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基于C8051F单片机的光功率计的设计与实现


武汉理工大学 硕士学位论文 基于C8051F单片机的光功率计的设计与实现 姓名:张珏 申请学位级别:硕士 专业:信号与信息处理 指导教师:杨春金 20090401

武汉理工大学硕士学位论文

摘要

光纤由于其传输损耗小、传输容量大、抗干扰能力强等特点,已经作为数 字通信中的主要传输介质。随着数字通信的发展,光纤传输

系统正投入运行,“八 五"期间,我国光纤通信技术已进入迅速发展阶段。然而任何科学领域的进步
都依赖于对被研究对象做出精确测量,光纤技术的进步也完全符合这一规律,

即:光纤测量技术和光纤测量仪器也必须同步发展起来,这导致的直接结果是
光功率计的需求量与日俱增。 目前国内所需的光功率计大多依靠进口,且国外光功率计价格贵,所需配 件品种多,使用操作也较复杂,而国内同类测试仪器存在价格偏高且测量精度

偏低等方面的不足;另一方面,随着微处理器技术的迅猛发展,以微处理器为
核心进行工作的智能仪器得到充分的发展。当光纤通信遇到了智能化测试,就 会引起测量控制仪表领域的一场新的技术革命。 本文首先对光功率计的组成原理进行了详细的分析,查阅大量资料并比较

国内外产品的性能和价格,然后根据生产的实际需要进行低成本研发工作。在
能满足生产的的要求基础上进行总体的设计规划,并给出各个电路的设计和说 明,包括光探测器的选择、放大滤波电路的设计、A/D转换、单片机控制、外围 电路的设计、液晶显示电路、按键电路等设计。在选择芯片方面,我们尽量做 到IC集成化,因为集成IC的整体功能更加稳定而且价格相对来说也比较便宜.

最后是对系统的各个模块的软件进行编写,我们摒弃用汇编语言开发下位 机程序,而改用C语言,这样使得开发效率更高和程序的可读性更强。其中有 下位机MCU自身的初始化,下位机MCU与外围芯片的通信,下位机与上位机 的通信,上位机程序的书写等。 关键词:单片机,智能仪表,光功率计

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Abstract

Optical fiber has

been

seen

as

significant transmission medium in

di西tal
well

communication field due
as

to its low loss of

signal,more information added
the development

on,as

strong

capability

of

anti-interference.With

of

di百tal

communication,opfical
time of

fiber transmission system is being put into operation.In the optical fiber communication has of optical

Ei|曲th


Five Years,the technology of

entered

stage of rapid

development,when,therefore,requirements
measudng

measurement

technology and optical

instruments

must be
on

developed
being

simultaneously,as in the law:any progress in science depends

the

object

studied

to make accurate

measurements".optical
required

fiber technology is fully in line wim

the progress of the law.
At

present,most

of the

optical power meter is

rely

on

imports,that
or

general
lots of

price of foreign

power

meter is either very

higll

or

with complex operation

accessories,compared

to the

existence

of similar testing

equipment in country
hand,wiⅡl
the rapid work of

with high price,less low

measurement

accuracy.On the other

development

of microprocessor technology to the microprocessor as the

core

the intelligence apparatus has been fully developed,intelligent instrtmaents谢tll
powerful

control

and data processing

functions,and砸m measuring instruments

in

achieving the overall automation

and improve the performance,enhance major changes
test,a new

functionality

and improve the

accuracy and reliability of

have

taken place.When

the optical fiber communication moet.8 intelligent
will begin. Firstyl,we

teelmological revolution

analyzed

thoroughly

the

principle

of

optical

power

meter

system,compared need,we

to some meters abroad

and

according to the real

manufacturai

will do some research,including how to select optical detector and how to

design the amplifier filter,A/D

conversion,MCU

sdeetion,LCD,and Key circuit,


here we try

to make

the whole logic circuit become

unit for the sake of solid

power

as well as low cost。


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And finally,we refer to write the software with C language,wim which

the

program is more readable and we assembly language。There
al

can

rapidly shorten the time we write,

rather than

e a

lot of codes to written including initialization of
SO

MCU,communication with PC and

On。

Key words:Microcontroller,Inteligent Instrument,Optical Power Meter

III

独创性声明
本人声明,所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研
究成果。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其

他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得武汉理工大学或其它教育
机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何 贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。

签名:

日期:

关于论文使用授权的说明
本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定,即学校有权

保留、送交论文的复印件,允许论文被查阅和借阅;学校可以公布论文的全部
或部分内容,可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。

(保密的论文在解密后应遵守此规定)

签名:

导师签名:

日期:

武汉理工大学硕十学位论文

第1章绪论
1.1问题的提出及研究意义
近年来,光纤通信已成为通信领域发展中的最前沿,它不仅在军用,而且 在民用通信中也得到广泛应用。光纤通信系统的主要组件有【l】: (1)光缆:它由一根或多根光纤、或光纤束制成的符合光通信要求的线缆。 (2)光源:通常是可见光或红外光,常用光源是发光二极管(LED)和固体 激光器。其光信号可以被调制,以使模拟信号或数字信号加至该光源的光束上。

(3)检测器:它位于接收端,可将光信号转换为电信号。常用的检测器有
PIN光电二极管或雪崩光电二极管,PIN光电二极管对低频信号有整流作用,但 对射频(I心)信号和微波信号只有阻抗作用,因此可用来对信号进行控制。加反偏 压或无偏压时,PIN的阻抗都很高。加正偏压时,载流子注入中间层,阻抗迅速 变低。

(4)连接口:光源到光缆的接口或光缆至检测器的接口都需要高效光学连
接器,否则连接处会产生很大的信号损失。 (5)标准通信电路:它位于光源前部和光检测器后部。 。八五一期间,我国光纤通信技术已进入迅速发展阶段,而近两、三年来, 全国各省、市的有线电视系统又纷纷步入光纤传输。因此,光纤系统已担负起

通信和广播电视两大信息传递任务。光纤通信的惊人发展,要求光纤测量技术 和光纤测量仪器也必须同步发展起来。正如“任何科学领域的进步都依赖于对 被研究对象做出精确测量”一样,光纤技术的进步也完全符合这一规律,电子 测量仪器行业正面临着一个新的、广阔的市场【21。 在整个光纤传输系统中,有源及无源部件如光发射机、光接收机、光接头、 光耦合器、光隔离器等的接入对系统的传输特性都有相当大的影响,为了使系 统达到应有的传输指标,必须对光缆、部件以及全系统进行一系列的检验和测 量。例如,就拿光纤来说,在铺设前后都必须作检验,查一下有否断裂处,测 量一下衰减变化。对于各部件而言,这些单元在安装进光纤系统后都会产生插 入损耗量而引起系统指标的改变,因此,应进行插入功率损耗等参数的测量。

