畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）_半導(dǎo)體激光器驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)

1、半導(dǎo)體激光器的驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc308420874 摘 要 PAGEREF _Toc308420874 h 1 HYPERLINK l _Toc308420875 Abstract PAGEREF _Toc308420875 h 2 HYPERLINK l _Toc308420876 1前言 PAGEREF _Toc308420876 h 3 HYPERLINK l _Toc308420877 2系統(tǒng)方案論證與及技術(shù)路線 PAGEREF _Toc308420877 h 4 HYPERLINK l _Toc308420878 方案論

2、證 PAGEREF _Toc308420878 h 4 HYPERLINK l _Toc308420879 技術(shù)路線 PAGEREF _Toc308420879 h 4 HYPERLINK l _Toc308420880 3模擬電路局部的系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc308420880 h 5 HYPERLINK l _Toc308420881 電路組成和工作原理 PAGEREF _Toc308420881 h 5 HYPERLINK l _Toc308420882 跟隨及放大電路 PAGEREF _Toc308420882 h 6 HYPERLINK l _Toc308420883

3、取樣及放大電路 PAGEREF _Toc308420883 h 10 HYPERLINK l _Toc308420884 3. 3短路保護(hù)電路 PAGEREF _Toc308420884 h 14 HYPERLINK l _Toc308420885 3. 4延時(shí)軟啟動(dòng) PAGEREF _Toc308420885 h 14 HYPERLINK l _Toc308420886 使能控制 PAGEREF _Toc308420886 h 15 HYPERLINK l _Toc308420887 3.6 限流保護(hù)電路 PAGEREF _Toc308420887 h 16 HYPERLINK l _Toc

4、308420888 4數(shù)字電路局部的系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc308420888 h 18 HYPERLINK l _Toc308420889 單片機(jī)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc308420889 h 18 HYPERLINK l _Toc308420890 單片機(jī)的晶振電路 PAGEREF _Toc308420890 h 22 HYPERLINK l _Toc308420891 復(fù)位電路 PAGEREF _Toc308420891 h 22 HYPERLINK l _Toc308420892 按鍵電路 PAGEREF _Toc308420892 h 23 HYPERL

5、INK l _Toc308420893 4.5 A/D轉(zhuǎn)換電路 PAGEREF _Toc308420893 h 26 HYPERLINK l _Toc308420894 4.6 D/A轉(zhuǎn)換電路 PAGEREF _Toc308420894 h 29 HYPERLINK l _Toc308420895 液晶顯示電路 PAGEREF _Toc308420895 h 31 HYPERLINK l _Toc308420896 數(shù)字電路局部原理圖 PAGEREF _Toc308420896 h 33 HYPERLINK l _Toc308420897 5 系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā) PAGEREF _Toc308420

6、897 h 34 HYPERLINK l _Toc308420898 6 結(jié)論 PAGEREF _Toc308420898 h 36 HYPERLINK l _Toc308420899 致謝 PAGEREF _Toc308420899 h 37 HYPERLINK l _Toc308420900 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc308420900 h 38 HYPERLINK l _Toc308420901 附錄 PAGEREF _Toc308420901 h 39摘 要半導(dǎo)體激光器(LD)是一種電流注入式電致發(fā)光器件, 其工作特性和使用壽命主要取決于驅(qū)動(dòng)電流源的性能優(yōu)劣。本文作者設(shè)計(jì)了一種

7、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。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。結(jié)合硬件及軟件, 實(shí)現(xiàn)了激光二極管的可靠保護(hù)以及光功率的穩(wěn)定、準(zhǔn)確輸出。此外,該電源還具有過(guò)流保護(hù)、延時(shí)軟啟動(dòng),可與PC機(jī)通信完成數(shù)據(jù)自動(dòng)采集等多種功能,在科研和生產(chǎn)中有很好的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞:單片機(jī) 半導(dǎo)體激光器 驅(qū)動(dòng)電源AbstractLaser diode (LD) is a current injected device whose charact

8、eristic and life are greatly dependent on the performance of LD-used current supply. We designed a digital driving source for LD. The driving source is controlled by MCU. The operation current value and current limit value can be set by key board. The values can be displayed on the LCD screen and be

9、 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 combining appropriate hardware and software, we have achieved, in our driver, a variety of

10、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 computer through the serial port and so

11、 on. It will be widely used in the fields of scientific research and production.Key word: MCU laser diode driving source1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。半導(dǎo)體激光器是一種以電流注入作為鼓勵(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。有關(guān)驅(qū)動(dòng)電源的問(wèn)題因素更加受到人們的重視,目前

12、大多都是純硬件電路系統(tǒng)。事實(shí)上,基于微型計(jì)算機(jī)的數(shù)字化控制能夠更有效地解決半導(dǎo)體激光器工作的準(zhǔn)確、穩(wěn)定和可靠性問(wèn)題。數(shù)字化、智能化也是半導(dǎo)體激光器應(yīng)用的必然開(kāi)展方向。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。2系統(tǒng)方案論證與及技術(shù)路線通過(guò)對(duì)本系統(tǒng)功能的分析，本文將硬件的實(shí)現(xiàn)分為為兩大局部，即模擬電路局部與數(shù)字電路局部。其中模擬電路包括七局部：第一局部取樣及放大電路局部，第二局部短路保護(hù)電路局部，第三局部延時(shí)軟啟動(dòng)電路局部，第四局部使能控制電路，第五局部限流保護(hù)電路局部。數(shù)字電路局部采用單片機(jī)作為系統(tǒng)的控制單元，由晶振電路，復(fù)位電路，按鍵電

13、路，液晶顯示電路，數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路等六局部外圍電路組成。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。首先根據(jù)要求，模擬電路中需要用到多個(gè)集成運(yùn)算放大器來(lái)實(shí)現(xiàn)電路功能，這里我們選用最為通用的集成運(yùn)算放大器芯片LM324，該芯片的每個(gè)封裝中包含有4個(gè)運(yùn)算放大器。微處理器的選那么，目前微處理器也是多種多樣，較流行的上檔次的產(chǎn)品，一般都采用可嵌入操作系統(tǒng)的CPU如飛利浦的LPC21系列、LPC22系列、三星SC系列產(chǎn)品。一般較普通的都用單片機(jī)來(lái)完成，單片機(jī)種類(lèi)也很多，如微芯公司的PIC系列單片機(jī)，MCS-51系的單片機(jī)等等。比擬而言，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

