【正文】 路設(shè)計　半導(dǎo)體致冷器是利用半導(dǎo)體材料的珀爾帖效應(yīng)制成的。 LCD12864轉(zhuǎn)接口 LCD12864的引腳功能管腳號管腳名稱LEVER管腳功能描述1VSS0電源地2VDD+電源電壓3V0液晶顯示器驅(qū)動電壓4D/I(RS)H/LD/I=“H”，表示DB7∽DB0為顯示數(shù)據(jù)D/I=“L”，表示DB7∽DB0為顯示指令數(shù)據(jù)5R/WH/LR/W=“H”，E=“H”數(shù)據(jù)被讀到DB7∽DB0R/W=“L”，E=“H→L”數(shù)據(jù)被寫到IR或DR6EH/LR/W=“L”，E信號下降沿鎖存DB7∽DB0R/W=“H”，E=“H”DDRAM數(shù)據(jù)讀到DB7∽DB07DB0H/L數(shù)據(jù)線8DB1H/L數(shù)據(jù)線9DB2H/L數(shù)據(jù)線10DB3H/L數(shù)據(jù)線11DB4H/L數(shù)據(jù)線12DB5H/L數(shù)據(jù)線13DB6H/L數(shù)據(jù)線14DB7H/L數(shù)據(jù)線15CS1H/LH:選擇芯片(右半屏)信號16CS2H/LH:選擇芯片(左半屏)信號17RETH/L復(fù)位信號,低電平復(fù)位18VOUT10VLCD驅(qū)動負(fù)電壓19LED+LED背光板電源20LEDLED背光板電源，其中20管腳接數(shù)字地；119管腳接+5V電源；18管腳組成一個一個滑動變阻器；4管腳接CS1片選端；，控制單LCD的顯示；7—14引腳串口數(shù)據(jù)傳送端口，分別接入單片機(jī)內(nèi)部。12864是一種圖形點陣液晶顯示器,它主要由行驅(qū)動器/列驅(qū)動器及12864全點陣液晶顯示器組成。因此存儲單元地址包括頁地址（Xpage,0~7）和列地址（Yaddress,0~63）。（注意：二進(jìn)制的高低有效位順序與行號對應(yīng)關(guān)系因不同商家而不同）存放一個顯示塊的RAM區(qū)稱為存儲頁。為了使液晶點位置信息與存儲地址的對應(yīng)關(guān)系更直觀關(guān)，將64*64液晶屏從上至下8等分為8個顯示塊，每塊包括8行*64列個點陣。512*8 bits RAM中某個存儲單元的地址由頁地址（Xpage,0~7）和列地址（Yaddress,0~63）確定。左右半屏驅(qū)動電路及存儲器分別由片選信號CS1和CS2選擇。圖形或漢字的點陣信息由自己設(shè)計，問題的關(guān)鍵就是顯示點在液晶屏上的位置（行和列）與其在存儲器中的地址之間的關(guān)系。存儲這些點陣信息的RAM稱為顯示數(shù)據(jù)存儲器?！CD12864點陣液晶顯示模塊（LCM）就是由128*64個液晶顯示點組成的一個128列*64行的陣列。 圖 AD780外部電路接法顯示單元我們用一個整體接線來實現(xiàn)，這個接線由20引腳組成，直接與單片機(jī)相連，不需要其他的驅(qū)動元件，其中顯示元件用LCD12864液晶顯示屏。（5） 當(dāng)提供穩(wěn)定的產(chǎn)品參考電壓時，溫度輸出端口能使AD780作為溫度變換裝置。（3） 若應(yīng)用在高精度場合，可選擇小幅度變化的情況。（2） 激光裝配，保證了最初的精度和溫度系數(shù)，防止外在器件對其性能影響。參數(shù)：輸出電壓： 精度：177。而設(shè)計中要用的電壓為3V，所以要設(shè)定電路以保證輸出為3V。因此本溫度系統(tǒng)溫控系統(tǒng)鉑熱電阻的測量溫度與電阻值的函數(shù)關(guān)系可用下式：（）對于本溫度系統(tǒng)，式中的=100Ω，溫度t 在20~ 30℃之間取值，A=℃。本系統(tǒng)采用的是工業(yè)上常用的分度號為的Pt100，其中，100就是鉑在0℃時的電阻阻值為100Ω，即上式中=，在0℃~650℃范圍內(nèi)有非線性誤差，特別是在溫度越高時，非線性越厲害。 PT100的溫度曲線鉑熱電阻具有測溫范圍大、穩(wěn)定性好、示值復(fù)現(xiàn)性高和耐氧化等特點，常被用來作為國際標(biāo)準(zhǔn)溫度計。PT后的100即表示它在0℃時阻值為100歐姆，在100℃。