基于LabVIEW光敏電阻特性測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、安徽建筑大學(xué)畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文)專 業(yè) 班 級(jí) 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 課 題 基于labview光敏電阻特性測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師 年 月 日目錄第一章 緒論第一節(jié) 光敏電阻的最新發(fā)展方向第二節(jié) 虛擬儀器的發(fā)展史及發(fā)展動(dòng)態(tài)第三節(jié) 光敏電阻測(cè)量的基本模型第二章光敏電阻的理論研究第一節(jié)光敏電阻的工作原理第二節(jié) 光敏電阻特性及主要參數(shù)第三節(jié) 幾種常見(jiàn)材料的光敏電阻及其特性第四節(jié) 所選光敏電阻型號(hào)第三章 虛擬儀器及l(fā)abview編程第一節(jié) 虛擬儀器第二節(jié) 軟件labview第三節(jié) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)第四節(jié) 轉(zhuǎn)換電路第四章 實(shí)驗(yàn)誤差分析及補(bǔ)償?shù)谝还?jié) 電阻測(cè)量誤差分析及補(bǔ)償?shù)诙?jié) 改善后的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證第五

2、章 總結(jié)參考文獻(xiàn)致謝 摘要在科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展的現(xiàn)代社會(huì)中，人類已經(jīng)入瞬息萬(wàn)變的信息時(shí)代，人們?cè)谌粘Ｉ?，生產(chǎn)過(guò)程中，主要依靠檢測(cè)技術(shù)對(duì)信息經(jīng)獲取、篩選和傳輸，來(lái)實(shí)現(xiàn)制動(dòng)控制，自動(dòng)調(diào)節(jié)。由于微電子技術(shù)，光電半導(dǎo)體技術(shù)，光導(dǎo)纖維技術(shù)以及光柵技術(shù)的發(fā)展，使得光電傳感器的技術(shù)不斷取得突破,應(yīng)用也越來(lái)越廣泛 .是基于光電效應(yīng)，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的一種傳感器，在國(guó)防、軍事、科學(xué)試驗(yàn)及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)都有應(yīng)用，主要用于各種光電控制系統(tǒng)，如光電自動(dòng)開(kāi)關(guān)門戶，航標(biāo)燈、路燈和其他照明系統(tǒng)的自動(dòng)亮滅，自動(dòng)給水和自動(dòng)停水裝置，機(jī)械上的自動(dòng)保護(hù)裝置和“位置檢測(cè)器”，極薄零件的厚度檢測(cè)器，照相機(jī)自動(dòng)曝光裝置，光電計(jì)數(shù)器，煙霧

3、報(bào)警器，光電跟蹤系統(tǒng)等方面. 本設(shè)計(jì)具有有線路簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)緊湊、價(jià)格低廉、性能優(yōu)越等特點(diǎn).關(guān)鍵詞：光敏電阻；虛擬儀器；labviewabstracts this design is entitled to the photoresistor to measure light intensity, the strength of the light to change the photosensitive resistor size, so that the output voltage changes, by measuring the size of the output voltage va

4、lue can be indirectly measuring the light intensity. the design of the light intensity alarm control system and the light intensity level display circuit and illumination brightness of the display. this design uses the stc microcontroller-based control circuit, digital display light intensity, light

5、 green, yellow, red led display brightness levels, to do with buzzer alarm circuit. the design of the circuit design principles and functions of various parts of the circuit can achieve, requiring a variety of basic electronic components, resistors, capacitors, diodes, transistors and other familiar

6、 and master the use of proteus simulation software protel 99 se software tools such as mapping software and use of them. ad of the internal microcontroller to convert analog into digital, programmed to control the various peripheral circuits and to achieve its function. the design of the circuit is

7、simple, compact, low cost, superior performance characteristics.第一章 緒論1.1 光敏電阻的最新發(fā)展方向光電傳感器及其相關(guān)技術(shù)的迅速發(fā)展，滿足了各類控制裝置及系統(tǒng)的更高要求，使得各領(lǐng)域的自動(dòng)化程度越來(lái)越高，同時(shí)光電傳感器重要性不斷提高。目前，光電傳感器發(fā)展的主要方向是：（1）多用途,一種光電傳感器不僅能這對(duì)一種物理量，而且能夠?qū)Χ喾N物理量進(jìn)行同時(shí)測(cè)量；（2）新型傳感材料、傳感技術(shù)等的開(kāi)發(fā)；（3）在惡劣條件下，如高溫、高壓條件，低成本傳感器的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用；（4）光電傳感器與其他微光學(xué)技術(shù)的發(fā)展.隨著測(cè)控系統(tǒng)自動(dòng)化、智能化的發(fā)展，要求

8、傳感器準(zhǔn)確度高、可靠性高、穩(wěn)定性好。而且具備一定得數(shù)據(jù)處理能力，并能夠自檢、自校、自補(bǔ)償。傳統(tǒng)的光電傳感器已不能滿足這樣的要求了。目前各國(guó)科學(xué)家正在按下列技術(shù)途徑開(kāi)發(fā)研究新材料的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用主要有一下幾個(gè)方面：光電子基礎(chǔ)材料、生長(zhǎng)源和關(guān)鍵設(shè)備目標(biāo)：突破新型生長(zhǎng)源關(guān)鍵制備技術(shù)，掌握相關(guān)的檢測(cè)技術(shù)：突破半導(dǎo)體光電子器件的基礎(chǔ)材料制備技術(shù)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。研究?jī)?nèi)容及主要指標(biāo)：高純四氯化硅(4n)的純化技術(shù)和規(guī)模化生產(chǎn)技術(shù)；高純(6n)三甲基銦規(guī)模化生產(chǎn)技術(shù)；可協(xié)變(compliant)對(duì)底關(guān)鍵技術(shù)；襯底材料制備與加工技術(shù)；用于平板顯示的光電子基礎(chǔ)材料與關(guān)鍵設(shè)備技術(shù)。人工晶體和全固態(tài)激光器技術(shù)目標(biāo)：研究探索

9、新型人工晶體材料與應(yīng)用技術(shù)，突破人工晶體的產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)，研制大功率全固態(tài)激光器，解決產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。研究?jī)?nèi)容及主要指標(biāo)：新型深紫外非線性光學(xué)晶體材料和全固態(tài)激光器；面向光子聲子應(yīng)用的人工微結(jié)構(gòu)晶體材料與器件；研究開(kāi)發(fā)瓦級(jí)紅、藍(lán)全固態(tài)激光器產(chǎn)業(yè)化技術(shù)，高損傷閩值光學(xué)鍍膜關(guān)鍵技術(shù)(b類)，基于全固態(tài)激光器的全色顯示技術(shù)；研究開(kāi)發(fā)大功率半導(dǎo)體激光器陣列光纖耦合模塊產(chǎn)業(yè)化技術(shù)；yb系列激光晶體技術(shù)。新型半導(dǎo)體材料與光電子器件技術(shù)目標(biāo)：重點(diǎn)研究白組裝半導(dǎo)體量子點(diǎn)、zno 晶體和低維量子結(jié)構(gòu)、窄禁帶氮化物等新型半導(dǎo)體材料及光電子器件技術(shù)。研究?jī)?nèi)容及主要指標(biāo)：研究zno 晶體、低維量子結(jié)構(gòu)材料技術(shù)，研