14、，而PIC系列的單片機(jī)價(jià)格也貴。而MCS-51的89C52單片機(jī)就可以完成我們的系統(tǒng)，其價(jià)格便易，操作方便，所以選擇AT89C52單片機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)的核心部件。按鍵顯示器是一個(gè)系統(tǒng)的輸入與輸出窗口，操作人員需要利用按鍵對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行一些參數(shù)輸入，系統(tǒng)運(yùn)行中的各種信息也是從顯示器上反響出來(lái)的。根據(jù)需要顯示的信息量的大小選擇LM016L液晶顯示模塊。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。結(jié)合測(cè)試精度與經(jīng)濟(jì)性，本系統(tǒng)選取了較常使用的TLC549作為A/D轉(zhuǎn)換器，TLC5615作為D/A轉(zhuǎn)換器。TLC549是8位的A/D轉(zhuǎn)換器，不僅具

15、有多種操作方式及數(shù)據(jù)輸出方式，而且價(jià)格廉價(jià)。TLC5615是10位的D/A轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換精度滿(mǎn)足一些根本要求，多種操作方式，適用于各種應(yīng)用場(chǎng)合，通用性好，價(jià)格廉價(jià)。針對(duì)以上所說(shuō)明的，系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案框架圖如圖2-1所示。本系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)將包括如下幾個(gè)方面。1、模擬電路 2、單片機(jī)的晶振與復(fù)位電路3、AD/DA轉(zhuǎn)換4、按鍵與顯示模擬電路晶振電路51單片機(jī)A/D電路 D/A電路復(fù)位電路顯示電路按鍵電路圖2-1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案框架圖3模擬電路局部的系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)電路組成和工作原理如圖3-1所示，模擬電路局部由電流設(shè)定電路、功率驅(qū)動(dòng)電路、取樣及放大電路、短路保護(hù)電路、延時(shí)軟啟動(dòng)、使能電路、限流保護(hù)電路局部組

16、成。該驅(qū)動(dòng)電源電路的工作原理是:以功率器件MOS管(IRF3205)作為調(diào)整管,通過(guò)控制MOS管柵極電壓,實(shí)現(xiàn)對(duì)激光管的電流控制,采樣電阻接在MOS管的源極(低端取樣),采樣信號(hào)(反響信號(hào)經(jīng)儀表運(yùn)放放大反響與設(shè)定值作差 ,產(chǎn)生誤差信號(hào)，通過(guò)積分電路,調(diào)整MOS管的柵極電壓,到達(dá)設(shè)定電流為恒流輸出的目的。設(shè)DAC1的電壓經(jīng)放大器U1跟隨后為,經(jīng)U2放大后為 (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,那么流過(guò)采樣電阻R6的電流也為I ,即采樣電壓為,經(jīng)采樣放大后為,其中為AD620的放大倍數(shù)。根據(jù)運(yùn)算放大器的虛短、虛斷原那么,U3的同相輸入端和反相輸入端電壓相等 ,即+ = - =

17、0 ,那么有流經(jīng)和與流過(guò)的電流大小相等,且方向相反,即可以得到當(dāng)設(shè)定好、 這些參數(shù)后，流過(guò)半導(dǎo)體激光器的電流I只與有關(guān)，即只與DAC1有關(guān)。圖3-1 模擬電路原理圖其中、的電阻值如圖中所示的阻值為10K,的大小由/決定，的大小由的阻值所決定。電路設(shè)定電路由單片機(jī)系統(tǒng)經(jīng)過(guò)D/A轉(zhuǎn)換輸出的電壓DAC1提供。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。如圖3-2所示電壓跟隨器就是將輸出電壓直接作為反響電壓，利用虛短的概念得到即電壓增益，由此可知輸出電壓與輸入電壓大小相等，相位相同，雖然電壓跟隨器的電壓增益等于1，根據(jù)分析同相放大電路的方法，可知它的輸入電阻，輸出電阻，所以電壓跟隨器在電

18、路中常作為阻抗變換器或緩沖器。圖3-2 電壓跟隨器的典型電路在圖3-3中運(yùn)算放大器U1構(gòu)成電壓跟隨器。根據(jù)上述分析電壓跟隨輸入電阻，該電路幾乎不從信號(hào)源吸取電流使得DAC1全部輸入到電路中，而輸出電阻所以當(dāng)負(fù)載變化時(shí)輸出電壓幾乎不變，從而消除了負(fù)載變化對(duì)輸出電壓的影響，所以經(jīng)過(guò)放大器U1后輸入的電壓信號(hào)DAC1幾乎沒(méi)有變化U1起到了緩沖器的作用。圖3-3 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，送入下一級(jí)放大電路U2。U2構(gòu)成的是一個(gè)反相放大電路，并聯(lián)在輸出端與反相輸入端的電容與電阻R構(gòu)成了積分電路，這個(gè)積分電路的作用在這里起到了一個(gè)保護(hù)作用，利用對(duì)電容的充電與放電過(guò)程緩

19、慢的將輸入電壓放大。如圖3-4所示的放大電路所示，由虛短的概念可知同相輸入端電壓等于反相輸入端電壓，同時(shí)由于同相輸入端接地，故反相輸入端的電位也接近于地電位即=0由虛斷的概念=0可知，=，故有由此得。所以設(shè)經(jīng)過(guò)U2放大后的電壓為，故,其中為運(yùn)算放大器U2的放大倍數(shù)，根據(jù)上式該放大倍數(shù)由與的比值決定，又因?yàn)闉槎ㄖ惦娮瑁訳2的放大倍數(shù)由電位器來(lái)決定，調(diào)節(jié)可以得到不同的放大倍數(shù)。圖3-4 U2所構(gòu)成的反相放大電路 被運(yùn)算放大器U2放大后的電壓送入下一級(jí)運(yùn)算放大器U3。U3與外圍的電阻、電容構(gòu)成了一個(gè)積分電路。如圖3-5所示，積分電路由運(yùn)算放大器、電容和電阻構(gòu)成。電容跨接在反相輸入端和輸出端之間，