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当然,更重要的还有全系统指标——功率、功率衰减及信噪比等传输特性的测 量pJ。据预测,在领导下一代通信测试的各类测试仪器中,光测试仪器成为最有
潜力的仪器之一,光功率计正是诸多急待开发的光纤系统测量仪器中的常用的、 重要的基础设备【4】。它是光通信和光纤传感等一些高新技术领域中测试光功率、 光衰减量必不可少的常用测量仪表。随着我国光纤应用技术的迅速发展,光功 率计的需求量与日俱增,特别是用于工程施工现场的便于携带、操作简便、性 能稳定的光功率计。 目前国内所需的光功率计大多依靠进口,国外光功率计价格普遍偏高,所 需配件品种多,使用操作也较复杂;而国内同类测试仪器存在价格偏高且测量 精度偏低的不足。 随着微电子技术的迅速发展,特别是单片机的出现和广泛应用,正在引起 测量控制仪表领域的一场新的技术革命,测量仪器的智能化已成为现代仪器仪

表发展的主要方向【51。智能光功率计是指含有微型计算机(pC)或微处理器(妒),
能对测量结果进行存储、运算处理及仪器本身能够按照人工的预先设置进行自 动操作的具有智能特性的光功率测量仪器,它可广泛地应用于光通信、光学实
验、激光医学、军事伪装及成像系统等方面。 本文针对光纤的各项测试的实际需要研制光功率计,主要是针对中低端用 户和生产,在满足一定的需求上提高测量精度同时又大大降低成本。

1.2国内外研究现状
通信测试仪表作为尖端的高技术产品直接反映了一个国家的通信技术水 平,世界通信强国都具有很强的通信测试仪表的研发能力和全球推广能力.据

美国Frost&Sullivan市场研究公司的统计,目前全球通信测试仪器年销售额已达 50亿美元,并正在以两位数的速度增长。其中移动通信、数据传输、无线传输
及光纤网络测试产品增长最为迅速[61。

在传输网测试领域,光纤测试仪表出现了巨大的市场潜力和发展空间,市 场容量超过10亿元人民币。一些有实力的国际化大公司纷纷推出自己全系列的 光网络测试产品,其中具有代表性的有美国安捷伦Agilent公司的系列产品。 而对于光功率计作为光通信测试仪器最基础的设备,目前,在国内外有多 家公司制造了光功率计,国外以美国安捷伦Agilent公司、美国AVO公司、日


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本安腾公司等作为代表;国内同样也有很多公司,如上海光维GRANDWAY公

司、天津德力DEVISER公司、陕西硅谷通信公司、珠海华普公司、北京捷康特
公司等。 国内另外还有北京亚中仪器有限公司、北京恒光科技发展公司、深圳朗光

科技有限公司、中国电子科技集团公司第34研究所等制造商。现将国内一些公
司的产品主要技术指标列成表格,如下表1.1: 表1.1光功率计比较表 类型 中心波长
(nlll)

输出功 室/dBm
.6

短期稳定 度/dB
≤0.1 (15rain) ≤±0.05

长期稳定度/
dBm ≤O.5(5h)

北京亚中

便携式

1310±15、 1550±15、

北京恒光

掌上型

1310±20、 1550±20、 850±20、 1300±20、
>.10

±O.15(24h)

(1h)

深圳郎光

台式

1310±5、 1550±5

>o

≤±0.005 (15min)

≤±o.03(8h)

电子34所

台式

1310±20、 1550±20

≥0

±0.005 (15min)

±0.05(3h)

通过市场价格来看,国外的进口产品大都在几万元左右,美国安捷伦Agilent
公司的单通道功率计E4418B市场价达到38900元;国内产品价格也不便宜,如 陕西硅谷SGT-3C01便携式稳定光源市场价为9800元,就连便携式光功率计的 市场价格一般也在5000元左右,如珠海华普OTP300-T便携式光功率计市场价 为6380元,对于功能稍微强一些的或者指标稍微好一点的产品甚至达到10000

元以上。然而面对广阔的中低档产品市场需求空间,如实验室设备和一些中低 档产品用户等等,很有必要进行低成本的光功率计的研究,主要在保证性能指
标的同时从降低成本的方面来考虑。

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1.3本文研究的主要内容
经过查阅大量的资料,本文在参考光功率计原理的理论基础上设计一光功 率计,其工作涉及器件的选型,主要电路的设计,以及各个模块之间的通信程
序的书写。

光功率计主要用于测量光信号的强弱,其内部原理如图1.1所示,光探头就
是光敏感面面积较大(直径为1.10 mm)的半导体PIN光电二极管,加上I层的PN 结二极管可以提高探测灵敏度和响应速度【7】。被测光通过光纤接口投射到光探头 的光敏面上时,半导体中的价带电子激发到导带,偏置电路中便会出现光电流,

通过负载电阻实现IⅣ变换,此电压信号再经滤波放大后,最后由数字式显示器
显示。光电流的大小是随输入射光的强度变化的,也就是说负载上电压信号的 大小就反应了光强变化,所以显示器可以直接读出光功率的大小。



图1.1光功率计原理框图

光功率计的主要技术指标有测量灵敏度和测量精度。习惯上把灵敏度优于
.75

dB的光功率计称为高灵敏度光功率计。在设计光功率计时,我们一般使它

配合构成的测量动态范围比被测线路的总损耗有12 dB以上的富余度。光功率计

的精度指标一般定为5%,但是实际测量的准确度和重复性取决于探头连接器的 正确使用。这是因为测量时不允许光纤与探头的光敏面接触(否则便会损坏探 头),而光纤与光敏面相离距离的远近又对进入光电二极管的光功率值十分敏感。 一般来说,高质量的光功率计都配有附件,保证被测光纤与光电二极管的光敏 面对正,且能重复地保持合适的距离。实际光功率计的读数是按已设计的配件 校准了的【8】.本次设计的光功率计的测量精度可达0.1dB(-70dBm.+10dBm)和 0.05dB(-50dBm-0dBm),经过实际的考察和出于成本的考虑,这样的指标在生
产中已经可以满足要求。



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第2章光功率计的设计
2.1光功率计的工作原理
目前光功率测量方法有两种,一种是热转换型方式,其原理是利用黑体吸

收光功率后温度的升高来计算光功率的大小,这种测量方法的优点是光谱响应
曲线平坦、准确度高,缺点是成本高,响应时间长;另一种是半导体光电检测 方式,一般被用来作为标准光功率计[91,本文也是采用这种检测方式。 本次数字光功率计的内部机构如图2.1所示,将接收到的光信号投射在光探

测器的光敏面上并由光电转换电路将其转变为电流,再经过lⅣ变换电路和放大 电路得到电压信号,然后把这个信号送到低通滤波器进行滤波及响应度补偿放
大,以得到与功率值相对应的电压,之后再将该电压经A/D转换,以得到表示 功率大小的数字量,最后通过CPU进行数据处理和判断后,将数据送入LCD显 示器进行功率显示或指示。以下章节将分别讲解各个电路部分的设计和实现。

图2.1

数字光功率计工作原理图



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2.2光电转换电路设计
光探测器是接收光的关键器件,它的功能是把光信号转换为电信号。目前
常用的光检测器有PIN光电二极管和雪崩光电二极管(APD).

