光照强度测量仪(2)

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、B。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。 2.2 选择LED七段数码管

2.2.1 LED七段数码管在实验中的作用

LED发光二级管（Light-Emitting Diode），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，采用砷化镓、镓铝砷和磷化镓等材料制成，其内部结构为一个PN结，具有单向导电性。 2.2.2 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部分以光的形式出现。

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，则输入为0时亮，为1时不亮，反之如果发光共阴极，则输入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。COM为8个发光二极管的公共引线，实验中COM引线接内部8个二极管的阴极，abcdefg(dp)则为8个发光二极管的阳极的引线。

实验中LED管采用动态显示：3个LED显示器按固定的时间间隔显示一段时间（1.25ms），利用人眼视觉滞后，感觉3个LED显示器同时点亮且无闪烁感。 2.2.3 LED七段数码管的技术参数

表6 LED显示的技术参数

主要参数:此时的驱动电流为25mA。

发光二极管的压降一般为1.5~2.0 V，其工作电流一般取10~20mA为宜。 发光二极管的发光颜色有：红色光、黄色光、绿色光、红外光等。

发光二极管应用电路有四种，即直流驱动电路、交流驱动电路、脉冲驱动电路、

变色发光驱动电路。

由于8255A的最大驱动电流为4.0mA，而LED的工作电流一般为10~20mA，所以需要加一个驱动器74LS244。 2.2.4 LED七段显示器的功能分析

表7 LED真值表

LED数字显示原理：

如下图8为LED数码管及其框图

图8 LED显示器

上面两图分别为外形图和原理图，当七段数码管点亮其中几段可显示数字和简单的西文字符，将七段数码管负极连接到一起称为公共端，而发光二极管的正极则分别由引脚引出，便于控制哪个发光二极管点亮，在右图中如果在COM端接低电平，而在其他引出线上施加不同的电平，则对高电平的发光二极管就会点亮，由于将8个发光二极管负极全部连接在一起，称为共阴极数码管，还有将8个发光二极管的正极连接在一起，故称之为共阳极数码管。

本次实验用的数码管需动态扫描显示，其接口电路将所有数码管的笔画控制段与a~h同名端连在一起，接到一个并行端口，每个公共极COM端由独立的I/O线控制，CPU向字模输出口送出字形码时，所有数码管接收到相同的字形码，究竟哪个数码管显示，取决于每个LED的COM端，所谓动态扫描，就是显示一位信息时，其他位不能显示，必须采用分时方法，轮流控制COM端。

2.3 选择光敏电阻

2.3.1光敏电阻在本设计中的作用

光敏电阻在实验中是用来提供模拟电压的，通过光照度的变化改变电阻值，提供变化的模拟电压。 2.3.2光敏电阻的功能分析

物理构造：光敏电阻又称光导管，它几乎都是用半导体材料制成的光电器件。 光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时既可加直流电压，也可以加交流电压。无光照时，光敏电阻值（暗电阻）很大，电路中电流（暗电流）很小。

当光敏电阻受到一定波长范围的光照时，它的阻值（亮电阻）急剧减少，电路中电流迅速增大。 一般希望暗电阻越大越好，亮电阻越小越好，此时光敏电阻的灵敏度高。实际光敏电阻的暗电阻值一般在兆欧级，亮电阻在几千欧以下。 光敏电阻的原理结构：它是涂于玻璃底板上的一薄层半导体物质，半导体的两端装有金属电极，金属电极与引出线端相连接，光敏电阻就通过引出线端接入电路。 为了防止周围介质的影响，在半导体光敏层上覆盖了一层漆膜，漆膜的成分应使它在光敏层最敏感的波长范围内透射率最大。

工作原理：光敏电阻接有一个稳定电压，当光照度变化时，光敏电阻的阻值会改变，通过比例放大器输出电阻的压降。 2.3.3光敏电阻的技术参数

亮阻约为2K欧，暗阻大于1M欧，外观直径 5毫米，最高承受电压直流120V，最大功耗100mW上升响应时间 20ms，下降响应时间 30ms。实验中光敏电阻电路输出的电压范围为0-5V。

光敏电阻电路图如下：

2.4 选择芯片ADC0809

2.4.1 ADC0809在本设计中的作用

ADC0809接收光敏电阻电路传送的模拟电压，将模拟电压转换为数字电压，传送给CPU进行数据转换，CPU将数字电压通过电压与光照度的比例关系转换为光照度。

2.4.2 ADC0809的功能分析

物理构造：ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式A／D转换器，内部结构由8

路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型D／A转换器、逐次逼近数码寄存器、时序及控制逻辑和三态输出锁存器组成。

工作原理：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 A/D转换，之后EOC输出信号变低，指示转换正在进行。直到A/D转换完成，EOC变为高电平，指示A/D转换结束，结果数据已存入锁存器，这个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。 2.4.3 ADC0809的技术参数

ADC0809是8路8位A/D转换器，即分辨率8位。 具有转换起停控制端。 转换时间为100μs单个＋5V电源供电 模拟输入电压范围0～＋5V，不需零点和满刻度校准。工作温度范围为-40～＋85摄氏度低功耗，约15mW。 2.4.4 ADC0809主要信号引脚的功能说明。见图9。

图9 引脚图

ADC0809芯片有28条引脚，采用双列直插式封装，如图所示。下面说明各引脚功能。

IN7～IN0——8路模拟量输入端。 D7～D0——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。对应ALE上跳沿，A、B、C地址状态送入地址锁存器中。

START——转换启动信号。。A/D转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至少100ns宽）使其启动。START上升沿时，复位ADC0809；START下降沿时启动芯片，开始进行A/D转换；在A/D转换期间，START应保持低电平。

EOC——A/D转换结束信号，输出，当A/D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——数据输出允许信号，输入，高电平有效(OE=0，输出数据线呈高阻；OE=1，输出转换得到的数据)。当A/D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，通常使用频率为500KHz的时钟信号。

REF（+）、REF（-）——基准电压。参考电源、参考电压用来与输入的模拟

信号进行比较，作为逐次逼近的基准。其典型值为Vref(+)=+5V, Vref(-)=-5V。

Vcc——电源，单一＋5V。 GND——接地。 2.5 硬件总逻辑图及其说明

硬件总逻辑图如下图10所示：

图10 硬件总逻辑图

芯片8255A的数据线D0～D7与主机低八位数据线相连，8255A的RD线、WR线、A0、A1、RESET分别与主机的RD线、WR线、A0、A1、RESET线连接。8255A的A口控制LED的段选，B口控制位选. 光敏电路如下：

在单片机上的接口连接如下：

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