【正文】 輸入阻抗的運算放大器和模擬 PID，研制出了一種半導體激 光器用高精度溫度拄制儀，該控制精度可高達 177。 本課題 設計一個以單片機為核心部件，以半導體制冷器為控溫元件，以溫度傳感器為測溫元件的溫度控制系統(tǒng) ,結合數字 PID控制技術 ,對半導體激光器進行溫度控制 。對于這種溫控對象，一般認為其具有以下的傳遞函數形式： sSeKsG T ???? 1)( （ 21） 方案一 圖 方案一的圖 圖 所示的 方案是傳統(tǒng)的一位式模擬控制方案，選用模擬電路，用電位器設定值，反饋的溫度值和設定值比較后，決定加熱或不加熱。它以體積小、功能全、價格低等特點，贏得了廣泛的應用，同時一些與單片機有關公司都爭相推出各自的單片機。 AT89C51 基本功能描述如下： AT89C51 是一種低損耗、高性能、 CMOS 八位微處理器，而且在其片種還有 4k 字節(jié)的在線可重復編程快擦快寫程序存儲器，能重復寫入 /擦除 1000 次，數據保存時間為十年。 圖 邏輯引腳圖 各 引腳功能敘述如下： 1．電源和晶振 VCC—— 運行和程序校驗時加 +5V GND—— 接地 XTAL1—— 輸入到振蕩器的反向放大器 XTAL2—— 反向放大器的輸出，輸入到內部時鐘發(fā)生器 （當使用外部振蕩器時， XTAL1 接地， XTAL2 接收振蕩器信號） RST：復位輸入。 P1 口可驅動 4 個 LSTTL 負載。 —— T1 定時器 /計數器 1 的外部輸入，輸入。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。 3． DS18S20 通過 1Wire174。 LED 數碼管顯示清晰、成本低廉、配置靈活，與單 片機接口簡單易行。高溫度系數晶振隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產生的信號作為計數器 2 的脈沖輸入。 主程序如圖 。 解決方法：在畫原理圖時仔細檢查、校正即可解決。 2．不響應中斷 CPU 不響應中斷或不響應某一個中斷這種錯誤的現象是連續(xù)運行時不執(zhí)行中斷任務程序的規(guī)定操作，當斷點設在中斷入口或中斷服務程序中時碰不到斷點。 通過 本次畢業(yè) 的設計，我 有 很深的感觸：當今社會在飛速發(fā)展，科學技術發(fā)展的速度更是 日新月異 ，尤其是單片機技術在未來社會 科學技術 發(fā)展中一定會起著 不可替代 的作用，而通過本次設計無論是 從硬件實現還是到整個程序的完成，對我個人專業(yè)能力的一次提高和體現。胡老師豐富的知識，開闊的設計思路以及嚴謹的科學態(tài)度使我在學習到相關專業(yè)知識的同時，開闊了視野，拓寬了思維，受益匪淺。 sbit LING=P2^0。 unsigned char b=0。 e=ReadTemperature()。p37=0。 P0 =LEDData[b]。 Delay(150)。 p34=0。 p34=0。 P0 =LEDData[d]。 tt=t*。 Delay(14)。 sbit dp=P0^7。大學時代的老師治學嚴謹，學識淵博，思想深邃，視野雄闊，為我營造了一種良好的精神氛圍。把溫度信息轉化成二進制數字信息，傳輸給AT89C51 單片機 ,進行溫度的處理，并在數碼管上顯示出來。 軟件調試 軟件電路故障及解決方法 設計軟件部分出現這種錯誤的現象： 1．當以斷點或連續(xù)方式運行時，目標系統(tǒng)沒有按規(guī)定的功能進行操作或什么結果也沒有，這是由于程序轉移到意外之處或在某處死循環(huán)所造成的。 5 系統(tǒng)調試及結論分析 22 5 系統(tǒng)調試及結論分析 單片機應用系統(tǒng)樣機組裝好以后，便可進入系統(tǒng)的在線（聯仿真器）調試，其主要任務是排除樣機硬件故障，并完善其硬件結構，試運行所設計的程序，排除程序錯誤，優(yōu)化程序結構，使系統(tǒng)達到期望的功能，進而固化軟件 。