2.1.1光电二极管的工作原理
光电二极管(PD)把光信号转换为电信号的功能,是由半导体PN结的光
电效应实现的【101。在PN结的界面上,由于电子和空穴的扩散运动,形成内部电 场。内部电场使电子和空穴与扩散运动方向相反的漂移运动,最终使能带发生 倾斜,在PN结界面附近形成耗尽层。当入射光作用在PN结时,如果光子的能 量大于或等于带隙(H仑Eg),便发生受激吸收,即价带的电子吸收光子的能量 跃迁到导带形成光生电子一空穴对。在耗尽层,由于内部电场的作用,电子向N 区运动,空穴向P区运动,形成漂移电流。在耗尽层两侧是没有电场的中性区, 由于热运动,部分光生电子和空穴通过扩散运动可能进入耗尽层,然后在电场 作用下,形成和漂移电流相同方向的扩散电流。漂移电流分量和扩散电流分量 的总和即为光生电流。当与P层和N层连接的电路开路时,便在两端产生电动 势,这种效应称为光电效应。当入射光变化时,光生电流随之作线性变化,从 而把光信号转换成电信号。这种由PN结构成,在入射光作用下,由于受激吸收 过程产生的电子.空穴对的运动,在闭合电路中形成光生电流的器件,就是简单

的光电二极管(PD)。 根据结构的不同,光电二极管可分为P.N结型、P矾结型、雪崩型以及肖特
基结型光电二极管(APD)[1 1J。在光纤通信领域的应用中,为了克服光生载流子扩

散时间长的缺点,在PN结间插入一层非掺杂或轻掺杂半导体材料,以增大耗尽 区宽度W,达到减小扩散运动的影响,提高响应度的要求。由于PN结中间插入 的半导体材料近似为本征半导体(Intrinsic),当管芯加上一定反向电压后,其耗 尽区便可在整个I型层展开,亦即扩展了耗尽区,而光生载流子扩散区域则被压 缩,这种结构的光电二极管称为PIN光电二极管。 适合于光纤通信系统应用的光检测器有PIN光电二极管和雪崩光电二极管 (APD)。APD具有雪崩放大作用、响应度高,但附加噪声大、偏置电压高、温 度稳定性差、结构复杂且价格高。因此作为光功率检测的仪器一般采用PIN光 电二极管作为光电转换器件,所以通用光功率计一般是采用PIN光电二极管作


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为光探测器件的【51。
2.1.2

PIN二极管的选择

目前使用的PIN管主要有Si、Ge、InGaAs等,覆盖了从750rim到1800nm
的波长范围,而PIN二极管型号的选择主要是根据所做光功率计的测量范围来

确定的。常用的PIN二极管都是小信号工作器件,光敏面不合适【12】,能接收的
光功率范围很有限,所以一般不用来做光功率计的探测器。而InGaAs.PIN是一 种低噪声、高响应度的光电检测器,具有较高的测量灵敏度。当InGaAs.PIN管 接收光输入后,‘位于价带中电子吸收了光子而跃迁到导带,因而可产生一个电 子.空穴对。该电子.空穴对若在耗尽区产生,那么在自建电场(PI管一般采用零

偏压)的作用下,电子将向N区漂移,空穴向P区漂移,从而产生与输入光功率 成正比的电流信号。InGaAs.PIN的光响应度可达0.8A/W,波长范围为
1100nm.1700nm。故在本次设计上,基于暗电流、上升时间、带宽、偏置电压等 综合考虑,我们最终采用InGaAs.PINtl3】。 表2.1 Si、Ge、InGaAs.PIN光电二极管的通用工作特性参数 参数 波长范围 响应度 暗电流 上升时间 带宽 偏置电压 符号
九 R Id

单位

Si 400,--1 100 0.4一旬.6 l—lO 0.5~1.O O.3—旬.7 5

Ge

hlGaAs llOo ̄1700 O.75—D.95 O.5—2.0 0.05—旬.5 1.o ̄2.O



80帖1650
0.4-,,0.5 50一500 0.1,-4).5 0.5—3.0 5一10


nA


B VB


GHz V

5.

从表中可以得到,InGaAs-PIN用于长波长(1.31,tin和1.55pan)系统,性能

非常稳定,通常把它和使用场效应管(FET)的前置放大器集成在同一基片上, 构成PIN.FET接收组件,以进一步提高灵敏度,改善器件的性能。这种组件已 经得到广泛应用。新近研究的InGaAs.PIN的特点是响应速度快,传输速率可达 到十几Gb/s,适用于高速光纤通信领域【141,下图为PIN光电二极管响应度与波
长的关系


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图2.2 PIN光电二极管响应度与波长的关系

3放大滤波电路的设计
由于PIN二极管产生的光电流很小,不能直接用于测量,所以需要通过适

当的低噪声放大后,再进行数据处理。光电探测器件往往都紧密连接一个低噪
声前置放大器,它的任务是:放大光电探测器件所输出的微弱电信号:匹配后 置处理电路与探测器件之间的阻抗。对前置放大器的要求是:低噪声、高增益、 低输出阻抗、足够的信号带宽和负载能力,以及良好的线性和抗干扰能力。在

结构上要求紧凑、靠近探测器件,良好的接地与屏蔽【l 51。低噪声前置放大器的
设计,同一般放大器设计的根本区别是首先满足放大器的噪声指标,因此要考 虑器件的选取和低噪声工作点的确立,还要满足信号源阻抗与放大器间的噪声

