【正文】 stored in E2PROM so that these can be used next time. The system build up by analog current and digital current, include sampling amplifier current、 protection current and based on AT89C52 control current. By bining appropriate hardware and software, we have achieved, in our driver, a variety of protection features. Meanwhile, we have also obtained a continuously adjustable optical power output with high accuracy and stability. In addition, it has such functions as limited current protection, soft starting delayed and automatic data acquisition by the puter through the serial port and so on. It will be widely used in the fields of scientific research and production. Key word: MCU laser diode driving source 1 前言 半導(dǎo)體激光器具有單色性好、體積小、重量輕、能耗低、工作壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn) ,在科研、工業(yè)、軍事等領(lǐng)域得到了日益廣泛的應(yīng)用。本文作者設(shè)計(jì)了一種數(shù)控半導(dǎo)體激光器驅(qū)動(dòng)電源，該電源采用單片機(jī)控制，通過(guò)鍵盤(pán)設(shè)定工作電流值和限定電流值 ,并在LCD 屏上 顯示，同時(shí)這些設(shè)定值可存儲(chǔ)在 E2PROM內(nèi)便于下次調(diào)用。半導(dǎo)體激光器的驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì) 目錄 摘 要 ............................................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 系統(tǒng)將模擬電路與數(shù)字電路相結(jié)合，包括取樣放大電路、保護(hù)電路以及基于 XX的控制電路組成。半導(dǎo)體激光器是一種以電流注入作為激勵(lì)方式的激光器 ,其 運(yùn)行與驅(qū)動(dòng)電源有很大的關(guān)系 , 瞬態(tài)的電流或電壓尖峰等許多因素都很容易損壞激光器 , 電流、溫度的起伏會(huì)引起光功率的變化 , 影響輸出的準(zhǔn)確、穩(wěn)定。本文介紹我們研制的一種 基于 單片機(jī)控制的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)半導(dǎo)體激光器驅(qū)動(dòng)電源 ， 該系統(tǒng)具有廣泛的實(shí)際應(yīng)用前景。 綜 合分析以上方案 ，我們的對(duì)硬件選擇方式也是多種多樣。比較而言，可嵌 入操作系統(tǒng)的處理器，操作難度大，價(jià)格一般都較貴，而 PIC 系列的單片機(jī)價(jià)格也貴。 A/D、 D/A轉(zhuǎn)換器，目前市場(chǎng)上有各種型號(hào)可供選擇，但是有一些精度高的非常昂貴，不適用于一些小型的控制系統(tǒng)中。 技術(shù)路線 針對(duì)以上所說(shuō)明的， 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案框架圖 如圖 21 所示。 設(shè) DAC1的電壓經(jīng)放大器 U1跟隨后為 1V ,經(jīng) U2放大后為 112 *VAV ? ( 1A 為 U2上的放大倍數(shù) ) ,又設(shè)經(jīng)過(guò)半導(dǎo)體激光器的電流為 I,則流過(guò)采樣電阻 R6的電流也為I ,即采樣電壓為 IR*6 ,經(jīng)采樣放大后為 )*(* 62 IRA ,其中 2A 為 AD620的放大倍數(shù)。輸入電壓DAC1 首先經(jīng)過(guò) 由運(yùn)算放大器 U1 構(gòu)成的電壓跟隨器。 