課程設(shè)計--光照強(qiáng)度指示器的設(shè)計與制作

1、<p><b>　　xx大學(xué)信息學(xué)院</b></p><p><b>　　課程設(shè)計報告</b></p><p>　　班 級： </p><p>　　姓 名： </p><p>　　學(xué) 號：

2、 </p><p>　　設(shè)計項(xiàng)目名稱： 光照強(qiáng)度指示器的設(shè)計與制作 </p><p>　　實(shí)驗(yàn)所屬課程： 電子技術(shù)綜合設(shè)計與制作 </p><p>　　實(shí)驗(yàn)室(中心)： 現(xiàn)代電子實(shí)驗(yàn)中心 </p><p>　　指 導(dǎo) 教 師 ： </p><p>　

3、　設(shè)計完成時間： 2012 年 7 月 3 日</p><p><b>　　設(shè)計思路與原件參數(shù)</b></p><p><b>　　、設(shè)計思路</b></p><p>　　本設(shè)計采用LM324、光敏元件、發(fā)光二極管、電阻等元件設(shè)計并實(shí)現(xiàn)一個能夠?qū)饩€強(qiáng)度進(jìn)行正確指示的器件。當(dāng)光照強(qiáng)度變化的時候光敏電阻

4、的阻值也跟著變化，從而使LM324的輸入電壓變化，當(dāng)變化到一定值的時候LM324的輸出會產(chǎn)生突變，此時LED燈就會被點(diǎn)亮，通過燈亮的個數(shù)就可以反應(yīng)光照強(qiáng)度。完成電路原理圖設(shè)計，進(jìn)行計算機(jī)仿真和實(shí)際電路的焊接與調(diào)試。</p><p><b>　?。ǘ┰?shù)</b></p><p>　?。?） LM324：</p><p><b>　

5、　運(yùn)放類型:低功率 </b></p><p><b>　　放大器數(shù)目:4 </b></p><p>　　帶寬:1.2MHz </p><p><b>　　針腳數(shù):14 </b></p><p>　　工作頻率范圍:0°C to +70°C </p><

6、;p>　　封裝類型:SOIC </p><p>　　3dB帶寬增益乘積:1.2MHz </p><p>　　變化斜率:0.5V/μs </p><p><b>　　器件標(biāo)號:324 </b></p><p>　　器件標(biāo)記:LM324AD </p><p>　　增益帶寬:1.2MHz <

7、/p><p>　　工作溫度最低:0°C </p><p><b>　?。?）光敏電阻：</b></p><p>　　工作溫度最高:70°C </p><p>　　放大器類型:低功耗 </p><p><b>　　溫度范圍:商用 </b></p>

8、<p>　　電源電壓 最大:32V </p><p>　　電源電壓 最小:3V </p><p><b>　　芯片標(biāo)號:324 </b></p><p>　　表面安裝器件:表面安裝 </p><p>　　輸入偏移電壓 最大:7mV </p><p>　　運(yùn)放特點(diǎn):高增益頻率補(bǔ)償運(yùn)算 &l

9、t;/p><p>　　邏輯功能號:324 </p><p>　　額定電源電壓, +:15</p><p>　　光敏電阻器的主要參數(shù)有亮電阻（RL）、暗電阻（RD）、最高工作電壓（VM）、亮電流（IL）、暗電流（ID）、時間常數(shù)、溫度系數(shù)靈敏度等。 </p><p>　　1．亮電阻 亮電阻是指光敏電阻器受到光照射時的電阻值。 2．暗電阻 暗電阻是

10、指光敏電阻器在無光照射（黑暗環(huán)境）時的電阻值。 3．最高工作電壓 最高工作電壓是指光敏電阻器在額定功率下所允許承受的最高電壓。 4．亮電流 視電流是指在無光照射時，光敏電阻器在規(guī)定的外加電壓受到光照時所通過的電流。 5．暗電流 暗電流是指在無光照射時，光敏電阻器在規(guī)定的外加電壓下通過的電流。 6．時間常數(shù) 時間常數(shù)是指光敏電阻器從光照躍變開始到穩(wěn)定亮電流的63%時所需的時間。 7．電阻溫度系數(shù) 溫度系數(shù)是指光敏電阻器在環(huán)境溫度