匹配;其次要考虑电路的组态、级联方式及负反馈等以满足对放大器增益、频 响、输入输出阻抗等方面的要求。 另外,为了获得良好的噪声性能、通常还要采取避免外来干扰的多种措施。 低噪声电路中,一般都选用金属膜电阻器和绕线电阻器,选用损耗较小的云母
电容和瓷介电容来降低噪声,在大容量电容中,选用漏电流很小的钽电解电容。

改多点接地为单点接地,这样就切断了地环流的干扰。通常在浮地端再用一个 1.10k的电阻或一小电容接地,以加强对空间电磁场的屏蔽效果。光电探测器对 于前置放大器的要求通常从两个方面考虑:一是要求功率传输最大,即放大器 的输入电阻等于光电探测器内阻,工作于匹配状态,此时在一定的入射光功率
情况下,从放大器输出端可得到最大输出电功率;其次,要求输出最小的噪声,


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即放大器工作在最佳源电阻的情况下,此时在放大器输出端可得到最大的信噪 比。而在实际的光电探测系统中,最佳源电阻与匹配电阻往往是不相等的,有 的相差还很大【16】。根据阻抗匹配及噪声要求,光电探测器通常常采用以下形式
的前置放大电路, (1)低输入阻抗前置放大器 低输入阻抗前置放大器可采用变压器耦合、晶体管共基极电路、并联负反

馈及多个晶体管并联等作为放大器的输入级。此方案的优点是电路简单,不需
要或只需要很少的均衡,动态范围较大,缺点是灵敏度低,噪声较高。

(2)高输入阻抗前置放大器 对于阻抗特别高的光电探测器,必须采用场效应管作为第一级输入电路, 此方案的优点是噪声较低,缺点是动态范围小、高频分量损失太大.对均衡电路
提出很高要求.

(3)阻抗变换型放大电路(电流.电压转换器)
方案(3)频带宽(等效输入电阻很小)、低噪声(反馈电阻可以取得很大)、 灵敏度高、动态范围大等综合优点,被广泛采用。 由于PIN+运算放大器动态范围太小,精度也不够高,故在本次设计中不予

采取;我们采用对数放大器,可以有很大的动态范围,同时又因为光功率的另 一个单位dBmW(dBmW=1019(mW))的关系,就可以得到PIN二级管的输入光功 率(P)和反偏电流(D的另一个非常线性的关系。这种设计方案集成化高,性能可
靠,便于调试和校准。所以本此设计采用第三种放大电路,PIN管+对数放大器 方案。

众所周知,对数比放大器输入和输出呈对数关系,这样输入信号的动态范 围可以很大。宽动态范围信号经过压缩之后,使用较低分辨率的测量电路既可

实现信号精确测型1。71。假设输入信号范围从1

mV-10 V,要求在l mV时的分辨

率为l%,为保证精度则在lV时分辨率就是0.001%。如果采用线性放大器,要 求使用17位数模转换器。但是,如果采用对数比放大器,其输入动态范围为3 个数量级,信号的分辨率保持l%,则模数转换器用12位就可以了。此外,电 路采用对数比放大器,不用切换量程,避免了换档误差,使得测量精度有很大 的提高。在本次设计中我们采用AD8304芯片,下面是AD8304的内部原理图【18J:



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图2.3 AD8304内部原理图 它是一款动态范围为80 dB的对数比放大器,有专门的光电二极管接口,由 内部提供光电二极管的偏置电压,使用方便。AD8304内部集成了温度补偿电路, 提高了转换精度。其工作电压为3.5.5 V。从功能上分,AD8304内部由两部分组 成:对数比转换器和线性运算放大器。由于光电二极管输入的是微小的电流信 号,对数比放大器完成电流到电压的对数比转换。在5 V电压时.最大输出电压 为5 V。为了适应不同的AD转换输入电压的要求,运算放大器作为缓冲级来调

节这一电压值,以便最大限度地利用16 bAD转换的精度。由对数放大器输入和
输出关系可以得到:

矿耐=尺llg
I,D

l等I¨。

沼D
(2—2)

=P PPD

式中:‰是AD831M输出电压;%是光电二极管输出的电流;t是光电
二极管截止电流,一般为常数;K。和cl是常数,由芯片外部所接电阻网络决定:

P是光电二极管的响应度;%是输入的光功率值。将(2.2)式代入(2-1)式
可得:
P=K


V删+C



(2-3)

式中:

肛…g%;K

2=告㈡讪k[争].警
lO

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可以看到,当(2-3)式中%单位取mW时,(2—3)式P的单位即为dBm。
而且式子中K:和G是常数,所以输出电压值‰和被测功率值P(以dBm表示)
就成为简单的线性对应关系。这样避免了繁琐的对数运算,使得后继的程序处
理和结果计算就变得简单了,以下是部分设计的电路图:

图2_4

AD8304对数放大器设计图

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2.4单片机控制部分
单片机由于具有功能强、体积小、功耗低、价格便宜、共组可靠、使用方

便等特点被广泛应用于监控技术并使得工业生产更加现代化。
C8051F02x系列器件使用Silicon Labs的专利CIP.51微控制器内核。CIP.51

与MCS.51TM指令集完全兼容,可以使用标准803x/805x的汇编器和编译器进
行软件开发。CIP.51内核具有标准8052的所有外设部件,包括5个16位的计 数器/定时器、两个全双工UART、256字节内部RAM、128字节特殊功能寄存 器(SFR)地址空间及8/4个字节宽的VO端1:3t191。

下面列出了一些在本次设计中用到的主要特性,更具体的细节请参见有关
某一产品的具体资料: (1)高速、流水线结构的8051兼容的CIP.51内核(可达25MIPS) (2)全速、非侵入式的在系统调试接口(片内) (3)真正12位(C805lF020/1)ADC,带PGA和模拟多路开关 (4)具有可编程数据更新方式64K字节可在系统编程的FLASH存储器 (5)4352(4096+256)字节的片内RAM (6)可寻址64K字节地址空间的外部数据存储器接口

(7)硬件实现的SPI、SMBus/IIC和两个UART串行接口
(8)5个通用的16位定时器

(9)具有5个捕扭比较模块的可编程计数器/定时器阵列
(10)片内看门狗定时器、VDD监视器和温度传感器

该MCU都可在工业温度范围(45℃-+85℃)内用2.7V-3.6V的电压工作. 端口I/O、/RST和JTAG引脚都容许5V的输入信号电压

2.4.1复位电路设计
任何微机都是通过可靠复位之后才开始有序执行应用程序的,所以系统复 位电路的设计至关重要【捌。单片机复位电路的结构并不复杂,且参考电路的形 式较多,以下图最基本的RC复位电路来说明在本次设计中用到的复位电路。