人們把由金屬鉑制成的溫度傳感器成為鉑熱電阻。熱電阻溫度傳感器是利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻率隨著溫度值變化而變化的原理制成的，實現(xiàn)了將溫度變化轉(zhuǎn)化為元件電阻的變化。 溫度傳感器的選擇溫度傳感器種類很多，常用的溫度傳感器有熱膨脹式傳感器，電阻式傳感器，熱電偶傳感器，集成溫度傳感器等。溫度是表征物體或系統(tǒng)冷熱程度的物理量，溫度單位是國際單位制中七個基本單位之一。在國民經(jīng)濟(jì)各部門，如電力、化工、機(jī)械、冶金、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)等以及人們地日常生活中，溫度檢測與控制是十分必要的。比較而來的控制量經(jīng)驅(qū)動電路和控制電路來驅(qū)動TEC的工作。文中簡明扼要的分析了各種控制方案的利弊，總結(jié)了這些利弊，設(shè)計了本次課題的方案，為為下面的硬件選擇環(huán)節(jié)指明了方向。基于以上優(yōu)點，在進(jìn)行半導(dǎo)體溫度控制系統(tǒng)設(shè)計時采用了這種方法，本篇論文分溫度采集、硬件選擇、電路設(shè)計三個重點進(jìn)行討論，給出了硬件電路和軟件的設(shè)計思想，并給出了實際電路圖和源程序。(2) 整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)處理，控制參數(shù)計算都是由微處理器控制完成的，因此系統(tǒng)控制工作操作方便，迅速，控制結(jié)果也更加精確。經(jīng)過數(shù)字控制器處理調(diào)整，輸出的數(shù)字控制量直接進(jìn)入系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，進(jìn)而對被控對象LD進(jìn)行加熱或制冷，使LD溫度值在系統(tǒng)所要求的控溫精度范圍內(nèi)，穩(wěn)定在設(shè)定的溫度點?；谏鲜鲈?，我們采取微控制器和傳統(tǒng)的自動控制相結(jié)合的自動控制器作為系統(tǒng)控制器，建立如所示的閉環(huán)負(fù)反饋控溫系統(tǒng)。這是由于同樣的反饋控制系統(tǒng)，數(shù)字控制的精度(尤其是控制的穩(wěn)態(tài)準(zhǔn)確度)高于連續(xù)控制。由于本系統(tǒng)控溫精度要求比較高，控溫范圍大，傳統(tǒng)的模擬PID控制己難以達(dá)到要求?；谶@種思路，本文利用恒流源設(shè)計了熱敏電阻測量電路。顯然，上式的分母項是產(chǎn)生非線性的根本原因，即當(dāng)發(fā)生變化時，該側(cè)橋儲上的電流也相應(yīng)的發(fā)生變化。在溫度測量和控制中起著極其重要的作用 電橋電路如圖所示，在橋臂電阻R2產(chǎn)生的△R的變化時，電橋輸出電壓變化為：（）（）（）若，綜合上式可得：（）當(dāng)時，%；在時，非線性誤差為6%。在對些成果進(jìn)行比較的基礎(chǔ)上，本文提出了一種新的熱敏電阻測量電路，克服了非平衡電橋橋鑄電阻變化與輸出電壓的非線性關(guān)系。使用熱敏電阻測溫時，常采用橋式側(cè)量電路、熱敏電阻線性化等處理微小信號的方法，其缺點是使用傳統(tǒng)的不平衡電橋作為電阻溫度變送器(如銅熱敏電阻、鉑熱敏電阻等)，在側(cè)量電路中存在著橋嘴電阻和電橋輸出電振之間的作線性問題。 采樣系統(tǒng)的分析設(shè)計溫度測量己是很成熟的技術(shù)，溫度敏感元件既有傳統(tǒng)的熱電偶、熱敏電阻等溫度傳感器，又有現(xiàn)代的集成溫度傳感器、數(shù)字溫度傳感器，還有超高溫的光學(xué)溫度傳感器，其中，熱敏電阻和熱電偶是工業(yè)生產(chǎn)過程自動化最常用的兩種溫度傳感器，但熱敏電阻由于在側(cè)量的靈敏度、線性度等諸多方面均優(yōu)于熱電偶，因此，在中低溫側(cè)量中得到了更廣泛的應(yīng)用。