11、改變1℃時，其電阻值的相對變化。 8．靈敏度 靈敏度是指光敏電阻器在有光照射和無光照射時電阻值的相對變化。</p><p>　?。?）LED燈：發(fā)光二極管的核心部分是由p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體組成的晶片，在p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體之間有一個過渡層，稱為p-n結(jié)。在某些半導(dǎo)體材料的PN結(jié)中，注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合時會把多余的能量以光的形式釋放出來，從而把電能直接轉(zhuǎn)換為光能。PN結(jié)加反向電壓，少數(shù)載流子難以注

12、入，故不發(fā)光。這種利用注入式電致發(fā)光原理制作的二極管叫發(fā)光二極管，通稱LED。 當(dāng)它處于正向工作狀態(tài)時（即兩端加上正向電壓），電流從LED陽極流向陰極時，半導(dǎo)體晶體就發(fā)出從紫外到紅外不同顏色的光線，光的強(qiáng)弱與電流有關(guān)。LED耗電相當(dāng)?shù)?，直流?qū)動，超低功耗（單管0.03-0.06瓦），電光功率轉(zhuǎn)換接近30%。一般來說LED的工作電壓是2-3.6V，工作電流是0.02-0.03A。</p><p>　　定值電阻：具體

13、數(shù)值視具體情況而定。</p><p>　　滑動變阻器：具體數(shù)值視具體情況而定。</p><p><b>　　開關(guān)一個。</b></p><p><b>　　導(dǎo)線若干。</b></p><p><b>　　有關(guān)元件介紹</b></p><p><b&

14、gt;　　LM324：</b></p><p>　　此系列器件帶有真差動輸入的四運(yùn)算放大器。與單電源應(yīng)用場合的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算放大器相比，它們有一些顯著優(yōu)點(diǎn)。該四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的電源下，靜態(tài)電流為MC1741的靜態(tài)電流的五分之一。共模輸入范圍包括負(fù)電源，因而消除了在許多應(yīng)用場合中采用外部偏置元件的必要性。每一組運(yùn)算放大器可用圖所示的符號來表示，它有5個引出腳，其中“+”、“-”為兩

15、個信號輸入端，“V+”、“V-”為正、負(fù)電源端，“Vo”為輸出端。兩個信號輸入端中，Vi-（-）為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號與該輸入端的位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號與該輸入端的相位相同。 LM324引腳排列如圖所示</p><p>　?。ǘ㎜ED（Light Emitting Diode）：</p><p>　　發(fā)光二極管，是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件，

16、它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。LED的心臟是一個半導(dǎo)體的晶片，晶片的一端附在一個支架上，一端是負(fù)極，另一端連接電源的正極，使整個晶片被環(huán)氧樹脂封裝起來。半導(dǎo)體晶片由兩部分組成，一部分是P型半導(dǎo)體，在它里面空穴占主導(dǎo)地位，另一端是N型半導(dǎo)體，在這邊主要是電子。但這兩種半導(dǎo)體連接起來的時候，它們之間就形成一個P-N結(jié)。當(dāng)電流通過導(dǎo)線作用于這個晶片的時候，電子就會被推向P區(qū)，在P區(qū)里電子跟空穴復(fù)合，然后就會以光子的形式發(fā)出能量，這就是LED發(fā)光的原

17、理。而光的波長也就是光的顏色，是由形成P-N結(jié)的材料決定的。</p><p><b>　?。ㄈ┕饷綦娮杵鳎?lt;/b></p><p>　　是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)制成的一種電阻值隨入射光的強(qiáng)弱而改變的電阻器；入射光強(qiáng)，電阻減小，入射光弱，電阻增大。光敏電阻器一般用于光的測量、光的控制和光電轉(zhuǎn)換（將光的變化轉(zhuǎn)換為電的變化）。通常，光敏電阻器都制成薄片結(jié)構(gòu)，以便吸收更多的光

18、能。當(dāng)它受到光的照射時，半導(dǎo)體片（光敏層）內(nèi)就激發(fā)出電子—空穴對，參與導(dǎo)電，使電路中電流增強(qiáng)。</p><p>　　1.光電流、亮電阻。光敏電阻器在一定的外加電壓下，當(dāng)有光照射時，流過的電流稱為光電流，外加電壓與光電流之比稱為亮電阻，常用“100LX”表示。</p><p>　　2.暗電流、暗電阻。光敏電阻在一定的外加電壓下，當(dāng)沒有光照射的時候，流過的電流稱為暗電流。外加電壓與暗電流之比稱