圖 33 系統(tǒng)中的電 壓跟隨器 設(shè) DAC1 的電壓經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器 U1 跟隨后為 1V ，送入下一級(jí)放大電路 U2。 圖 34 U2 所構(gòu)成的反相放大電 路 被運(yùn)算放大器 U2 放大后的電壓 2V 送入下一級(jí)運(yùn)算放大器 U3。利用虛斷和虛短的概念 可得 0?nV , 0?ii 因此有 iii ?? 21 ，電容器 C 以電流 RVi ii /?進(jìn)行充電。 圖 35 典型的積分電路 根據(jù)上述分析 如圖 36 所示， 由 U3 與電阻 4R 、電容 3C 構(gòu)成的積分電路，上電后即先對(duì)電 容 3C 進(jìn)行充電，輸出電壓為對(duì)時(shí)間的積分，輸出電壓達(dá)到最大值后受直流電源電壓的限制，致使運(yùn)算放大器進(jìn)入飽和狀態(tài)，輸出電壓保持不變，而停止積分。由于 壓過(guò)小 ,故需要放大 ,我們采用 儀 表 放大器 AD620對(duì)其放大。在第一級(jí)電路中， V1,V2分別加到 A1和 A2的同相端， 1R 和兩個(gè) 2R 組成的反饋網(wǎng)絡(luò)，引入了負(fù)反饋，兩個(gè)運(yùn)算放大器 A A2的兩輸入端形成虛短和虛斷，因而有 211 VVVR ?? 和 )2/()(/ 124311 RRVVRV R ??? ，故得 到 ))(21(2211 211 1243 VVRRVR RRVV R ?????? （ 31） 根據(jù)求差電路關(guān)系，可得 ))(21()( 211 23443340 VVRRRRVVRRV ??????? （ 32） 于是電路的電壓增益為 )21( 1 23421 0 RRRRVV VA v ????? （ 33） 在儀用放大器中，通常 2R 、 3R 和 4R 為給定值， 1R 用可變電阻代替，調(diào)節(jié) 1R的值，即可改變電壓增益 vA 。然而會(huì)選用它，是因它價(jià)格 合理 、增益值大、漂移電位低等 ， 正好符合成本合理及有效放大 采樣電阻上輸出的電壓 的微小變化訊號(hào)。 表 31 AD620 的規(guī)格特性總覽表 圖 38為 AD620 內(nèi)部方框圖 AD620 內(nèi)部 結(jié)構(gòu)如 圖 38所示。 圖 310 為本文中的取樣及放大電路 圖 310 本系統(tǒng)中 的取樣及放大電路 3. 3短路保護(hù)電路 激光二極管平時(shí)不使用時(shí)如果裸露在空氣中 ,易受雷電或靜電破壞 ,因此在不使用時(shí) ,將一個(gè)接觸電阻很小的開(kāi)關(guān) J 2與 LD并聯(lián)在一起即實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)。 3. 4延時(shí)軟啟動(dòng) 為防止電流或電壓的波動(dòng)對(duì)激光器的破壞 ,因此使用時(shí)將電流緩慢地加在激光器兩端 ,同時(shí)為防止開(kāi)機(jī)瞬間電壓突變 ,激光二極管兩端并聯(lián)一只電容 C2 ,為防止供電電壓極性接反 ,在激光二極管端反向并聯(lián)一只二極管 D4。 圖 312 系統(tǒng)的使能控制電路 限流保護(hù)電路 限流保護(hù)電路由 U U6和 U7組成的電壓跟隨電路和單門(mén)限電壓比較器構(gòu)成，如圖 313所示。比較器可以組成非正弦波形變換電路及應(yīng)用于模擬與數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換等領(lǐng)域。 具有 比集成運(yùn)放的開(kāi)環(huán)增益低，失調(diào)電壓大，共模抑制比小 等特點(diǎn) ；但其響應(yīng)速度快，傳輸延遲時(shí)間短，而且不需外加限幅電路 就可直接驅(qū)動(dòng) TTL、 CMOS和 ECL等集成數(shù)字電路；有些芯片帶負(fù)載能力很強(qiáng)，還可直接驅(qū)動(dòng)繼電器和指示燈 。 單片機(jī)系統(tǒng)是整個(gè)驅(qū)動(dòng)電源的控制核心部分。 單片機(jī)硬件設(shè)計(jì)包括兩大部分內(nèi)容。 單片機(jī)的種類(lèi)繁雜，性能各異，應(yīng)根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)的具體要求來(lái)進(jìn)行比較、選擇?？梢赃x擇片內(nèi)無(wú)程序存儲(chǔ)器的單片機(jī)，通過(guò)對(duì)片外擴(kuò)展組成單片機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)。 