從軟件的功能不同可分為兩大類：一是監(jiān)控軟件（主程序），它是整個控制系統(tǒng)的核心，專門用來協(xié)調各執(zhí)行模塊和操作者的關系。實現對半導體激光器溫度的顯示與 控制。 7． DS18S20 具有負載特性，當電源極性接反時，芯片不會因發(fā)熱而燒毀，但是不能正常的工作。在實際的溫度測量過程中被廣泛應用，同時也取得了良好的測量效果。 ALE 可以驅動 8 個 LSTTL 負載。 —— TXD（串行輸出口），輸出。在程序校驗期間，輸出指令字節(jié)（需加外部上拉電路）。該芯片內 RAM 和特殊功能寄存器值保持不變 , 一直到掉電模式被終 止。 下面重點介紹一下本畢業(yè)論文討論的 系統(tǒng)所用的 AT89C51 系列單片機。也使得系統(tǒng)所測得結果的精度大大提高。該溫控系統(tǒng)的總體設計主要包括： AT89C51 單片機、 DS18B20 溫度傳感器、數碼管顯示、及按鍵設置，本章將會逐一介紹。雖然半導體激光器是高效率的電子、光子轉換器件，但是由于存在各種非輻射、自由載流子吸收等損耗機制，其外微分量子效率只能達到 20％～ 30％。 [1] 國內專門生產用于保持激光器恒溫的控 制器比較少，產品基本為時間比例一調節(jié)、固定參數 PID 調 整等。在激光二極管泵浦固體激光器中，為實現對激光晶體的譜線耦合，必須調整激光二極管的輸出波長使其與激光晶體的吸收峰值相匹配。最終有效的控制半導體激光器的溫度。激光二極管的輸出波長主要由其摻雜濃度、工作電流和工作溫度決定。但是，半導體激光器本身存在著問題，在半導體激光器中微小的電流和溫度變化將導致半導體激光器輸出功率的波動。 （含起始時間、設計地點）： （ 1）畢業(yè)設計的態(tài)度端正、認真，目的明確； （ 2）按照《西安工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文）撰寫規(guī)范》撰寫論文； （ 3）論文的字數要求 15000 字以上； （ 4）參考文獻 15 篇以上 （ 5）按照任務書的要求，進度要求完成相應的工作； （ 6）按照老師所指定的時間向老師匯報所做的工作情況。 overshoot: less than 10%. Effective control of the final temperature of the semiconductor laser. Key words: Semiconductor lasers。 半導體激光器溫控系統(tǒng)研究的現狀 上世紀 90 年代， Inter 開始普及，光纖通信領域開始突發(fā)發(fā)展，在國外，許多 IT 公司，如阿爾卡特電子 Liner 等，都研制新型的光調整器、激光光源、光電探測器。 ℃。 半導體激光器是以直接帶隙半導體材料構成的 PN 結或 PIN 結為工作物質的一種小型化激光器，具有較高的電子一光子轉換效率，但由于存在非輻射復合損耗、自由載流子吸收等損耗機制，使相當部分注入的電功率轉化為熱量。其特點是電路簡單，易于實現，但是系統(tǒng)所得結果的精度不高并且調節(jié)動作頻繁，系統(tǒng)靜態(tài)西安工業(yè)大學北方信息工程學院畢業(yè)設計（論文） 5 差大、不穩(wěn)定。 1978 年下半年 Motorola 公司推出 M6800 系列單片機， Zilog 公司相繼推出Z8 單片機系列。它與 MCS51 系列單片機在指令系統(tǒng)和引腳上完全兼容，不僅可完全代替 MCS51 系列單片機，而且能使系統(tǒng)具有許多 MCS51 系列產品沒有的功能。當振蕩器復位器件時，要保持 RST 腳兩個機器周期的高電平時間。對于 80C51， —— T2，是定時器的計數端且位輸入； —— T2EX，是定時器的外部 輸入端。 