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1、目录一、课程设计任务书1二、智能定时器设计11.设计要点.12硬件设计.4（1）光敏电阻.5（2）光耦合器.6（3）光电开关.7（4）红外光电对管.8（5）光敏二极管与光敏三极管.8（6）拨码开关.9三、智能光电定时器软件设计11.1程序流程图.111）主程序流程图.112）T0 中断服务子程序.122 软件去抖.123. 初始化.124硬件调试方法.135软件调试方法.136.程序清单.13四、结论17五、体会及收获17参考文献171课程设计任务书 （智能光电定时器）1、总体方案设计根据资料将同类产品方案特点列出，画出设计方案的原理图和印制板图，说明设计的方案的特点。2、 各功能部件的硬件设
2、计1.各种光电器件、拨码开关对时间置入方式的设计2.单片机硬件对时间置入接收部分的设计以及控制声光报警电路的设计3.单片机软件对定时，报警的编制以及电源的设计 智能光电定时器设计一、 智能光电定时器设计要点定时器时间置入有两种方式：拨码开关置入方式和光电置入方式拨码开关置入方式，其定时的时间精度为 1 秒钟；有两个拨码开关，一个设置为分钟位，一个设置为秒钟位。光电置入方式定时的时间精度为 1 秒钟。 秒钟的置入电路 分钟的置入电路指示灯电路2二、 智能光电定时器硬件设计1电路图3智能光电定时 器电路图智能光电定时 器 PCB 图2. 光电传感器光电传感器的作用主要是将光信号转换为电信号，它是一
3、种利用光敏器件作为检测元件的传感器。下面介绍一些常用的光电器件：光敏电阻和发光二极管以及光耦合器光敏电阻（一） 光敏电阻的工作原理光敏电阻是用光电导体制成的光电器件（即 PC 器件） ，又称光导管，它是基于半导体光电效应工作的。光敏电阻的灵敏度易受潮湿的影响，因此要将光电导体严密封装在带有玻璃的壳体中。光敏电阻具有很高的灵敏度，很好的光谱特性，光谱响应从紫外区一直到红外区。 （二）光敏电阻的基本特性1、伏安特性在一定照度下，光敏电阻两端所加的电压与光电流之间的关系，称为伏安特性（见图 1.2） 。由曲线可知，在给定的偏压情况下，光照度越大，光电流也就越大；光敏电阻的最高工作电压是由耗散功率决定
4、的，而光敏电阻的耗散功率又和面积大小以及散热条件等因素有关。4硫化镉光敏电阻的伏安特性曲线 光敏电阻的光照特性曲线2、光照特性光敏电阻的光电流与光强之间的关系，称为光敏电阻的光照特性。不同类型的光敏电阻，光照特性不同。但多数光敏电阻的光照特性类似与图 1.3 所示曲线形状。发光二极管(一)、 发光二极管的工作原理 当 PN 结加上正向电压时，结区势垒降低，P 区的空穴载流子 p 向 N 区扩散，N 区的电子 n 向 P 区扩散，p 与 n 在 PN 结区相遇复合释放能量而发光。这种发光器件和白炽灯泡相比，有体积小、耐冲击、寿命长功耗低、响应快、可靠性高、颜色鲜明、易和集成电路匹配等特点，因而获
5、得广泛应用。发光二极管结构示意图 恒定直流驱动方式(二)、LED 的特性1. 发光二极管的特性发光二极管通以正向电流，发光二极管就会发光。发光二极管内部的晶片所用材料不同，所发出的光线的光谱（光线的频率范围）不同，因而所发光的颜色也不同。发光二极管的外部电压与电流的关系，即伏安特性，类似于普通二极管。其差别是，普通硅二极管的正向开启电压约为0.65V，而发光二极管的开启电压更大些。发黄光的发光二极管的响应时间最长，约 100us；发红光的和橙光最短，约 10ns，其于的也都在 150ns 以下。2. 发光二极管的特性参数1.发光光谱图 2.3 给出了 GaAs0.6P0.4 和 GaP 的发射
6、光谱。当 GaAs1-xPx中的 x 值不同时，峰值波长在620680nm 之间变化，谱线半宽度大致为 2030nm。GaP 发红光5GaAs0.6P0.4GaP 的发光光谱的峰值波长在 700nm 附近，半宽度大约为 100nm。2伏安特性发光二极管的伏安特性如图 2.4 所示，它与普通二极管的伏安特性大致相同。发光二极管的伏安特性曲线 发光亮度与电流密度的关系光耦合器 光耦合器的几种常见形式:1. 光电开关光电开关是一种特殊形式的光电耦合器件，只不过其发光部和受光部不是一个封闭的整体，它们之间可以插入被测物体。图 3.2 是槽型光电耦合器。这里所谓的“槽型”指的是其外部形状像是一个槽子，其