19、為暗電阻，常用“0LX”表示。</p><p>　　3.靈敏度。靈敏度是指光敏電阻不受光照射時的電阻值（暗電阻）與受光照射時的電阻值（亮電阻）的相對變化值。</p><p>　　4.光譜響應(yīng)。光譜響應(yīng)又稱光譜靈敏度，是指光敏電阻在不同波長的單色光照射下的靈敏度。若將不同波長下的靈敏度畫成曲線，就可以得到光譜響應(yīng)的曲線。</p><p>　　5.光照特性。光照特性指光

20、敏電阻輸出的電信號隨光照度而變化的特性。從光敏電阻的光照特性曲線可以看出，隨著的光照強(qiáng)度的增加，光敏電阻的阻值開始迅速下降。若進(jìn)一步增大光照強(qiáng)度，則電阻值變化減小，然后逐漸趨向平緩。在大多數(shù)情況下，該特性為非線性。</p><p>　?。?）伏安特性曲線。伏安特性曲線用來描述光敏電阻的外加電壓與光電流的關(guān)系，對于光敏器件來說，其光電流隨外加電壓的增大而增大。</p><p>　?。?）溫度

21、系數(shù)。光敏電阻的光電效應(yīng)受溫度影響較大，部分光敏電阻在低溫下的光電靈敏較高，而在高溫下的靈敏度則較低。 　　</p><p>　?。?）額定功率。額定功率是指光敏電阻用于某種線路中所允許消耗的功率，當(dāng)溫度升高時，其消耗的功率就降低。</p><p>　　三、仿真結(jié)果（自己的仿真結(jié)果）</p><p><b>　　1、無光照時：</b></

22、p><p>　　2、光照強(qiáng)度較弱時：</p><p>　　3、光照強(qiáng)度一般強(qiáng)時：</p><p>　　4、光照強(qiáng)度較強(qiáng)時：</p><p>　　四、制作過程描述（用的是合作同學(xué)的仿真結(jié)果，兩人一組）：</p><p>　　（一）焊接前的準(zhǔn)備：</p><p><b>　　1、理論的準(zhǔn)備。&

23、lt;/b></p><p>　　通過查詢相關(guān)資料以及對protues軟件的學(xué)習(xí)，本次光照強(qiáng)度指示器的原理是光照強(qiáng)度變化的時候光敏電阻的阻值也跟著變化，從而使LM324的輸入電壓變化，當(dāng)變化到一定值的時候LM324的輸出會產(chǎn)生突變，此時LED燈就會被點(diǎn)亮，通過燈亮的個數(shù)就可以反應(yīng)光照強(qiáng)度。電路圖設(shè)計如下：</p><p>　?。?）在焊接方面：烙鐵頭的溫度適當(dāng)。被焊元件和烙鐵的接觸時

24、間也要適當(dāng)，時間短也會造成虛焊，時間太長會燙壞元器件。一般的元件焊接時間約為2-3秒鐘即可。焊點(diǎn)處焊錫未冷到凝固前，切勿搖動元件的焊頭，否則也造虛焊。焊接元器件過程中切忌烙鐵頭移動和壓焊，這無助于焊接工作，還會影響焊點(diǎn)的質(zhì)量。對特殊器件的焊接應(yīng)按元件要求進(jìn)行。</p><p><b>　　焊接步驟如下：</b></p><p>　　步驟一：準(zhǔn)備施焊，要求烙鐵頭保持干凈

25、，無焊渣等氧化物，并在表面鍍有一層焊錫。</p><p>　　步驟二：加熱焊件，烙鐵頭靠在兩焊件的連接處，加熱整個焊件全體，時間大約為 1 ～ 2 秒鐘。元器件引線與焊盤要同時均勻受熱。</p><p>　　步驟三：送入焊絲，焊件的焊接面被加熱到一定溫度時，焊錫絲從烙鐵對面接觸焊件。注意：不要把焊錫絲送到烙鐵頭上！</p><p>　　步驟四：移開焊絲，當(dāng)焊絲熔化一

