1、基于 SI 光电池的照度计设计与调试一、实验目的1、 熟练掌握光电池的性能、参数及设计应用。2、 综合运用光电技术、模拟电路、数字电路和微控制器知识，用光电池设计一个照度计。3、 熟练掌握光电信号处理系统的调试技术。二、实验仪器面包板两块；硅光电池 1 个；ADC0809 一块；1602 液晶一块；51 单片机一块；三极管一个；晶振一个；滑动变阻器、电阻、电容若干；导线若干；3、 实验原理 照度计系统框图1.硅光电池硅光电池是一种直接把光能转换成电能的半导体器件。它的结构很简单，核心部分是一个大面积的 PN 结，硅光电池的 PN 结面积比二极管的 PN 结大得多，所以受到的光照时产生的电动势和
2、电流也大得多。典型的硅光电池在可见光范围内具有较好的光谱响应特性，其光谱响应波长一般为 0.4-1.1um，峰值响应波长为 0.9um，适合作为一般情况（通常硅光电池的使用温度应该限制在 125以内）光照度检测的探测器使用。在不同光照度下，硅光电池有不同的电信号输出值，且二者之间具有单值对应关系，据此，我们通过检测其电信号输出值并根据其输出特性关系，便可以得到对应的光照度信息，已达到光照度检测的目的。2 ADC0809 芯片ADC0809 是 M 美国国家半导体公司生产的 CMOS 工艺 8 通道，8 位逐次逼近式 A/D转换器。其内部有一个 8 通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号
3、，只选通 8路模拟输入信号中的一个进行 A/D 转换。是目前国内应用最广泛的 8 位通用 A/D 芯片（1 ） 主要特性1）8 路输入通道，8 位 AD 转换器，即分辨率为 8 位。 2）具有转换起停控制端。 3）转换时间为 100s(时钟为 640kHz 时)，130s（时钟为 500kHz 时） 4）单个5V 电源供电 5）模拟输入电压范围 05V，不需零点和满刻度校准。 6）工作温度范围为-4085 摄氏度 7）低功耗，约 15mW。（2 ） 内部结构光电转换前置放大 A/D 转换 89S51 单片机系统LCD 显示ADC0809 是 CMOS 单片型逐次逼近式 AD 转换器，内部结构如
4、图 1322 所示，它由8 路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8 位开关树型 A/D 转换器、逐次逼近（3 ） 外部特性（引脚功能）IN0IN7 ： 8 路模拟量输入端。 2-12-8 ：8 位数字量输出端。 ADDA、ADDB、ADDC：3 位地址输入线，用于选通 8 路模拟输入中的一路 ALE：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。 START： AD 转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至少 100ns 宽）使其启动（脉冲上升沿使 0809 复位，下降沿启动A/D 转换） 。 EOC： AD 转换结束信号，输出，当AD 转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平） 。 OE：
5、数据输出允许信号，输入，高电平有效。当 AD 转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。 CLK：时钟脉冲输入端。要求时钟频率 不高于 640KHZ。 REF（+） 、REF（-）：基准电压。 Vcc：电源，单一5V。 GND：地。（4 ） ADC0809 的工作过程首先输入 3 位地址，并使 ALE=1，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通 8 路模拟输入之一到比较器。START 上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动 AD 转换，之后 EOC 输出信号变低，指示转换正在进行。直到 AD 转换完成，EOC 变为高电平，指示 AD 转换结束，结果数据已存入锁存器，这个
6、信号可用作中断申请。当 OE 输入高电平 时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上。 转换数据的传送 A/D 转换后得到的数据应及时传送给单片机进行处理。数据传送的关键问题是如何确认 A/D 转换的完成，因为只有确认完成后，才能进行传送。3 89S51引脚排列及功能-P0 口8 位、开漏极、双向 I/O 口。P0 口可作为通用 I/O 口，但必须外接上拉电阻；作为输出口，每个引脚课吸收 8 个 TTL的灌电流。作为输入时，首先应将引脚置 1。在 Flash 编程时，Po 口接受代码数据；在编程校验时，P0 口输出代码字节数据（需要外接上拉电阻） 。-P1 口8 位、双向 I/O 口
7、、内部含有行拉电阻。 编程和校验时，P1 口可输入低字节地址。在串行编程和校验时，P1.0/MOSI,P1.6/OSI 和 P1.7/SCK 分别是串行数据输入、输出和移位脉冲引脚。- P2 口用作输出口时，可驱动四个 TTL 负载；用作输入口时，先将引脚置 1，由内部上拉电阻将其提高到高电平。若负载为低电平，则通过内部上拉电阻向外输出电流。CPU 访问外部 16 位地址的存储器时，P2 口提供高 8 位的地址。当 CPU 用 8 位地址寻址外部存储器时，P2 口为 P2 特殊功能寄存器内容。在 FLASH 并行编程和校检时，P2 口可输入高字节地址和某些控制信号。-P3 口局有内部上拉电阻