10、制短波長(zhǎng)光電子器件；自組裝量子點(diǎn)激光器技術(shù)；iiv族窄禁帶氮化物材抖及器件技術(shù)；光泵浦外腔式面發(fā)射半導(dǎo)體激光器。光電子材料與器件產(chǎn)業(yè)化質(zhì)量控制技術(shù)目標(biāo)：發(fā)展人工晶體與全固態(tài)激光器、gan基材料及器件表征評(píng)價(jià)技術(shù)，解決產(chǎn)：業(yè)化質(zhì)量控制關(guān)鍵技術(shù)。研究?jī)?nèi)容：重點(diǎn)研究人工晶體與 同態(tài)激光器、gan基材料及器件質(zhì)量監(jiān)測(cè)新方法與新技術(shù)，相關(guān)產(chǎn) 測(cè)試條件與數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化研究。利用新的加工技術(shù) (度全色顯示材料與器件應(yīng)用技術(shù))目標(biāo)：研究開(kāi)發(fā)用j 場(chǎng)致電子發(fā)射平板顯示器(fed)材料和器件結(jié)構(gòu)，以及超高亮度冷陰極發(fā)光管制作和應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)。說(shuō)明：等離子體平板 示器和高亮度、長(zhǎng)壽命有機(jī)發(fā)光器件(oled)和fed 的

11、產(chǎn)、 化關(guān)鍵技術(shù)將于“平板顯示專項(xiàng)”中考慮。研究?jī)?nèi)容：超高亮度冷陰極發(fā)光管制作和應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)；研制fed用的、能夠在低電壓下工作的新型冷陰極電子源結(jié)構(gòu)、新型冷陰極電子發(fā)射材料。超高密度光存儲(chǔ)材料與器件技術(shù)目標(biāo)：發(fā)展具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的超高密度、大容量、高速度光存儲(chǔ)材料和技術(shù)，達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，為發(fā)展超高密度光存儲(chǔ)產(chǎn)業(yè)打下基礎(chǔ)。研究?jī)?nèi)容： dvd光頭用光源和非球面透鏡等產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)：新型近場(chǎng)光存儲(chǔ)材料和器件。光傳感材料與器件技術(shù)目標(biāo)：以特殊環(huán)境應(yīng)用為目的，實(shí)現(xiàn)傳感元器件的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)開(kāi)發(fā)，研究開(kāi)發(fā)新型光電傳感器。研究?jī)?nèi)容：光纖光柵溫度、壓力、振動(dòng)傳感器的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)；銻化物半導(dǎo)體材料及室溫?zé)o制冷紅

12、外焦平面探測(cè)器技術(shù)；大氣監(jiān)測(cè)用高靈敏紅外探測(cè)器及其列陣；基于新概念、新原理的光電探測(cè)技術(shù)。新型有機(jī)光電子材料及器件目標(biāo)：研究開(kāi)發(fā)新型有機(jī)半導(dǎo)體材料及其在光顯示等領(lǐng)域的應(yīng)用。研究?jī)?nèi)容：有機(jī)非線性光學(xué)材料及其在全光光開(kāi)關(guān)中的應(yīng)用： 有機(jī)半導(dǎo)體薄膜晶體管材料與器件技術(shù)。利用新的測(cè)量原理和方法諧振式傳感器輸出的數(shù)字量，可以直接和微機(jī)及接口總線連接，不用ad 轉(zhuǎn)換器。另外，光纖傳感器、化學(xué)傳感器、生物傳感器等新型傳感器，為智能傳感器提供了新的信息來(lái)源。光電傳感器的智能化發(fā)展智能光電傳感器是當(dāng)今國(guó)際科技界研究的熱點(diǎn)、尚無(wú)統(tǒng)一的、確切的定義。目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者普遍認(rèn)為，智能光電傳感器是由傳統(tǒng)的光電傳感器和微處理

13、器(或微計(jì)算機(jī))相結(jié)合而構(gòu)成的，它充分利用計(jì)算機(jī)的計(jì)算和存儲(chǔ)能力，對(duì)傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并能對(duì)它的內(nèi)部行為進(jìn)行調(diào)節(jié)，使采集的數(shù)據(jù)最佳智能光電傳感器的功能有：自補(bǔ)償能力。自校準(zhǔn)功能，自診斷功能，數(shù)值處理功能，雙向通信功能，信息存儲(chǔ)和記憶功能，數(shù)字量輸出功能隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，智能傳感器的功能將逐步增強(qiáng)，它將利用人工神經(jīng)網(wǎng)、人工智能、信息處理技術(shù)(如傳感器信息融合技術(shù)、模糊理論等)，使傳感器具有更高級(jí)的智能具有分析、判斷、自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)的功能、可以完成圖像識(shí)別、特征檢測(cè)、多維檢測(cè)等復(fù)雜任務(wù)。1.2虛擬儀器的發(fā)展史及發(fā)展動(dòng)態(tài)（1）虛擬儀器的發(fā)展虛擬儀器的起源可以追朔到20世紀(jì)70年代，那時(shí)計(jì)算機(jī)測(cè)

14、控系統(tǒng)在國(guó)防、航天等領(lǐng)域已經(jīng)有了相當(dāng)?shù)陌l(fā)展，大致說(shuō)來(lái)，虛擬儀器發(fā)展至今，可以分為三個(gè)階段，而這三個(gè)階段又可以說(shuō)是同步進(jìn)行的。第一階段，利用計(jì)算機(jī)增強(qiáng)傳統(tǒng)儀器的功能。由于gpib總線標(biāo)準(zhǔn)的確立，計(jì)算機(jī)和外界通信成為可能，只需要把傳統(tǒng)儀器通過(guò)gpib和rs-232同計(jì)算機(jī)連接起來(lái)，用戶就可以用計(jì)算機(jī)控制儀器。隨著計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性能價(jià)格比的不斷上升，用計(jì)算機(jī)控制測(cè)控儀器成為一種趨勢(shì)。這一階段虛擬儀器的發(fā)展幾乎是直線前進(jìn)。 第二階段，開(kāi)放式的儀器構(gòu)成。儀器硬件上出現(xiàn)了兩大技術(shù)進(jìn)步：一是插入式計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理卡 ( plug-in pc-daq )；二是vxi儀器總線標(biāo)準(zhǔn)的確立。這些新的技術(shù)使儀器的構(gòu)成得以開(kāi)

15、放，消除了第一階段內(nèi)在的由用戶定義和供應(yīng)商定義儀器功能的區(qū)別。第三階段，虛擬儀器框架得到了廣泛認(rèn)同和采用。軟件領(lǐng)域面向?qū)ο蠹夹g(shù)把任何用戶構(gòu)建虛擬儀器需要知道的東西封裝起來(lái)。許多行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)在硬件和軟件領(lǐng)域以產(chǎn)生，幾個(gè)虛擬儀器平臺(tái)已經(jīng)得到認(rèn)可并逐漸成為虛擬儀器行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)工具。發(fā)展到這一階段，人們也認(rèn)識(shí)到了虛擬儀器軟件框架才是數(shù)據(jù)采集和儀器控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的關(guān)鍵.(2) 把虛擬儀器用于光敏電阻性能測(cè)試兩者相結(jié)合的特點(diǎn)虛擬儀器將所有的儀器控制信息均集中在軟件模塊中，可以采用多種方式顯示采集的數(shù)據(jù)、分析的結(jié)果和控制過(guò)程。這種對(duì)關(guān)鍵部分的轉(zhuǎn)移進(jìn)一步增加了虛擬儀器的靈活性。虛擬儀器利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的圖形用戶界