20、電阻接在反相輸入端。利用虛斷和虛短的概念可得,因此有，電容器C以電流進(jìn)行充電。假設(shè)電容C的初始電壓為0，那么即，該式說(shuō)明，輸出電壓為輸入電壓對(duì)時(shí)間的積分，符號(hào)表示它們?cè)谙辔簧鲜窍喾吹摹．?dāng)輸入信號(hào)為階躍電壓時(shí)，在它的作用下，電容將以近似恒流的方式進(jìn)行充電，輸出電壓與時(shí)間t成近似線性關(guān)系，因此式中=RC為世間積分常數(shù)。當(dāng)t=時(shí)，當(dāng)t，VO增大，直到，即運(yùn)放輸出電壓的最大值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)，保持不變，而停止積分。圖3-5 典型的積分電路根據(jù)上述分析如圖3-6所示，由 U3與電阻、電容構(gòu)成的積分電路，上電后即先對(duì)電容進(jìn)行充電，輸出電壓為對(duì)時(shí)間的積分，輸出電壓到達(dá)最大值后

21、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。通過(guò)該積分電路,調(diào)整 MOS管的柵極電壓,到達(dá)設(shè)定電流為恒流輸出的目的。圖3-6 系統(tǒng)中的積分電路3.3取樣及放大電路電路中以功率器件MOS管(IRF3205)作為調(diào)整管,通過(guò)控制 MOS 管柵極電壓,實(shí)現(xiàn)對(duì)激光管的電流控制, 采樣電阻接在MOS管的源極(低端取樣) 。在電流源電路中,取樣電阻的精密程度直接影響了電流輸出的穩(wěn)定性 ,在這里使用了低溫漂、額定功率10W、0.1歐的功率電阻()。由于0.1歐電阻上的電壓過(guò)小,故需要放大 ,我們采用儀表放大器AD620對(duì)其放大。這里使用儀表放大器是因?yàn)樵谝话阈盘?hào)放大的應(yīng)用

22、中通常只要透過(guò)差動(dòng)放大電路即可滿(mǎn)足需求，然而根本的差動(dòng)放大電路精密度較差，且差動(dòng)放大電路變更放大增益時(shí)，必須調(diào)整兩個(gè)電阻，影響整個(gè)信號(hào)放大精確度的變因就更加復(fù)雜。儀表放大電路那么無(wú)上述的缺點(diǎn)，只需調(diào)整一個(gè)電阻的阻值即可改變電路的放大增益。如圖3-7所示的儀表放大電路是由三個(gè)放大器所共同組成，其中運(yùn)算放大器A1、A2按同相輸入接法組成第一級(jí)差分放大電路，運(yùn)算放大器A3組成第二級(jí)差分放大電路。在第一級(jí)電路中，V1,V2分別加到A1和A2的同相端，和兩個(gè)組成的反響網(wǎng)絡(luò)，引入了負(fù)反響，兩個(gè)運(yùn)算放大器A1、A2的兩輸入端形成虛短和虛斷，因而有和，故得到 3-1根據(jù)求差電路關(guān)系，可得 3-2于是電路的電壓

23、增益為 3-3在儀用放大器中，通常、和為給定值，用可變電阻代替，調(diào)節(jié)的值，即可改變電壓增益。由于輸入信號(hào)V1和V2都是從A1、A2的同相端輸入，電路出現(xiàn)虛短和虛斷現(xiàn)象，因而流入電路的電流等于0，所以輸入電阻。圖3-7 儀表放大器的原理圖儀表放大器AD620的根本特點(diǎn)為精確度高、使用簡(jiǎn)單、低噪聲，此儀表放大器有高輸入阻抗：10G|2pF、高共模具斥比高：100dB、低輸入抵補(bǔ)電壓( Input offset Voltage)：50uV，低輸入偏移電流(Input bias current)：1.0nA，低消耗功率：1.3mA，以及過(guò)電壓保護(hù)等特性，應(yīng)用十分廣泛。表3-1是AD620的規(guī)格特性總覽

24、表。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，正好符合本錢(qián)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)。工程規(guī)格特性備注增益范圍11000只需一個(gè)電阻即可設(shè)定電源供給范圍18V-低耗電量可用電池驅(qū)動(dòng)，方便應(yīng)用于可攜式器材中精確度高低補(bǔ)償電壓:VOFFSET(max)= 50V 漂移電壓:0.6V/ max.-低噪聲Low input voltage noise of 9nV/ at 1kHz-應(yīng)用場(chǎng)合ECG量測(cè)與醫(yī)療器材、壓力量測(cè)、V/I 轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)擷取系統(tǒng)等。-表3-1 AD620的規(guī)格特性總覽表圖3-8為AD620內(nèi)部方框圖AD620內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3-8所示。圖3-9為所選用

25、的儀表放大器AD620引腳示意圖，其中的1、8接腳要跨接一個(gè)電阻來(lái)調(diào)整放大倍率，7、4管腳分別接正負(fù)電源。2管腳為反相輸入端，3管腳為同相輸入端，5管腳接地6管腳為輸出端。圖3-9 儀表放大器AD620引腳示意圖 3-4 3-5式3-4與式3-5為AD620的增益與可調(diào)電阻的關(guān)系式，由此二式我們即可推算出各種增益所要使用的電阻值GR值。圖3-10為本文中的取樣及放大電路圖3-10 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)。當(dāng)LD不工作時(shí),將S2閉合,使LD

26、的P極和N極短接,起到保護(hù)LD的作用;在LD開(kāi)始工作之前,必須先將開(kāi)關(guān)S2斷開(kāi),電流才能流過(guò)LD。短路保護(hù)電路如圖3-11所示。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。延時(shí)軟起動(dòng)電路如圖3-11所示。圖3-11 短路保護(hù)電路與延時(shí)軟起動(dòng)電路3.5使能控制如圖3-12所示，當(dāng)單刀雙擲開(kāi)關(guān)S1與 + 12V 連接時(shí),D1、D2導(dǎo)通,R3的右端電壓被鉗位到0 , MOS管的柵極電壓低于閾值電壓, MOS管無(wú)漏極電流,

