某某激光設(shè)計(jì)項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案(編輯修改稿)
2025-05-22 23:25 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 列的增強(qiáng)型產(chǎn)品，基于S12 CPU內(nèi)核，可達(dá)到25MHz的HCS12 的2~5倍的性能。S12X系類增加了172條額外指令，可以執(zhí)行32位運(yùn)算，總線頻率可達(dá)到40MHz，并具備完全的CAN功能，改進(jìn)了中斷處理能力。主要特性：S12X CPU， 最高總線速度40MHz；64KB、128KB和256KB閃存選項(xiàng)，均帶有錯(cuò)誤校正功能（ECC）；帶有ECC的、4KB至8KB DataFlash，用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)或程序存儲(chǔ)；可配置8 、10或12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC），轉(zhuǎn)換時(shí)間3μs；支持控制區(qū)域網(wǎng)（CAN）、本地互聯(lián)網(wǎng)（LIN）和串行外設(shè)接口（SPI）協(xié)議模塊；帶有16位計(jì)數(shù)器的、8通道定時(shí)器；出色的EMC，及運(yùn)行和停止省電模式；以MC9S12XS128為核心的單片機(jī)系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)主要包括以下幾個(gè)部分：時(shí)鐘電路、電源電路、復(fù)位電路、BDM接口。其中各個(gè)部分的功能如下： (1)、時(shí)鐘電路給單片機(jī)提供一個(gè)外接的16MHz的石英晶振。 (2)、電源電路主要是給單片機(jī)提供5V電源。 (3)、復(fù)位電路在電壓達(dá)到正常值時(shí)給單片機(jī)一個(gè)復(fù)位信號(hào)。(4)、BDM接口讓用戶可以通過BDM頭向單片機(jī)下載和調(diào)試程序。本系統(tǒng)采用最小系統(tǒng)板如圖42所示：圖42 9S12XS128開發(fā)板板上有構(gòu)成最小系統(tǒng)必要的復(fù)位電路、晶體振蕩器及時(shí)鐘電路，串行接口的RS232 驅(qū)動(dòng)電路，+5V電源插座。單片機(jī)中已經(jīng)寫入了開發(fā)的監(jiān)控程序。單片機(jī)的大部分I/O端口都通過兩個(gè)32芯插頭引出。 激光器模塊激光頭是本系統(tǒng)傳感器信號(hào)的發(fā)生器，是為控制提供信息的來源，處于設(shè)計(jì)的核心地位。激光傳感器的優(yōu)點(diǎn)是前瞻距離遠(yuǎn)，抗干擾性強(qiáng)，可調(diào)制發(fā)射激光，反射效果好。 激光頭的基本原理激光的基本結(jié)構(gòu)：垂直于PN結(jié)面的一對(duì)平行平面構(gòu)成法布里——珀羅諧振腔，它們可以 是半導(dǎo)體晶體的解理面，也可以是經(jīng)過拋光的平面。其余兩側(cè)面則相對(duì)粗糙，用以消除主方向外其它方向的激光作用。半導(dǎo)體中的光發(fā)射通常起因于載流子的復(fù)合。當(dāng)半導(dǎo)體的PN結(jié)加有正向電壓時(shí)，會(huì)削弱PN結(jié)勢(shì)壘，迫使電子從N區(qū)經(jīng)PN結(jié)注入P區(qū)，空穴從P區(qū)經(jīng)過PN結(jié)注入N區(qū)，這些注入PN結(jié)附近的非平衡電子和空穴將會(huì)發(fā)生復(fù)合，從而發(fā)射出波長(zhǎng)為λ的光子，其公式如下：λ = hc/Eg (1)式中：h—普朗克常數(shù)； c—光速； Eg—半導(dǎo)體的禁帶寬度。上述由于電子與空穴的自發(fā)復(fù)合而發(fā)光的現(xiàn)象稱為自發(fā)輻射。當(dāng)自發(fā)輻射所產(chǎn)生的光子通過半導(dǎo)體時(shí)，一旦經(jīng)過已發(fā)射的電子—空穴對(duì)附近，就能激勵(lì)二者復(fù)合，產(chǎn)生新光子，這種光子誘使已激發(fā)的載流子復(fù)合而發(fā)出新光子現(xiàn)象稱為受激輻射。如果注入電流足夠大，則會(huì)形成和熱平衡狀態(tài)相反的載流子分布，即粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。當(dāng)有源層內(nèi)的載流子在大量反轉(zhuǎn)情況下，少量自發(fā)輻射產(chǎn)生的光子由于諧振腔兩端面往復(fù)反射而產(chǎn)生感應(yīng)輻射，造成選頻諧振正反饋，或者說對(duì)某一頻率具有增益。當(dāng)增益大于吸收損耗時(shí)，就可從PN結(jié)發(fā)出具有良好譜線的相干光——激光。 激光發(fā)射管的相關(guān)參數(shù)（1）波長(zhǎng)：即激光管工作波長(zhǎng)，目前可作光電開關(guān)用的激光管波長(zhǎng)有635nm、650nm、670nm、690nm、780nm、810nm、860nm、980nm等。（2）閾值電流Ith ：即激光管開始產(chǎn)生激光振蕩的電流，對(duì)一般小功率激光管而言，其值約在數(shù)十毫安，具有應(yīng)變多量子阱結(jié)構(gòu)的激光管閾值電流可低至10mA以下。（3）工作電流Iop ：即激光管達(dá)到額定輸出功率時(shí)的驅(qū)動(dòng)電流，此值對(duì)于設(shè)計(jì)調(diào)試激光驅(qū)動(dòng)電路較重要。（4）垂直發(fā)散角θ⊥：激光發(fā)射管的發(fā)光帶在垂直PN結(jié)方向張開的角度，一般在15?~40?左右。（5）水平發(fā)散角θ∥：激光發(fā)射管的發(fā)光帶在與PN結(jié)平行方向所張開的角度，一般在6?~ 10?左右。（6）監(jiān)控電流Im ：即激光管在額定輸出功率時(shí)，在PIN管上流過的電流。 相關(guān)電路 本系統(tǒng)需采集兩個(gè)離散點(diǎn)的光強(qiáng)度信號(hào)，共使用兩路激光發(fā)射管。為簡(jiǎn)化激光
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