16、面，用計(jì)算機(jī)直接讀數(shù)。根據(jù)工程的實(shí)際需要，使用人員可以通過(guò)軟件編程或采用現(xiàn)有分析軟件，實(shí)時(shí)、直接地對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行各種分析與處理。虛擬儀器可實(shí)時(shí)、直接地對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯，也可通過(guò)計(jì)算機(jī)總線將數(shù)據(jù)傳輸?shù)酱鎯?chǔ)器或打印機(jī).1.3光敏電阻測(cè)量的基本模型第二章光敏電阻的理論研究2.1光敏電阻的工作原理2.1.1光敏電阻原理光敏電阻的工作原理是基于內(nèi)光電效應(yīng)。在半導(dǎo)體光敏材料兩端裝上電極引線，將其封裝在帶有透明窗的管殼里就構(gòu)成光敏電阻，為了增加靈敏度，兩電極常做成梳狀。用于制造光敏電阻的材料主要是金屬的硫化物、硒化物和碲化物等半導(dǎo)體。通常采用涂敷、噴涂、燒結(jié)等方法在絕緣襯底上制作很薄的光敏電阻體及梳狀歐姆電極

17、，接出引線，封裝在具有透光鏡的密封殼體內(nèi)，以免受潮影響其靈敏度。在黑暗環(huán)境里，它的電阻值很高，當(dāng)受到光照時(shí)，只要光子能量大于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度，則價(jià)帶中的電子吸收一個(gè)光子的能量后可躍遷到導(dǎo)帶，并在價(jià)帶中產(chǎn)生一個(gè)帶正電荷的空穴，這種由光照產(chǎn)生的電子空穴對(duì)增加了半導(dǎo)體材料中載流子的數(shù)目，使其電阻率變小，從而造成光敏電阻阻值下降.照愈強(qiáng)，阻值愈低.射光消失后，由光子激發(fā)產(chǎn)生的電子空穴對(duì)將復(fù)合，光敏電阻的阻值也就恢復(fù)原值。在光敏電阻兩端的金屬電極加上電壓，其中便有電流通過(guò)，受到一定波長(zhǎng)的光線照射時(shí)，電流就會(huì)隨光強(qiáng)的增大而變大，從而實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。光敏電阻沒(méi)有極性，純粹是一個(gè)電阻器件，使用時(shí)既可加直流電

18、壓，也加交流電壓.導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于半導(dǎo)體導(dǎo)帶內(nèi)載流子數(shù)目的多少2.1.2 光敏電阻使用時(shí)注意事項(xiàng)光敏電阻在使用中應(yīng)注意以下幾個(gè)問(wèn)題：(1)用于測(cè)光的光源光譜特性必須與光敏電阻的光電特性匹配;(2)要防止光敏電阻受雜散光的影響;(3)要防止使光敏電阻的電參數(shù)(電壓、功耗)超過(guò)允許值;(4)根據(jù)不同用途，選用不同特性的光敏電阻。一般說(shuō)，用于數(shù)字信息傳輸時(shí)，選用亮電阻與暗電阻差別大的光敏電阻為宜，且盡量選用光照指數(shù)大的光敏電阻;用于模擬信息傳輸時(shí)，則以選用光照指數(shù)值小的光敏電阻為好，因?yàn)檫@種光敏電阻的線性特性好 2.1.3光敏電阻檢測(cè)方法光敏電阻的好壞影響著物品的使用性能，下面我們就來(lái)介紹一下光

19、敏電阻的三種不同檢測(cè)方法：檢測(cè)方法a:用黑紙覆蓋光敏電阻,讓半透明的窗口保持完好，此時(shí)指針萬(wàn)用表電阻為無(wú)窮大。該值越高，光敏電阻的性能就越好。如果這個(gè)值是非常小或接近零，就表明光敏電阻燒毀損壞，不能繼續(xù)使用。檢測(cè)方法b:將光源對(duì)準(zhǔn)光敏電阻的半透明窗口。萬(wàn)用表的指針在這個(gè)時(shí)候應(yīng)該出現(xiàn)較大幅度的擺動(dòng)阻力要少得多一定數(shù)值越低，則表明它的光敏電阻性能越好。如果這個(gè)值甚至無(wú)限大，表明光敏電阻內(nèi)部損壞不能再繼續(xù)使用。檢測(cè)方法c:將光敏電阻透光窗口對(duì)準(zhǔn)入射光線，在陰涼處光敏電阻ldr半透明的感光窗口，用黑紙，設(shè)備指針左右擺動(dòng)的黑紙顫抖著。如果儀表指針始終停在一個(gè)位置的震動(dòng)和搖晃光敏電阻的光敏材料被損壞2.1

20、.4光敏電阻優(yōu)缺點(diǎn)缺點(diǎn)：根據(jù)不同的溫度影響較大響應(yīng)速度不快，在ms到s之間，延遲時(shí)間受入射光的光照度影響（光電二極管無(wú)此缺點(diǎn)，光電二極管靈敏度比光敏電阻高）比較耗材 優(yōu)點(diǎn)：環(huán)氧膠封裝（環(huán)氧涂層），可靠性（可靠性高）的尺寸?。w積小）和高靈敏度（高靈敏度），反應(yīng)速率（快速反應(yīng)）的光譜特性（良好的頻譜特性）該直流電源可獨(dú)立使用的內(nèi)部光電效應(yīng)和電極（光電二極管僅涉及）靈敏度和半導(dǎo)體材料，和波長(zhǎng)的入射光2.2光敏電阻特性及主要參數(shù)根據(jù)光敏電阻的光譜特性，可分為三種光敏電阻器：紫外光敏電阻器、紅外光敏電阻器、可見(jiàn)光光敏電阻器。光敏電阻的主要參數(shù)有： （1）光電流、亮電阻。光敏電阻器在一定的外加電壓下，當(dāng)

21、有光照射時(shí)，流過(guò)的電流稱為光電流，外加電壓與光電流之比稱為亮電阻，常用“100lx”表示（2）暗電流、暗電阻。光敏電阻在一定的外加電壓下，當(dāng)沒(méi)有光照射的時(shí)候，流過(guò)的電流稱為暗電流。外加電壓與暗電流之比稱為暗電阻，常用“0lx”表示。（3）靈敏度。靈敏度是指光敏電阻不受光照射時(shí)的電阻值（暗電阻）與受光照射時(shí)的電阻值（亮電阻）的相對(duì)變化值。（4）光譜響應(yīng)。光譜響應(yīng)又稱光譜靈敏度，是指光敏電阻在不同波長(zhǎng)的單色光照射下的靈敏度。若將不同波長(zhǎng)下的靈敏度畫成曲線，就可以得到光譜響應(yīng)的曲線。（5）光照特性。光照特性指光敏電阻輸出的電信號(hào)隨光照度而變化的特性。從光敏電阻的光照特性曲線可以看出，隨著的光照強(qiáng)度的

