东南大学_吴健雄学院_模电实验_光线强弱显示电路

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1、东南大学电工电子实验中心实验报告课程名称：模拟电子电路基础第2次实验实验名称：光线强弱测量显示电路的设计院（系）：吴健雄专业：电强化姓名：学号：实验室:104实验组别：/同组人员：/实验时间：14年04月18日评定成绩：审阅教师：19光线强弱测量显示电路的设计一、实验内容及要求利用光敏电阻及运算放大器等器件，设计一个光线强弱测量电路，要求电路能自动测量光线的强弱值，并按设计要求的方式显示测量值。电路应实现的功能与技术指标如下：1.基本要求1）研究光敏电阻性能，设计一个放大电路，要求输出电压能随光线的强弱变化而

2、变化。根据给定的光强变化范围，用万用表显示输出电压值。要求：参照表1，光照度从260lux到8000lux,对应的输出电压为1V到4V，列表给出显示的电压值与光照度的对应关系；2）设计一个输入光强分档显示电路，当光照度从260lux到8000lux变化范围内，分4档（参考表1的分档：2、3、4、5），用发光二极管显示对应光照度的范围并列表表示他们的关系。2.提高要求1）设计一个矩形波发生器，要求其输出波形的高电平脉冲宽度随控制电压的变化而变化，控制电压就是在基本部分已经设计完成的随输入光强变化的输出电压值（1

3、V~4V）；2）利用固定时钟信号，对上述可变的输出矩形波的高电平脉冲宽度进行计数，并用数码管显示所计数值。列表给出显示的数值和光强的对应关系。3.发挥要求1）利用数字系统综合设计中FPGA构建AD采集模块，实现光强的测量并显示。分析项目的功能与性能指标：①基本要求题目要求光照度260lux~8000lux，对应输出电压为1V~4V。由光敏电阻将光强转换成电阻，所需设计的电路是将变化的电阻转化为变化的电压，光强越强，输出电压越大。性能指标：能否把光强分为四档，输出电压范围是否满足要求，电路是否稳定，功耗是否大。

4、②提高要求设计矩形波发生器，要求其输出波形的高电平脉冲宽度随控制电压的变化而变化；并能对输出矩形波的高电平脉冲宽度进行计数，用数码管显示所计数值。19性能指标：是否实现电压变正脉宽变，能否实现计数与锁存，能否显示正确的结果。二、电路设计（预习要求）(1)电路设计思想（请将基本要求、提高要求、创新要求分别表述）：①基本要求A．变化的电阻转化成变化的电压a.直接分压法将光敏电阻与一个定值电阻串联接电源，定值电阻一端接地，其两端电压即可作为输出电压。b.电桥法电桥法可以获得小电压，与直接分压法相比可以减小功耗，也不

5、必受电阻与电源电压的限制。如果用电桥法，还要使用差分电路来获得所需电压。B．电压放大电路所得变化电压为1-4V，考虑到要后面要对光强（电压）进行分档，要将电压进行适当的放大。C．光强分档显示电路本光强分档显示电路即电压分档显示电路，联想到运放的非线性应用——电压比较器。运放的输出端接保护电阻与发光二极管即可实现。②提高要求A.可变脉宽矩形波发生器可以用运放V-f转换与555定时器实现。选择555定时器，可以考虑用比较器原理与矩形波发生器原理实现。比较器原理：将变化的电压接到5脚，2、6脚相连输入正弦波。矩形波

6、发生器：5脚接变化电压。B.计数和锁存显示电路计数选用74161，在矩形波为高电平时计数，低电平时清零/置零。锁存器可以用74161也可选用74373。矩形波作为其置数与时钟及使能信号，在时钟下降沿置数，上升沿保持，便可实现锁存的功能。(2)电路结构框图（请将基本要求、提高要求、创新要求分别画出）：基本要求提高要求19(1)电路原理图（各单元电路结构、工作原理、参数计算和元器件选择说明）：①基本要求A.变化的电阻转化成变化的电压a.直接分压法原理图：参数选择：题目要求光照度260lux-8000lux，对应电

7、压为1V-4V，参照表1，光照度分布在2-5档，电阻值变化范围为170Ω-900Ω。设电源电压为U，R1为光敏电阻（Multisim中无光敏电阻于是用普通电阻来模拟，也可用电位器来模拟），R2为用于分压的电阻；R2两端电压为所要获得的电压。可以列出下式：U*R2/(900+R2)=1，U*R2/(170+R2)=4，求出R2≈70Ω，U≈13.86V。可以取U=15V，R2=60Ω。经过仿真，所得电压符合要求。实验中所取的几组值为：R1/Ω170275580850900U1/V3.9132.6871.4060

8、.9890.937分析：这种方法虽然理论上可行，但可以稍加计算，电阻R2的最大功耗为0.267W，功耗过大，也可能会烧坏电阻，因此舍弃这一设计。b.电桥法原理图：19参数选择：设电源电压为U,三个电阻分别为Ra、Rb、Rc（由元器件清单Rc实际上由两个电阻组成，如图），光敏电阻为Rl，Rl变化范围为170~900Ω，对应电压变化范围为1-4V。电压表两端电压的理论值应为:U*Ra/(Ra+Rb),U