課程設計--光照強度指示器的設計與制作

1、<p><b>　　xx大學信息學院</b></p><p><b>　　課程設計報告</b></p><p>　　班 級： </p><p>　　姓 名： </p><p>　　學 號：

2、 </p><p>　　設計項目名稱： 光照強度指示器的設計與制作 </p><p>　　實驗所屬課程： 電子技術綜合設計與制作 </p><p>　　實驗室(中心)： 現代電子實驗中心 </p><p>　　指 導 教 師 ： </p><p>　

3、　設計完成時間： 2012 年 7 月 3 日</p><p><b>　　設計思路與原件參數</b></p><p><b>　　、設計思路</b></p><p>　　本設計采用LM324、光敏元件、發(fā)光二極管、電阻等元件設計并實現一個能夠對光線強度進行正確指示的器件。當光照強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，當變化到一定值的時候LM324的輸出會產生突變，此時LED燈就會被點亮，通過燈亮的個數就可以反應光照強度。完成電路原理圖設計，進行計算機仿真和實際電路的焊接與調試。</p><p><b>　?。ǘ┰?lt;/b></p><p>　?。?） LM324：</p><p><b>　

5、　運放類型:低功率 </b></p><p><b>　　放大器數目:4 </b></p><p>　　帶寬:1.2MHz </p><p><b>　　針腳數: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>　　器件標號:324 </b></p><p>　　器件標記: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>　　運放特點:高增益頻率補償運算 &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、溫度系數靈敏度等。 </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 時間常數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 溫度系數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>　　（3）LED燈：發(fā)光二極管的核心部分是由p型半導體和n型半導體組成的晶片，在p型半導體和n型半導體之間有一個過渡層，稱為p-n結。在某些半導體材料的PN結中，注入的少數載流子與多數載流子復合時會把多余的能量以光的形式釋放出來，從而把電能直接轉換為光能。PN結加反向電壓，少數載流子難以注

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，半導體晶體就發(fā)出從紫外到紅外不同顏色的光線，光的強弱與電流有關。LED耗電相當低，直流驅動，超低功耗（單管0.03-0.06瓦），電光功率轉換接近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、數值視具體情況而定。</p><p>　　滑動變阻器：具體數值視具體情況而定。</p><p><b>　　開關一個。</b></p><p><b>　　導線若干。</b></p><p><b>　　有關元件介紹</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算放大器。與單電源應用場合的標準運算放大器相比，它們有一些顯著優(yōu)點。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電源，因而消除了在許多應用場合中采用外部偏置元件的必要性。每一組運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)的半導體器件，

16、它可以直接把電轉化為光。LED的心臟是一個半導體的晶片，晶片的一端附在一個支架上，一端是負極，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。半導體晶片由兩部分組成，一部分是P型半導體，在它里面空穴占主導地位，另一端是N型半導體，在這邊主要是電子。但這兩種半導體連接起來的時候，它們之間就形成一個P-N結。當電流通過導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結的材料決定的。</p><p><b>　　（三）光敏電阻器：</b></p><p>　　是利用半導體的光電效應制成的一種電阻值隨入射光的強弱而改變的電阻器；入射光強，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、光的控制和光電轉換（將光的變化轉換為電的變化）。通常，光敏電阻器都制成薄片結構，以便吸收更多的光

18、能。當它受到光的照射時，半導體片（光敏層）內就激發(fā)出電子—空穴對，參與導電，使電路中電流增強。</p><p>　　1.光電流、亮電阻。光敏電阻器在一定的外加電壓下，當有光照射時，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。光譜響應又稱光譜靈敏度，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，隨著的光照強度的增加，光敏電阻的阻值開始迅速下降。若進一步增大光照強度，則電阻值變化減小，然后逐漸趨向平緩。在大多數情況下，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。光敏電阻的光電效應受溫度影響較大，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，當溫度升高時，其消耗的功率就降低。</p><p>　　三、仿真結果（自己的仿真結果）</p><p><b>　　1、無光照時：</b></

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

23、lt;/b></p><p>　　通過查詢相關資料以及對protues軟件的學習，本次光照強度指示器的原理是光照強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，當變化到一定值的時候LM324的輸出會產生突變，此時LED燈就會被點亮，通過燈亮的個數就可以反應光照強度。電路圖設計如下：</p><p>　?。?）在焊接方面：烙鐵頭的溫度適當。被焊元件和烙鐵的接觸時