12

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图2.5基本复位电路 该电路为低电平复位,S为手动复位开关,C可避免高频谐波对电路的干

扰。从理论上说,51系列单片机复位引脚只要外加两个机器周期的有效信号即 可复位,即只要保证t=RC>2M(M为机器周期)便可【20J。但在实际设计中,通常c’
取值为lOuF以上,忌通常取值lOk左右。实践发现,尼如果取值太小,则会 导致RST信号驱动能力变差而无法使系统可靠复位。

该电路还存在电源毛刺和电源缓慢下降(电压不足)等问题,而且调整RC常
数改变延时会令驱动能力变差,所以在设计复位电路时,既要保证整个应用系 统的可靠复位,又要考虑复位电路应具有较好的抗干扰能力。所以我们可以在

复位电路增加续流二极管Dl,如下图2-6,对于改善复位性能,起到了重要作用。

图2-6增加放回路的RC复位电路

2.4.2晶振电路
每个MCU都有一个内部振荡器和一个外部振荡器驱动电路,外部振荡器需 要一个外部谐振器、并行方式的晶体、电容或RC网络连接到XTALl/XTAL2引

武汉理丁大学硕+学位论文

脚(见图2—7),以下是本次设计的外部震荡电路

2.7外部震荡电路
2.4

3AD转换电路
由于C805IF020的ADC0子系统包括一个9通道的可编程模拟多路选择器

(AMUX0),一个可编程增益放大器(PGA0)和一个100ksps、12位分辨率的

逐次逼近寄存器型ADC,ADC中集成了跟踪保持电路和可编程窗口检测器(见
图2-8的原理框图【22】)。

7而丽雨]广丽丽订■目蕊矸厂蕊研


i-‘i…N7

图2-8

ADC0内部原理框图

AMUX0、PGA0、数据转换方式及窗口检测器都可用软件控制特殊功能寄 存器来控制。ADC0所使用的电压基准按“9.x电压基准(C805IF020)”或“10
14


武汉理_丁大学硕十学位论文

电压基准”选样。在本设计中,VREF采用AD8304内部输出的VREF,伏值为
2 0V。

2.4

4与EEPROM通信的总线接口——SMBUS
SMBus0

I/O接12是一个双线的双向串行总线,SMBus0完全符合系统管理

总线规范11版,与Pc串行总线兼容瞄】。 系统控制器对总线的读写操作都是以字节为单位的,由SMBus接口自动控 制数据的串行传输1241。SMBus0可以工作在主和/或从方式,
SMBus0提供了

SDA(串行数据)控制、SCL(串行时钟)产牛和同步、仲裁逻辑以及起始/停 止的控制和产生电路。有三个与之相关的特殊功能寄存器:配置寄存器SMBOCF、
控制寄存器SMBOCN及用于发送和接收数据的数据寄存器SMBODAT。

图2-9

SMBus0接口电路

图2一lO给出了一个典型的SMBus配置。SMBus0接口的工作电压可以在 3.0V和5.0V之间,总线上不同器件的工作电压可以不同。SCL(串行时钟)和 SDA(串行数据)线是双向的,必须通过一个上拉电阻或类似电路将它们连到 电源电压。连接在总线上的每个器件的SCL和SDA都必须是漏极开路或集电极 开路的,因此当总线空闲时,这两条线都被拉到高电平。

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V∞=5V

VDD=W

VDD=吖

V∞=W

SD^

SCL

图2.10典型的SMBus配置

2.4.5电源部分
交流电220V经变压、整流、滤波后得到直流电15V,然后通过DC.DC变 换电路将直流电变为所需要的12V,12V除了给恒压控制回路和限流控制回路供 电外,还经过DC.DC变换器得到5V直流电,5V直流电给单片机模块供电I捌。



图2.12电源设计电路图

整流电路的任务是将交流电变换成直流电,这里采用的是桥式整流电路。
16

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滤波电路用于滤去整流输出电压中的纹波,在此选用的是由电容、电感组合而 成的复式滤波电路。由于电抗元件在电路中有储能作用,故电容、电感具有平
波作用【271。

本次设计的电源系统最终要求实时输出我们想要的电压,故我们需要电压 稳定的直流供电系统。本系统是将220V的交流电分别变为+SV单片机最小系统)
和+12V(稳压、限流控制模块)的直流电压【261。 至此,与单片机控制相关的电路部分已经设计完毕,以下将进行外围电路 设计。

17

武汉理工大学硕士学位论文

第3章外围电路设计
3.1

12C总线部分
12C总线是由philips公司提出的串行通信接口标准,该标准近年来在微电子

通信控制领域被广泛采用。12C总线是一种同步通信方式,采用两线式串行总线,
一条为串行数据线(SDA),另一条为串行时钟线(SCL)。总线空闲时,两条线

均为高电平,不需加任何附加电路就可以实现多个器件的总线互连,但要求连
接到总线上的器件输出端必须是集电极开路或漏极开路【2蚋。 3.1.1

12C总线的硬件接口电路

在本次设计中主器件为单片微控制器,每一个i2c总线上的从器件都有唯一 的地址,主从器件开始通讯前,主器件先下发从器件的地址,得到从器件的确 认应答后再开始发送或接收有效数据;不是本器件的地址,将不响应数据线上 的任何信息,这样就可以按要求有选择地实现通讯。 3.1.2

12C总线的通讯数据格式

i2c总线在硬件基础上,总线上数据传输的通讯格式按照主器件接收和主器
件发送数据两种情况,如表3.1和表3.2【29】: 表3.1读操作时序
HOST S T A T R l DEVICE 0 l 0 O O 0 l O A C K X X X X X X X X L S B l


S B

L S B

R E A D

N A C K

S T O P


S B

÷

DATAWORD



武汉理工大学硕士学位论文

表3-2写操作时序
H O S T S T R T l D E V I C E 0


M S

L S

矾 R T E

M S B



M S B

L S B

S T O P

S B

A B

B I











0 A C K

X X X X X X X X

O A C K

X X )( X

X X X X

O A C K

3.1.3

12C总线控制时序

12C总线上数据通讯能否井然有序,主要取决于总线上的时序是否符合12C 总线的要求。

12C总线对时序的要求十分严格,只要时序合理,传输误码率极

低.数据传输时序如图3.1所示.

