微弱光信号检测系统前端设计
毕业设计（论文）中文毕业设计（论文）中文 自从科教兴国政策实行以来，我国的科技力量越来越发达。尤其是计算机软件部分的发展与电子通信的发展，促进了信号采集和处理技术的进步。微弱光检测的前端设计与后端设计主要实现的是能都准确的测量出光的强弱并且加以分析。本次的毕业设计就是以我们常见的51单片机STC89C52单片机来作为主要芯片，通过光敏电阻来作为微弱光信号收集的器件。然后再对数模变化后的电信号通过运算放大器LM324来进行放大处理，最后再将得到的模拟采集信号转变为能够被单片机处理的信号。因为此单片机没有ADC功能，所以需要外扩PCF8591芯片来采集模拟量信号。显示通过LCD1602显示器将采集到的光信号最终显示出来。在显示光照强度的同时也显示实时的电压。 PC机上也可以实时的监测当前的光照的的强弱。通过实际的验证，本设计完全能够检测出光照强度的变化。关键词 微弱光信号，51单片机，AD采样
目 录
1 绪论 1
1.1 题目研究背景及意义 1
1.2 国内外发展现状 1
1.3 主要研究内容 2
2系统方案设计分析 3
2.1 系统设计方案确定与论证 3
2.2 系统关键技术 4
3 系统硬件部分 5
3.1 电源处理部分电路 8
3.2 单片机最小系统 9
3.3 光照强度及信号放大电路 10
3.4 模数转换电路 13
3.5 液晶显示电路 14
3.6 UART接口电路 15
4 系统软件设计的主函数 17
5 硬件调试 21
结论 23
致谢 24
参 考 文 献 25
附录1：各引脚具体功能 26
1 绪论
1.1 题目研究背景及意义
由于如今世界科学技术的发展，所以各个领域的技术都有所上升。在光电转换技术方面更是有了巨大的提升。市场上出现了令人眼花缭乱的光电转换器件，随着人们生活水平的提高，人们对物质需求的提高，所以微弱光信号检测方面的技术也得到了快速发展。微弱的光信号检测，因为采集到的微弱光信号大小范围不 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
确定，导致了在测量收集到的微弱光信号当中夹杂着许多的噪声，使测量的数据存在着很大的误差。在微弱光信号检测技术的硬件部分原理的基础上，发明出了在单片微机芯片的基础上的微弱光信号检测器件。首先，本文讨论了微弱光信号检测技术的背景和国内外的发展现状。其次，详细介绍和讨论了微弱光信号检测系统的由光敏电阻采集微弱光信号,运用集成运算放大电路对收集到的信号进行放大，模拟信号转换为数字信号的转换电路，还要有一部分电路可以控制整个硬件电路部分，电源电路。其中，重点放在微弱光信号的收集和微弱光的放大上面。利用对数放大器信号压缩函数，结合积分放大器原理实现宽动态压缩，高噪声信号和输出信号的变换 顺利过渡，有效提取。该软件部分采用单片机C语言进行系统编程。然后，利用两个光电二极管（PN和PIN）讨论并分析了弱光信号 检测系统的入射光功率特性和入射频率特性，光谱发光二极管和实际测量结果的测量。最后，总结 系统的电路和输出特性，并提出下一步的研究工作[1]。
综上所述，由于电子与通信技术的快速发展，推动了微弱光信号处理的极速发展。微弱光信号检测是信号处理的重要组成部分，其在各个地方都有非常重要的作用。
1.2 国内外发展现状
微弱光检测技术发展并不是一蹴而就的，其中的光电转化技术发展就经历了好几个阶段。在上个世纪初，有科学家就发现了光与电之间互相变化的关系，他运用了量子论将光电转化解释的很清楚，使我们明白了其中的奥秘。他的这次光电转换报告算是开启了光电检测技术发展史。紧接着，到了20世纪中叶，又一门技术的出现（激光技术）使光电检测技术中多了很多更加精准的方法来测量，最著名的就是光子计数法，它的出现让微弱光检测趋向了完善。随后光纤技术的出现，使光信号传输有了更好的介质，让科学家在测量的时候减少了很多的误差。然后由于硬件部分的快速发展，很多的运算放大电路可以集中在一块集成板子上，让光电转换系统有了很大的变化。
20世纪最后的阶段，国家明白了光电技术的重要性，所以大力促进光电技术的发展。投入了大量的师资力量去研究去发明。在中国科学研究最高领域科学研究院也头入大量的精力去研究。经过中国科学院的激励，中国各个高校也开始对光电转化这一方面进行研究，在经过无数次的失败之后。科学家们终于研制出了可以在低温状态下也可以测量的低温辐射测量仪[2]。
20世纪出，精度很高的集成运算放大电路的出现，一些科学家开始让软硬件开始结合，使得测量的结果更加的准确，可以测量到及其小的功率，实现了光纤领域上对传输终端上微弱光信号的高精度检测。
1.3 主要研究内容
此次毕业设计的任务书上的要求是完成微弱光信号检测系统前端的设计。根据任务书上需求，我们这次毕业设计要做到是收集微弱光信号，对收集到微弱光信号进行滤波、滤波之后通过运算放大器进行信号放大、最后进行模数信号的采样和信息显示的功能。此次毕业设计的设计内容包括以下几个方面：
（1）首先是收集微弱的光信号，对收集到微弱的光信号进行放大，由于我们不好直接测量光信号，所以还要把光信号转变为电信号。
（2）模数转换电路调试。
（3）做到随时在显示屏幕显示收集到的信号和对输入的数据进行测量和处理的功能。
（4）实现与PC机的上的串口调试助手通信。
2 系统方案设计分析
2.1 系统设计方案确定与论证
