 2: LP=1;RP=1; break;case 3: LP=0;RP=1; break;case 4: LP=1;RP=1; break;default:LP=1;RP=1; break; for(tt=0;tt5;tt+)display(xx);delay(100); 6系統(tǒng)功能、指標(biāo)參數(shù)6.1 測(cè)試方法A、測(cè)試項(xiàng)目：在無(wú)光情況下觀察數(shù)碼管是否顯示為00；在室內(nèi)用三個(gè)方向的光敏電阻依次對(duì)著光入射的方向觀測(cè)數(shù)碼管顯示值是否相等，以及是否是光從左側(cè)入射時(shí)顯示高位小數(shù)點(diǎn)、光從前側(cè)入射時(shí)不顯示小數(shù)點(diǎn)、光從右側(cè)入射時(shí)顯示低位小數(shù)點(diǎn)。B、如何測(cè)試：用keil軟件編程，程序說(shuō)明如下:【1】AD0804驅(qū)動(dòng)子程序，根據(jù)ADC0804時(shí)序圖編寫；unsigned char adc0804( void ) /讀AD0804子程序 unsigned char addata,i; rd=1;wr=1;/int1=1; /讀ADC0804前準(zhǔn)備P1=0xff; /P1全部置一準(zhǔn)備cs=0;wr=0;wr=1; /啟動(dòng)ADC0804開(kāi)始測(cè)電壓rd=0; /開(kāi)始讀轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)i=i; i=i; /無(wú)意義語(yǔ)句，用于延時(shí) /等待ADC0804讀數(shù)完畢addata=P1; /讀出的數(shù)據(jù)賦與addaterd=1;cs=1; /讀數(shù)完畢return(addata); /返回最后讀出的數(shù)據(jù) 【2】顯示子程序，依次顯示十位、個(gè)位；void display(int temp) /顯示程序 ge=1; delay(2); P2=tabletemp/10; /顯示十位shi=0; delay(2); shi=1; shi=1; P2=tabletemp%10; /顯示個(gè)位 ge=0; delay(2); ge=1;【3】轉(zhuǎn)換子程序，將采集轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)通過(guò)函數(shù)轉(zhuǎn)換成顯示數(shù)；uint zhuan(uchar temp) int x=255-temp;int y;if(x=250) /當(dāng)采集后數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)大于 /250時(shí)認(rèn)為最大光強(qiáng)顯示99y=99;if(x40&x250) /根據(jù)上述兩部分列出中間 /線性部分y=(x-40)*10/21;return(y);【4】數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)程序,分別采集三路數(shù)據(jù)，存入三個(gè)變量；uchar DATA0,DATA1,DATA2;a=0;b=0;c=0;DATA0=adc0804(); delay(2);a=1;b=0;c=0;DATA1=adc0804(); delay(2);a=0;b=1;c=0;DATA2=adc0804(); delay(2);【5】判斷光入射方向顯示程序，顯示光強(qiáng)及光照方向；if(DATA0=DATA1&DATA0=DATA2) /判斷哪路光最強(qiáng)display(zhuan(DATA0); /左路dp1=0;dp2=1;elseif(DATA1=DATA0&DATA1=DATA2)display(zhuan(DATA1);/中路dp1=1;dp2=1;elsedisplay(zhuan(DATA2);/右路dp1=1;dp2=0;6.2 測(cè)試數(shù)據(jù)和結(jié)果分析6.2.1 測(cè)試數(shù)據(jù)1) 、 通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)作品的調(diào)試，最后測(cè)試結(jié)果為：用手捂住三個(gè)光敏電阻時(shí)數(shù)碼管顯示為00，兩個(gè)小數(shù)點(diǎn)均不亮；數(shù)碼管能正常穩(wěn)定地顯示光照強(qiáng)度，顯示數(shù)值隨著光照強(qiáng)度的變化而靈敏變化，對(duì)于同一個(gè)光源具體測(cè)試數(shù)據(jù)如下表所示： 表5.1 各光敏電阻對(duì)應(yīng)最大光強(qiáng)和最小光強(qiáng)值 最大光強(qiáng)(LUX)最小光強(qiáng)(LUX)光敏電阻1890光敏電阻2880光敏電阻38802)、對(duì)方位顯示進(jìn)行測(cè)試，都是正確的。其中兩個(gè)小數(shù)點(diǎn)分別亮?xí)r對(duì)應(yīng)左右兩側(cè)的電阻，而兩個(gè)小數(shù)點(diǎn)均不亮?xí)r對(duì)應(yīng)中間方位的光敏電阻。3）、三路光敏電阻的檢測(cè)誤差均在合理范圍之內(nèi)。6.2.2 結(jié)果分析1)、光敏電阻作為光照傳感器，在精度要求不是很高的場(chǎng)合下，可以用于光照檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)，并實(shí)現(xiàn)對(duì)光照的檢測(cè)、控制和調(diào)節(jié)。2)、本作品最終實(shí)現(xiàn)所采用的方案易于擴(kuò)展和調(diào)試，但是有誤差，精度不高，并且系統(tǒng)的可靠性還有待進(jìn)一步提高。7總結(jié)與體會(huì)1)、在整個(gè)做實(shí)驗(yàn)過(guò)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(wèn)題加以分析，并最終解決問(wèn)題。只有這樣，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(wèn)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(wèn)題再返回來(lái)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(guò)程中，不要著急，自己按部就班，一步一步來(lái)，自己要有信心，只要遵循正確的方法慢慢來(lái)，自己一定能解決問(wèn)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。8參考文獻(xiàn)1姜威使用電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)北京：理工大學(xué)出版社.2羅杰、謝自美電子線路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試電子工業(yè)出版社.3范蠡果單片機(jī)實(shí)驗(yàn)與應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)國(guó)防工業(yè)出版社.4 郭天祥新概念51單片機(jī)C語(yǔ)言教程入門、提高、開(kāi)發(fā)、拓展北京：電子工業(yè)出版社，2009.5 陳曉平Protel 99 SE電子線路CAD應(yīng)用教程北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.6 童詩(shī)白、華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)M北京：高等教育出版社，2001.7 尹建華、張惠群微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)M北京：高等教育出版社，2003.8 王增福、魏永明新編線性直流穩(wěn)壓電源M北京：電子工業(yè)出版社，2004.9 李群芳、肖看單片機(jī)原理、接口及應(yīng)用M北京：清華大學(xué)出版社，2005.10 何立民單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)M北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2006.附錄1：實(shí)現(xiàn)方案總電路圖附錄2：系統(tǒng)初始化程序：根據(jù)要完成的功能，結(jié)合老師給的程序主體，初步編程如下，具體效果有待于進(jìn)一步的調(diào)試和修改。#include/單片機(jī)51頭文件,存放著單片機(jī)的寄存器#include /為了使用空指令加載的頭文件/sbit smg1=P26;/數(shù)碼管位選sbit smg2=P25;/數(shù)碼管位addata選sbit smg3=P24;/數(shù)碼管位選#define uchar unsigned char#define uint unsigned intunsigned char code table=0xC0,0xF9,0xA4,0x