设计报告书--亮度测量系统的设计

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1、说明：本资料为测量亮度系统的设计报告书，其中对设计方案、电路设计、元件选取、电路组建、调试与结果，进行了详细的论述，同学门可以借鉴学习，对感测技术课程实践的后三个设计实验内容，只要将传感探头换成温度/超声波等就可以了，所以都具有一定的指导意义，望仔细阅读。题目：亮度测量系统的设计目录1引言11.1课题的背景与意义11.2课题所要解决的主要难题12系统总体设计32.1设计任务与技术指标要求32.2系统总体方案的确立33系统硬件电路设计与调试53.1系统硬件总体框图53.2系统模块电路设计及原理53.2

2、.1光电转换与放大电路设计53.2.2单片机系统硬件设计93.2.3A/D转换电路设计123.2.4静态显示电路设计144系统软件设计与调试174.1系统软件程序设计174.2ADC0809程序设计174.3静态显示程序设计184.4系统调试结果与分析195总结20致谢21参考文献22附录一：AT89S52芯片常见的两种封装和引脚功能介绍23附录二：ADC0809芯片介绍25附录三：系统所有程序27291引言1.1课题的背景与意义在自然现象和规律的科学研究以及工程实践中，我们经常会遇到需要检测毫微安

3、量级信号的问题，比如测量在核物理和其他一些非电量检测中μA、nA数量级的微弱电流，测量地震的波形与波速、材料分析时测量荧光的光强、卫星信号的接收、红外探测以及生物电信号的测量等等，这些问题都可以归结为噪声中微弱信号的检测。它在物理、化学、生物医学、遥感和材料学等领域有着非常广泛的应用。微弱信号检测技术[1]用电子学、信息论、计算机和物理学的方法，分析噪声产生的原因和规律，研究被测信号的特点以及相关性，检测被噪声淹没的微弱有用信号[2]。微弱信号检测的宗旨是研究如何从强噪声中提取有用的信号，任务是研究

4、微弱信号检测的理论、探索新方法和新技术，从而将其应用于各个学科领域中。常见的微弱信号检测方法[3]根据信号本身的特点不同，一般有三条途径：一是降低传感器与放大器的固有噪声，尽量提高其信噪比；二是研制适合微弱检测原理并能满足特殊需要的器件（如锁相放大器等）；三是利用微弱信号检测技术，通过各种手段提取弱信号，锁相放大器[4]由于具有中心频率稳定，通频带窄，品质因数高等优点得到了广泛的应用。利用锁相放大技术[5]可以对视频微弱信号进行提取，即将窄带低频信号或者通过激励方式转化成在低频基带上调幅信号的直流、

5、缓变微弱信号进行前置放大后，经过频谱搬移和低通滤波获取信号的真实值。该方法能克服工频干扰的影响；避开1/f低频噪声；同时避免直流放大器的温度、零点漂移；抑制噪声，极大地提高信噪比[6]。微弱信号检测的任务是研究从强噪声中提取有用的信号。入射到探测器的光信号强度可能会变得很小，光强起伏变化也会很慢，这使得探测器的输出信号十分微弱，变化速度慢，很难实现对微变信号的提取和放大。本课题设计一个检测、放大电路[7]能很好解决探测器的微变信号处理问题，并通过A/D转换以及显示电路将弱电流的测量值显示出来。1.2

6、课题所要解决的主要难题本课题所要解决的主要问题是在硬件设计过程中对各元器件的合理选择，使得测得的结果在所要求的指标之内；电路板的设计合理布局，减少一些不必要的干扰，减小干扰对微弱电流的放大是很有必要的，其干扰源来自多方面，有的来自器件本身，有的来自外部。除了选择稳定性好、噪声小的器件外，在电路上和工艺上采取了相应的措施。有效地提高检测灵敏度是弱信号检测的关键，采取的措施包括电路板绘制、硬件电路和软件设计等方面。经过计算选择特定的电路参数，使得电路输出信号和探测器微变内阻成正比关系，从而实现了微变信号

7、的放大。用斩波方法进行了电路输出性能的研究，对电路参数的选择进行了详细分析。29对于硬件电路，在发射部分，镭射管所发射的光信号应稳定、可调，以适应不同的线型，采取的措施是恒流供电方式。提高接收部分抗干扰性能的有效措施是采用电流环传输信号。接收部分主要包括光电转换、放大和电压-电流转换两部分。光电转换由运放构成，为提高系统的抗干扰性能，采用了交流检测的方法，所以在检测和信号处理通道中，都需要加隔直流电容。和光敏接收管并联的电容是为了滤除电磁波干扰和杂光干扰。为降低运放的漂移所引起的噪声干扰，采用了同一

8、芯片内的组合运放补偿其失调和漂移的措施，实践证明，对降低输出噪声十分有效。292系统总体设计2.1设计任务与技术指标要求有效地提高检测灵敏度是弱信号检测的关键。经过计算选择特定的电路参数，使得电路输出信号和探测器微变内阻成正比关系，从而实现了微变信号的放大。用斩波方法进行了电路输出性能的研究，对电路参数的选择进行了详细分析。光电检测。采用电流环传输信号提高接收部分抗干扰性能，接收部分的主要包括光电转换、放大和电压-电流转换部分；光电转换由运放构成，为提高系统的抗干扰性