27、激光二極管無(wú)電流流入 ,這樣可以避開(kāi)開(kāi)機(jī)時(shí)的波動(dòng)電流或電壓。當(dāng)單刀雙擲開(kāi)關(guān)S1與- 12V連接時(shí)D1、 D2不導(dǎo)通,使能控制電路不影響主回路。圖3-12 系統(tǒng)的使能控制電路3.6 限流保護(hù)電路限流保護(hù)電路由U5、U6和U7組成的電壓跟隨電路和單門(mén)限電壓比擬器構(gòu)成，如圖3-13所示。其中U5、U6為電壓跟隨器，對(duì)輸入的采樣放大后的電壓Va和DAC2起到緩沖作用。U7為單門(mén)限電壓比擬器。電壓比擬器它將一個(gè)模擬量電壓信號(hào)和一個(gè)參考固定電壓相比擬，在二者幅度相等的附近，輸出電壓將產(chǎn)生躍變，相應(yīng)輸出高電平或低電平。比擬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。常用的電壓比擬器有過(guò)零電

28、壓比擬器、具有滯回特性的過(guò)零比擬器、滯回電壓比擬器，窗口雙限電壓比擬器。電壓比擬器可將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成二值信號(hào)，即只有高電平和低電平兩種狀態(tài)的離散信號(hào)?？梢宰鳛槟M電路和數(shù)字電路的接口電路。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。 采樣電壓放大后(Va)與DAC2比擬,當(dāng)VaDAC2,二極管D5導(dǎo)通,形成一個(gè)負(fù)反響環(huán),使流經(jīng)半導(dǎo)體激光器的電流I減小,從而使Va減小,直到Va=DAC2。由此可見(jiàn)流過(guò)半導(dǎo)體激光器的最大電流是一

29、個(gè)與DAC2有關(guān)的固定電流值,只要設(shè)定好DAC2 的值(即限流值) ,可保護(hù)激光二極管不會(huì)因過(guò)流而毀壞當(dāng)VaDAC2時(shí) ,二極管D5不導(dǎo)通,此電路不影響主回路。圖3-13 限流保護(hù)電路4數(shù)字電路局部的系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)數(shù)字電路局部采用單片機(jī)作為系統(tǒng)的控制單元，由晶振電路，復(fù)位電路，按鍵電路，數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，液晶顯示電路，與PC機(jī)通訊接口電路等七局部外圍電路組成。單片機(jī)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)單片機(jī)系統(tǒng)是整個(gè)驅(qū)動(dòng)電源的控制核心局部。具有要實(shí)現(xiàn)接受數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理，顯示，與PC機(jī)通信等功能。單片機(jī)的全稱(chēng)為單片微型計(jì)算機(jī)Single Chip Microcomputer,它是把組成微型計(jì)算機(jī)的各功能部件，

30、如中央處理器CPU、隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROMI/O接口電路、定時(shí)/計(jì)數(shù)器，以及串行通信接口等部件制作在一塊集成芯片中，構(gòu)成一個(gè)完整的微型計(jì)算機(jī)。單片機(jī)具有小巧靈活、本錢(qián)低、研發(fā)周期短易于產(chǎn)品化，可靠性高，使用溫度范圍寬，易擴(kuò)展，控制能力強(qiáng)，指令系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。單片機(jī)硬件設(shè)計(jì)包括兩大局部?jī)?nèi)容。一是單片機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展局部設(shè)計(jì)，它包括存儲(chǔ)器擴(kuò)展和接口擴(kuò)展。二是各功能模塊的設(shè)計(jì)、如信號(hào)測(cè)量功能模塊、信號(hào)控制模塊、人機(jī)對(duì)話(huà)功能模塊、通信功能模塊等，根據(jù)系統(tǒng)功能要求配置相應(yīng)的A/D、D/A、鍵盤(pán)、顯示器、打印機(jī)等外圍設(shè)備。單片機(jī)的種類(lèi)很多，在實(shí)際應(yīng)用中要根據(jù)具體情況來(lái)選擇單片機(jī)的類(lèi)型。單片機(jī)的

31、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)行比擬、選擇。首先要選擇適宜的存儲(chǔ)器。單片機(jī)內(nèi)部有兩種存儲(chǔ)器：程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。兩者嚴(yán)格區(qū)分開(kāi)，對(duì)于不同廠家和型號(hào)的單片機(jī)，這兩種存儲(chǔ)器的容量也不一致?？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)。這種系統(tǒng)使用靈活，改寫(xiě)程序方便，是目前我國(guó)使用較多的一種但凡。設(shè)計(jì)擴(kuò)展系統(tǒng)時(shí)，要分別估計(jì)程序的長(zhǎng)短和隨機(jī)數(shù)據(jù)的多少?gòu)亩_定片外擴(kuò)展上的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和成程序存儲(chǔ)器容量的大小。選擇單片機(jī)還應(yīng)注意擴(kuò)展部件的方便程度、接口能力、指令系統(tǒng)、尋址方式、功耗及本錢(qián)，單片機(jī)的根本參數(shù)例如速度、I/O引腳數(shù)量；工作溫度范圍，工業(yè)級(jí)還是商業(yè)機(jī)，如

32、果設(shè)計(jì)戶(hù)外產(chǎn)品，必須選用工業(yè)級(jí)；工作電壓范圍；抗干擾性能好；和其他外設(shè)芯片放在一起的綜合考慮等問(wèn)題。單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)一般比擬小巧、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。因此，在自行設(shè)計(jì)組裝單片機(jī)時(shí)，必須有相應(yīng)的開(kāi)發(fā)工具。這種開(kāi)發(fā)工具叫單片機(jī)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。盡管單片機(jī)有許多優(yōu)點(diǎn)，但如果沒(méi)有開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，就無(wú)法開(kāi)展單片機(jī)的應(yīng)用開(kāi)發(fā)工作。有的單片機(jī)性能很好，但如果找不到適宜、方便的開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。就不宜采用。目前，Intel公司的MCS-51系列單片機(jī)或其兼容機(jī)在8位單片機(jī)市場(chǎng)上占有50%以上，配套的開(kāi)發(fā)系統(tǒng)完備、可靠。由于其有較高的性能價(jià)格比，自1980年推出