叭二二二二<二二二]
s吼/——、、/厂———\、.
图3.1 IIC总线控制时序

一个标准的12C总线通讯过程由四个部分组成:申请总线、建立通讯途径、 数据传输过程和释放总线,这主要体现在软件编程方面,具体程序流程请参见 本文第四章。 3.2

24系列串行EEPROM与MCU接口电路设计
自philips公司提出i2c总线后,相继推出了许多的12C总线产品,从各种外

围器件如A/D、D/A转换器到E2PROM、微处理器等,并且现在也有其它公司推 出了许多支持i:c总线接口的产品。
24C系列串行E2pROM是与i2c总线兼容的器件,可以工作在100KHz和
19

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400KHz两种模式下。由于许多微处理器没有提供专门的12C总线接口部件,因
此要实现与24C系列串行E2PROM的连接必须采用软件模拟方式,弥补硬件的 不足,以完成12C总线的规程.任何一种单片机均可通过软件模拟,实现与24C 系列串行E2PROM的连接。 以下是本次设计的硬件线路图,MCU为主控器件,AT2LI_C64为从器件,定义 P1.6脚位数据总线(SDA),PI.7脚为时钟信号线(SCL)。

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嚣i薯基i:_=j:i—il蠹b辛扩蔓l巨镯芷警:尊;

£斟糕睦坚鬟
3.3按键设计部分

键盘是光功率计的控制部件,它主要完成以下任务:一是功能选择,用以

根据工作要求选择程序的流向;二是初始置数,用以预置所测光的波长;三是 仪器复位,由一专门的复位键完成。键盘控制具有实时性,在本次设计中主要
是要满足去抖动的要求,因此,我们在编制键盘服务子程序时,采用了扫描与

中断相结合的工作方式。由于本系统所要用到的键盘数量较少,采用独立式按 键方式设计键盘【311,系统并且通过中断方式来获取键盘的状态。 在此部分的设计中对按键处理的重要环节是去抖动【32】,即除按下和抬起瞬 间的抖动,而消除抖动后面临的更大问题就是解决按键的响应问题,包括按键
的一次响应I”l,下面从两个方面来进行相应的讨论。

3.3.1去抖
常用的按键由于机械触点的弹性作用,一个按键开关在闭合时或断开时不 会马上稳定下来,因而在闭合和断开的瞬间都伴随着一连串的抖动,如图3.3:

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图3.3去抖波形图 抖动时间的长短由按键的机械特性来决定,一般为5.10 ms,在本次设计中 去抖动的方法是采用延迟【州,具体方法就是在有按键按下时,利用软件延时10ms

或稍长的时间(根据具体键的机械特性来确定)后再次检测按键是否按下,实际上
是避开了按键按下时的抖动时间。实践证明,不对按键释放的抖动进行处理, 也能满足设计的要求。

3.3.2键号的识别
在判断出有键闭合的情况下,要根据读取的当前键值识别出闭合键的键号。 键值是指该键闭合时产生的二进制代码,键号指键盘上各键的顺序编号。而按 键的识别、键值的确定等,都靠软件来完成。其工作过程如下: 1)识别有无键闭合; 2)判别闭合键所在的列; 3)判别闭合键所在的行;

4)CPU根据查得的按键特征编码转入与其对应的功能程序,以完成该键的
操作功能。

本系统共有6个键g SO为复位键,功能是为系统复位;键S1为中心波长设 定键,用来对测量波长进行设置;键s2为单位切换键,用于选择功率电平的测 量单位dBm或单位、矾包括mW,ttW,nvo,键S3为测量零漂键;键S4为测 量键,对光功率进行测量启动。系统具体的键盘接口电路如图3_4所示:

2l

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图3_4键盘接口电路

3.4液晶显示及其接口电路
LCD数码显示器的控制电路也较简单,并且市面上的LCD数码显示器基本 上都带驱动电路。点阵式液晶的电极数目较多,显示控制和驱动较为复杂,我 们可以选用市面上的标准化点阵式LCD模块。这些模块是在一块双面印刷线路 板上,它的一面用导电橡胶将电路与液晶显示器件连接,另一面装配所需要的 驱动器和控制器。因此本文选用液晶屏采用三星公司控制IC.KS0818方案,屏 点阵为160"64,可由程序控制输出汉字或其它字符【351。 LCMl28“LCD内置2片ks0108液晶显示驱动器,可显示64K的点阵图形, 能与MCU直接接口:具有64K的内部存储器【361

图3.5 LCD逻辑电路图

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它的优点是工作电压低、功耗低,其缺点是显示的清晰度和对比度低,响
应速度较慢【38】。

LCD模块接口有数据总线、数据和指令读写线,如果数据总线直接和MCU
相连,读写线和MCU的读写线相连,则称为直接控制方式,本次设计就是采用

这种方式,其电路接口图如图3.6所示:
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图3-6

LCD接口设计图

3.5与上位机通讯部分(USB)
USB是通用串行总线(UniversalS鲥alBuS)的英文缩写。USB总线接口作为 外设的通用接口,硬件的结构相对简单,外围设备接口设计容易。USB口把当 前PC固有的串口、并121、PS.2(键盘鼠标接口),甚至是SCSI等连接外部设备的 总线接口统一为单一的USB总线接口。因此在工业自动化领域开发USB接口应 用技术具有资源共享的特殊意义【391。

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本文采用PHILIPS公司的PDIUSBDl2芯片将USB接口传输技术应用到智 能记录仪中,实现了对记录数据的安全传输,具有速度快、干扰小、安全性好
等特点。 PDIUSBDl2是一款性价比很高的USB器件,它通常用作微控制器系统中实 现与微控制器进行通信的高速通用并行接1:3。它完全符合USB 1.1版的规范[40l。 PDIUSBDl2通过总线方式与单片机的接1:3电路【411,接1:3电路设计如图3.7所示

图3.7

USB电路设计图

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第4章

软件部分

只有对测量数据进行必要的处理才能保证采集数据的正确性,微处理器引 入智能化仪表后,许多原来靠硬件电路难以实现的测量和数据处理方法,可以 通过软件顺利解决142】。

监控程序的主要作用是能及时的响应来自系统或仪器内部的各种服务请 求,有效的管理测控系统本身软、硬件及人一机联系设备,与系统中其它设备 交换信息,并在系统一旦出现故障时,及时做出相应的处理。监控程序的功能
具体可归纳为:进行键盘和显示管理;接收中断请求信号;对定时器的管理; 初始化,自动切换,掉电保护等。 多年来,人们已经习惯用汇编语言来开发单片机应用系统,可是其指令系 统的固有格式受硬件结构的限制很大,所以用汇编语来开发单片机是一项十分 艰苦的工作,能否用高级语言取而代之一直是人们梦寐以求的。C51编译器的推 出实现了人们这一梦想,目前它已经成为开发8051系列单片机很流行的工具。

