光照强度测量仪.doc

1 .题义分析及解决方案设计一个简易的光照强度测量仪，由光照强度产生的模拟电压信号转换为数字信号，然后转换为照度〔单位是勒克斯〕显示在LED上；校准照度测量器：在一定的光强度下，产生200数字量的电压，以此对应关系〔照度一电压〕将其它光强度转换为勒克斯值，显示在LED上1.1 题义需求分析1.1.1 光照强度测量仪的概念通过使用某测量仪来测量某光照的强度，这种仪器就称为光照强度测量仪仪器使用时先将某待测光源直接照射在测量仪的光照接收口〔实验中为光敏电阻外表〕，然后在测量仪的可视化界面〔实验中为LED〕中观察结果值光照强度的国际单位〔SI〕为勒克斯，又称米烛光1流明的光通量均匀分布在1平方米面积上的照度，就是一勒克斯可以标作勒［克斯］,简称勒英为lux,简作lx勒克斯是引出单位，由流明(lm)引出流明那么由标准单位烛光(cd)引出1.1.2 光照强度测量仪的工作原理测量仪主要根据光敏电阻的特性制作的光敏电阻值随受到的光照强度的变化而变化〔光照强度越大，电阻值越小〕将光敏电阻接入电路中，不同光照强度导致光敏电阻值变化，于是光敏电阻上的电压发生变化，导致电路的输出电压也相应变化根据电压-光照度函数关系，由电压计算得到光照强度值，然后以可视化界面形式输出，供用户查看结果。

1.1.3 从计算机角度解决问题计算机通过PCI线与实验箱上的ES-PCI模块相连，充分利用实验箱上的各个模块完成，有：A3(片选)、B2M钟)、B4(8255)、D3(光敏电阻)、G4(ADC0809)、G5(LED以及ES-PCIo通过导线正确连接好电路使用时光源直接照射在光敏电阻外表，结果〔光照强度〕显示在LED上1.1.4 根据设计内容要求可知：光敏电阻的特性：光敏电阻随受到的光照强度的变化电阻值发生变化，光照强度越强电阻越小，在分压电路中获得电压越低根据这一特性，结合光照强度和输出的模拟电压之间的关系，可以得到某一光强度下的对应的模拟电压将模拟电压通过AD转化器转换为数字电压，以便于计算机处理然后再将数字电压转换成光照度使用STARES598PCM板开发机设计一个应用接口芯片作为八个七段LED数码管的输入口，接口可以使用8255A或8279编写程序实现八个LED数码管显示光照度值，该值为〔根据采样得到的模拟电压转换得到的〕数字电压对应的光照强度1.2 .解决问题方法及思路1.2.1 硬件局部程序设计中用到的硬件是光敏电阻、ADC0809、8255A和七段LED数码管提出问题：为什么接口使用8255A而不是8279;为什么显示装置使用LED七段数码管而不是LCD;为什么选用光敏电阻;为什么选用ADC0809。

解决问题：1.2.1.1 接口芯片选用8255A而不是8279是由于8255A在本程序中使用软件控制很容易实现且不需要用到小键盘，具体如表1所示表18255A芯片与8279芯片用法比拟表器件名称特点8255A芯片8255芯片是可编程的并行接口芯片，不需要附加外部电路便可和大多数并行传输数据的外部设备相连，数据的各位同时传送，使用十分方便8279A芯片8279芯片可以实现对键盘/显示器的自动扫描，以减轻CPU负担，具有显示稳定，程序简单，不会出现误动作等1.2.1.2本实验选择的显示设备是七段LED数码管，没有选择LCD的原因如表3示表2LED与LCD比拟表与LCD相比，LED＜亮度，功耗可视角度和刷新速率等方面更具有优势，LED其最显著的特点是使用寿命长光电转换效能高，绿色环保LCD占用空间小，功耗低，低辐射，能降低视觉疲劳，但会出现闪烁LCD现象1 本实验选用的是光敏电阻，因为光敏电阻上的光照强度与输出电压成线性关系，得到的模拟电压也成线性关系1 本实验选用的模数转换器是ADC0809由于本实验的精度要求不是很高，ADC0809的转换精度和转换时间也都不是很高，但其性能价格比有明显的优势，是目前应用比拟广泛的芯片之一，足以满足本次实验需求。

1.2.2. 软件局部根据题义要求，接口采用的是芯片8255A,A、B□输出，C口输入将A口设置为段选，B口设置为位选，且A、B口均工作在方式00用软件编程实现从C口读入信息，通过8个LED数码管循环显示光照强度〔实际应用中只用到3个〕2. .硬件设计2.2. .选择芯片8255A2.2.1. 芯片8255A在本设计中的作用芯片8255A通过数据口从CPU承受转换得到的光照度数据，通过B口输出作为位选，实现LED数码管的动态显示，通过A□将数值输出到LED数码管2.2.2. 芯片8255A的功能分析1.1 8255引脚图8255是可编程并行接口，内部有3个相互独立的8位数据端口，即A口、B口和CHo三个端口都可以作为输入端口或输出端口A口有三种工作方式：即方式0、方式1和方式2,而B□只能工作在方式0或方式1下，而C□通常作为联络信号使用8255的工作只有当片选CS有效时才能进展，而控制逻辑端口实现对其他端口的控制1.1 CPU接口〔数据总线缓冲器和读/写控制逻辑〕数据总线缓冲器：这是一个8位双向三态缓冲器，三态是由读/写控制逻辑控制的这个缓冲器是8255A与CPU数据总线的接口所有数据的输入/输出，以及CPU用输出指令向8255A发出的控制字和用输入指令从8255A读入的外设状态信息，都是通过这个缓冲器传递的。

