光照强度测量仪

合肥学院

计算机科学与技术系

微型计算机原理与接 口技术课程设计报告

2009～2010学年第一学期

课

程 微型计算机原理与接口技术

光照强度测量仪

周三平 0604011017 07计本（2）班 张向东教授

2010年1月

课程设计名称 学学专指

业导

班教生

姓

名 号 级 师

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—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（实验中为光敏电阻表面），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。流明则由标准单位烛光(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)、B2(时钟)、B4(8255)、D3(光敏电阻)、G4(ADC0809)、G5(LED)以及ES-PCI。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表面，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STAR ES598PCI单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硬件部分

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，七段LED显示的哪进制数； 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1 8255A芯片与8279芯片用法比较表 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2 LED与LCD比较表 LED LCD 与LCD相比，LED在亮度，功耗可视角度和刷新速率等方面更具有优势，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，但会出现闪烁现象。 1.2.1.3 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。

1.2.1.4 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，是目前应用比较广泛的芯片之一，足以满足本次实验需求。 1.2.2软件部分

根据题义要求，接口采用的是芯片8255A，A、B口输出，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0。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

2.1.选择芯片8255A

2.1.1芯片8255A在本设计中的作用

芯片8255A通过数据口从CPU接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口将数值输出到LED数码管。 2.1.2芯片8255A的功能分析 2.1.2.1 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C口。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口只能工作在方式0或方式1下，而C口通常作为联络信号使用。8255的工作只有当片选CS有效时才能进行,而控制逻辑端口实现对其他端口的控制。

2.1.2.2 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CPU。8255A的读/写控制逻辑的作用，是从CPU的地址和控制总线上接受输入的信号，转变成各种命令送到A组或B组控制电路进行相应的操作。 2.1.2.3 8255A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，所有寄存器都被清除。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若于低位地址（比如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进行读写。

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的基本操作如下表3所示。 表3 8255的基本操作

2.1.2.4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＝0.8 V 输入最高电压：2.0 V 输出最低电压：0.45 V 输出最高电压：2.4 V

表4 8255A的技术参数

2.1.2.5 8255A工作方式控制字

A口、B口为输出模式，工作于方式0。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5。

表5 8255A的工作方式控制字

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