课程设计报告 光电检测电路设计
应用物理学专业实验课程设计
光电检测电路设计
太原理工大学
课程设计任务书
应用物理学专业实验课程设计基于光电检测电路的设计
目录
第一章选题背景与总体思路 (6)
1.1、选题背景 (6)
1.2、总体思路 (6)
第二章设计原理 (7)
2.1、选材 (7)
2.1.1、AT89S52芯片 (7)
2.1.2、二极管 (7)
2.1.3、三极管 (8)
2.2、光电电路 (9)
2.2.1发光电路 (8)
2.2.2光接收电路 (10)
2.3、原理图 (9)
第三章电路的功能实现 (10)
3.1、控制电路——89S52芯片 (10)
3.1.1、电源电路 (10)
3.1.2、复位电路 (10)
3.1.3、晶振电路 (10)
3.2、检测电路 (10)
第四章程序设计及说明 (24)
第五章结果分析 (43)
5.1、实验结果分析 (43)
5.2、设计心得 (43)
参考文献 (44)
第一章选题背景与总体思路
1.1 选题背景
生活中有些时候需要计数，如生产线上对产品的计数等。有时还
需要对发现故障时进行预警。这些功能都需要进行检测。
单片机本身是一个微控制器，内部无任何程序，当它和其他器件设备有机地组合在一起，并配置适当的工作程序，就构成一个单片机应用系统。在应用系统中以它为核心，控制其它外围电路协调工作，有很强的功能，可以实现很多功能。随着时代的进步和发展，单片机作为一种比较成熟的技术，在我们生活，工作，科研等各个领域有着及其广泛的应用。
我们计划设计一电路以实现检测
1.2 总体思路
本实验种光敏二极管是否接受到一发光二极管的关将会导通或
者截止，控制三极管的输出电平，再看另一发光二极管的亮灭，达到检测。光敏二极管与一发光二极管对接。当没有物体通过时，光敏二极管接受到来自发光二极管的光，其内部电阻小，光敏二极管导通，三极管输出高电平；当有物体通过时，光敏二极管无法接受来自发光二极管的光，其内电阻大，光敏二极管截止，三极管输出高电平。通过编程，控制另一发光二极管的亮灭，即用另一发光二极管的亮灭检测是否有物体通过。
本设计的由四个部分组成：电源电路、复位电路、晶振电路、、以及光电电路。
第二章设计原理
2.1选材
主要材料：AT89C51芯片、发光二极管、光电二极管、三极管。
2..1.1 A T89C51芯片
AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k bytes 的课反复察写的只读程序存储器（PEROM）和128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL 公司的高精度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，功能强大。A T89C51单片机可提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。
(1)一个8位CPU；
(2)一个时钟电路；
(3)4Kbyte程序存储器；
(4)128byte数据存储器；
(5)两个16位定时/计数器；
(6)64Kbyte扩展总线控制电路；
(7)四个8-bit并行I/O端口；
(8)一个可编程串行接口；
(9)五个中断源，其中包括两个优先
级嵌套中断.