26、定量后，立即向左上 45° 方向移開焊絲。</p><p>　　步驟五：移開烙鐵，焊錫浸潤焊盤和焊件的施焊部位以后，向右上 45° 方向移開烙鐵，結(jié)束焊接。</p><p>　　材料工具的準(zhǔn)備：PCB電路板一塊，電阻若干，電烙鐵一把，松香一盒，松香焊錫絲1.5米，LM324芯片一塊，光敏電阻一個，萬用表一個，吸錫器一個，LED燈四只。</p><p&

27、gt;　　（二）電路焊接與調(diào)試：</p><p>　　1、電路焊接：分別根據(jù)LM324、光敏電阻以及LED的裝配說明書，認(rèn)真地校對了元件數(shù)量。確認(rèn)無誤后，再用萬用表測定了各個電阻的電阻值、LM324正負(fù)極、以及二極管的各個引腳，確保了每一個電子元件無損壞。然后根據(jù)作品說明書里的印刷電路板圖進(jìn)行焊接?？紤]到電阻的耐高溫，我們首先將電阻等小體積元件先焊在電路板上，這樣避免了出現(xiàn)焊接小體積元件時操作不方便或者因溫度過高

28、損壞元件的問題。焊接過程中，將電路板夾在兩本課本之間，固定住了電路板，避免焊接時電路板移動對焊接質(zhì)量造成影響。為了避免電烙鐵長時間通電導(dǎo)致溫度持續(xù)較高，縮短了電烙鐵的壽命，因此，電烙鐵每通電半小時便斷開一小段時間。為了節(jié)省焊錫，不造成資源浪費(fèi)，在焊接過程中，在保證能夠固定元件并且不出現(xiàn)虛焊的情況下，盡量少用了焊錫。</p><p>　　2、電路板調(diào)試：調(diào)試過程用到的主要是萬用表。首先目測檢查有無裝錯、虛焊、裝反正

29、負(fù)極的元件，確定正確無誤后接入5V的電源，確認(rèn)了作品能夠正常工作。經(jīng)過測試，隨著光照強(qiáng)度的變化，LED燈的個數(shù)會隨之變化，而通過LED燈亮的個數(shù)，就可以清楚地判斷光照強(qiáng)度的強(qiáng)弱，從而達(dá)到了實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?lt;/p><p>　　五、設(shè)計過程中遇到的問題：</p><p>　　由于這是第一次進(jìn)行電路課程的實(shí)際設(shè)計，同時也是第一次實(shí)物和實(shí)踐，各種問題出現(xiàn)了不少：</p><p>

30、;　　（一）設(shè)計電路時，首先要學(xué)會使用proteus軟件，向里面添加各種元件，進(jìn)行電路連接，并進(jìn)行仿真，這要求掌握proteus的基本操作，學(xué)習(xí)該軟件是一個問題。</p><p>　?。ǘ┰谠O(shè)計時，尤其要注意各種元件的參數(shù)值正確，合理，對焊接點(diǎn)亂有很大的幫助。電路圖仿真過程中因其不合理的阻值無法指示其光照強(qiáng)度；</p><p>　?。ㄈ┖附与娐窌r，要注意電烙鐵的正確使用（使用方法如上所

31、述），而且要注意安全，不被燙傷，因焊接時間過久而導(dǎo)致LED燈被燙壞。</p><p>　?。ㄋ模└鞣N元件的正負(fù)極要連接正確，否則電路將無法正確工作。由于不夠熟悉焊接的技巧，缺乏實(shí)際練習(xí)，造成了焊接不美觀，甚至出現(xiàn)了損壞焊盤和虛焊的情況。</p><p>　?。ㄎ澹┖附舆^程中要注意細(xì)節(jié)，細(xì)心慢點(diǎn)焊接，避免焊接錯誤，導(dǎo)致焊接失敗。</p><p>　?。┮蚝附舆^程中

32、將LM324，LED燈的正負(fù)極接反而無法正常工作</p><p><b>　　六、結(jié)論與體會：</b></p><p>　　通過在本次光照強(qiáng)度指示器設(shè)計實(shí)驗(yàn)中，一開始在電路圖的設(shè)計過程中遇到了不少的問題，大腦中沒有一個整體的概念性設(shè)計，經(jīng)查閱資料，認(rèn)識到LM324系列器件是帶有真差動輸入的四運(yùn)算放大器，以及它的工作電壓以及引腳綁定等，還有光敏電阻和LED燈的工作電壓等