22、增加，光敏電阻的阻值開(kāi)始迅速下降。若進(jìn)一步增大光照強(qiáng)度，則電阻值變化減小，然后逐漸趨向平緩。在大多數(shù)情況下，該特性為非線性。（6）伏安特性曲線。伏安特性曲線用來(lái)描述光敏電阻的外加電壓與光電流的關(guān)系，對(duì)于光敏器件來(lái)說(shuō)，其光電流隨外加電壓的增大而增大。（7）溫度系數(shù)。光敏電阻的光電效應(yīng)受溫度影響較大，部分光敏電阻在低溫下的光電靈敏較高，而在高溫下的靈敏度則較低。（8）額定功率。額定功率是指光敏電阻用于某種線路中所允許消耗的功率，當(dāng)溫度升高時(shí)，其小號(hào)的功率就降低 硫化鎘光敏電阻的伏安特性 光敏電阻的光照特性 光敏電阻的光譜特性光敏電阻的頻率特性2.3光敏電阻各種特性實(shí)驗(yàn)測(cè)量一、暗電阻的測(cè)量 從gds

23、-型實(shí)驗(yàn)平臺(tái)備件箱中取出光敏電阻實(shí)驗(yàn)裝置，并將光敏電阻探測(cè)器實(shí)驗(yàn)裝置11 的引線連接到實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上的半導(dǎo)體光電傳感器插孔內(nèi)，并用導(dǎo)線將光敏電阻及測(cè)量電表連接成如圖2-1所示電路，電路中的電流表用實(shí)驗(yàn)平臺(tái)主機(jī)提供的數(shù)字微安表，電源也使用由實(shí)驗(yàn)平臺(tái)提供的數(shù)字電壓表，可調(diào)電源應(yīng)該用平臺(tái)上提供的12v電源、電位器、電阻與三極管等元器件自行設(shè)計(jì)裝調(diào)出可調(diào)電壓的電源。 實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)該首先測(cè)量光敏電阻的暗電阻。測(cè)量時(shí)千萬(wàn)不要打開(kāi)光敏電阻實(shí)驗(yàn)裝置的保護(hù)窗蓋，必須使它始終處于暗室狀態(tài)才能測(cè)出它的真實(shí)暗電阻，否則由于光敏電阻的慣性與前歷效應(yīng)使你在實(shí)驗(yàn)階段無(wú)法測(cè)出準(zhǔn)確的暗電阻。 按著如圖2-1所示的測(cè)量電路測(cè)出它的暗電

24、流id，它與電源電壓ubb之比的倒數(shù)即為光敏電阻的暗電阻rd。將所測(cè)得的電源電壓ubb值與電流id值分別填入表2-1，得到光敏電阻暗電阻的阻值。 表2-1光敏電阻暗電阻的測(cè)量二、亮電阻的測(cè)量 光敏電阻的亮電阻測(cè)量裝置如圖2-2所示，測(cè)量電路依然如圖2-1所示。當(dāng)光敏電阻在一定的光照下（可以用數(shù)字照度計(jì)事先測(cè)出led光源在不同電流下的照度值確定），測(cè)得的電流ip與電源電壓ubb（測(cè)量亮電阻時(shí)為確定值如12v）之比的倒數(shù)為光敏電阻的亮電阻阻值rl。將所測(cè)得的電源電壓ubb值與電流ip填入表2-2，利用測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算光敏電阻的亮電阻值。并在圖2-3中畫出亮電阻的特性曲線。三、光敏電阻光照特性的測(cè)量 利

25、用gds-型光電綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，按圖2-1所示的測(cè)量電路連接便可以進(jìn)行光敏電阻光照特性的測(cè)量實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)前，先將發(fā)光二極管用數(shù)字照度計(jì)進(jìn)行標(biāo)定，得到發(fā)光管電流if與受光面照度ev間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。然后，將光敏電阻的光敏面置于照度計(jì)標(biāo)定過(guò)的受光面上。通過(guò)改變發(fā)光管電流if獲得不同光照度ev所對(duì)應(yīng)的阻值rp。將if與阻值rp或（照度ev與阻值rp）用直角坐標(biāo)系畫出，該曲線即為光敏電阻的光照特性曲線。四、光敏電阻的伏安特性及其測(cè)量 利用gds-型光電綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)提供的硬件資源與示波輸入端口很容易構(gòu)成光敏電阻伏安特性的測(cè)量系統(tǒng)。光敏電阻的伏安特性是光敏電阻在一定光照下加在光敏電阻兩端的電壓u與流過(guò)的電流ip間

26、的關(guān)系曲線。由于光敏電阻的本質(zhì)是電阻，因此，伏安特性曲線應(yīng)為直線。 先將發(fā)光二極管光源與gds-型光電實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的電源連接起來(lái)，并用照度計(jì)測(cè)出光敏面的照度，并作記錄；再將光敏電阻探頭的光敏面安裝到受照面上，用連接線將光敏電阻和電源、測(cè)量?jī)x表連接成如圖2-1所示的測(cè)量電路。改變電源電壓，得到一族u與ip間的關(guān)系值，在如圖2-3所示直角坐標(biāo)系下畫出uip特性曲線，即為光敏電阻的伏安特性曲線。 圖2-4 鋸齒波與階梯波掃描波形圖當(dāng)然，利用光電實(shí)驗(yàn)平臺(tái)提供的如圖2-4所示的鋸齒波掃描電壓與同步階梯波可以很方便地測(cè)出光敏電阻的伏安特性曲線。測(cè)量方式為在如圖2-1 所示的電路中用鋸齒波掃描電壓代替電源，用階

27、梯波給led 光源提供階梯光照到光敏電阻上，用鋸齒波做x 軸掃描，用流過(guò)光敏電阻的電流在外接固定電阻上產(chǎn)生的電壓為y 軸就可以測(cè)出它的伏安特性曲線，如圖2-5 所示。圖2-5 光敏電阻的伏安特性實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)該先用平臺(tái)提供的led 光源與被測(cè)光敏電阻實(shí)驗(yàn)裝置與連接導(dǎo)線和元器件構(gòu)成測(cè)量電路。五、時(shí)間響應(yīng)特性及其測(cè)量 光敏電阻是半導(dǎo)體光電器件中時(shí)間響應(yīng)特性最強(qiáng)（或慣性最大）的器件，掌握它的測(cè)量方法有利于正確應(yīng)用這類器件，同時(shí)也為測(cè)量其他光電器件的時(shí)間響應(yīng)奠定基礎(chǔ)。 1. 時(shí)間響應(yīng)特性 參考“光電技術(shù)”第2 章2.2 節(jié)中光敏電阻時(shí)間響應(yīng)特性的內(nèi)容，掌握光敏電阻在弱輻射與強(qiáng)輻射條件下光敏電阻時(shí)間響應(yīng)的不

