毕业的设计LD自动功率控制系统.doc

******************大 学 毕 业 设 计（论 文） 设计（论文）题目：基于MCS-51单片机的 LD自动功率控制系统 系 别： 电子工程系 专 业： 班 级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 完成时间： 目录 1 概述 3 1.1课题背景 3 1.2国内外研究情况 3 1.3课题目的及意义 4 1.4主要性能及要求 4 2 半导体激光器的结构与工作原理 5 2.1半导体激光器简介 5 2.2半导体激光器结构 5 2.3激光产生条件 6 2.4影响半导体激光器工作的因素 6 2.5半导体激光器的工作特性 9 3 硬件设计 11 3.1系统的组成 11 3.2控制元件简介 11 3.3分电路模块 14 4 软件设计 16 4.1编程语言的选择 16 4.2程序框图 18 5 电路调试与仿真 20 5.1硬件调试 20 5.2软件调试 21 毕业设计总结 23 参考文献 24 附录一 25 附录二 30 基于MCS-51单片机的LD自动功率控制系统 摘 要： 稳定光源在光学测量中象电子电路测试时用振荡器作为信号源一样，必须要求发出光功率可调、稳定度高的光信号，稳定光源正是急待开发的光学系统测试仪器中的一种重要的基础设备 在精密光电检测领域中，微小的光源波动会引起被测量的较大偏移，从而产生较大的测量误差，因此本课题介绍的是一种单片机控制激光二极管输出功率的方法，针对SANYO 30mW红光LD设计了驱动电路。单片机内对监测电流偏差进行了PID调节运行，使激光二极管输出功率稳定。 本课题设计的是稳定半导体激光器的输出功率，我们从自动控制理论出发，先阐述PID控制理论，接着再设计了数字设置输出光功率、闭环PID自动调节的LD驱动电路，以此达到使半导体激光器功率稳定的目的。 [关键词] LD驱动电路，单片机，功率稳定可调激光二极管，PID调节。 1 概述 1.1课题背景 在精密光电检测领域中，微小的光源波动会使得被测量偏移，进而产生较大的测量误差，所以对于光源稳定性的要求就非常高了。而稳定光源在光学测量中象电子电路测试时用振荡器作为信号源一样，必须要求发出高稳定、光功率可调的光信号，稳定光源正是急待开发的光学系统测试仪器中的一种重要的基础设备。 半导体激光器（LD）与其他激光器相比，不仅具有单色性高、高亮度、高方向性的特性，而且具有体积小、价格低、低功率、易于集成、便于工作、寿命长、波长可调、可快速调制等一系列优点，尤其是多重量子井型的效率有20~40%，P-N型也达到15%~25%，总而言之能量效率高是其最大特色。另外，它的连续输出波长涵盖了红外线到可见光范围，而光脉冲输出达50W（带宽100ns）等级的产品也已商业化，作为激发光源可说是最佳的选择。 1.2国内外研究情况 国内一些学者对稳定激光光源做了研究。有的设计使激光器注入电流稳定，配合使用温控电路，这种方法虽然对稳定性有一定提高，但对其它影响因素缺乏考虑，不是一种闭环控制系统。 有的对光功率的调节只使用模拟的积分调节，由于积分控制对稳态误差的消除作用是靠对误差的积累产生的，故反映不灵敏，且会使系统稳定裕量下降，超调增大，一般不单独使用。这两种方法共同特点是模拟调节。 再者，2012年广东工业大学机电工程学院的董全财提出了一种基于DSP技术和PID算法的自动控制方法,来控制半导体激光二极管的驱动电流以实现对其输出功率。与传统的通过模拟调制的方法来实现激光二极管输出功率控制的方法相比,DSP技术与PID算法的应用能有效提高半导体激光二极管输出功率的控制精度和稳定性。 而本课题是从自动控制理论出发，先阐述PID控制理论，接着再设计了数字设置输出光功率、闭环PID自动调节的LD驱动电路，以此达到使半导体激光器功率稳定的目的。 1.3课题目的及意义 光源的微小波动会引起被测量的较大偏移，在精密光电检测领域中，这样的偏移会产生较大的测量误差。如在半导体薄膜特性检测中，常常需要检测薄膜反射比以求解其它光电学参量，在这种情况下，由于薄膜增长的缓慢（0.1nm级/秒），反射比变化非常小，其对于光源稳定性的要求非常高，达到0.1%，所以稳定光源正是急待开发的一种重要测试仪器设备。为减少测量误差，LD自动功率控制系统便成为一个重要的研究方向。 与传统的通过模拟调制的方法来实现激光二极管输出功率控制的方法相比, PID算法的应用能有效提高半导体激光二极管输出功率的控制精度和稳定性。并且半导体激光器（LD）由于其具有体积小、价格低、低