33、以來(lái)，直到現(xiàn)在，其在市場(chǎng)上仍很堅(jiān)挺，已是我國(guó)在工業(yè)檢測(cè)、控制領(lǐng)域的優(yōu)選機(jī)型。根據(jù)單片機(jī)的選用原那么以及計(jì)步器的功能需要。選擇AT89C52單片機(jī)作為計(jì)步器的核心控制局部。AT89C52是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低功耗，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含8Kbytes的可編程的Flash只讀程序存儲(chǔ)器和256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)8051指令系統(tǒng)及引腳。它集Flash程序存儲(chǔ)器既可在線編程ISP也可用傳統(tǒng)方法進(jìn)行編程及通用8位微處理器于單片中，低價(jià)位AT89C52單片機(jī)可靈活應(yīng)用于各種領(lǐng)域。AT89C52提供以下標(biāo)準(zhǔn)功

34、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可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。空閑方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時(shí)/計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其他所有部件工作到下一個(gè)硬件復(fù)位。AT89C52的主要性能參數(shù)見(jiàn)表4-1。與MCS-51產(chǎn)品

35、指令系統(tǒng)完全兼容8K字節(jié)Flash閃速存儲(chǔ)器大于1000次擦寫(xiě)周期5.5V工作電壓范圍全靜態(tài)工作模式0Hz-33Hz三級(jí)程序加密鎖2568字節(jié)內(nèi)部RAM32個(gè)可編程I/O口線3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器6個(gè)中斷源全雙工串行UART通道低功耗空閑和掉電模式中斷可從空閑模式中喚醒系統(tǒng)看門(mén)狗WDT及雙數(shù)據(jù)指針掉電標(biāo)示和快速編程特性靈活的在系統(tǒng)編程表4-1 AT89C52的主要性能參數(shù)圖4-1是課題中所選用的AT89C52的封裝管腳圖，現(xiàn)在對(duì)引腳功能進(jìn)行簡(jiǎn)要說(shuō)明：VCC：電源電壓GND：地P0口：P0口是一組8位漏極開(kāi)路型雙向I/O口，當(dāng)使用片外存儲(chǔ)器ROM或RAM時(shí)，作地址/數(shù)據(jù)總線分時(shí)復(fù)用。在程序校驗(yàn)期

36、間，輸出指令字節(jié)這時(shí)需要加外部上拉電阻。P0口作為總線時(shí)能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯門(mén)電路，對(duì)端口寫(xiě)“1”可作為高阻抗輸入端用P1口：P1是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯門(mén)電路。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。圖4-1 40引腳雙列直插(DIP)封裝圖P2口：P2是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級(jí)可以驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯門(mén)電路。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。當(dāng)使用片外存儲(chǔ)器ROM或RAM時(shí)，輸出高8位地址。在編程/校驗(yàn)期間，接收高位字節(jié)地址。P3口：P3是一組帶有

37、內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P3口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯門(mén)電路。對(duì)P3口寫(xiě)入“1”，它們被內(nèi)部的上拉電阻拉到高并可作為輸入端口。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4-2所示表4-2 P3口引腳的第二功能RST：復(fù)位輸入信號(hào)，高電平有效。在振蕩器工作時(shí)，在RST上作用兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平，將器件復(fù)位。:地址所存允許信號(hào)，輸出。用作片外存儲(chǔ)器訪問(wèn)時(shí)，低字節(jié)地址鎖存。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)。在EPROM編程期間，作輸入。輸入編程脈沖。ALE可以驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯門(mén)電路。:片外程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)，低電平有效。

38、在從片外程序存儲(chǔ)器取指令期間，在每個(gè)機(jī)器周期中，當(dāng)有效時(shí)，程序存儲(chǔ)器的內(nèi)容被送上P0口數(shù)據(jù)總線?？梢则?qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯門(mén)電路。/VPP：片外程序存儲(chǔ)器訪問(wèn)允許信號(hào)，低電平有效。在編程時(shí)，其上施加21V或12V的編程電壓。XTAL1：振蕩器反相大器及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2:振蕩器反相放大器的輸出端。4.2單片機(jī)的晶振電路CPU工作時(shí)都必須有一個(gè)時(shí)鐘脈沖。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。因此，時(shí)鐘頻率直接影響單片機(jī)的速度，時(shí)鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機(jī)系統(tǒng)穩(wěn)定性。AT89C52內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，引腳XT

39、AL1和XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。AT89C52的時(shí)鐘可由內(nèi)部方式或外部方式產(chǎn)生。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，接晶體及電容和構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反響回路中，內(nèi)部振蕩器產(chǎn)生自激振蕩。課題所采用的振蕩電路是內(nèi)部方式，電路如圖4-2所示。圖4-2 內(nèi)部時(shí)鐘振蕩電路復(fù)位電路AT89C52的復(fù)位工作引腳RESET為AT89C52提供了初始化的手段。有了它可以使程序從指定處開(kāi)始執(zhí)行，即從程序存儲(chǔ)器中的0000H地址單元開(kāi)始執(zhí)行程序。在AT89C52的時(shí)鐘電路工作后，只要在RESET引

40、腳上出現(xiàn)10ms以上的高電平時(shí)，單片機(jī)內(nèi)那么初始復(fù)位。只要RESET保持高電平，那么AT89C52循環(huán)復(fù)位。只有當(dāng)RESET有高電平變低電平以后，單片機(jī)才從0000H地址開(kāi)始執(zhí)行程序。AT89C52有三種復(fù)位方法。第一，上電復(fù)位。接通電源時(shí)自動(dòng)產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位信號(hào)。第二，手動(dòng)復(fù)位。設(shè)置一個(gè)復(fù)位按鈕，當(dāng)操作者按下按鈕時(shí)產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位信號(hào)。第三，自動(dòng)復(fù)位。設(shè)計(jì)一個(gè)復(fù)位電路，當(dāng)系統(tǒng)滿(mǎn)足某一條件時(shí)自動(dòng)產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位信號(hào)。根據(jù)功能需要，課題中所采用的單片機(jī)復(fù)位電路是使用上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位結(jié)合的復(fù)位方法。開(kāi)啟時(shí)，上電后即可自動(dòng)對(duì)單片機(jī)復(fù)位。AT89C52的復(fù)位電路如圖4-3所示圖4-3 AT89C52的復(fù)位電路在

