具有光通信功能的发光二极管手电筒设计实习论文(编辑修改稿)

具有光通信功能的发光二极管手电筒设计实习论文(编辑修改稿)内容摘要：

代码工作模式时（ EA=0），会送出此信号以便取得程序代码，通常这支脚是接到 EPROM 的 OE 脚。 AT89S51 可以利用 PSEN 及 RD 引脚分别启用存在外部的 RAM 与 EPROM，使得数据存储器与程序 存储器可以合并在一起而共用64K 的定址范围。 A T89 S51 PORT0（ ～ ）： 端口 0 是一个 8 位宽的开路汲极（ Open Drain）双向输出入端口，共有 8个位， 表示位 0， 表示位 1，依此类推。 其他三个 I/O 端口（ P PP3）则不具有此电路组态，而是内部有一提升电路， P0 在当做 I/O 用时可以推动 8 个 LS 的 TTL 负载。 如果当 EA引脚为低电平时（即取用外部程序代码或数据存储器）， P0 就以多工方式提供地址总线（ A0～ A7）及数据总线（ D0～ D7）。 设计者必须外加一锁存器将端口 0 送出的地址栓锁住 成为 A0～ A7，再配合端口 2所送出的 A8～ A15 合成一完整的 16 位地址总线，而定址到 64K 的外部存储器空间。 PORT2（ ～ ）： 端口 2 是具有内部提升电路的双向 I/O 端口，每一个引脚可以推动 4 个 LS的 TTL 负载，若将端口 2 的输出设为高电平时，此端口便能当成输入端口来使用。 P2 除了当做一般 I/O 端口使用外，若是在 AT89S51 扩充外接程序存储器或数据存储器时，也提供地址总线的高字节 A8～ A15，这个时候 P2 便不能当做 I/O 来使用了。 PORT1（ ～ ）： 端口 1 也是具有内部提升电 路的双向 I/O 端口，其输出缓冲器可以推动 4个 LS TTL 负载，同样地若将端口 1 的输出设为高电平，便是由此端口来输入数据。 如果是使用 8052 或是 8032 的话， 又当做定时器 2的外部脉冲输入脚，而 可以有 T2EX 功能，可以做外部中断输入的触发脚位。 PORT3（ ～ ）： 端口 3 也具有内部提升电路的双向 I/O 端口，其输出缓冲器可以推动 4 个TTL 负载，同时还多工具有其他的额外特殊功能，包括串行通信、外部中断控制、计时计数控制及外部数据存储器内容的读取或写入控制等功能。 其引脚分配如下： ： RXD，串行通信输入。 ： TXD，串行通信输出。 ： INT0，外部中断 0输入。 ： INT1，外部中断 1输入。 ： T0，计时计数器 0输入。 ： T1，计时计数器 1输入。 ： WR：外部数据存储器的写入信号。 ： RD，外部数据存储器的读取信号。 独立式按键结构 独立式按键是指直接用 I/O 线构成的单个按键电路，每个独立式按键占有一根 I/O 口线，每根 I/O 口线上的按键的工作状态不会影响其他 I/O 口线的工作状态，其结构简单，但 I/O 口线浪费较大。 独立式按键配置灵活，软件结构简单，上拉电阻保证了按键断开时， I/O 口线有确定的高电平，其电路原理图如图 310。 PIN 型光电二极管也称 PIN 结二极管、 PIN 二极管，在两种半导体之间的 PN 结，或者半导体与金属之间的结的邻近区域，在 P 区与 N 区之间生成 I 型层，吸收光辐射而 产生光电流的一种光检测器。 具有结电容小、渡越时间短、灵敏度高等优点 光电二极管 工作原理 在上述的光电二极管的 PN 结中间掺入一层浓度很低的 N型半导体，就可以增大耗尽区的宽度，达到减小扩散运动的影响，提高响应速度的目的。 由于这一掺入层的掺杂浓度低，近乎本征（ Intrinsic）半导体，故称 I 层，因此这种结构成为 PIN 光电二极管。 I层较厚，几乎占据了整个耗尽区。 绝大部分的入射光在 I 层内被吸收并产生大量的电子 空穴对。 在 I层两侧是掺杂浓度很高的 P 型和 N 型半导体， P层和 N 层很薄，吸收入射光的比例很小。 因而光产生电流中漂移分量占了主导地位，这就大大加快了响应速度。 通过插入 I 层，增大耗尽区宽度达到了减小扩散分量的目的，但是过大的耗尽区宽度将延长光生载流子在耗尽区内的漂移时间，反而导致响应变慢，因此耗尽区宽度要合理选择。 通过控制耗尽区的宽度可以改变 PIN 观点二极管的响应速度。 