8、8 位双向口。P3.0RXD串行口输入P3.1TXD串行口输出P3.2INT0外部中断 0P3.3INT1外部中断 0 P3.4T0T0 定时器的外部计数输入 P3.5T1T1 定时器的外部计数输入P3.6WR外部数据存储器的写选通P3.7RD外部数据存储器的读选通-ALE/PROG地址锁存允许/编程脉冲信号端。-PSEN外部程序存储器读选通信号，低电平有效。-EA/Vpp外部程序存储器允许。-XTAL1 和 XTAL2XTAL1 是片内振荡器反相放大器和时钟发生器的输入端， XTAL2 是片内振荡器反相放大器的输出端。-RST复位输入段，高电平有效。-Vcc电源电压输入端。-GND电源地。
9、4.1602（1 ） Vss 电源地（GND ）（2 ） Vdd 电源电压(+5V)（3 ） V0 LCD 驱动电压( 可调)（4 ） RS 寄存器选择输入端，输入 MPU 选择模块内部寄存器类型信号：RS=0，当MPU 进行写模块操作，指向指令寄存器；当 MPU 进行读模块操作，指向地址计数器；RS=1，无论MPU 读操作还是写操作，均指向数据寄存器（5 ） R/W 读写控制输入端，输入MPU 选择读/ 写模块操作信号：R/W=0 读操作；R/W=1 写操作（6 ） E 使能信号输入端，输入MPU 读/写模块操作使能信号：读操作时，高电平有效；写操作时，下降沿有效（7 ） DB0DB7 数据
10、输入/输出口， MPU 与模块之间的数据传送通道（8）A 背光的正端 +5V（9）K 背光的负端 0V四、实验内容1. 利用硅光电池设计光电转换与信号处理电路。工作原理：光电池接收光照后产生电流，经三极管放大，随着光照的变化，电流线性变化，进而电压也线性变化，从而被放大电压也可以线性变化，适当调节滑动变阻器的阻值，可实现 0-5V 的电压输出变化。2. 以 51 单片机为核心对输出电流信号进行 A/D 转换，在单片机控制程序中对采集到的数据进行一定的处理。本电路由 ADC0809 与 AT80S51 构成，模数转换电路的IN0 口作为放大信号输入端， D0-D7 为 8 个数字信号输出端，送与
11、单片机进行处理。3. 参照图进行电路连接。 （尽量避免飞线、交叉线等） 。4. 编写驱动程序，并进行仿真运行。5. 将程序烧进单片机，对电路进行调试。主要调试任务：单片机系统的运行调试；数模转换模块的调试；LCD 显示调试。五、实验过程（一）实验原始数据记录电路连接图参考程序：#include #include #define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit RS=P36;sbit RW=P37;sbit E=P30;sbit ST=P17; /定义START 引脚sbit EOC=P16; /定义 EOC引脚void init
12、(void);/初始化函数void write_com(char command);/写指令函数void write_data(char dat);/写数据函数uchar table18=“zhaoduji“;void delay(uchar n)int i,j;for (i=0; in; i+)for (j=0; j100; j+);void main(void) init();delay(1);while(1)ST=0;ST=1;ST=0;/启动 AD 转换开始while(EOC=0)int i,j,k,s;s=P0*2;i=s/100;j=(s%100)/10;k=s%10;write_
13、com(0xC0) ;write_data(i+0x30);write_data(0x2e);write_data(j+0x30);write_data(k+0x30);/*初始化函数*void init(void) uint i;E=0;write_com(0x38);/设置 8 位格式，2 行，5x7write_com(0x0c);/整体显示，关光标，不闪烁write_com(0x06);/设定输入方式，增量不移位write_com(0x01);/清除屏幕显示write_com(0x80);for(i=0;i8;i+)write_data(table1i);/*写指令函数*void wri
14、te_com(uchar command)RS=0;/指令RW=0;/写入P2=command;delay(5);E=1;/允许delay(10);E=0;/*写数据函数*void write_data(uchar dat)RS=1;/数据/RW=0;/写入P2=dat;delay(5);E=1;/允许delay(10);E=0;时间分配记录：查找资料：5 个小时；连接电路；8 个小时；编写程序：5 个小时；调试电路：5 个小时；写报告：4 个小时；（二）实验现象记录LCD 工作，显示为：ZHAODUJIXX.XX（三） 、实验中发现的问题1、连接电路板时导线金属接头不宜剪过短，容易造成接触不良。2、通过检查，发现有一块面包板的一排孔不能连通。3、LCD 显示时需要调节背光和对比度，否则不能看清显示数据。 六、实验结果分析（一）影响因素讨论：外界环境中电磁场的干扰、各元件的精密程度都对实验结果有一定影响（二）综合分析和结论：实验结果基本符合实验要求，可以判断实验结果正确。七、实验总结这次试验由我来编写程序，一开始我感觉非常棘手，课本上学的编写程序的知识也忘记了不少，不知道该如何下手。我从网上搜集到一些相关的驱动程序，从一点点弄懂程序每句的意思，到开始根据要求修改程序，自己学到了很多知识。编好之后我还在 Proteus 上进行仿真运行，刚开始没有结果，后来经过几次修改，才运行成功。