对微弱光信号的收集一般都是运用光电器件传感器，光信号通过光电传感器将光信号转变成为电信号。我们经常用的光电器件传感器最主要的有三种：光敏电阻，光电三极管，光电二极管。
光电三极管：有很高的输出灵敏度，光电二极管的输出电流要比光电三极管的输出电流要小。但是他的光电特性没有光电二极管的特性好，光电三极管大多数是当作光电开关的功能。如果运用光电三极管来设计此次的设计并不是最佳的选择[3]。
目 录
1 绪论 1
1.1 题目研究背景及意义 1
1.2 国内外发展现状 1
1.3 主要研究内容 2
2系统方案设计分析 3
2.1 系统设计方案确定与论证 3
2.2 系统关键技术 4
3 系统硬件部分 5
3.1 电源处理部分电路 8
3.2 单片机最小系统 9
3.3 光照强度及信号放大电路 10
3.4 模数转换电路 13
3.5 液晶显示电路 14
3.6 UART接口电路 15
4 系统软件设计的主函数 17
5 硬件调试 21
结论 23
致谢 24
参 考 文 献 25
附录1：各引脚具体功能 26
1 绪论
1.1 题目研究背景及意义
由于如今世界科学技术的发展，所以各个领域的技术都有所上升。在光电转换技术方面更是有了巨大的提升。市场上出现了令人眼花缭乱的光电转换器件，随着人们生活水平的提高，人们对物质需求的提高，所以微弱光信号检测方面的技术也得到了快速发展。微弱的光信号检测，因为采集到的微弱光信号大小范围不 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
确定，导致了在测量收集到的微弱光信号当中夹杂着许多的噪声，使测量的数据存在着很大的误差。在微弱光信号检测技术的硬件部分原理的基础上，发明出了在单片微机芯片的基础上的微弱光信号检测器件。首先，本文讨论了微弱光信号检测技术的背景和国内外的发展现状。其次，详细介绍和讨论了微弱光信号检测系统的由光敏电阻采集微弱光信号,运用集成运算放大电路对收集到的信号进行放大，模拟信号转换为数字信号的转换电路，还要有一部分电路可以控制整个硬件电路部分，电源电路。其中，重点放在微弱光信号的收集和微弱光的放大上面。利用对数放大器信号压缩函数，结合积分放大器原理实现宽动态压缩，高噪声信号和输出信号的变换 顺利过渡，有效提取。该软件部分采用单片机C语言进行系统编程。然后，利用两个光电二极管（PN和PIN）讨论并分析了弱光信号 检测系统的入射光功率特性和入射频率特性，光谱发光二极管和实际测量结果的测量。最后，总结 系统的电路和输出特性，并提出下一步的研究工作[1]。
综上所述，由于电子与通信技术的快速发展，推动了微弱光信号处理的极速发展。微弱光信号检测是信号处理的重要组成部分，其在各个地方都有非常重要的作用。
1.2 国内外发展现状
微弱光检测技术发展并不是一蹴而就的，其中的光电转化技术发展就经历了好几个阶段。在上个世纪初，有科学家就发现了光与电之间互相变化的关系，他运用了量子论将光电转化解释的很清楚，使我们明白了其中的奥秘。他的这次光电转换报告算是开启了光电检测技术发展史。紧接着，到了20世纪中叶，又一门技术的出现（激光技术）使光电检测技术中多了很多更加精准的方法来测量，最著名的就是光子计数法，它的出现让微弱光检测趋向了完善。随后光纤技术的出现，使光信号传输有了更好的介质，让科学家在测量的时候减少了很多的误差。然后由于硬件部分的快速发展，很多的运算放大电路可以集中在一块集成板子上，让光电转换系统有了很大的变化。
20世纪最后的阶段，国家明白了光电技术的重要性，所以大力促进光电技术的发展。投入了大量的师资力量去研究去发明。在中国科学研究最高领域科学研究院也头入大量的精力去研究。经过中国科学院的激励，中国各个高校也开始对光电转化这一方面进行研究，在经过无数次的失败之后。科学家们终于研制出了可以在低温状态下也可以测量的低温辐射测量仪[2]。
20世纪出，精度很高的集成运算放大电路的出现，一些科学家开始让软硬件开始结合，使得测量的结果更加的准确，可以测量到及其小的功率，实现了光纤领域上对传输终端上微弱光信号的高精度检测。
1.3 主要研究内容
此次毕业设计的任务书上的要求是完成微弱光信号检测系统前端的设计。根据任务书上需求，我们这次毕业设计要做到是收集微弱光信号，对收集到微弱光信号进行滤波、滤波之后通过运算放大器进行信号放大、最后进行模数信号的采样和信息显示的功能。此次毕业设计的设计内容包括以下几个方面：
（1）首先是收集微弱的光信号，对收集到微弱的光信号进行放大，由于我们不好直接测量光信号，所以还要把光信号转变为电信号。
（2）模数转换电路调试。
（3）做到随时在显示屏幕显示收集到的信号和对输入的数据进行测量和处理的功能。
（4）实现与PC机的上的串口调试助手通信。
2 系统方案设计分析
2.1 系统设计方案确定与论证
对微弱光信号的收集一般都是运用光电器件传感器，光信号通过光电传感器将光信号转变成为电信号。我们经常用的光电器件传感器最主要的有三种：光敏电阻，光电三极管，光电二极管。
光电三极管：有很高的输出灵敏度，光电二极管的输出电流要比光电三极管的输出电流要小。但是他的光电特性没有光电二极管的特性好，光电三极管大多数是当作光电开关的功能。如果运用光电三极管来设计此次的设计并不是最佳的选择[3]。
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