主要元器件.DOC

摘 要 本课题研究并开发能够计算物体透光率的电路系统。透光率是物体的参数特性，当外界存在一定光照时，不同物体对光源的透过也将可能不同，例如玻璃、塑料膜、纸张等，这些物体是可见光下能够透光的物体。因此，我们将测量物体在白光下的透光率。另一方面，当同一物体对不同波长的光也具有不一样的透过率，例如我们认为是密致、不透光的物体，在X射线、γ射线照射下将变得透明。考虑到光源的限制、电路与实验的易操作性，我们将在可见光的范围内研究物体的透光率，将研究长波与短波（红光、绿光、蓝光）的光源照射下物体的透光率。 为了完成本测量电路系统，我们制作了一个简易暗箱，并在其中放置了自己制作电路板一以及电路板二，主要运用的元件有AVR单片机、光敏三极管、以及LED等。电路板一上焊接了LED光源，有四种颜色的LED光源，分别为白光、红光、绿光、蓝光，光源可通过暗箱外的按钮加以控制。电路板二是光照的接收部件。其上，我们运用光敏三极管来探测光源的信号，将光信号转变为电信号；采用AVR单片机实现了电压信号的数模转换的功能，最终将数值显示在数码管上。在完成测量电路后，我们对两种不同类型的塑料进行了测量，分别测量它们在白光、红光、绿光、蓝光下的透光率，选择的外环境为白天和黑夜。得到的结论是：塑料对于红光波长的光波其透过率最高，基本可以达到百分之九十九以上；其他波段的光则在不同的塑料材料中变化较大，且具有不确定性。 基于上述研究内容，本文首先介绍使用的重要元件，将介绍MEGA16单片机的引脚配置与结构框图，光敏三极管的特性与原理；其后介绍本测量系统的硬件设计与安排，以及软件安排；最后将介绍利用本系统得到的测量结果。 关键词：AVRmega16 光敏三极管 AD转换器1 前言 4 2 主要元器件 5 2.1 MEGA16概况 5 2.2 MEGA16产品特性 5 2.2.1 引脚配置 8 2.2.2 结构框图 9 2.3 内部模数转换器 10 2.3.1 ADC方框图及操作 11 2.4 光敏三极管 12 2.4.1 光敏三极管的结构和工作原理 12 2.4.2 光敏三极管的主要技术特性及参数 14 2.5 其他元器件介绍 17 2.5.1 运算放大器LM324 17 2.5.2 四位共阳极数码管 17 3 系统硬件构成 18 3.1 设计原理图 18 3.2 电路模拟图与实物参照 19 3.2.1 光敏三极管电路 21 3.2.2 复位电路 22 3.2.3 晶振电路 22 3.2.4 四位数码管显示电路 23 4 系统软件构成 24 5 设计实物图 25 6 设计经验和总结 28 6.1 光照与电压关系（接受电路部分的测量效果） 28 6.2 不同材料对不同波长的光透过率测量 29 致 谢 32 参 考 文 献 33 英文摘要 34 附录A：单片机源程序 35 1 前言 本课题我们主要是通过制作一个集成AVR、光敏三极管等元器件的测量电路来实现对简易物体的光透过率的研究。根据查阅相关的资料显示，若材料对可见光各波长的吸收是相等的，光线通过后，光谱组成无变化，白光仍是白光，只是减弱了它的强度而已。如果材料对光谱内各波长的光吸收不等，有选择性，则由玻璃出来的光线必定改变了原来的光谱组成，就获得了有颜色的光。材料对光的吸收是基于原子中电子（主要是价电子）接受光能后，由代能级（E1）向高能级（E2）跃迁（即从基态向激发态）。当两个能级的能量差（E2-E1=hν=Eg，h为普照朗克常数，v为频率）等于可见光的能量时，相应的波长的光就被吸收，从而呈现颜色。Eg越小，吸收的光的波长愈长，呈现的颜色愈深（显示的颜色为低波长段的颜色）；反之，能级差Eg愈大，吸收光的波长愈短，则呈现的颜色愈浅。光源电路由不同颜色的LED阵列组成，利用两节五号电池直接驱动。通过暗箱外的控制按钮可以很好的设置其工作状态。而LED工作电流小能效高，工作稳定等特性正适合为我们提供较为理想的光源。 测量部分则通过利用光敏三极管的光照特性与AVRmega16、四位数码管等半导体元器件来完成信号的接受、转换、处理、输出，来完成测量物体光透过率测量。电路中多使用半导体元器件完成，其核心部分是半导体器件。半导体器件分本征半导体和杂质半导体。由于其结构和制作的特殊性，PN节具有单向导电性、电流特性、伏安特性和电容效应，利用不同的组合和工艺则衍生出我们使用的不同电子元器件。本文主要以爱特梅尔公司生产的AVRmega16为例，描述其功能及工作原理并结合光敏三极管来实现测量物体光透过率系统。此系统也可以应用于自动照明系统等多方面领域。 将介绍MEGA16单片机的引脚配置与结构框图光敏三极管的特性与原理；介绍本测量系统的硬件设计与安排；最后将介绍利用本系统得到