1.电源引脚Vcc和Vss
Vcc：电源端，接＋5V。
Vss：接地端。
2.时钟电路引脚XTAL1和XTAL2
XTAL1：接外部晶振和微调电
容的一端，在片内它是振荡器倒相
放大器的输入，若使用外部TTL时钟时，该引脚必须接地。
XTAL2：接外部晶振和微调电容的另一端，在片内它是振荡器倒相放大器的输出，若使用外部TTL时钟时，该引脚为外部时钟的输入端。
3.地址锁存允许ALE系统扩展时，ALE用于控制地址锁存器锁存P0口输出的低8位地址，从而实现数据与低位地址的复用。
4.外部程序存储器读选通信号是读外部程序存储器的选通信号，低电平有效。
5.程序存储器地址允许输入端EA/VPP，当为高电平时，CPU执行片内程序存储器指令，但当PC中的值超过0FFFH时，将自动转向执行片外程序存储器指令。当为低电平时，CPU 只执行片外程序存储器指令。
6.复位信号RST，该信号高电平有效，在输入端保持两个机器周期的高电平后，就可以完成复位操作。
7.输入/输出口引脚P0、P1、P2和P3
P0口（P0.0～P0.7）：该端口为漏极开路的8位准双向口，负载能力位8高LSTTL负载，它为8位地址线和8位数据线的复用端口。
P1口（P1.0～P1.7）：它是一个内部带上拉电阻的8位准双向I/O口，P1口的驱动能力为4个LSTTL负载。
P2口（P2.0～P2.7）：它为一个内部带上拉电阻的8位准双向I/O口，P2口的驱动能力也为4个LSTTL负载。在访问外部程序存储器时，它作存储器的高8位地址线。
P3口（P3.0～P3.7）：P3口同样是内部带上拉电阻的8位准双向I/O口，P3口除了作为一般的I/O口使用之外，其还具有特殊功能。
2.1.2二极管
发光二极管简称为LED。其核心部分是由P型半导体和N型半导体组成的晶片，在P型半导体和N型半导体之间有一个过渡层，称为PN结。在某些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。PN结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称LED。当它处于正向工作状态时(即两端加上正向电压)，电流从LED阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱与电流有关。发光二极管还可分为普通单色发光二极管、高亮度发光二极管、超高亮度发光二极管、变色发光二极管、闪烁发光二极管、电压控制型发光二极管、红外发光二极管和负阻发光二极管等。
本文设计的水流速传感器检测电路采用的是红外发光二极管。红外发光二极管的结构、原理与普通发光二极管相近，只是使用的半导体材料不同。红外发光二极管通常使用砷化镓(GaAs)、砷铝化镓(GaAlAs)等材料，采用全透明或浅蓝色、黑色的树脂封装。其型号为PD204-6C/3L，采用的是全透明树脂封装，如图3.2所示。
图3.2 PD204-6C/3L型发光二极管
图3.3 PD204-6B/3L型光电二极管
白色的为发射管，黑色的为接受管。
其实学名应该叫发光二极管和光电二极管，前者发光后者感光，后者根据有没有接收到光而呈现出两种电平。
2.1.3三极管
半导体三极管也称为晶体三极管，可以说它是电子电路中最重要的器件。它最主要的功能是电流放大和开关作用。本文设计的检测电路中三极管的作用就是开关作用。其三极管的型号是3904。它是NPN型，其放大倍数300至400，功率625mW，电流200mA。
2.2 发光电路
本文设计的水流速传感器的检测电路根据光电门的电路设计设计而成。可将其拆分为两部分：一是发光电路；二是光接收电路。
2.2.1发光电路
电路图如图3.6所示。
图3.6发光电路
图中VCC为5V电源给电路供电，R3为
181限流电阻。
2.2.2 光接收电路
光接收电路如图3.7所示。
图3.7光接收电路
其工作原理是：当D1上无光照时，D1处于截止状态，其电阻远远大于R2，则三极管Q1导通，采样点X是低电平；当D1上有光照时，D1导通，三极管Q1截止，期内电阻同样大于R1，使得采样点为高电平。其中VCC为5V电源。发光电路与光接收电路成对出现，形成了弹簧位移检测的基点电路。
2.3原理图
第三章电路的功能实现
3.1 控制电路——89C52芯片
3.1.1 电源电路
89C52芯片采用5V的直流稳压电源。
3.1.2 复位电路
复位是单片机回到初始状态的一种操作，是处理单片机“死锁”的主要方法，复位电路即实现此功能。单片机上电后，从何处开始执行第一条指令，由系统复位后的状态决定。我
们使用的复位器中的电容为极性电容，最大工作电压为16V，电容为10uV，最高工作温度105°。
3.1.3 晶振电路
由晶振和电容组成，与89C52的XTAL1及XTAL2两引脚相连，即可构成一个稳定的自激振荡器，为CPU提供稳定的震荡频率，保证89C52工作。
3.2 检测电路
第四章程序设计及说明
#include
#define uint unsigned int
#define uchar unsiged char
void delay
void main( )
{
IT0=0;
EX0=1;
EA=1;
while(1)
{
P1=0x00;
}
}
void delay (unit z)
unit x,y;
for(x=z;x>0;x--)
for (y=110;y>0;y--);
void into( ) interrupt 0
{
P1=0xff;
}
第五章结果分析
参考文献
1《单片机中级教程---原理及应用》北京航空航天大学出版社张俊谟