7、实其电路结构与普通光电耦合器没有什么两样。图中左槽沿安装一个砷化镓（GaAs）近红外发光二极管，其峰值波长为 880nm，右边为硅光敏三极管，其峰值波长也为 880nm。投射式光电传感器光电开关的发光二极管和光敏三极管一般采用直流供电。抽屉装有插销。抽屉推进桌子里后，插销进入槽型光电开关耦合器的槽隙中遮住光，光电开关无输出。抽屉拉出后，插销离开槽隙，使发光二极管的光照射到光敏三极管上。用此电流驱动报警器等起到防盗作用。图 3.3（a）是一种反射式光电开关的外形图。光线发出后只有经过障碍物反射回来后光敏三极管才可接收到，如图63.3（b）所示。反射式光电开关 光电开关的光敏三极管响应慢。GaAs
8、（砷化镓）红外发光二极管的上升和下降时间为 4ns，硅光敏三极管的上升和下降时间为 3us。发光二极管通以恒定电流，速度只决定于光敏三极管。光敏三极管的上升和下降时间按 3us 计算。也可采用单个红外发光二极管与光敏管设计组装成各种遥控或远距离检测的光电开关（图 3.4）光电开关的应用2. 红外光电对管红外发射管的作用是电脉冲信号转换为光信号送出。当输出变化的电脉冲信号时，发射管发射出的红外线强度就随之变化。电阻起限流的作用，电阻越小，通过红外发射管的电流越大，发射管的发射功率就越大，发射距离就越远；电阻取的过小会损坏红外线发射管。当红外光照射光电接收管时，光电接收管的电阻将减小，光电接收管使
9、电阻的电流增大，从而电阻两端产生随入射红外光强弱变化的电压，此变化的电压信号经红外接口输入主机。常见光电接收管有两种形式，一种是光电接收二极管，一种是光电接受三极管（只有两只引脚） （光电三极管较为常见） 。用光电二极管其负极需要接+5V 一端。3. 光敏二极管与光敏三极管1) 光敏二极管光敏二极管的结构图7光敏二极管的结构如图 3.5 所示。其基本原理是，当光照射到 P-N 结上时，P-N 结便吸收光能并把它转变为电能。伏安特性如图 3.6 所示。光敏二极管有四种类型：P-N 结型（也称 PD） 、PIN 结型、雪崩型和肖特基结型。1）光敏二极管的加反向电压时，电流随光照强度变化而变化。如图
10、的第三象限。在这种状态下，反向电流与光强成正比。当光强度为零时，反向电流（此电流称为暗电流）为零（实际上小于0.2uA） 。2）光电二极管不加电压，P-N 结受光照射后会产生正向电压，从而使闭合回路中流过电流。2) 光敏三极管光敏三极管也是依靠光照射来使输出电流发生变化的器件。光敏三极管的发射极电流或集电极电流与光强成正比。具有比光敏二极管高的多的响应度（又称灵敏度） ，工作时对电源的要求又不苛刻。光敏二极管的结构和特性曲线光敏三极管的外形、原理性结构、常用符号及等效电路图光敏三极管的外形、原理性结构、常用符号及等效电路如图 3.7 所示。工作时所加偏压的极性已在图中示出。这是一种用平面工艺制
11、造的硅 NPN 型光敏三极管。在图中，只画了 E、C 两个引出端子，实际上，是既可以只有 E、C 两个引出端子，也可以有 E、B、C 三个引出端子的。B 端子从N PN 结构中的 P 区引出。 3、拨码开关如果某些重要的功能或数据也由键盘输入，必将因易误操作而产生一些不良后果。因此，即使在加电后，开关的状态发生变化也不会影响计算机的正常操作。数字拨码盘输出有 BCD 编码的四线输8出和单片十位的十线输出两种方式。十线拨码盘实际上是一种单刀十掷的转化开关，如图 3.8 所示。显然这种拨盘结构简单，与8031 接口时，将 A 端接地，当 8031 读入口线电平状态时，就可判断开关处于哪一个档位。B
12、CD 拨码盘，是十进制数输入，BCD 码输出。它有 09 十个位置，每个位置有相应的数字显示，代表一位十进制数的输入。每片拨盘代表一位十进制数，n 位十进制数，可用 n 片拨盘并联安装组成，如图 3.9 所示。十线拨盘结构 三位十进制拨盘组十线拨码盘与 8031 的接口BCD 码拨盘后面有 5 个接点，其中 A 为输入控制线，另外四根是 BCD 码输出线。拨盘拨到不同位置时，输入控制线 A 分别与 4 根 BCD 码输出线中的某根或某几根接通。例如拨盘拨到 6，A 与 4，2接通，拨到 7 时，A 与 4、2、1 接通等等。表 3-1 BCD 码拨盘的输入输出状态表。表 3-1 BCD 码拨盘的输入输出状态输出状态 拨 盘输 入控 制端 A 8 4 2 10 1 0 0 0 01 1 0 0 0 12 1 0 0 1 03 1 0 0 1 14 1 0 1 0 05 1 0 1 0 16 1 0 1 1 07 1 0 1 1 18 1