6．數據存儲器選通 —— WR 低電平有效，輸出，片外存儲器寫選通。 注意：每當用作外部數據存儲器時，將跳過一個 ALE 脈沖?？偩€與中央微處理器通信，僅需要單根數據線 (或地線 )。 LED 數碼管作為顯示字段的數碼型顯示器件，它是由若干個發(fā)光二極管組成的。計數器 1 和溫度寄存器被預置在－ 55℃ 所對應的一個基數值。 圖 主程序流程圖 DS18B20 初始化 開始 AT89C51 初始化DS18B20 初始化 溫度是否在設定限度內 溫度顯示 結束 聲光報警亮 溫度在顯示范圍內 Y N N Y 西安工業(yè)大學北方信息工程學院畢業(yè)設計（論文） 18 DS18B20 初始化流程圖見圖 。 2．元器件損壞：由于對元器件使用要求的不熟悉及制作調試過程中操作不當致使器件損壞。 錯誤的原因有：中斷控制寄存器（ IE， IP）的初值設置不正確，使 CPU 沒有開放中斷或不許某個中斷源請求；或者對片內的定時器、串行口等特殊功能寄存器和擴展的 I/O 口編程有錯誤，造成中斷沒有被激活；或者某一中斷服務程序不是以 RETI 指令作為返回主程序的指令， CPU 雖已返回到主程序但內部中斷狀態(tài)寄存器沒有被清除，從而不響應中斷；或由于外部中斷源的硬件故障使外部中斷請求無效。而本次設計主要是完成兩方面工作 ， 硬件電路板設計 、 軟件程序設計 。在此，對胡老師的精心心指導和辛勤的工作表示深深的謝意與敬意！ 同時，感謝王茂峰、劉爽豪同學，還有大校的張蓉以及在電路板焊接中、在校期間所有給予我?guī)椭睦蠋熀屯瑢W。 signed char m。 unsigned int t=0。 a=e/1000。 Delay(150)。 dp=0。 p34=0。 P0 =LEDData[a]。 Delay(150)。p37=0。 t=t|a。 DQ=1。 sbit p36=P2^6。感謝我教書育人的老師，我不是你們最出色的學生，而你們卻是我最尊敬的老師。通過 ds18b20 溫度傳感器測得半導體激光器的溫度，在溫度傳感器內部的一系列轉換、放大。 第三步是在不加電情況下，除單片機以外，插上 所有的元器件，最后用仿真適配器將樣機的單片機插座和仿真器的仿真接口相連，為聯機調試做準備。 圖 溫度超出設置上限的仿真圖 綜上，經過對電路圖的仿真，證明本設計所設計的硬件電路圖及軟件程序設計，能夠滿足設計的要求，能夠對半導體激光器的溫度實時的測控，當超出所設置的溫度上下限時，系統(tǒng)報警。 4 系統(tǒng)軟件設計 17 4 系統(tǒng)軟件設計 主程序設計 整個系統(tǒng)的功能是由硬件電路配合軟件來實現的，當硬件基本定型后，軟件的功能也就基本定下來了。 [9] 單片機 AT89C5溫度傳感器 ds18b 4 位共陽數碼管，三個主要部分組成本設計的半導體激光器的溫度控制系統(tǒng)。 6． DS18S20 的測量結果直接輸出數字溫度信號，以 “ 一線總線 ” 串行傳送給 CPU，同時還可以傳送給 CRC 校驗碼，它具有極強的抗干擾糾錯的能力。因此，在溫度測量系統(tǒng)中，采用抗干擾能力較強的新型數字溫度傳感器是解決這些問題的最有效的方案。在 EPROM 編程期間，作輸入，輸入編程脈沖（ PROG）。 3．串行口 —— RXD（串行輸入口），輸入。當使用片外存儲器（ ROM、 RAM）時，作地址和數據分時復用。掉電模式是 VCC 電壓低于電源下限 , 當振蕩器停止振動時 , CPU 停止執(zhí)行指令。由于 80C51 系列單片機所具有的一系列優(yōu)越的特點，獲得廣泛使用指日可待。而方案三是采用 以 ds18b20 為溫度采集元件， 以單片機為控制核心 ， 的控制系統(tǒng)，尤其對溫度控制，可達到 模擬控制所達不到的效果，并且實現顯示和鍵盤設定功能，大大提高了系統(tǒng)的智能化。 2 總體設計方案