28、同。(1) 弱輻射條件下的時(shí)間響應(yīng) 設(shè)入射輻射如圖2-6 上方的方波所示光脈沖，其輻射通量 e 表示為光敏電阻的光電導(dǎo)率 和光電流ie 隨時(shí)間變化的規(guī)律為如圖2-6 下方所示的輸出波形，其變化規(guī)律為：式中 0 與ie0 分別為弱輻射作用下的光電導(dǎo)率和光電流的穩(wěn)態(tài)值。顯然，當(dāng)t r 時(shí)， = 0，ie =i e0；當(dāng)t = r 時(shí)， =0.63 0，i =0.63i e0； r 定義為光敏電阻的上升時(shí)間常數(shù)，即光敏電阻的光電流上升到穩(wěn)態(tài)值i e0 的63%所需要的時(shí)間。 停止輻射時(shí)，入射輻射通量 e 與時(shí)間的關(guān)系為同樣，可以推導(dǎo)出停止輻射情況下的光電導(dǎo)率和光電流隨時(shí)間的變化規(guī)律當(dāng)t = f時(shí)，

29、0 下降到 =0.37 0，i e0 下降到i =0.37i e0；當(dāng)t f 時(shí)， 0 與i e0 均下降到0；可見(jiàn)，在輻射停止后，光敏電阻的光電流下降到穩(wěn)態(tài)值的37%所需要的時(shí)間稱為光敏電阻的下降時(shí)間常數(shù)，記為 f。 顯然，光敏電阻在弱輻射作用下的上升時(shí)間常數(shù) r與下降時(shí)間常數(shù) f 近似相等。 （2）強(qiáng)輻射條件下的時(shí)間響應(yīng) 如圖2-7 所示為較強(qiáng)的輻射通量 e （圖的上方）脈沖作用于光敏電阻上時(shí)的輸出波形（圖的下方波形），無(wú)論對(duì)本征型還是雜質(zhì)型的光敏電阻，光激發(fā)載流子的變化規(guī)律由式（2-6） 表示。設(shè)入射輻射為方波脈沖光敏電阻電導(dǎo)率的變化規(guī)律為 s其光電流的變化規(guī)律為顯然，當(dāng)t 時(shí)， = 0

30、，ie =i e0；當(dāng)t= 時(shí)， =0.76 0，ie=0. 76 ie0。在強(qiáng)輻射入射時(shí)，光敏電阻的光電流上升到穩(wěn)態(tài)值的67%所需要的時(shí)間 r 定義為強(qiáng)輻射作用下的上升時(shí)間常數(shù)。 當(dāng)停止輻射時(shí)，由于光敏電阻體內(nèi)的光生電子和光生電荷需要通過(guò)復(fù)合才能恢復(fù)到輻射作用前的穩(wěn)定狀態(tài)，而且隨著復(fù)合的進(jìn)行，光生載流子數(shù)密度在減小，復(fù)合幾率在下降，所以，停止輻射的過(guò)渡過(guò)程要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于入射輻射的過(guò)程。停止輻射時(shí)光電導(dǎo)率和光電流的變化規(guī)律可表示為 2.3幾種常見(jiàn)材料的光敏電阻及其特性外觀尺寸： 基板:l3.3mm0.2mmw3.0mm0.1mmh1.8mm引線長(zhǎng):l36mm0.2mm /引線直徑：0.4mm封裝類

31、型：屬環(huán)氧樹(shù)脂封裝/直插型（dip)常用型號(hào)：lxd3526 / lxd3537 / lxd3548規(guī)格：光敏電阻4mm外觀描述: 基板:l12mm0.3mmw10.5mm0.2mmh2.5mm引線長(zhǎng):l36mm0.2mm /引線直徑：0.4mm封裝類型：屬環(huán)氧樹(shù)脂封裝/直插型（dip)常用型號(hào)：lxd12516 / lxd12528 / lxd12537 / lxd12539 / lxd12549 /規(guī)格：光敏電阻20mm系列 外觀描述: 基板:l20mm0.4mmh2.5mm引線長(zhǎng):l25mm2mm /引線直徑：1.0mm封裝類型：屬環(huán)氧樹(shù)脂封裝/直插型（dip)常用型號(hào)：lxd20516

32、 / lxd20528 / lxd20537 / lxd20539 / lxd20549 /規(guī)格：光敏電阻25mm系列 外觀描述: 基板:l25.5mm1.5mmw3.0mm0.1mh2.8mm引線長(zhǎng):l30mm0.2mm /引線直徑：1.0mm封裝類型：屬環(huán)氧樹(shù)脂封裝/直插型（dip)常用型號(hào)：lxd25516 / lxd25528 / lxd25537 / lxd25539 / lxd25549 /2.4 gl4526光敏電阻型號(hào)最大功耗(mw)環(huán)境溫度（）光譜峰值(nm)亮電阻(k)暗電阻（m最大電壓(vdc)價(jià)格（圓）直徑（mm）gl452650-30+70 54010-20 1150

33、14 gl4526光敏電阻第三章 虛擬儀器及l(fā)abview編程3.1虛擬儀器3.1.1虛擬儀器簡(jiǎn)介虛擬儀器技術(shù)就是利用高性能的模塊化硬件，結(jié)合高效靈活的軟件來(lái)完成各種測(cè)試、測(cè)量和自動(dòng)化的應(yīng)用。自1986年問(wèn)世以來(lái)，世界各國(guó)的工程師和科學(xué)家們都已將ni labview圖形化開(kāi)發(fā)工具用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期的各個(gè)環(huán)節(jié)，從而改善了產(chǎn)品質(zhì)量、縮短了產(chǎn)品投放市場(chǎng)的時(shí)間，并提高了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)效率。使用集成化的虛擬儀器環(huán)境與現(xiàn)實(shí)世界的信號(hào)相連，分析數(shù)據(jù)以獲取實(shí)用信息，共享信息成果，有助于在較大范圍內(nèi)提高生產(chǎn)效率。虛擬儀器提供的各種工具能滿足我們?nèi)魏雾?xiàng)目需要.3.1.2虛擬儀器的系統(tǒng)構(gòu)成 虛擬儀器由硬件設(shè)備與接口、

34、設(shè)備驅(qū)動(dòng)軟件和虛擬儀器面板組成。其中，硬件設(shè)備與接口可以是各種以pc為基礎(chǔ)的內(nèi)置功能插卡、通用接口總線接口卡、串行口、vxi總線儀器接口等設(shè)備，或者是其它各種可程控的外置測(cè)試設(shè)備，設(shè)備驅(qū)動(dòng)軟件是直接控制各種硬件接口的驅(qū)動(dòng)程序，虛擬儀器通過(guò)底層設(shè)備驅(qū)動(dòng)軟件與真實(shí)的儀器系統(tǒng)進(jìn)行通訊，并以虛擬儀器面板的形式在計(jì)算機(jī)屏幕上顯示與真實(shí)儀器面板操作元素相對(duì)應(yīng)的各種控件。用戶用鼠標(biāo)操作虛擬儀器的面板就如同操作真實(shí)儀器一樣真實(shí)與方便1.1 虛擬儀器系統(tǒng)的硬件構(gòu)成虛擬儀器的硬件系統(tǒng)一般分為計(jì)算機(jī)硬件平臺(tái)和測(cè)控功能硬件。計(jì)算機(jī)硬 專用虛擬儀器系統(tǒng)件平臺(tái)可以是各種類型的計(jì)算機(jī)，如臺(tái)式計(jì)算機(jī)、便攜式計(jì)算機(jī)、工作站、嵌