半導(dǎo)體制冷硅（TEC）是利用玻耳貼效應(yīng)制成的，玻耳貼效應(yīng)是將電流以不同的方向通過雙金屬片所構(gòu)成的結(jié)構(gòu)時，能對其相接觸的物體制冷或者加熱，當(dāng)半導(dǎo)體制冷器的制冷端和制熱端的溫差一定時，半導(dǎo)體制冷器的制冷端和制熱短的制冷量與工作電流成正比。所以目前在要求控制精度搞得場合下，大量使用數(shù)字控制系統(tǒng)，但數(shù)字控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比連續(xù)控制系統(tǒng)復(fù)雜，基于上述原因現(xiàn)在常用的溫度控制系統(tǒng)都采用了傳統(tǒng)的PID控制與微控制器相結(jié)合的數(shù)字PID控制器作為系統(tǒng)控制器，建立一個閉環(huán)控制系統(tǒng)。在同一反饋控制系統(tǒng)中，數(shù)字控制的精度（尤為在穩(wěn)態(tài)的準(zhǔn)確度）高于連續(xù)反饋控制。由于本課題被控對象LD的溫度控制范圍大，控溫精度高，課題采用了閉環(huán)負(fù)反饋溫控系統(tǒng)，控制方法上采取智能控制的方法，下面介紹本課題的溫控方案設(shè)計。負(fù)反饋可以減小溫度偏差，使被控對象的溫度在所要求的控溫精度范圍內(nèi)變化。該控溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，但由于沒有反饋回路，這類控制系統(tǒng)的控溫精度執(zhí)執(zhí)行單元被控對象很低，而且溫度控制點也比較少。開環(huán)控制系統(tǒng)在溫度控制中應(yīng)用比較廣泛，特別應(yīng)用在控溫精度要求不高，控溫點不多的情況下，如生活中簡單的溫度報警器，熱水器等。一般采用槽形鋁，例如一個4cm4cm2cm的鋁散熱器能在10min內(nèi)散發(fā)10W的熱功率，而其本身只產(chǎn)生5℃的溫升。半導(dǎo)體激光器本身是一個很重的熱負(fù)載，例如，一個在室溫下連續(xù)輸出3mW的半導(dǎo)體激光器，有可能產(chǎn)生90W的熱功率：輸出了100mW的激光器將產(chǎn)生700mW的熱功率。對通常光纖通信用1300nm帶尾纖的半導(dǎo)體激光器所采取的內(nèi)制冷方式(即制冷器置于管殼內(nèi)的底部)，可以用1W的制冷功率在2～3S內(nèi)將芯片溫度從室溫降至0℃。對制冷器的選擇需考慮熱負(fù)載的熱容量(等于物體質(zhì)量與比熱之積)。一般情況下，為保證激光器有長的工作壽命與穩(wěn)定性，應(yīng)該使用半導(dǎo)體制冷器，通過控制其制冷電流來穩(wěn)定激光器的工作溫度(和輸出功率)。 半導(dǎo)體激光器的制冷為了使半導(dǎo)體激光器穩(wěn)定的工作，必須及時地將其芯片所產(chǎn)生的熱量通過熱沉與熱沉相接觸的管殼散出去，以維持有源區(qū)處于所允許的工作溫度。隨著科技發(fā)展，社會的進(jìn)步，人們終于揭開了溫度—這一古老而神秘的物理量，溫度測量和控制的精度也不斷地提高，極大地促進(jìn)了人類物質(zhì)生產(chǎn)及科技發(fā)展。簡明扼要的簡述了半導(dǎo)體激光器的工作原理，詳細(xì)了講述了半導(dǎo)體激光器溫度對其特性的影響，主要講述了溫度對波長、閾值電流、縱模普及激光器線寬的影響，為后面的設(shè)計奠定了一個理論基礎(chǔ)。溫度增加，加劇了引起半導(dǎo)體激光器線寬的各個因素，因而隨著溫度的增加，其線寬增大，下圖是溫度對GaAlAs半導(dǎo)體激光器光譜線寬的影響。λ=()，半導(dǎo)體激光器的激射波長是由禁帶寬度介決定的，由于有源層材料的禁帶寬度隨溫度增加而變窄，使激射波長發(fā)生紅移，～℃，與器件的結(jié)構(gòu)和有源區(qū)材料有關(guān)。前者描述圍繞輸出光束軸線某處的光強(qiáng)分布，或者是空間幾何位置上的光強(qiáng)(或光功率)的分布，也稱遠(yuǎn)場分布；后者則表示是一種頻譜，它反映所發(fā)射的光束其功率在不同頻率(或波長)分量上的分布?；谏鲜鰧Φ闹饕绊懸蛩?，GaALAs/GaAs和InGaAsP/Inp半導(dǎo)體激光器的一般只能分別達(dá)到80～120K和65K左右。