1、本科畢業(yè)設(shè)計論文說明書基于 MCS51 單片機(jī)的激光穩(wěn)頻溫度控制輸出系統(tǒng)設(shè)計院系 物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院華 南 理 工 大 學(xué)畢 業(yè) 設(shè) 計 論文 任 務(wù) 書茲發(fā)給 光電 02 班學(xué)生 段曉東 畢業(yè)設(shè)計論文任務(wù)書，內(nèi)容如下：1.畢業(yè)設(shè)計論文題目：基于 MCS51 單片機(jī)的激光穩(wěn)頻溫度控制輸出系統(tǒng)設(shè)計 2.應(yīng)完成的工程： 1設(shè)計溫度信號顯示硬件電路 2設(shè)計半導(dǎo)體制冷片的溫度控制硬件電路 3設(shè)計溫度控制分析和處理軟件 3.參考資料以及說明： 1閆玉德, 俞虹。MCS51 單片機(jī)原理與應(yīng)用，機(jī)械工業(yè)出版社，2002 2Analog Device, Inc. AD7711 database, analog

2、 , 20043Texas Instruments, Inc., TLC5620 database, ti ,2001 4Analog Device,Inc., AD587 database,wwwm, 2005 5Fairchild Semiconductor Corporation, TIP142 database, 2001 6Texas Instruments, Inc., A7800 SERIES database,wwwm, 2003 7趙嚴(yán)，高春清，李家澤，魏光芒。用于激光穩(wěn)頻的精密溫控系統(tǒng)設(shè)計， 激光與紅外，2004，34(3)：186188 4. 本畢業(yè)設(shè)計論文任務(wù)書于 20

3、06 年 3 月 25 日發(fā)出，應(yīng)于 2006 年 6 月 5 日前完成，然后提交畢業(yè)考試委員會進(jìn)行辯論。專業(yè)教研組系、研究所負(fù)責(zé)人 審核 年 月 日 指導(dǎo)教師 簽發(fā) 年 月 日畢業(yè)設(shè)計論文評語：半導(dǎo)體激光器或固體激光器的性能受自身溫度的影響很大，因此半 導(dǎo)體激光器或固體激光器的恒溫控制非常重要。所以段曉東同學(xué)論文選 題具有比擬重要的意義。段曉東同學(xué)在參考了國內(nèi)外文獻(xiàn)根底上介紹了 核心控制部件 AT89C52 單片機(jī)和字符型液晶顯示模塊，討論了以鉑電 阻、AD7711 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯，TLC5620數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片、TIP142達(dá)林頓 管為主的器件設(shè)計方法?？刂?TEC 的方案中，將測得的溫度和預(yù)設(shè)溫

4、 度相比擬得到差值，TEC 的電流將隨差值溫度做相應(yīng)的調(diào)整，以到達(dá)控 制目標(biāo)的溫度。設(shè)計了一個溫度控制系統(tǒng)，在 25范圍內(nèi)該系統(tǒng)到達(dá)了 小于 0.5的控制精度。該同學(xué)該能完成任務(wù)書規(guī)定的要求，按要求按 時完成外文翻譯，譯文質(zhì)量較好，論文結(jié)構(gòu)合理、分析較詳細(xì)，結(jié)論正 確。假設(shè)能進(jìn)一步提高控制系統(tǒng)精度，設(shè)計的 TEC 溫度控制輸出系統(tǒng)具有 很大的實用價值。論文辯論過程中能較好地闡述論文的主要內(nèi)容，較準(zhǔn) 確地答復(fù)與論文有關(guān)的問題。段曉東同學(xué)論文到達(dá)了本科畢業(yè)論文水 平。畢業(yè)設(shè)計論文總評成績： 畢業(yè)設(shè)計論文辯論負(fù)責(zé)人簽字：年月日目錄摘要. IIIABSTRACT . IV第一章 緒論. 11.1研究的

5、目的和意義 . 11.1.1 溫度對激光波長的影響10 . 11.1.2 溫度對激光壽命的影響10 . 11.1.3 溫度對激光輸出功率的影響10 . 21.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 . 21.3本文安排與內(nèi)容 . 4第二章 控制單元及顯示器件的選擇與設(shè)計. 52.1電源的選擇. 52.2控制單元的選擇 . 52.3顯示模塊. 82.3.1 顯示模塊的選擇 . 82.3.2 顯示模塊的軟件設(shè)計 .9 第三章 前向通道的設(shè)計.113.1溫度傳感器局部 .113.1.1 溫度傳感器的選擇 . 113.1.2 鉑電阻測量電路 . 113.2模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊 . 123.2.1 AD7711 簡介. 123.2.