41、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。在單片機(jī)系統(tǒng)中鍵盤(pán)分為兩類(lèi)，一類(lèi)為獨(dú)立式按鍵，另一類(lèi)為矩陣式鍵盤(pán)。獨(dú)立式按鍵是直接用I/O口線構(gòu)成的單個(gè)按鍵電路，其特點(diǎn)是每個(gè)按鍵單獨(dú)占用一根I/O口線，每個(gè)按鍵的工作不會(huì)影響其它I/O口線的狀態(tài)。獨(dú)立式按鍵的典型應(yīng)用如圖4-4所示。圖4-4 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)單片機(jī)控制系統(tǒng)中，往往只需要幾個(gè)功能鍵時(shí)，可采用獨(dú)立式按鍵結(jié)構(gòu)。矩陣式鍵盤(pán)，I/O端線分為行線和列線，按鍵跨接在行線和列線上，按鍵按下時(shí)，行線與列線發(fā)生短路。矩陣式鍵

42、盤(pán)的特點(diǎn)為占用I/O端線較少但軟件結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。當(dāng)需要較多的按鍵時(shí)可采用矩陣式鍵盤(pán)。矩陣式鍵盤(pán)結(jié)構(gòu)如圖4-5所示。圖4-5 矩陣式鍵盤(pán)的結(jié)構(gòu)考慮到本文的數(shù)據(jù)輸入量以及單片機(jī)I/O口的使用情況，系統(tǒng)設(shè)計(jì)才用獨(dú)立式按鍵。本文的按鍵電路如圖4-6所示，按鍵的作用是輸入設(shè)定的電流值和最大值，系統(tǒng)設(shè)定的初始的最大值為2mA,設(shè)定值為1mA。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。程序設(shè)定了輸入值不能大于系統(tǒng)初始設(shè)定的最大值1mA。設(shè)定的最大值不能小于系統(tǒng)初始設(shè)定的設(shè)定值1mA。圖4-6 本系統(tǒng)的按鍵電路組成鍵盤(pán)的按鈕有觸點(diǎn)式和非觸點(diǎn)式兩種，單片機(jī)中應(yīng)用的一般是由機(jī)械觸點(diǎn)組成

43、的。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)。其抖動(dòng)過(guò)程如圖4-7所示，抖動(dòng)時(shí)間的長(zhǎng)短與開(kāi)關(guān)的機(jī)械特性有關(guān)，一般為510 ms圖4-7 鍵操作和鍵抖動(dòng)在觸點(diǎn)抖動(dòng)期間檢測(cè)按鍵的通與斷狀態(tài)，可能導(dǎo)致判斷出錯(cuò)，即按鍵一次按下或釋放被錯(cuò)誤地認(rèn)為是屢次操作，這種情況是不允許出現(xiàn)的。為了克服按鍵觸點(diǎn)機(jī)械抖動(dòng)所致的檢測(cè)誤判，必須采取去抖動(dòng)措施。這一點(diǎn)可從硬件、軟件兩方面予以考慮。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。在硬件上可采用在鍵輸出端加R-S觸發(fā)器(雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器)或單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器構(gòu)成去抖動(dòng)電路。圖4-8是一種由R-S觸

44、發(fā)器構(gòu)成的去抖動(dòng)電路，當(dāng)觸發(fā)器一旦翻轉(zhuǎn)，觸點(diǎn)抖動(dòng)不會(huì)對(duì)其產(chǎn)生任何影響。圖4-8硬件消抖電路軟件上采取的措施是：在檢測(cè)到有按鍵按下時(shí)，執(zhí)行一個(gè)10 ms左右具體時(shí)間應(yīng)視所使用的按鍵進(jìn)行調(diào)整的延時(shí)程序后，再確認(rèn)該鍵電平是否仍保持閉合狀態(tài)電平，假設(shè)仍保持閉合狀態(tài)電平，那么確認(rèn)該鍵處于閉合狀態(tài)。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。本文的電路中的按鍵消抖問(wèn)題采用的是軟件延時(shí)的方法來(lái)解決的。 A/D轉(zhuǎn)換電路單片機(jī)只能處理數(shù)字量，然后現(xiàn)實(shí)生活中，外界的被測(cè)量往往都是模擬的，這就需要有一種器件可以把外部的模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量以供單片機(jī)處理，然后控制其它外部設(shè)備執(zhí)行某種操作

45、。A/D轉(zhuǎn)換器是一種用來(lái)將連續(xù)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成適合于數(shù)字處理的二進(jìn)制數(shù)的器件。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)行比擬。AD轉(zhuǎn)換器的位數(shù)越高，外界被測(cè)模擬量被轉(zhuǎn)換的就越精確。選擇一個(gè)高精度的AD轉(zhuǎn)換器是真實(shí)感知外界前提。但是精度越高，器件的價(jià)格就會(huì)非常昂貴。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。文中采用的A/D轉(zhuǎn)換器是TLC549,它是一個(gè)8位的A/D轉(zhuǎn)換器，足夠滿(mǎn)足本系統(tǒng)的要求。TLC549是美國(guó)德州儀器公司生產(chǎn)的8位串行A/D轉(zhuǎn)換器芯片，可與通用微處理器、控制器通過(guò)CLK、CS、DATA OUT三條口線進(jìn)行串行接口。具有4MHz片內(nèi)系統(tǒng)時(shí)鐘

46、和軟、硬件控制電路，轉(zhuǎn)換時(shí)間最長(zhǎng)17s，TLC549為40000次/s?？偸д{(diào)誤差最大為0.5LSB，典型功耗值為6mW。采用差分參考電壓高阻輸入，抗干擾，可按比例量程校準(zhǔn)轉(zhuǎn)換范圍，VREF-接地，VREF+VREF-1V，可用于較小信號(hào)的采樣。 圖4-9TLC549的引腳圖TLC549的引腳圖如圖4-9所示。TLC549的極限參數(shù)如下：電源電壓：6.5V；輸入電壓范圍：0.3VVCC0.3V；輸出電壓范圍：0.3VVCC0.3V；峰值輸入電流(任一輸入端)：10mA；總峰值輸入電流(所有輸入端)：30mA；工作溫度：TLC549C：070 TLC549I：4085 TLC549M：55125