PIN 光电二极管的结构 pin 结二极管的基本结构有两种，即平面的结构和台面的结构，如图 1 所示。 对于 Sipin133 结二极管，其中 i型层的载流子浓度很低（约为 10cm 数量级）电阻率很高、（约为 kcm数量级），厚度 W一般较厚（在 10～ 200m 之间）； i型层两边的 p型和 n 型半导体的掺杂浓度通常很高（即为重掺杂）。 pin 结二极管的基本结构有两种，即平面的结构和台面的结构，如图 1 所示。 对于 Sipin133结二极管，其中 i型层的载流子浓度很低（约为 10cm 数量级）电阻率很高、（约为 kcm 数量级），厚度 W一般较厚（在 10～ 200m 之间）； i型层两边的 p型和n 型半导体的掺杂浓度通常很高（即为重掺杂）。 pin 结二极管的基本结构有两种，即平面的结构和台面的结构，如图 1 所示。 对于 Sipin133 结二极管，其中 i 型层的载流子浓度 很低（约为 10cm 数量级）电阻率很高、（约为 kcm 数量级），厚度 W 一般较厚（在 10～ 200m 之间）； i 型层两边的 p型和 n型半导体的掺杂浓度通常很高（即为重掺杂）。 平面结构和台面结构的 i型层都可以采用外延技术来制作，高掺杂的 p+层可以采用热扩散或者离子注入技术来获得。 平面结构二极管可以方便地采用常规的平面工艺来制作。 而台面结构二极管还需要进行台面制作（通过腐蚀或者挖槽来实现）。 台面结构的优点是： ① 去掉了平面结的弯曲部分，改善了表面击穿电压； ② 减小了边缘电容和电感，有利于提高工作频率。 前置放大电路设计 光探测器不是对任何微弱信号都能正确接收的，这是因为信号在传输，检测和放大过程中总会搜到一些干扰，并不可避免的要引进一些噪声。 虽然来自环境和空间无线波产生的电磁干扰能通过屏蔽的方式减弱火防止，旦随机噪声是接收系统内部产生的，是信号在检测过程中引进的，我们只能通过电路设计和工艺措施尽量减小它，却不能完全消除它。 虽然放大器的增益可以做到足够大，但在微波信号被放大的同时，噪声也被放大了，当接收信号太弱了，必定会被噪声淹没。 前置放大器在减弱或防止电磁干扰和抑制噪声起着特别重要的作用。 在白光通信系统中，信道中存在强烈 的背景噪声，因此前置放大器银杯设计为低噪声放大器。 前置放大器的噪声对光接收器的灵敏度影响很大，前置放大器的噪声取决于放大器件的类型而不同的放大器件类型以及放大结构又有着不同的频带特性，因此设计中根据系统的要求，应兼顾噪声 和频带两个方面的因素适当选择前置放大电路的形式。 （ 1） PIN 光电转换效率高，对于一定的入射光信号功率，光电检测器应能输出尽可能大的光电流； （ 2） 响应快，线性度好，频带宽。 光电二极管的响应速率是指他的光电转换快慢，常用响应时间来描述。 影响光电二极管响应速度的主要因素有：零场区的光生载流子的 扩散时间、光载流子在耗尽层的渡越时间、二极管电容、内阻及其负载电阻决定的 RC 时间常数。 提高光电检测器的有效面积可以实现对信号的 光最大速度接收，因此在受光面积较大的场合， RC 时间常数成为限制光电检测器响应速度的主要因素。 （ 3）信号失真小，检测过程中带来的附加噪声尽可能小，可靠性要高，寿命长，工作电压低。 PIN 光电检测器具有好的光电转换线度，不需要高的工作电压，响应速度快，而且相对 APD 价格便宜，容许较大温度起伏 ，在工作时只需提供较小的偏压功率。 发射端 原理 发射端系统结构 发射端编码器和驱动器组成，经过有保护间隔 OFDM 调制的信号经过编码器进行曼切斯特编码处理，其中编码器采用单片机，这样可以根据实际需要来实现不同的编码。 但是由于单片机的输出电流太小，不足以驱动 LED 灯， LED 驱动设计 目前 LED 照明灯普遍采用串并联结合的方式，即拥有串联电路的优点又有并联电路的优点，因此我们采用 LED 照明灯用串并结合的方式，而上行链路不需要很大的功率，只需要单个大功率 LED 即可。 发射端设计 LED 的数字调制驱动电路主要用来传输二进制数字信号， LED 驱动器需要提供几十甚至几百毫安的电流，因此需 要采用电流放大电路。 与传统的高速LD 调制技术相比，白光 LED 无阀值、温度稳定性能好，调制技术简单，驱动电路不需要设计自己功率控制电路、温控电路，限流保护电路以及各。