24、間也要適當，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，還會影響焊點的質量。對特殊器件的焊接應按元件要求進行。</p><p><b>　　焊接步驟如下：</b></p><p>　　步驟一：準備施焊，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，結束焊接。</p><p>　　材料工具的準備：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;　?。ǘ╇娐泛附优c調試：</p><p>　　1、電路焊接：分別根據LM324、光敏電阻以及LED的裝配說明書，認真地校對了元件數量。確認無誤后，再用萬用表測定了各個電阻的電阻值、LM324正負極、以及二極管的各個引腳，確保了每一個電子元件無損壞。然后根據作品說明書里的印刷電路板圖進行焊接?？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量造成影響。為了避免電烙鐵長時間通電導致溫度持續(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，在焊接過程中，在保證能夠固定元件并且不出現虛焊的情況下，盡量少用了焊錫。</p><p>　　2、電路板調試：調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、負極的元件，確定正確無誤后接入5V的電源，確認了作品能夠正常工作。經過測試，隨著光照強度的變化，LED燈的個數會隨之變化，而通過LED燈亮的個數，就可以清楚地判斷光照強度的強弱，從而達到了實驗目的。</p><p>　　五、設計過程中遇到的問題：</p><p>　　由于這是第一次進行電路課程的實際設計，同時也是第一次實物和實踐，各種問題出現了不少：</p><p>

30、;　?。ㄒ唬┰O計電路時，首先要學會使用proteus軟件，向里面添加各種元件，進行電路連接，并進行仿真，這要求掌握proteus的基本操作，學習該軟件是一個問題。</p><p>　?。ǘ┰谠O計時，尤其要注意各種元件的參數值正確，合理，對焊接點亂有很大的幫助。電路圖仿真過程中因其不合理的阻值無法指示其光照強度；</p><p>　　（三）焊接電路時，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致LED燈被燙壞。</p><p>　?。ㄋ模└鞣N元件的正負極要連接正確，否則電路將無法正確工作。由于不夠熟悉焊接的技巧，缺乏實際練習，造成了焊接不美觀，甚至出現了損壞焊盤和虛焊的情況。</p><p>　　（五）焊接過程中要注意細節(jié)，細心慢點焊接，避免焊接錯誤，導致焊接失敗。</p><p>　　（六）因焊接過程中

32、將LM324，LED燈的正負極接反而無法正常工作</p><p><b>　　六、結論與體會：</b></p><p>　　通過在本次光照強度指示器設計實驗中，一開始在電路圖的設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計，經查閱資料，認識到LM324系列器件是帶有真差動輸入的四運算放大器，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，大體上弄出了實驗電路。</p><p>　　在仿真過程中，又遇到了不同程度的問題，不管光照強度怎么變化，LED燈始終無法顯示光照強度，經查詢相關資料和分析計算后，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，使得更符合了設計要求。</p><p>　　在焊接過程中，在剛開始時，一切都還認為較為簡單，可真正實踐起來才知道，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，導致了直接把LED燈給燙壞，在經過好幾次的努力后，終于得到了較為理想的電路板，可因為弄壞了LED某些不可或缺而又一時沒有的元件，導致最后的成果有些粗糙。可正如老師所說：一切，重要的是過程，而不是結果。只要我們努力過了，即使沒有好的結果，但我們最起碼做過了。</p><p>　　通過本次設計試驗，使我收益匪淺，在短短三周內學會了好多知識：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習了一遍。同時，在設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，和同學討論、研究，充分合作，互相幫助，還利用答疑時間向老師進行詢問，經過老師的循循善誘，使得我撥開迷霧，努力地順利完成了實驗。就這樣學會了電烙鐵的使用，對以后進行計算機硬件設計打下了堅實的基礎。電路設計對思維提升也很大，我們應該充分調動大腦的積極性，進行合理的構思并付諸實踐，所謂“沒有做不到，只有想不到”。

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

37、活中真的應該多進行這樣的課程設計，通過這種設計，我們可以學到很多課內課外的知識，并且真切的鍛煉自己的實際動手操作能力，培養(yǎng)動手動腦能力，培養(yǎng)團結合作能力，對抽象的知識有了實體的感受，把知識應用到生活中，真正的創(chuàng)造財富。當然，雖然現在做的只是一個小小的設計實驗，但是隨著知識、經驗的積累，以后必定能有所成就作為。為以后的學習定下目標，努力學習課本及課外知識，并努力付諸實踐。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>　　□設計思路正確；□仿真結果正確可信；□設計成果符合要求；□設計報告規(guī)范； </p><p>　　□設計過程原始記錄（元件參數、原理圖、計算等）符合要求；□設計分析總結全面； </p&