單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)一般比較小巧、緊湊，不像其他一般微型計(jì)算機(jī)有較多的外設(shè)，多數(shù)單片機(jī)不具備軟件調(diào)試功能，即不具備自開(kāi)發(fā)能力。有的單片機(jī)性能很好，但如果找不到合適、方便的開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。 根據(jù)單片機(jī)的選用原則以及計(jì)步器的功能需要。 AT89C52 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8K字節(jié) Flash 閃速存儲(chǔ)器， 256 字節(jié)內(nèi)部 RAM，32 個(gè) I/O 口線，看門(mén)狗（ WDT），兩個(gè)數(shù)據(jù) 指針， 三 個(gè) 16 位 可編程 定時(shí) /計(jì)數(shù)器中斷 ， 兩 個(gè) 串行中斷， 兩個(gè)全雙工串行通信口， 兩個(gè)外部中斷源 ， 共 6 個(gè)中斷源兩 個(gè)讀寫(xiě)中斷口線 ，三 級(jí)加密位 ， 低功耗空閑和掉電模式 ， 軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能 ， 片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。 AT89C52的主要性能參數(shù)見(jiàn)表 41。對(duì)端口寫(xiě)“ 1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。在編程 /校驗(yàn)期間，接收高位字節(jié)地址。 P3 口除了作為一般的 I/O 口線外，更重要的用途是它的第二功能，如表 42 所示 端口引腳 第二功能 RXD( 串行輸入口） TXD（串行輸出口 I NT0^ （外中斷0） INT1 ^ （外中斷 1） T0（定時(shí) / 計(jì)數(shù)器 0） T 1 （定時(shí) / 計(jì)數(shù)器 1） WR ^ （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通） R D^ （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通） 表 42 P3 口引腳的第二功能 RST：復(fù)位輸入信號(hào)，高電平有效。 ALE 以 1/6 的振蕩頻率穩(wěn)定速率輸出，可用作對(duì)外輸出的時(shí)鐘或用于定時(shí)。 _________PSEN :片外程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)，低電平有效。在編程時(shí)，其上施加 21V 或 12V 的編程電壓。 時(shí)鐘是單片機(jī)的心臟，單片機(jī)各功能部件的運(yùn)行都是以時(shí)鐘頻率為基準(zhǔn)，有條不紊地一拍一拍地工作。外部時(shí)鐘方式，即使用外部電路向 AT89C52 提供時(shí)鐘脈沖，外部時(shí)鐘信號(hào)通過(guò)一個(gè)反相器接至 XTAL1 和 XTAL2；內(nèi)部時(shí)鐘方式，接晶體及電容 1C 和 2C 構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反饋回路中，內(nèi)部振蕩器產(chǎn)生自激振蕩。在 AT89C52 的時(shí)鐘電路工作后，只要在 RESET 引腳上出現(xiàn) 10ms 以上的高電平時(shí)，單片機(jī)內(nèi)則初始復(fù)位。第一，上電復(fù)位。第三，自動(dòng)復(fù)位。 AT89C52的復(fù)位電路如圖 43 所示 圖 43 AT89C52的復(fù)位電路 按鍵電路 在該系統(tǒng)中，為了實(shí)現(xiàn)設(shè)定電流值的輸入，按鍵電路是十分必要的。 圖 44 獨(dú)立式按鍵接口電路 獨(dú)立式按鍵電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但每個(gè)按鍵必須占用一 根 I/O口線，因此，在按鍵較多時(shí)， I/O 口線浪費(fèi)較大。當(dāng)需要較多的按鍵時(shí)可采用矩陣式鍵盤(pán)。輸 入的方法是 通過(guò)按鍵連續(xù)輸入每按一下鍵電流值就相應(yīng)的增加或減少 1mA。 機(jī)械式按鍵再按下或釋放時(shí)，由于機(jī)械彈性作用的影響，通常伴隨有一定時(shí)間的觸點(diǎn)機(jī)械抖動(dòng)，然后其觸點(diǎn)才穩(wěn)定下來(lái)。