47、TLC549有片內(nèi)系統(tǒng)時(shí)鐘，該時(shí)鐘與I/O CLOCK是獨(dú)立工作的，無(wú)須特殊的速度或相位匹配。其工作時(shí)序如圖4-10所示。圖4-10 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。這種CS控制作用允許在同時(shí)使用多片TLC549時(shí)，共用I/O CLOCK，以減少多路(片)A/D并用時(shí)的I/O控制端口。一組通常的控制時(shí)序?yàn)椋?1)將CS置低。內(nèi)部電路在測(cè)得CS下降沿后，再等待兩個(gè)內(nèi)部時(shí)鐘上升沿和一個(gè)下降沿后，然后確認(rèn)這一變化，最后自動(dòng)將前一次轉(zhuǎn)換結(jié)果的最高位(D7)位輸出到DATA OUT端上。(2) 前四個(gè)I/O CLOCK周期

48、的下降沿依次移出第2、3、4和第5個(gè)位(D6、D5、D4、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。(3)接下來(lái)的3個(gè)I/O CLOCK周期的下降沿移出第6、7、8(D2、D1、D0)個(gè)轉(zhuǎn)換位，(4)最后，片上采樣保持電路在第8個(gè)I/O CLOCK周期的下降沿將移出第6、7、8(D2、D1、D0)個(gè)轉(zhuǎn)換位。保持功能將持續(xù)4個(gè)內(nèi)部時(shí)鐘周期，然后開(kāi)始進(jìn)行32個(gè)內(nèi)部時(shí)鐘周期的A/D轉(zhuǎn)換。第8個(gè)I/O CLOCK后，CS必須為高，或I/O CLOCK保持低電平，這種狀態(tài)需要維持36個(gè)內(nèi)部系統(tǒng)時(shí)鐘周期以等待保持和轉(zhuǎn)換工作的完成。如果CS為低時(shí)I/O CLOCK上出現(xiàn)一個(gè)有

49、效干擾脈沖，那么微處理器/控制器將與器件的I/O時(shí)序失去同步；假設(shè)CS為高時(shí)出現(xiàn)一次有效低電平，那么將使引腳重新初始化，從而脫離原轉(zhuǎn)換過(guò)程。在36個(gè)內(nèi)部系統(tǒng)時(shí)鐘周期結(jié)束之前，實(shí)施步驟(1)(4)，可重新啟動(dòng)一次新的A/D轉(zhuǎn)換，與此同時(shí)，正在進(jìn)行的轉(zhuǎn)換終止，此時(shí)的輸出是前一次的轉(zhuǎn)換結(jié)果而不是正在進(jìn)行的轉(zhuǎn)換結(jié)果。假設(shè)要在特定的時(shí)刻采樣模擬信號(hào)，應(yīng)使第8個(gè)I/O CLOCK時(shí)鐘的下降沿與該時(shí)刻對(duì)應(yīng)，因?yàn)樾酒m在第4個(gè)I/O CLOCK時(shí)鐘下降沿開(kāi)始采樣，卻在第8個(gè)I/O CLOCK的下降沿開(kāi)始保存。TLC549可方便地與具有串行外圍接口(SPI)的單片機(jī)或微處理器配合使用，也可與51系列通用單片機(jī)連

50、接使用。與51系列單片機(jī)的接口如圖4-11所示。圖4-11 TLC549與單片機(jī)的接口電路TLC549片型小，采樣速度快，功耗低，價(jià)格廉價(jià)，控制簡(jiǎn)單。適用于低功耗的袖珍儀器上的單路A/D或多路并聯(lián)采樣。本文中的A/D轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)的連接如圖4-12所示圖4-12 A/D轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)的連接圖4.6 D/A轉(zhuǎn)換電路系統(tǒng)中有的時(shí)候不僅需要A/D轉(zhuǎn)換器把外界的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化成CPU可以處理的數(shù)字信號(hào)。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。D/A轉(zhuǎn)換器是一種將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)的器件，為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的數(shù)字信號(hào)和模擬環(huán)境的連續(xù)信號(hào)之間提供了一種接口

51、。在本系統(tǒng)的電路中D/A轉(zhuǎn)換器的作用是為模擬電路局部提供電流設(shè)定電路的電壓DAC1以及限流保護(hù)電路中的比擬電壓值DAC2，文中所采用的D/A轉(zhuǎn)換器是TLC5615。TLC5615是帶有緩沖基準(zhǔn)輸入高阻抗的10位電壓輸出數(shù)模轉(zhuǎn)換器。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。器件使用簡(jiǎn)單，用單5V電源工作。器件具有上電復(fù)位power-on-reset功能以確?？芍貜?fù)啟動(dòng)。TLC5615的數(shù)字控制通過(guò)3線three-wire串行總線，它是CMOS兼容的且易于和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)微處理器和微控制器接口。器件接收16位數(shù)據(jù)字以產(chǎn)生模擬輸出。數(shù)字輸入端的特點(diǎn)包括帶有斯密脫schmitt觸發(fā)器，它具有

52、高噪聲抑制能力。TLC5615的具有如表4-3所示的特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在電池供電測(cè)試儀表、數(shù)字失調(diào)與增益調(diào)整、電池工作遠(yuǎn)程工業(yè)控制、機(jī)器和機(jī)械裝置控制器件、移動(dòng) 等領(lǐng)域在8引腳封裝內(nèi)10位CMOS電壓輸出DAC5V單電源工作3線串行接口高阻抗基準(zhǔn)輸入電壓輸出范圍基準(zhǔn)輸入電壓2倍內(nèi)部上電復(fù)位低功耗1.75mW Max1.21MHz的更新率Update Rate至0.5 LSB的建立時(shí)間sTyp在溫度范圍內(nèi)保持單調(diào)性引腳與Maxim公司MAX515兼容表4-3 TLC5615的具有的特點(diǎn)TLC5615的引腳排列如圖4-13所示，TLC5615個(gè)引腳功能如表4-4所示。圖4-13 TLC5615的引腳

53、排列引腳名稱(chēng) 序號(hào)I/O說(shuō)明DIN 1I串行數(shù)據(jù)輸入SCLK 2I串行時(shí)鐘輸入CS 3I芯片選擇，低電平有效DOUT 4I用于菊花鏈daisy chaining的串行數(shù)據(jù)輸出AGND 5模擬地REFIN 6I基準(zhǔn)輸入OUT 7ODAC模擬電壓輸出Vdd 8正電源表4-4TLC5615個(gè)引腳功能說(shuō)明本文中的D/A轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)的連接如圖4-14所示圖4-14 D/A轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)的連接圖在本文的系統(tǒng)中顯示電路的作用是顯示設(shè)定的電流值，以方便操作者的使用。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。本文所采用的是液晶顯示器LM016L。LM016L液晶顯示模塊，可以顯示兩行數(shù)據(jù)，每行