35、入式計(jì)算機(jī)等。它管理著虛擬儀器的軟件資源，是虛擬儀器的硬件基礎(chǔ)。因此，計(jì)算機(jī)技術(shù)在顯示、存儲(chǔ)能力、處理器性能、網(wǎng)絡(luò)、總線標(biāo)準(zhǔn)等方面的發(fā)展，導(dǎo)致了虛擬儀器系統(tǒng)的快速發(fā)展。按照測(cè)控功能硬件的不同，vi可分為daq、gpib、vxi、pxi和串口總線五種標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)，它們主要完成被測(cè)輸入信號(hào)的采集、放大、模/數(shù)轉(zhuǎn)換。1.2虛擬儀器系統(tǒng)的軟件構(gòu)成測(cè)試軟件是虛擬儀器的主心骨。ni公司在提出虛擬儀器概念并推出第一批實(shí)用成果時(shí)，就用軟件就是儀器來(lái)表達(dá)虛擬儀器的特征，強(qiáng)調(diào)軟件在虛擬儀器中的重要位置。ni公司從一開(kāi)始就推出豐富而又簡(jiǎn)潔的虛擬儀器開(kāi)發(fā)軟件。使用者可以根據(jù)不同的測(cè)試任務(wù)，在虛擬儀器開(kāi)發(fā)軟件的提示下編

36、制不同的測(cè)試軟件，來(lái)實(shí)現(xiàn)當(dāng)代科學(xué)技術(shù)復(fù)雜的測(cè)試任務(wù)。在虛擬儀器系統(tǒng)中用靈活強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)軟件代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器的某些硬件，特別是系統(tǒng)中應(yīng)用計(jì)算機(jī)直接參與測(cè)試信號(hào)的產(chǎn)生和測(cè)量特性的分析，使儀器中的一些硬件甚至整個(gè)儀器從系統(tǒng)中消失，而由計(jì)算機(jī)的軟硬件資源來(lái)完成它們的功能3.1.3虛擬儀器優(yōu)勢(shì)編輯本段優(yōu)勢(shì)同其他技術(shù)相比，虛擬儀器技術(shù)具有四大優(yōu)勢(shì)：性能高虛擬儀器技術(shù)是在pc技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，所以完全繼承 虛擬儀器系統(tǒng)框圖了以現(xiàn)成即用的pc技術(shù)為主導(dǎo)的最新商業(yè)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，包括功能超卓的處理器和文件i/o，使您在數(shù)據(jù)高速導(dǎo)入磁盤的同時(shí)就能實(shí)時(shí)地進(jìn)行復(fù)雜的分析。此外，不斷發(fā)展的因特網(wǎng)和越來(lái)越快的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)使得

37、虛擬儀器技術(shù)展現(xiàn)其更強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)。擴(kuò)展性強(qiáng)ni的軟硬件工具使得我們不再受限于當(dāng)前的技術(shù)中。這得益于ni軟件的靈活性，只需更新計(jì)算機(jī)或測(cè)量硬件，就能以最少的硬件投資和極少的、甚至無(wú)需軟件上的升級(jí)即可改進(jìn)整個(gè)系統(tǒng)。在利用最新科技的時(shí)候，我們可以把它們集成到現(xiàn)有的測(cè)量設(shè)備，最終以較少的成本加速產(chǎn)品上市的時(shí)間。開(kāi)發(fā)時(shí)間少在驅(qū)動(dòng)和應(yīng)用兩個(gè)層面上，ni高效的軟件構(gòu)架能與計(jì)算機(jī)、儀器 傳統(tǒng)儀器與虛擬儀器構(gòu)成比較儀表和通訊方面的最新技術(shù)結(jié)合在一起。ni設(shè)計(jì)這一軟件構(gòu)架的初衷就是為了方便用戶的操作，同時(shí)還提供了靈活性和強(qiáng)大的功能，使我們輕松地配置、創(chuàng)建、發(fā)布、維護(hù)和修改高性能、低成本的測(cè)量和控制解決方案3.2軟件

38、labview 3.2.1 軟件labviewlabview是一種程序開(kāi)發(fā)環(huán)境，由美國(guó)國(guó)家儀器（ni）公司研制開(kāi)發(fā)的，類似于c和basic開(kāi)發(fā)環(huán)境，但是labview與其他計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的顯著區(qū)別是：其他計(jì)算機(jī)語(yǔ)言都是采用基于文本的語(yǔ)言產(chǎn)生代碼，而labview使用的是圖形化編輯語(yǔ)言g編寫程序，產(chǎn)生的程序是框圖的形式。labview是一個(gè)革命性的圖形化開(kāi)發(fā)環(huán)境，內(nèi)置信號(hào)采集，測(cè)量分析和數(shù)據(jù)顯示功能，作為傳統(tǒng)的開(kāi)發(fā)工具的復(fù)雜性，為您提供強(qiáng)大的功能，也保證了系統(tǒng)的靈活性。 labview進(jìn)行廣泛的數(shù)據(jù)采集，分析和顯示功能集中在同一環(huán)境中，讓你可以根據(jù)自己的平臺(tái)上無(wú)縫地集成一套完整的應(yīng)用程序，它廣泛地被

39、工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和研究實(shí)驗(yàn)室所接受，視為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件。labview 2集成了與滿足 gpib、vxi、rs-232和 rs-485 協(xié)議的硬件及數(shù)據(jù)采集卡通訊的全部功能。它還內(nèi)置了便于應(yīng)用tcp/ip、activex等軟件標(biāo)準(zhǔn)的庫(kù)函數(shù)。這是一個(gè)功能強(qiáng)大且靈活的軟件。利用它可以方便地建立自己的虛擬儀器，其圖形化的界面使得編程及使用過(guò)程都生動(dòng)有趣特點(diǎn)是盡可能采用了通用的硬件，各種儀器的差異主要是軟件。可充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)的能力，有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，可以創(chuàng)造出功能更強(qiáng)的儀器。 用戶可以根據(jù)自己的需要定義和制造各種儀器。3.2.2 labview優(yōu)點(diǎn)待添加的隱藏文字內(nèi)容1labvie

40、w有很多優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)，尤其是在某些特殊領(lǐng)域其特點(diǎn)尤其突出。測(cè)試測(cè)量：labview最初就是為測(cè)試測(cè)量而設(shè)計(jì)的，因而測(cè)試測(cè)量也就是現(xiàn)在labview最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，labview在測(cè)試測(cè)量領(lǐng)域獲得了廣泛的承認(rèn)。至今，大多數(shù)主流的測(cè)試儀器、數(shù)據(jù)采集設(shè)備都擁有專門的labview驅(qū)動(dòng)程序，使用labview可以非常便捷的控制這些硬件設(shè)備。同時(shí)，用戶也可以十分方便地找到各種適用于測(cè)試測(cè)量領(lǐng)域的labview工具包。這些工具包幾乎覆蓋了用戶所需的所有功能，用戶在這些工具包的基礎(chǔ)上再開(kāi)發(fā)程序就容易多了。有時(shí)甚至于只需簡(jiǎn)單地調(diào)用幾個(gè)工具包中的函數(shù)，就可以組成一個(gè)完整的測(cè)試測(cè)量應(yīng)用程序?？刂疲嚎?/p>