在鍵數(shù)較少時(shí)，可采用硬件去抖，而當(dāng)鍵數(shù)較多時(shí)，采用軟件去抖。同理，在檢測(cè)到該鍵釋放后，也應(yīng)采用相同的步驟進(jìn)行確認(rèn)，從而可消除抖動(dòng)的影響。在本文的電路中 A/D 轉(zhuǎn)換器的作用是 將設(shè)定的電壓值送入單片機(jī)中，以進(jìn)行比較。應(yīng)該選擇一個(gè)是足夠滿(mǎn)足所需環(huán)境的 A/D 轉(zhuǎn)換器才是正確的?？偸д{(diào)誤差最大為177。 TLC549的極限參數(shù)如下： 電源電壓： ； 輸入電壓范圍 ： ～ VCC＋ ； 輸出電壓范圍： ～ VCC＋ ； 峰值輸入電流 (任一輸入端 )：177。 圖 410 TLC549的工作時(shí)序圖 當(dāng) CS為高時(shí)，數(shù)據(jù)輸出 (DATA OUT)端處于高阻狀態(tài)，此時(shí) I/O CLOCK不起作用。 (2) 前四個(gè) I/O CLOCK周期的下降沿依次移出第 4和第 5個(gè)位 (D DD D3)，片上采樣保持電路在第 4個(gè) I/O CLOCK下降沿開(kāi)始采樣模擬輸入。如果 CS為低時(shí) I/O CLOCK上出現(xiàn)一個(gè)有效干擾脈沖，則微處理器 /控制器將與器件的 I/O時(shí)序失去同步；若 CS為高時(shí)出現(xiàn)一次有效低電平，則將使引腳重新初始化，從而脫離原轉(zhuǎn)換過(guò)程。與 51系列單片機(jī)的接口如圖 411所示。也會(huì)需要把單片機(jī)要向外部輸出的數(shù)字量轉(zhuǎn)化成模擬信號(hào)輸出的形式，這就需要一個(gè) D/A轉(zhuǎn)換器來(lái)完成。 DAC具有基準(zhǔn)電壓兩倍的輸出壓范圍，且 DAC 是單調(diào)變化的。器件接收 16 位數(shù)據(jù)字以產(chǎn)生模擬輸出。 單片機(jī)常用的顯示器有發(fā)光二極管 (LED)和液晶顯示器兩種。 各引腳的說(shuō)明如表 45示 表 45LM016L 各管腳功能說(shuō)明 LM016L 液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器（ CGROM)已經(jīng)存儲(chǔ)了 160 個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫(xiě)、常用的符號(hào)、和日文假名等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼，比如大寫(xiě)的英文字母 “A” 的代碼是 01000001B（ 41H），顯示時(shí)模塊把地址 41H 中的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來(lái)，我們就能看到字母 “A” LM016L 液晶顯示模塊可以和單片機(jī) AT89C52直接接口，電路如圖 415。同時(shí)，仿真器也會(huì)返回單片機(jī)內(nèi)部?jī)?nèi)存與時(shí)序等情況給計(jì)算機(jī)的輔助軟件，這樣 就可以在軟件里看到真實(shí)的執(zhí)行情況。 2：軟件調(diào)試執(zhí)行單片機(jī)指令的時(shí)間無(wú)法與真實(shí)的單片機(jī)執(zhí)行時(shí)間畫(huà)上等號(hào)，也就是說(shuō)如果一個(gè)程序在單片機(jī)中要執(zhí)行 300us，可能在計(jì)算機(jī)中執(zhí)行的時(shí)間可能會(huì)比這個(gè)長(zhǎng)很多，而且無(wú)法預(yù)料。 Keil uVision2 是目前使用廣泛的單片機(jī)開(kāi)發(fā)軟件，它集成了源程序編輯和程序調(diào)試于一體，支持匯編、 C、 PL/M 語(yǔ)言。在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)之前，根據(jù)對(duì)系統(tǒng)的功能要求及其應(yīng)用環(huán)境等確定合理的、具體的功能和技術(shù)指標(biāo)，對(duì)應(yīng)用系統(tǒng) 的可靠性、通用性、先進(jìn)性、可維護(hù)性、以及成本等進(jìn)行綜合考慮，以盡量合理并符合相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。由于在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中某些功能用硬件和軟件都能實(shí)現(xiàn)，在設(shè)計(jì)中綜合考慮研制周期和成本等因素具體劃分軟硬件功能。 CK_0。0x8000)