54、16位。LM016L與常用的1602B功能和引腳一樣，不同點(diǎn)在于LM016L液晶模塊沒(méi)有調(diào)背光的兩個(gè)引腳，采用的是14腳接口。各引腳的說(shuō)明如表4-5示表4-5LM016L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，比方大寫(xiě)的英文字母“A的代碼是01000001B41H，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“ALM016L液晶顯示模塊可以和單片機(jī)AT89C52直接接口，電路如圖4-15。圖4-15液晶顯示模塊和單

55、片機(jī)89C52接口電路本文系統(tǒng)的顯示電路如圖4-16所示,由于與單片機(jī)相連接的器件過(guò)多，所以在繪制原理圖時(shí)，采用了網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)的形式來(lái)表示物理連接。圖4-16 系統(tǒng)中的顯示電路4.8數(shù)字電路局部原理圖數(shù)字局部原理圖如圖4-17所示如圖4-17 數(shù)字局部原理圖5 系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)單片機(jī)的程序設(shè)計(jì)調(diào)試分為兩種，一種是使用軟件模擬調(diào)試，意思就是用開(kāi)發(fā)單片機(jī)程序的計(jì)算機(jī)去模擬單片機(jī)的指令執(zhí)行，并虛擬單片機(jī)片內(nèi)資源，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)試的目的，但是軟件調(diào)試存在一些問(wèn)題，如計(jì)算機(jī)本身是多任務(wù)系統(tǒng)，劃分執(zhí)行時(shí)間片是由操作系統(tǒng)本身完成的，無(wú)法得到控制，這樣就無(wú)法時(shí)時(shí)的模擬單片機(jī)的執(zhí)行時(shí)序，也就是說(shuō) ，不可能像真正的單片機(jī)運(yùn)行

56、環(huán)境那樣執(zhí)行的指令在同樣一個(gè)時(shí)間能完成往往要完成的比單片機(jī)慢。為了解決軟件調(diào)試的問(wèn)題，第二種是硬件調(diào)試，硬件調(diào)試其實(shí)也需要計(jì)算機(jī)軟件的配合，大致過(guò)程是這樣的：計(jì)算機(jī)軟件把編譯好的程序通過(guò)串行口、并行口或者USB口傳輸?shù)接布{(diào)試設(shè)備中這個(gè)設(shè)備叫仿真器，仿真器仿真全部的單片機(jī)資源所有的單片機(jī)接口，并且有真實(shí)的引腳輸出，仿真器可以接入實(shí)際的電路中，然后與單片機(jī)一樣執(zhí)行。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。不僅如此，還可以通過(guò)計(jì)算機(jī)斷的軟件實(shí)現(xiàn)單步、全速、運(yùn)行到光標(biāo)的常規(guī)調(diào)試手段。總結(jié)一下兩者的不同與相同：相同點(diǎn)：1：都可以檢測(cè)單片

57、機(jī)執(zhí)行時(shí)序下的片內(nèi)資源情況如R0-R7 、PC計(jì)數(shù)器等2：可以實(shí)現(xiàn)斷點(diǎn)、全速、單步、運(yùn)行到光標(biāo)等常規(guī)調(diào)試手段。不同點(diǎn)：1：軟件調(diào)試無(wú)法實(shí)現(xiàn)直接連接硬件電路的調(diào)試，只能通過(guò)軟件窗口虛擬硬件端口的電平輸出情況而仿真器可以實(shí)現(xiàn)與單片機(jī)一樣的功能的硬件連接，從某種意義上說(shuō)這個(gè)時(shí)候仿真器就是一個(gè)單片機(jī)。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。仿真器那么是完全與單片機(jī)相同。3：軟件調(diào)試只能是一種初步的，小型工程的調(diào)試，比方一個(gè)只有幾百上千行的代碼的程序，軟件調(diào)試能很好的完成

58、，如果是一個(gè)協(xié)調(diào)系統(tǒng)，可能還需要借助幾個(gè)單片機(jī)仿真器和相關(guān)的儀器才能解決。4：軟件仿真不需要額外花錢(qián)，而硬件需要，一個(gè)仿真器一般都上千元，同時(shí)可以仿真許多種單片機(jī)的工作。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。Keil uVision2 的具體使用請(qǐng)參考相關(guān)書(shū)籍。本系統(tǒng)的程序開(kāi)發(fā)過(guò)程是基于Keil uVision2的編程環(huán)境的，程序流程圖如圖5-1所示。圖5-1 程序流程圖6 結(jié)論 本文講述的是基于51單片機(jī)的半導(dǎo)體驅(qū)動(dòng)電源的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。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

59、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、以及本錢(qián)等進(jìn)行綜合考慮，以盡量合理并符合相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。然后根據(jù)市場(chǎng)上各種單片機(jī)的貨源情況和單片機(jī)的性能及開(kāi)發(fā)工具等因素選擇適宜的機(jī)型。接下來(lái)要根據(jù)系統(tǒng)中可能遇到的模擬電路、I/O接口、存儲(chǔ)器和顯示器等器件和設(shè)備進(jìn)行器件選擇，使之符合系統(tǒng)在精度、速度和可靠性等方面的要求。最后確定硬件和軟件的功能劃分。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本錢(qián)等因素具體劃分軟硬件功能。致謝本局部 請(qǐng)自行完成參考文獻(xiàn)1 張毅剛，彭喜元，姜守達(dá)，喬立巖.新編MCS-51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì).哈爾濱： 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2003.2

60、陳寶江，瞿勇，張幽彤，杜慶柏.MCS單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)用指南.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1997.3 何立民.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)選編.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2004.4 沈任元，吳勇.數(shù)字電子技術(shù)根底M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2000.5 胡漢才.單片機(jī)原理及其接口技術(shù)M.北京：清華大學(xué)出版社6 蔣立平.數(shù)字電路M.南京：南京理工大學(xué)出版社，2001.7 王建宇，戴躍偉，侯曉霞.微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001.8 KEN MARTIN加.數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)英文版.北京：電子工業(yè)出版社2002-9.9 張俊謨.單片機(jī)中級(jí)教程原理與應(yīng)用M.北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2006