41、制與測(cè)試是兩個(gè)相關(guān)度非常高的領(lǐng)域，從測(cè)試領(lǐng)域起家的labview自然而然地首先拓展至控制領(lǐng)域。labview擁有專門用于控制領(lǐng)域的模塊-labviewdsc。除此之外，工業(yè)控制領(lǐng)域常用的設(shè)備、數(shù)據(jù)線等通常也都帶有相應(yīng)的labview驅(qū)動(dòng)程序。使用labview可以非常方便的編制各種控制程序。仿真：labview包含了多種多樣的數(shù)學(xué)運(yùn)算函數(shù)，特別適合進(jìn)行模擬、仿真、原型設(shè)計(jì)等工作。在設(shè)計(jì)機(jī)電設(shè)備之前，可以先在計(jì)算機(jī)上用labview搭建仿真原型，驗(yàn)證設(shè)計(jì)的合理性，找到潛在的問(wèn)題。在高等教育領(lǐng)域，有時(shí)如果使用labview進(jìn)行軟件模擬，就可以達(dá)到同樣的效果，使學(xué)生不致失去實(shí)踐的機(jī)會(huì)。兒童教育：由于

42、圖形外觀漂亮且容易吸引兒童的注意力，同時(shí)圖形比文本更容易被兒童接受和理解，所以labview非常受少年兒童的歡迎。對(duì)于沒(méi)有任何計(jì)算機(jī)知識(shí)的兒童而言，可以把labview理解成是一種特殊的“積木”：把不同的原件搭在一起，就可以實(shí)現(xiàn)自己所需的功能。著名的可編程玩具“樂(lè)高積木”使用的就是labview編程語(yǔ)言。兒童經(jīng)過(guò)短暫的指導(dǎo)就可以利用樂(lè)高積木提供的積木搭建成各種車輛模型、機(jī)器人等，再使用labview編寫控制其運(yùn)動(dòng)和行為的程序。除了應(yīng)用于玩具，labview還有專門用于中小學(xué)生教學(xué)使用的版本?？焖匍_(kāi)發(fā)：根據(jù)筆者參與的一些項(xiàng)目統(tǒng)計(jì)，完成一個(gè)功能類似的大型應(yīng)用軟件，熟練的labview程序員所需的開(kāi)

43、發(fā)時(shí)間，大概只是熟練的c程序員所需時(shí)間的1/5左右。所以，如果項(xiàng)目開(kāi)發(fā)時(shí)間緊張，應(yīng)該優(yōu)先考慮使用labview，以縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間?？缙脚_(tái)：如果同一個(gè)程序需要運(yùn)行于多個(gè)硬件設(shè)備之上，也可以優(yōu)先考慮使用labview。labview具有良好的平臺(tái)一致性。labview的代碼不需任何修改就可以運(yùn)行在常見(jiàn)的三大臺(tái)式機(jī)操作系統(tǒng)上：windows、mac os 及 linux。除此之外，labview還支持各種實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和嵌入式設(shè)備，比如常見(jiàn)的pda、fpga以及運(yùn)行vxworks和pharlap系統(tǒng)的rt設(shè)備3.3數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)在計(jì)算機(jī)廣泛應(yīng)用的今天，數(shù)據(jù)采集的重要性是十分顯著的。它是計(jì)算機(jī)與外部

44、物理世界連接的橋梁.各種類型信號(hào)采集的難易程度差別很大。實(shí)際采集時(shí)，噪聲也可能帶來(lái)一些麻煩.數(shù)據(jù)采集時(shí)，有一些基本原理要注意，還有更多的實(shí)際的問(wèn)題要解決. 采樣頻率、抗混疊濾波器和樣本數(shù)假設(shè)現(xiàn)在對(duì)一個(gè)模擬信號(hào) x(t) 每隔t時(shí)間采樣一次。時(shí)間間隔t被稱為采樣間隔或者采樣周期。它的倒數(shù) 1/t被稱為采樣頻率，單位是采樣數(shù) / 每秒。 t=0, t,2 t,3 t . 等等，x(t) 的數(shù)值就被稱為采樣值。所有 x(0),xt),x(2t) 都是采樣值。下圖顯示了一個(gè)模擬信號(hào)和它采樣后的采樣值。樣間隔是t，注意，采樣點(diǎn)在時(shí)域上是分散的。模擬信號(hào)和采樣顯示如果對(duì)信號(hào)x(t)采集 n 個(gè)采樣點(diǎn)，那么

45、x(t)就可以用下面這個(gè)數(shù)列表示： 模擬信號(hào)和采樣顯示這個(gè)數(shù)列被稱為信號(hào)x(t)的數(shù)字化顯示或者采樣顯示。注意這個(gè)數(shù)列中僅僅用下標(biāo)變量編制索引，而不含有任何關(guān)于采樣率(或t)的信息。所以如果只知道該信號(hào)的采樣值，并不能知道它的采樣率，缺少了時(shí)間尺度，也不可能知道信號(hào)x(t)的頻率。 根據(jù)采樣定理，最低采樣頻率必須是信號(hào)頻率的兩倍。反過(guò)來(lái)說(shuō)，如果給定了采樣頻率，那么能夠正確顯示信號(hào)而不發(fā)生畸變的最大頻率叫做奈奎斯特頻率，它是采樣頻率的一半。如果信號(hào)中包含頻率高于奈奎斯特頻率的成分，信號(hào)將在直流和奈奎斯特頻率之間畸變。 圖2顯示了一個(gè)信號(hào)分別用合適的采樣率和過(guò)低的采樣率進(jìn)行采樣的結(jié)果。采樣率過(guò)低的

46、結(jié)果是還原的信號(hào)的頻率看上去與原始信號(hào)不同。這種信號(hào)畸變叫做混疊(alias)。出現(xiàn)的混頻偏差(alias frequency)是輸入信號(hào)的頻率和最靠近的采樣率整數(shù)倍的差的絕對(duì)值。不同采樣率的采樣結(jié)果不同采樣率的采樣結(jié)果圖3給出了一個(gè)例子。假設(shè)采樣頻率fs是100hz, 信號(hào)中含有25、70、160、和510hz的成分。說(shuō)明混疊的例子采樣的結(jié)果將會(huì)是低于奈奎斯特頻率(fs/2=50 hz)的信號(hào)可以被正確采樣。而頻率高于50hz的信號(hào)成分采樣時(shí)會(huì)發(fā)生畸變。分別產(chǎn)生了30 、40和10 hz 的畸變頻率 f2、f3和f4 。計(jì)算混頻偏差的公式是： 混頻偏差abs(采樣頻率的最近整數(shù)倍輸入頻率其中

47、abs表示絕對(duì)值，例如：混頻偏差 f2 = |100-70| = 30 hz混頻偏差 f3 = |(2)100-160| = 40 hz混頻偏差 f4 = |(5)100-510| = 10 hz為了避免這種情況的發(fā)生，通常在信號(hào)被采集(a/d)之前，經(jīng)過(guò)一個(gè)低通濾波器，將信號(hào)中高于奈奎斯特頻率的信號(hào)成分濾去。在圖的例子中，這個(gè)濾波器的截止頻率自然是25hz 。這個(gè)濾波器稱為抗混疊濾波器。采樣頻率應(yīng)當(dāng)怎樣設(shè)置呢？也許你可能會(huì)首先考慮用采集卡支持的最大頻率。但是，較長(zhǎng)時(shí)間使用很高的采樣率可能會(huì)導(dǎo)致沒(méi)有足夠的內(nèi)存或者硬盤存儲(chǔ)數(shù)據(jù)太慢。理論上設(shè)置采樣頻率為被采集信號(hào)最高頻率成分的2倍就夠了，實(shí)際上工

