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1、 西南科技大学本科毕业设计论文 IV微弱光信号检测系统设计摘要：随着科学技术的发展，尤其是计算机技术的发展，促进了信号处理的飞速发展。微弱光信号信号检测是信号处理的重要组成部分，其在物理、化学、生物医学、地质、磁学等领域都有广泛的应用。本系统以增强型51单片机STC作为核心控制模块，以光敏二极管作为光信号到电信号的检测器件。再对转换后的信号进行放大和AD采样等操作，将得到的模拟信号转化为适合单片机处理的数字信号。然后通过LCD显示器将采集到的光信号显示处理，并且进行存储操作。可通过按键输入查看历史采样数据。同时可将数据发送到PC机，在PC机上面查看历史数据。也可以在PC机上监测当前光信号的强弱
2、。通过实验验证，本设计能够检测出光强弱的变化。并且能够存储历史数据，实现查询历史光强弱信息的目的。关键字： 微弱光信号，51单片机，AD采样The design of Weak optical signal detection systemAbstract: with the development of science and technology, especially the development of computer technology, promote the signal processing of rapid development. A faint light signa
3、l detection is an important part of signal processing, and its in the physical, chemical and biological medicine, geology, magnetic fields are widely used. This system to enhanced 51 SCM STC as the key control module, photosensitive diode as the light signal detection devices to electrical signals.
4、To convert to signal amplifier and AD sampling operation, will receive analog signals into digital signal processing for single chip microcomputer. Then through the LCD display will collection to show the light signal processing, storage and operation. But through the keystroke view history sampling
5、 data. And the data sent to the PC and the PC above view historical data. Also can be in PC monitoring the current of the intensity of the light signal. Through the experiment, this design can check up the light of the strength of the change. And the ability to store the historical data, realize inq
6、uires the purpose of light intensity history information.Key words: a faint light signals, 51 MCU, AD sampling目录第1章 绪论.11.1题目研究背景及意义11.2国内外发展现状11.3 主要研究内容1第2章 系统总体设计分析32.1系统设计方案确定与论证32.2系统关键技术4第3章 系统硬件设计53.1 系统硬件总体结构53.2 单片机模块53.3 电源模块63.4 光信号检测模块73.5 信号处理模块83.6 数据存储模块93.7 输入输出模块103.8 上位机通信模块11第4章 软
7、件系统设计124.1系统软件整体结构124.2 LCD1602液晶软件设计124.2.1 1602 写字节模块134.2.2 1602 写命令模块144.2.3 1602初始化模块154.2.4 1602数组显示模块函数174.3 A/D采样任务软件设计184.3.1 A/D初始化184.3.2 A/D读取数据模块204.3.3 A/D数据转换模块224.3.4 A/D 数据显示模块234.4 SD卡存储软件设计244.4.1模拟SPI协议244.4.1.1 SD卡写字节模块254.4.1.2 SD卡读字节模块254.4.2 SD卡写命令模块264.4.3 SD卡初始化模块294.4.4 SD