使用它可以缩短开发周期,降低开发成本,而且开发出来的系统易于维护,可
靠性高、可移植性强,即使在代码的使用效率上,也完全可以和汇编语言相比。

4.1下位机程序
光功率计的程序分为上位机和下位机两个部分,下位机部分采用KEIL C编 写,为光功率计主体代码【431。上位机采用VC编,主要用于校准光功率计,也
可用于平常使用,但使用时需要下位机配合。

下位机上电复位后首先进入监控主程序,在开始的时候要先进行MCU初始 化,包括晶振电路的选择和配置、定时器、端口设置、A/D转换、中断的开关等, 然后再进入主循环,它的任务是识别命令、解释命令并获得完成该命令的相应 模块的入口,并协调各部分软、硬件有条不紊地工作,光功率计系统主程序流
程图如图4.1所示:

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图4-l主程序流程图
程序片段如下:
void

main(void)


SystcmInit(); StateInit();

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GetBase(ALLBASE);//从EEPROM中得到参数库
while(1) { //主处理

switch(MySystem.CR堋Mode)∥根据运行模式选择子程序

case

MODE—LP://普通光功率计测量模式(含dBm和mw两种方法显示)


RunLpDispose0;//普通光功率计模式运行子程序 }break;
case

MODE LP

DIFF://差值计算测量模式

{ RunLpDiffDispose0; )break; case MODE SET ADDR://机器地址设置模式 { RunSetAddrDispose0; }break;
case

MODE

RL://回损仪测量模式

{ RunRlDispose0; }break;
c,ago

MODE ADJ LP://校准光功率计


RunAdjLpDispose0; }break; case MODE ADJ RL://校准回损仪 { RunAajRIDispose0;

}break;
default:

{ RunLpDispose();

)∥保护:普通光功率计模式运行子程序) )


4.1.1按键中断处理函数
由于本系统包含的按键不多,使用频率不高,系统采用中断扫描工作方式, 当有键按下的时候会先进入相应的中断,然后再执行扫描判断是哪个按键被按

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下,即只有当有键按下时才执行扫描任务,这样可以提高CPU的效率,避免空
扫描。程序片段如下:
void

ScanKey(void) {unsigned char keybuff[2];

if(KCONNET一0)


if(KEYDELAY--o)

PKEY=0: P4&=~INX0;

keybuff[0】=P4;
P4 I=INX0; P4&=一INXl:

keybuff[1】=P4; P4}INXl; keybuff[1】<<=4; keybuff[1】&=OxFO; keybufl[0】&=OxOF; keybuff【0】+=keybuff[1】; if(keybuff[O】!=0xFF) { KEYDELAY=KEYDELAYTIMES; PKEY=keybu趣O】;


) )
else


KCONNET=O;



4.1.2

USB编程

固件是固化在单片机中的程序代码,它与USB控制器一起完成枚举过程和 主机通信。设备端的USB程序主要可分为两个大的步骤:USB设备的枚举和 USB数据通信控制,如果要让一个USB主机或设备能够识别一个USB设备, 必须经过枚举过程,主机使用总线枚举来识别和管理必要的设备状态变化。只 有完成了枚举,USB设备才可以使用Ⅲ】。 使用了PDIUSBDl2的端点0、端点1和端点2,端点0采用控制传输的数
据传输方式,端点1采用普通输入输出,端点2采用批量传输的数据传输方式。

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上、下位机通过USS口进行数据传输,上位机向单片机发送命令,下位机接到 命令后将存在外部RAM(AT28C56)中的数据传到上位机中。

PDIUSBDl2的固件设计成完全的中断驱动,这就确保了最佳的传输速率和
更好的软件结构,同时简化了编程和调试,下面是USB的主函数:
void

USBmain(void) usbserve0; if(bEPPflags.bits.eP2 RxScrve(); DISABLE();
bEPPflags.bits.ep2_rxdone=O;

{ /?处理USB事件?/

rxdome—1)
严从端点2收到数据?/ 严数据处理?/ /.清空端点2收到数据?/

ENABLE0;

4.1.3

AD转换

A/D转换后会自动进入相应的中断,以下是程序片段,开始的时候要进行 A/D初始化,使A/D能按照我们想要的工作方式进行工作,具体说明参见程序 中的注释: void AdcInit(void) { //使用ADC和DAC时BIASE位必须为1 REFOCN--0x03; //所有的ADC为单端输入 AMXOCF=Ox00; //ADCIN0输入 AMXOSL=0x00; //采用外部时钟方式ADC CLK=2.4MHZ ADCOCF--Ox90;
ADCOCN=0x80; PTEST.AdcNum=O;
PTEST.AdcEnd=O;

//使能ADC,手动启动ADC,连续跟踪方式,右对齐

PTEST.COrgiAdc=O;//最后一次ADC转换测量的原值 {
unsigned char i;

内“i--q);i<3;i++) { PTEST.CAdc[i】=0; PTEST.CountVal[i】=0;

} )
EIE2

I=0x02;

//使能ADC0中断



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根据ADC采集值转换为光功率值的方法存放在EEPROM中用于计算的数

据库有三种,一种是ADC库,一种是K库,一种是B库。其软件转换的方法
是将ADC转换出来的值与ADC库进行对比,设n=0,ADC库中存放的测试点 总共为S,转换过来的ADC值为ADCx,ADC为ADC库中存放的数据。

写一查找表程序使11从0至S,当ADCn<--ADCx<ADC(n+1)时,暂存n值, 然后根据n值从K库和B库中调用Kn和Bn,使用斜率公式Y=Kn*ADCx+Bn
计算,结果Y就是此ADCx采集值所对应的光功率值。

不同的波长需要做不同的曲线,每条曲线都要ADC库,K库,B库组成。
当A/D转换完毕时会进入相应的中断,程序片段如下:
void

AdcOInterrupt(void)interrupt

15


PTEST.AdcAverage[PTEST.AdcNum】=(unsigmxi int)ADCOH<<8; PTEST.AdcAverage[PTEST.AdcNum】+=ADCOL; 城 (PTEST.AdcAvcrage[PTEST.AdcNum]>0xoff9)&&