33、各方面的系數(shù)，大體上弄出了實(shí)驗(yàn)電路。</p><p>　　在仿真過程中，又遇到了不同程度的問題，不管光照強(qiáng)度怎么變化，LED燈始終無法顯示光照強(qiáng)度，經(jīng)查詢相關(guān)資料和分析計算后，選擇了較為合適的阻值，LED燈相比之前有了較為明顯的變化，使得更符合了設(shè)計要求。</p><p>　　在焊接過程中，在剛開始時，一切都還認(rèn)為較為簡單，可真正實(shí)踐起來才知道，原來并不是想象中的那樣，從而，不可避免的在焊

34、接過程中遇到了不少麻煩，因焊接時間過久，導(dǎo)致了直接把LED燈給燙壞，在經(jīng)過好幾次的努力后，終于得到了較為理想的電路板，可因?yàn)榕獕牧薒ED某些不可或缺而又一時沒有的元件，導(dǎo)致最后的成果有些粗糙?？烧缋蠋熕f：一切，重要的是過程，而不是結(jié)果。只要我們努力過了，即使沒有好的結(jié)果，但我們最起碼做過了。</p><p>　　通過本次設(shè)計試驗(yàn)，使我收益匪淺，在短短三周內(nèi)學(xué)會了好多知識：proteus軟件的基本使用，焊接電路

35、板，又把以前模擬電路的知識大體復(fù)習(xí)了一遍。同時，在設(shè)計的過程中還遇到各種各樣的問題，壓力很大。雖說壓力大，但動力也大，利用課余時間，和同學(xué)討論、研究，充分合作，互相幫助，還利用答疑時間向老師進(jìn)行詢問，經(jīng)過老師的循循善誘，使得我撥開迷霧，努力地順利完成了實(shí)驗(yàn)。就這樣學(xué)會了電烙鐵的使用，對以后進(jìn)行計算機(jī)硬件設(shè)計打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。電路設(shè)計對思維提升也很大，我們應(yīng)該充分調(diào)動大腦的積極性，進(jìn)行合理的構(gòu)思并付諸實(shí)踐，所謂“沒有做不到，只有想不到”。

36、 </p><p>　　此外，在實(shí)驗(yàn)過程中，我覺得細(xì)節(jié)尤為重要，所謂細(xì)節(jié)決定成敗。焊接電路要十分仔細(xì)，資源有限，而且還必須要達(dá)到預(yù)期的效果，一定要沉著冷靜。對元件的選定也要有前瞻性，合理應(yīng)用各種功能不同的元件，會達(dá)到事半功倍的效果，達(dá)到實(shí)驗(yàn)的預(yù)期效果。但是總的來說。我已失敗了，假如再給我這么一次機(jī)會，我一定會好好把握，爭取做得更好。</p><p>　　總而言之，我認(rèn)為在以后的學(xué)習(xí)生

37、活中真的應(yīng)該多進(jìn)行這樣的課程設(shè)計，通過這種設(shè)計，我們可以學(xué)到很多課內(nèi)課外的知識，并且真切的鍛煉自己的實(shí)際動手操作能力，培養(yǎng)動手動腦能力，培養(yǎng)團(tuán)結(jié)合作能力，對抽象的知識有了實(shí)體的感受，把知識應(yīng)用到生活中，真正的創(chuàng)造財富。當(dāng)然，雖然現(xiàn)在做的只是一個小小的設(shè)計實(shí)驗(yàn)，但是隨著知識、經(jīng)驗(yàn)的積累，以后必定能有所成就作為。為以后的學(xué)習(xí)定下目標(biāo)，努力學(xué)習(xí)課本及課外知識，并努力付諸實(shí)踐。我始終相信：有所付出，不一定會有很大的收獲，但假如你舍不得付出，那么

38、你將沒有任何收獲！</p><p><b>　　教師評閱：</b></p><p>　　□設(shè)計思路正確；□仿真結(jié)果正確可信；□設(shè)計成果符合要求；□設(shè)計報告規(guī)范； </p><p>　　□設(shè)計過程原始記錄（元件參數(shù)、原理圖、計算等）符合要求；□設(shè)計分析總結(jié)全面； </p&