8、卡写数据模块314.4.5 SD卡读数据模块334.5 系统串口定时器软件设计35第5章 系统调试375.1 系统硬件调试375.2 软件调试375.3 软硬件的联合调试38第6章 总结41致谢42参考文献43 西南科技大学本科毕业设计论文 2 西南科技大学本科毕业设计论文 22西南科技大学本科毕业设计论文第1章 绪论1.1题目研究背景及意义微弱或极微弱光的检测,在科学研究和军事等领域有广泛的应用。微弱光信号检测的一般办法是通过光电转换器件将微弱的光信号转换成为微弱电信号,然后再通过电路放大,将这个微弱电信号转变为可处理的电信号。微弱光信号检测的难点在于光电器件接收到的光信号和转换后的电信号都
9、很微弱,很容易淹没在各种噪声中,为了得到有效的信号以便于后级电路的分析处理,制作低噪声、高精度光电放大器是非常重要的。现在一般采用光电转换电路和前置放大电路组成放大器的方法,并且多采用专用集成电路来构建电路。其具有能进行远距离、非接触、快速、高灵敏度的检测和传输的特点, 还具有检测信噪比高、抗干扰能力强、信息容量大等优点。然而，任何一个系统都必然存在噪声，而本身要测量的弱光信号已经很微弱。因此，如何把淹没在噪声中的弱光信号提取出来的问题具有十分重要的意义！随着科学技术的发展, 光电检测技术已广泛应用于军事、工业、农业、宇宙、环境科学、医疗卫生和民用等诸多领域。微弱光信号检测系统在信号处理、测量
10、技术、通信技术、状态检测以及一般的电子电路设计等领域得到了非常广泛的应用。并极大地促进了相关领域的发展。进行微弱光检测的分析讨论非常重要。本设计意在对微弱光信号的采集处理和存储进行了完整的探讨和研究。对微弱光信号的检测具有一定的认识。1.2国内外发展现状随着科学技术的发展，尤其是计算机技术的发展，促进了信号处理的飞速发展。微弱信号检测是信号处理的重要组成部分，其在物理、化学、生物医学、地质、磁学等领域都有广泛的应用。最近几十年来，信号处理综合了系统理论、统计学、数值分析、计算机科学和大规模集成电路等众多领域的科学成果，独立的形成一门具有普遍意义的学科。微弱信号检测技术用电子学、信息论、计算机学
11、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。微弱光信号的监测，不仅在微弱信号处理领域得到了飞速的发展，在光电检测领域也是一个重要的研究方向，因此本设计探讨的微弱光控制系统是非常有意义的。1.3 主要研究内容本课题的主要任务是完成微弱光信号检测系统的设计。根据设计总体需求，本设计主要完成微弱光信号检测，AD信号采样，数据存储、显示等功能。实现微弱光信号的检测功能。本论文的研究内容主要包括以下几个方面：1、微弱光电信号的检测，将微弱光先好转化为电信号。2、对微弱光信号的处理，包括信号的放大和AD数据采样。3、实现采样数据的存储，显示和处理功
12、能。4、实现与PC机的上层软件通信。第2章 系统总体设计分析2.1系统设计方案确定与论证 对光信号的采集通常用光电器件将光信号转变为电信号。常用的光电器件有光敏电阻，光电三极管，光电二极管，光电倍增管等。光敏电阻：通过光的强弱改变阻值从而改变电流。优点是内部的光电效应和电极无关，即可以使用直流电源。缺点是受温度影响较大，响应速度不快，延迟时间受光照强度影响。而且光敏电阻是易损器件，所以不适合本次设计。光电三极管：灵敏度高，输出电流也比光电二极管大，但光电特性不如光电二极管好，通常用作光电开关。所以也不适合本次设计。光电二极管：PIN光电二极管响应频率高，可高达10GHZ，响应速度快，供电电压低
13、，工作十分稳定。雪崩二极管灵敏度高，响应快，但雪崩二极管需要上百伏的工作电压，而且性能和入射光功率有关，当入射光功率大时，增益引起的噪声大，带来电流失真。所以本次设计最终采用PIN型光电二极管。对采集信号的处理，传感器出来的信号是微弱的模拟信号，最终要得到单片机系统能够处理的数字信号，需要对信号进行一系列的处理。包括对信号的放大和AD采样。信号放放大一般选用集成运算放大器。本系统设计采用LM358集成运算放大器。该放大器可以达到系统设计的放大需求。ADC模数转换器采用ADS7668完成模拟量到数字量的转化。本次设计以Flash Memory为存储体的SD卡进行数据的存储。其具备体积小、功耗低、
14、可擦写以及非易失性等特点。SD卡有两个可选的通讯协议：SD模式和SPI模式。SD模式是SD卡标准的读写方式，但是在选用SD模式时，往往需要选择带有SD卡控制器接口的MCU，或者必须加入额外的SD卡控制单元以支持SD卡的读写。然而，51单片机没有集成SD卡控制器接口，若选用SD模式通讯就无形中增加了产品的硬件成本。选用SPI模式可以说是一种最佳的解决方案。而且采用SPI模式对SD卡进行读写操作可大大简化硬件电路的设计。51系列单片可以用软件模拟出SPI总线时序来解决这个问题。 对于人机交互界面的设计。本次设计采用液晶LCD进行显示。液晶显示器是目前很多电气设备首选的显示设备。本系统根据实际需要，
15、设计采用1602作为液晶显示器。输出模块采用独立按键。系统总体结构图如图2-1图2-1 系统总体框图 单片机核心控制模块光电检测、信号处理模块显示模块存储模块用户输入 PC上位机综上所述，本系统以增强型51单片机STC作为核心控制模块，以光敏二极管作为光信号到电信号的检测器件。再对转换后的信号进行放大和AD采样等操作，将得到的模拟信号转化为适合单片机处理的数字信号。然后通过LCD显示器将采集到的光信号显示处理，并且进行存储操作。可通过按键输入查看历史采样数据。同时可将数据发送到PC机，在PC机上面查看历史数据。也可以在PC机上监测当前光信号的强弱。2.2系统关键技术微弱光信号检测系统设计需要解