48、程中選用510倍，有時(shí)為了較好地還原波形，甚至更高一些。通常，信號(hào)采集后都要去做適當(dāng)?shù)男盘?hào)處理，例如 fft 等。這里對(duì)樣本數(shù)又有一個(gè)要求，一般不能只提供一個(gè)信號(hào)周期的數(shù)據(jù)樣本，希望有510個(gè)周期，甚至更多的樣本。并且希望所提供的樣本總數(shù)是整周期個(gè)數(shù)的。這里又發(fā)生一個(gè)困難，有時(shí)我們并不知道，或不確切知道被采信號(hào)的頻率，因此不但采樣率不一定是信號(hào)頻率的整倍數(shù)，也不能保證提供整周期數(shù)的樣本。我們所有的僅僅是一個(gè)時(shí)間序列的離散的函數(shù) x(n) 和采樣頻率。這是測(cè)量與分析的唯一依據(jù)3.4轉(zhuǎn)換電路 轉(zhuǎn)換器是將一種信號(hào)轉(zhuǎn)換成另一種信號(hào)的裝置。信號(hào)是信息存在的形式或載體。在自動(dòng)化儀表設(shè)備和自動(dòng)控制系統(tǒng)中，常

49、將一種信號(hào)轉(zhuǎn)換成另一種與標(biāo)準(zhǔn)量或參考量比較后的信號(hào)，以便將兩類儀表聯(lián)接起來(lái)。一般是將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換電壓信號(hào)或者電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)3.4.1 電平轉(zhuǎn)換電路在數(shù)字電路系統(tǒng)中，一般情況下，不同種類器件(如ttl、cmos、hcmos等)不能直接相連；電源電壓不同的cmos、hcmos器件因輸出電平不同也不能直接相連，這就涉及到電平轉(zhuǎn)換問(wèn)題。所幸的是目前單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中的mcu、存儲(chǔ)器、p監(jiān)控芯片、i/o擴(kuò)展與接口電路芯片等多采用hcmos工藝；另一方面74ls系列數(shù)字電路芯片已普遍被74hc系列芯片所取代。即數(shù)字電路系統(tǒng)中的門電路、觸發(fā)器、驅(qū)動(dòng)器盡可能采用74hc系列（或高速的74ahc系列）芯片

50、、cd40系列或cd45系列的cmos器件(速度較hcmos系列慢，但功耗比hc系列芯片低、電源電壓范圍寬。當(dāng)電源電壓大于5.5v時(shí)，cmos數(shù)字邏輯器件就成了唯一可選的數(shù)字ic芯片)，盡量不用74ls系列芯片(速度與74hc系列相同，但電源范圍限制為5.0v5%、功耗大、價(jià)格甚至比74hc系列高)與74系列(在74系列中，只有輸出級(jí)可承受高壓的7406、7407 oc門電路芯片仍在使用)。根據(jù)cmos、hcmos芯片輸出高低電平特征、輸入高低電平范圍，在電源電壓相同，且不大于5.5v情況下，這些芯片能直接相連。因此，在現(xiàn)代數(shù)字電子電路中只需解決不同電源電壓cmos、hcmos器件之間的連接問(wèn)

51、題。3.4.2高壓器件驅(qū)動(dòng)低壓器件接口電路高壓器件驅(qū)動(dòng)低壓器件(如5v驅(qū)動(dòng)3v或9v驅(qū)動(dòng)5v、3v)時(shí)，一般不能直接相連，應(yīng)根據(jù)高壓器件輸出口結(jié)構(gòu)(漏極開(kāi)路的od門、準(zhǔn)雙向或cmos互補(bǔ)推挽輸出)選擇相應(yīng)的接口電路。對(duì)于od輸出引腳，可采用圖7-42(a)所示電路，上拉電阻r一般取10k510k之間，具體數(shù)值與前級(jí)輸出信號(hào)頻率有關(guān)：輸出信號(hào)頻率高，如1mhz以上方波信號(hào)，r取小一些；輸出信號(hào)頻率低，r可取大一些，以減小輸出低電平時(shí)上拉電阻r的功耗。對(duì)于cmos互補(bǔ)推挽輸出、準(zhǔn)雙向(如mcs-51的p1、p2、p3口)輸出，須在兩者之間加隔離二極管，如圖7-42(b)所示，其中電阻r選擇與圖(a

52、)相同，二極管d可采用小功率開(kāi)關(guān)二極管，如1n4148。前級(jí)輸出高電平時(shí),二極管d截止，后級(jí)輸入高電平電壓接近電源電壓。當(dāng)前級(jí)輸出低電平時(shí)，二極管d導(dǎo)通，后級(jí)輸入低電平電壓=+(二極管導(dǎo)通壓降)。顯然1.0v，就能正常工作儀器用于機(jī)房和通信設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)中，干擾源較多。為了減少對(duì)采樣數(shù)據(jù)的干擾，提高儀器系統(tǒng)性能，在數(shù)據(jù)處理之前，需對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字濾波。所謂數(shù)字濾波，就是通過(guò)特定的計(jì)算程序處理，減少干擾信號(hào)在有用信號(hào)中所占的比例，實(shí)質(zhì)上是一種程序?yàn)V波第四章 實(shí)驗(yàn)誤差分析及補(bǔ)償4.1電阻測(cè)量誤差分析及補(bǔ)償4.1.1實(shí)驗(yàn)方案說(shuō)明 (1)傳感器選擇：選用光敏電阻作為采集光照信號(hào)的傳感器。(2)電阻測(cè)試：

53、在室外太陽(yáng)光強(qiáng)照射下、室內(nèi)適宜光照下、室內(nèi)昏暗條件下三種光照條件下分別測(cè)的光敏電阻的阻值為=15.6k歐。(3)方案原理圖：系統(tǒng)功能描述：考慮到系統(tǒng)的實(shí)用價(jià)值,確定了光照適宜時(shí)的光敏電阻值的范圍為1.4-3.6k歐，當(dāng)光照過(guò)強(qiáng)時(shí)，led1點(diǎn)亮，蜂鳴器報(bào)警；光照適宜時(shí)，led2點(diǎn)亮；黑暗時(shí)，led3點(diǎn)亮，蜂鳴器也報(bào)警。即光照不適宜時(shí)就會(huì)報(bào)警，所以該系統(tǒng)不但可以完成光強(qiáng)的顯示、報(bào)警，而且可以判斷光照是否適宜。原理框圖如下：數(shù)碼管顯示電路報(bào)警電路光敏電阻光敏電阻信號(hào)轉(zhuǎn)換電路信號(hào)處理電路 圖1 原理框圖4.1.2方案論證(1)光照強(qiáng)度的信號(hào)采集部分采用光敏電阻作為信號(hào)采集器件。光敏電阻是基于光電導(dǎo)效應(yīng)的一種光電器件，無(wú)光照時(shí), 光敏電阻值（暗電阻）很大, 電路中電流（暗電流）很?。?當(dāng)受到光照時(shí)，半導(dǎo)體材料電導(dǎo)率增加，電阻減小。其阻值隨光照增強(qiáng)而減小。光敏電阻作為光電式傳感器的一種，它具有