由ⅢV族化合物半導(dǎo)體所構(gòu)成的異質(zhì)結(jié)兩邊材料組分差別較大，創(chuàng)門的電子親和勢也有較大差別，有相對較大的和，(對應(yīng)于激光器的激射波長920nm)，而對應(yīng)于波長為1310nm的激光器。熱載流漏瀉取決于對載流子限制的異質(zhì)結(jié)勢壘高度，主要由導(dǎo)帶和價帶的不連續(xù)和決定。例如，對InGaAsP/Inp異質(zhì)結(jié)構(gòu)激光器來說，CHHS俄歇復(fù)合系數(shù)由100K溫度時的（）()。通過很好的材料生長工藝和器件結(jié)構(gòu)設(shè)計可以減少界面態(tài)、表面態(tài)的影響，而俄歇復(fù)合和熱載流子漏泄則成為主要影響因素。由上式可看出，若能使，則半導(dǎo)體激光器的閾值電流不隨溫度變化，這當(dāng)然是理想化的情況，而如何提高始終是對半導(dǎo)體激光器的一個重要研究課題。在脈沖測量 (只要脈沖寬度為1μS，占空比在1%以下，所測數(shù)據(jù)就可認(rèn)為與熱沉特性無關(guān))時，只要畫出與T的關(guān)系曲線就可得出。因影響半導(dǎo)體溫度特性的因素很多，不可能有一個統(tǒng)一的公式來概括所有影響半導(dǎo)體激光器閾值電流密度（）式中，為室溫；和分別為在某一溫度T和室溫下所測的閾值電流密度；是一個由實驗擬合的參數(shù)。半導(dǎo)體的特性對溫度是很靈敏的，溫度的變化對半導(dǎo)體激光器的閾值產(chǎn)生明顯的影響。所以，必須給激光二極管提供恒定而且能夠精密調(diào)整的工作溫度，才能保證激光二極管穩(wěn)定地工作。溫度的升高將引起閾值電流增大，進(jìn)一步使輸出功率下降，功率波動變大。粗略估計，殼溫升高30℃，壽命就減少一個數(shù)最級。正常工作時，中大功率激光二極管的熱耗很大，約占總功耗的50%～75%。因此需要將溫度控制在激光器適合的溫度下，℃，這樣才能使激光器輸出穩(wěn)定的波長。激光下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。熱量在半導(dǎo)體上積聚，導(dǎo)致半導(dǎo)體溫度升高，影響半導(dǎo)體激光器的各種性能。 f稱為占空比。先討論脈沖工作方式的半導(dǎo)體激光器，將連續(xù)工作看成是脈沖工作方式的一個特例(占空比為1)。半導(dǎo)體激光器的熱狀態(tài)與其工作方式有關(guān)，一般有以下三種工作方式:(l)在直流驅(qū)動下的連續(xù)工作；(2)直流偏置在閾值附近的小信號調(diào)制；(3)在脈沖狀態(tài)下工作。例如，波長為78Onm，輸出功率為3mW的GaAIAs激光器，波長隨溫度增加的紅移量為0. 26nm/℃。溫度的升高會使激光器的閾值電流增加、發(fā)射波長紅移、造成模式的不穩(wěn)定、增加內(nèi)部缺陷、嚴(yán)重地影響器件的壽命，給應(yīng)用帶來很大困難。激光器產(chǎn)生激光的前提條件除了粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布之外，不需要滿足閉值條件，即必須使增益系數(shù)大于閉值。可以看出其由P型和N型兩種帶隙能量較高的半導(dǎo)體材料和一層非常薄的有源層構(gòu)成。半導(dǎo)體激光器形成激光的必要條件與其激光器相同，也須滿足粒子數(shù)反轉(zhuǎn)、諧振、閾值增益等條件，半導(dǎo)體中的電子與光子間的相互作用亦有三個基本過程—受激吸收、自發(fā)輻射和受激輻射，但是這三類電子躍遷發(fā)生在半導(dǎo)體材料導(dǎo)帶中的電子態(tài)和價帶中的空穴之間，而不像原子、分子、離子激光器那樣發(fā)生在兩個確定的能級之間。對半導(dǎo)體來說，由于電子是在各能帶之間進(jìn)行躍遷，而不是在分立的能級之間躍遷，所以躍遷能量不是個確定值，這使得半導(dǎo)體激光器的輸出波長展布在一個很寬的范圍上。半導(dǎo)體激光器主要有電注入式、光泵式和高能電子束激勵式這三種激勵方式。而半導(dǎo)體激器對溫度敏感，因此對半導(dǎo)體激光器熱特性參數(shù)量具有重要的意義。第二章 半導(dǎo)體激光器的溫度特性 半導(dǎo)體激光器在固體激光器泵浦、材料加工療