光照度計設(shè)計仿真與研究

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1、西安郵電學(xué)院生產(chǎn)實習(xí)報告書系部名稱：電子工程學(xué)院光電子技術(shù)系學(xué)生姓名：張璐(26)專業(yè)名稱：光信息科學(xué)與技術(shù)班級：光信息0904時間：2013年02月25日至2013年03月08日光照度計設(shè)計仿真與制作一、設(shè)計目的：1、利用硅光電池將接收到的光信號轉(zhuǎn)換成電信號；2、利用A／D轉(zhuǎn)換器ICL7107將輸入的模擬電壓信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號；3、通過LED共陽極數(shù)碼管將該輸出值直接顯示，由此構(gòu)成數(shù)字照度計。二、設(shè)計思路：1、照度(Luminosity)是指物體被照面單位時間內(nèi)所接受的光通量，采用單位面積所接受的光通量來表示，表示單位為勒克斯(Lux,lx)；2、數(shù)字

2、照度計是用于測量被照面上的光照度的儀器，是光學(xué)測量中用得最多的儀器之一。本設(shè)計的照度計由光度頭和讀數(shù)顯示器兩部分。（一）、光度頭的設(shè)計：光度頭又稱光探頭，主要是用于接受光信號，然后通過硅光電池把它轉(zhuǎn)化成電信號，再通過分壓電路轉(zhuǎn)化成A／D轉(zhuǎn)化器ICL7107可接受的信號。光度頭由硅光電池、電阻和滑動變阻器組成，如圖l所示。其中、，、為換檔及反饋電阻，為可調(diào)電阻，為運算放大器，可調(diào)電阻外接數(shù)字電壓表：（二）、顯示器的設(shè)計：顯示器是把模擬信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，并通過數(shù)碼管顯示出相應(yīng)的照度值。主要由A／D轉(zhuǎn)化器ICL7107，共陽極數(shù)碼管構(gòu)成。如上圖。其中：和構(gòu)成

3、輸入端阻容濾波電路，和構(gòu)成分壓電路，和分別是積分電阻和積分電容，和分別為基準(zhǔn)電容和自動調(diào)零電容，分別為振蕩電阻和電容。三、器件清單：名稱型號數(shù)量（個）硅光電池1A/D芯片ICL71071運放LF411cn1電阻24kΩ1120kΩ1330Ω11MΩ1470KΩ1可變電阻器500KΩ1100KΩ1200KΩ1電容100PF1CBB電容0.01uF10.1Uf11uF10.047uF10.22uF1共陽極的數(shù)碼管4四、設(shè)計原理：該數(shù)字照度計利用硅光電池將接收到的光信號轉(zhuǎn)換成電信號，再通過7／2雙積分型A／D轉(zhuǎn)換器ICL7107對輸入的模擬電壓、參考電壓分別進(jìn)

4、行兩次積分，將輸入電壓平均值變成與之成正比的時間間隔，然后再利用脈沖時間間隔，進(jìn)而得出相應(yīng)的數(shù)字型輸出，最后由LED共陽極數(shù)碼管將該輸出直接顯示。（一）、硅光電池光電信號接收端的工作原理：圖3是光電池的工作原理框圖，光電池把接收到的光信號轉(zhuǎn)變?yōu)榕c之成正比的電流信號，再經(jīng)I／V轉(zhuǎn)換模塊把光電流信號轉(zhuǎn)換成與之成正比的電壓信號。當(dāng)發(fā)送的光信號被正弦信號調(diào)制時，則光電池輸出電壓信號中將包含正弦信號，據(jù)此可通過示波器測定光電池的頻率響應(yīng)特性。（二）、雙積分型A／D轉(zhuǎn)換器ICL7107的工作原理：ICL7107的原理框圖如下圖，它包括積分器、比較器、計數(shù)器、控制邏輯

5、和時鐘信號源。1、積分器是A／D轉(zhuǎn)換器的心臟，在一個測量周期內(nèi)，積分器先后對輸入信號電壓和基準(zhǔn)電壓進(jìn)行兩次積分；2、比較器將積分器的輸出信號與零電平進(jìn)行比較，比較的結(jié)果作為數(shù)字電路的控制信號；3、時鐘信號源的周期t作為測量時間間隔的標(biāo)準(zhǔn)時間。它是由內(nèi)部的兩個反向器以及外部的、組成的，其振蕩周期t=2．2RC；4、計數(shù)器對反向積分過程的時鐘脈沖進(jìn)行計數(shù)?？刂七壿嫲ǚ诸l器、譯碼器、相位驅(qū)動器、控制器和鎖存器。分頻器用來對時鐘脈沖逐漸分頻，得到所需的計數(shù)脈沖工和共陽極LED數(shù)碼管公共電極所需的方波信號fco；5、譯碼器為BCD-7段譯碼器，將計數(shù)器的BCD碼

6、譯成LED數(shù)碼管七段筆畫組成數(shù)字的相應(yīng)編碼；6、驅(qū)動器是將譯碼器輸出的對應(yīng)于共陽極數(shù)碼管七段筆畫的邏輯電平變成驅(qū)動相應(yīng)筆畫的方渡；7、控制器的作用有：一是識別積分器的工作狀態(tài)，適時發(fā)出控制信號，使各模擬開關(guān)接通或斷開，A／D轉(zhuǎn)換器能循環(huán)進(jìn)行；二是識別輸入電壓極性，控制LED數(shù)碼管的負(fù)號顯示；三是當(dāng)輸入電壓超量限時發(fā)出溢出信號，使千位顯示“l(fā)”，其余碼全部熄滅；8、鎖存器用來存放A／D轉(zhuǎn)換的結(jié)果，鎖存器的輸出經(jīng)譯碼器譯碼后驅(qū)動LED。它的每個測量周期包括自動調(diào)零(AZ)、信號積分(1NT)和反向積分(DE)3個階段。第一階段：自動調(diào)零階段。轉(zhuǎn)換開始前(轉(zhuǎn)換

7、控制信號V。=o)，先將計時器清零，并接通開關(guān)，使積分電容C完全放電。第二階段：信號積分。令開關(guān)S，合到輸入信號VIN一側(cè)，積分器對V。N進(jìn)行固定時間丁，的積分，積分結(jié)果為上式說明，在T1固定條件下V0與Vin成正比。第三階段：反向積分。令開關(guān)S，轉(zhuǎn)至參考電壓V。EF一側(cè)，積分器反向積分。如果積分器的輸出電壓上升至零時，所經(jīng)過的積分時間為T2，則可得故有：可見，反向積分到V0=0的這段時間T2與ⅥN成正比。時鐘脈沖的周期為R，計數(shù)器在T2時間內(nèi)計數(shù)值為N，T2=NTc，則有分析可知：T1、Tc、VREF均固定不變，計數(shù)值N僅與Vin成正比，實現(xiàn)了模擬量到

8、數(shù)字量的轉(zhuǎn)變。下面介紹A／D轉(zhuǎn)化過程的時間分配。假設(shè)時鐘脈沖頻率為40kHz，每