读/写控制逻辑：它与CPU的6根控制线相连，控制8255A内部的各种操作控制线RESET用来使8255A复位和地址线A1及A0用于芯片选择和通道寻址控制线和用来决定8位内部和外部数据总线上信息传送的方向，即控制把CPU的控制命令或输出的数据送到相应的通道，或把状态信息或输入数据送到CPU8255A的读/写控制逻辑的作用，是从CPU的地址和控制总线上承受输入的信号，转变成各种命令送到A组或B组控制电路进展相应的操作2.1.2.38255A的引脚信号与外设相连的PA7〜PA0:A口数据信号线PB7〜PB0:B口数据信号线PC7〜PC0:C口数据信号线与CPU相连的RESET复位信号当此信号来时，所有存放器都被去除同时三个数据端口被自动置为输入端口D7〜D0:它们是8255A的数据线和系统总线相连CS片选信号在系统中，一般根据全部接口芯片来分配假设于低位地址〔比方A5、A4、A3〕组成各种芯片选择码，当这几位地址组成某一个低电平，于8255A被选中只有当有效时，读信号写才对8255进展读写RD:读信号当此信号有效时，CPU可从8255A中读取数据WR:写信号当此信号有效时，CPU可向8255A中写入数据。

A1、A0:端口选择信号8255A内部有3个数据端口和1个控制端口，共4个端口规定当A1、A0:为00时，选中A端口；为01时，选中B端口；为10时，选中C端口；为11时，选中控制口8255的根本操作如下表3所示表38255的根本操作AlAOWRcsInp-ulOperation(READ)00Q10PortAfDataBus011on10PortBfDataBus10010FortCDataBusOutputOperatinn(WRITE)001100DataBusfPortA01100DataBusfPortB10100DataBugfPartC111100DataBus—ControlDisableFunctionXX乂1DataBus-3-State1110110IllegalCondititm.XX110DataBusf3-State2.1.2.4芯片8255A的技术参数，如下表4所示:参数说明：输入最低电压：min=-0.5V,max=0.8V输入最高电压：2.0V输出最低电压：0.45V输出最高电压：2.4V表48255A的技术参数Ta-O^Cto70^0,Vgc-45V±10%,GMD-0V.标识符最小最大测试条件愉入低电平(VIL)05Vo.sv输入高电平(VIH)2.0V5V输出低电平(VOL)DB0.45VIOLr=2-5hqA愉出低电平(VOL>PER0.45VIOL=1.7mA输出局电平(VOH)DB24VIOH70g输出高电平

CPU中的数据经由数据线路到达8255A,再由A口、B口分别段选、位选后输出到LED详细控制字见表5D7D6D5D4D3D2DIDO10001001Ic口(PC7-PC4)cn(PC3^PC0)A口二方式0A口;埼出输入已口：万式0B口输出输入表58255A的工作方式控制字方式0的工作特点这种方式通常不用联络信号，不使用中断，三个通道中的每一个都有可以由程序选定作为输入或输出其功能为：①两个8位通道：通道A、Bo两个四位通道：通道C高4位和低四位；②任何一个通道可以作输入/输出；③输出是锁存的；④输入是不锁存的；⑤在方式0时各个通道的输入/输出可有16种不同的组合1.2.. 选才?LED七段数码管1 LED七段数码管在实验中的作用LED发光二级管〔Light-Em此ngDiode〕，在本设计中采用7段发光二级管作为终端显示物理构造：LED发光二级管，采用神化钱、钱铝种和磷化钱等材料制成，其内部构造为一个PN结，具有单向导电性1 LED七段数码管的功能分析工作原理：当在发光二极管PN结上加正向电压时，PN结势垒降低，载流子的扩散运动大于漂移运动，致使P区的空穴注入到N区，N区的电子注入到P区,这样相互注入的空穴与电子相遇后会产生复合，复合时产生的能量大局部以光的形式出现。

数字成像：七段LED显示器可以控制在哪几个数位上，哪几个发光二极管亮，从而显示数字如果发光二极管共阳极，那么输入为0时亮，为1时不亮，反之如果发光共阴极，那么输入1时亮，0时不亮在本实验中选用了共阴极所谓共阴极是指将各LED二极管的阴极连接在一起〔一般相连接地〕各阳极接到相应器件引脚上发光二极管是一种外加电压超过额定电压时发生击穿，并因此能产生可发光的器件，数码显示器通常由多个发光二极管来组成七段或八段笔画显示器，当段组合发光时，便会显示某一个数码管或字符，七段代码的各位用作a—g和DP的输入为8个发光二极管的公共引线，实验中引线接内部8个二极管的阴极，abcdefg(dp)那么为8个发光二极管的阳极。