((ADCOCF&0x07)-一0x0 1))
f//如果adc数值在倍数临界点以上 ADCOCF&=0XfS;/fPGA放大部数=1

PTEST.AdeNum=0;//全部数据放弃,重新采集. )
else

{PTEST.AdcNum++;)
if(PTEST.AdcNum>=ADCAVERNUM) {//采集10次以做平均数

//10次采完,做平均值
unsigned int i; unsigned long buf=O;

for(i=O;iqⅧICAVEI心UM;i斗+) {buf+=-PTEST.AdcAverage[i];)
buf=buf/ADCAVERNUM; PTEST.COrgiAdc=(unsigned int)buf;

if(ADCOCF&0X01—0X01)
30

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(//放大倍数—2时
PTEST.COrgiAde

I=Ox8000;


else

∥放大倍数一1
if(PTEST.COrgiAdc<_0xofl9) {lladc数值小于临界点
ADCOCF

I=0X01;//PGA放大倍数一2




PTEST.Add小】功=0: PTEST:AdcErld=l;

ADCOCN&=㈣O);




4.1.4与EEPROM通信
与EEPROM的数据传输主要有从EEPROM读出数据和往EEPROM里写数
据,程序片段如下:
uchar

AT24CxxWriteByte(uehar c)

//写函数


uchari; uchar ack;

f0“i=o;i<8;i斗+)


if(e&0x80) SET.sDA;
else CLR SDA;

EEPROM Dday(EDEALY);

SET-sCL;
31

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EEPROM_Delay(EDEALY);
CLR_SCL; 口一<=l;

EEPROM_Delay(EDEALY); } EEPROM_Delay(5木EDEALY); SET_sDA; EEPROM_Delay(EDEALY);
SET SCL;

EEPROM_Setlnput0; EEPROM_Delay(5木EDEALY); if【(P 1&0x40)=0x40)
aek=0; else ack=I; CLR SCL;

EEPROM_Delay(5幸EDEALY); EEPROM_SetOutput0;

劬Ⅱn aek;

uchar

AT24CxxReadByte(uchar*e,uchar ack)

//读函数


uehar i=o; uchar rct--O; SET_SDA;

觚i=0;i<8;i++)
{ EEPROM_Delay(EDEALY);
CLR_SCL;

EEPROM_Delay(EDEALY); SET_sCL; EEPROM_Delay(EDEALY);
32

武汉理【人学硕士学位论文
ret<<-1;

EEPROMSetlnput();
EEPROM Delay(5+EDEALY);

if((P1&0x40)--0x40)
ret++:


CLR_SCL; EEPROM-Delay(EDEALY);

EEPROMSetOutput0;
AT24Cxx
+c-:ret;

ack(ack);

return(ret);

4.2上位机程序
上位机主要采用vc+L6 0的MFC进行界面开发,它的主要功能是与下位机 进行通信,并把数据显示在界面上,下面是上位机的界面开发图,通过它可以 修改测量的波长(例如1310nm、1550rim等)、设置工作模式(测量模式、校准
模式),最后可以从界面上很直观的读出数据,如果需要还可以保存此次记录的 数据以便日后可以很清楚的杏看被测器件的某些参数。

图4-2上位机主界面图

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4.3校准的处理方法
校准的原理:根据硬件设计可知,AD8304的对数输出与输入IN俱有很好 的线性,因此选择光功率校准单位为dBm,校准时,我么将相同波长由小至大
不同光功率的光经1:1分路器分路,分别输入至自制光功率计和标准光功率计。

使用光功率计相配套的上位机软件获得MCU此时的ADC转换值,同时输入作
对比的标准光率计上测到的光功率值。理论上只需测量两点光强,根据两点斜 率公式可推算出K和B。 记录每两校准点的ADC值与所对应的K与B值,由4.1节所述方法可计算 出在经PIN管光电转换和AD8304处理过的MCU转换出ADC所对应的光功率

(光功率需在两校准点之间)。在实际应用中,在常用的光功率测量段如
..40dBm,-,0dBm,可增加校准点以提高校准精度。

4.4原理图

图4-3 MCU控制部分原理图

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图¨放大滤波部分原理图

图4-5按键部分原理图

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图4.7实物图

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第5章总结和展望
本文对基于单片机的光功率计的设计和应用实现进行了大量的分析和研究

工作以满足生产的需要。

5.1研究成果
(1)以单片机C8051F020为核心的出光功率计的研制,并查阅了大量的相关资
料。

(2)通过深入理解光功率计的组成原理后,进行了低成本的光功率计的研发工 作,旨在满足诸如生产线,实验室等需求量比较大,但对功能要求不是特
别高的用户。 (3)软件方面采用标准C51语言编程技术进行浮点和对数运算,提高了数学运 算的准确程度和光功率计的精度。 (4)根据需要对光信号传输电路进行了设计,从光探测器的选择,到放大滤波 芯片的选型。

(5)本光功率计能满足的性能指标如下: ①响应波长范围:800hm.1700rim ②校准波长:850rim、1310rim、1550 ③测量范围:.70dBm一+10 dBm(响应度为lmA/mw)

④测量精度:0.1dB(-70dBm一+10 dBm),0.05 dB(-50dBm一0
⑤显示分辨率:0.02dB ⑥测试更新速度:<=50ms

dBm)

5.2后续研究工作的展望
由于时间等方面的限制以及作者能力水平的有限,本文所研究的课题还有 很多地方不足,因此还需对系统进行改善和进一步深入研究,现归纳如下: (1)整个系统的测量范围还比较窄,对以后进一步的研究可以通过分光衰
37

武汉理工大学硕士学位论文

减的方法增强系统测量高功率的能力;
(2)对中心波长的适用范围也不够宽,因此可以增强软件来达到对不同中

心波长的测量;另外测量精度还在不断完善中。
(3)尽管系统的电路设计部分和软件部分都已经调试通过,但还要对系统

进行校准定标以及准确度和分辨率等参数要进行测试,这样才可以整
体的评价仪器的性能指标。

武汉理工大学硕士学位论文

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本论文是在华工正源光子技术有限公司的实际项目推动下完成的,是正源 光子给了我一个舞台,让我能让我的知识学有所用。在这里我向正源光子开发
部的各位同事致以衷心的感谢。 在论文撰写的过程中,我的导师,杨春金老师,以严谨治学态度、渊博的 知识、无私的奉献精神使我深受的启迪,本论文中倾注了杨老师大量的心血, 从尊敬的导师身上,我不仅学到了扎实、宽广的专业知识,也学到了做人的道 理,所有这些都会让我获益终身。 感谢电子信息工程系全体老师多年教育与培养,我将不辜负你们的期望。 最后,衷心地感谢在百忙之中评阅论文和参加答辩的各位专家、教授1

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攻读硕士学位期间发表的论文
【1】张珏杨春金.基于模糊PID算法的呼吸机的设计.科技论文在线,
200808-415,CNll-3104/N

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