6、2 AD7711 與溫度傳感器和單片機(jī)的連接 . 153.2.3 AD7711 軟件設(shè)計. 15 第四章 后向通道的設(shè)計. 174.1數(shù)模模塊的設(shè)計 . 174.1.1 TLC5620 簡介. 174.1.2 TLC5620 的電路連接. 184.1.3 TLC5620 軟件的設(shè)計. 184.2TEC 模塊的設(shè)計. 194.2.1 TEC 工作原理. 194.2.2 TEC 驅(qū)動電路. 204.3控制 TEC 軟件設(shè)計以及整體軟件. 224.3.1 TEC 控制軟件設(shè)計. 224.3.2 整體軟件流程圖 . 22 總結(jié). 23 參考文獻(xiàn). 24 附錄 I 電路原理圖 . 25 附錄 II 源程

7、序. 27致謝 35摘要當(dāng)應(yīng)用半導(dǎo)體激光器或固體激光器時，總是希望它能長期穩(wěn)定地工作。半導(dǎo)體 激光器或固體激光器的工作狀況受自身溫度的影響很大，因此半導(dǎo)體激光器或固體 激光器的恒溫控制顯得極為重要。本文主要討論了一種以半導(dǎo)體制冷塊TEC為溫 度控制執(zhí)行單元的目標(biāo)溫度控制方法。文中給出的系統(tǒng)主要包括四個局部：測溫模 塊，顯示模塊，中央控制模塊和 TEC 控制模塊。文中首先介紹了該方法的核心控制部件 AT89C52 單片機(jī)和字符型液晶顯示模 塊，顯示模塊用于顯示所測目標(biāo)器件的溫度。然后討論了以鉑電阻為核心的測溫模 塊的設(shè)計方法，該局部主要使用的是鉑電阻和 AD7711 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。最后討論了控

8、制 TEC 的方法。這種方案中，將測得的溫度和預(yù)設(shè)溫度相比擬得到差值，TEC 的電 流將隨差值溫度做相應(yīng)的調(diào)整，以到達(dá)控制目標(biāo)的溫度。在溫控局部中給出了一種 簡單的 TEC 驅(qū)動電路,該局部主要使用的器件是 TLC5620數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片、TIP142達(dá)林頓管。為驗證此種方案的可行性，我們設(shè)計了一個溫度控制系統(tǒng)，在 25 范圍內(nèi)該系統(tǒng)到達(dá)了小于 的控制精度。關(guān)鍵詞： 單片機(jī)；恒溫控制；熱電制冷器AbstractWhen semiconductor or solid-state laser is used, we expect that it can work stably for a long t

9、ime. But its own temperature has great influence on the work situation. Therefore, the stable and constant control of the temperature of semiconductor or solid-state laser is very important. In this paper, we present a method to control the target temperature. Here, the TEC is used as actuator of te

10、mperature control. In the system presented in the paper, there are four main parts: thermoscope, monitor, CPU and the TEC control module.Firstly, the core control component AT89C52 (single chip microcomputer) and the character LCD module are introduced. The LCD module is used to display the measured

11、 temperature of target. And then the design method of platinum resistance thermoscope is discussed. In this unit, platinum resistance and AD7711(a kind of A/D IC) are the main components. Last, a method controlling TEC is presented in this paper. In this scheme, the measured and preset temperatures

12、are compared to get the difference one. Then the current of the TEC is adjusted with the temperature difference to control the target temperature. A simple TEC driving circuit is given in the temperature control part, in which the TLC5620 (DAC chip) and TIP142 (Darlington transistor) are the main co

13、mponents. In order to validate the feasibility of the scheme, we designed a temperaturecontrol system. In the range of 25, the temperature control precision of the system isless then 0.5 .Key words: Single chip microcomputer; constant temperature control; thermo-electric cooler第一章 緒論 研究的目的和意義激光是二十世紀(jì)

14、的重大創(chuàng)造之一，半導(dǎo)體激光器LD是激光的主要分支之一， 半導(dǎo)體激光器出現(xiàn)于 1962 年，以半導(dǎo)體材料為工作物質(zhì)的 LD 有如下一些特點：體 積小，容易組裝進(jìn)其它設(shè)備中；低功率、低電流(一般為 2 伏特電壓時 15 毫安)直接 抽運(yùn)，可由傳統(tǒng)的晶體管電路直接驅(qū)動；能有效地將電能轉(zhuǎn)化為光能,實際效率大于50%；能以 2 萬兆赫茲以上的頻率直接調(diào)制抽運(yùn)電流，進(jìn)而調(diào)制其輸出；能在單片 機(jī)上與電子場效應(yīng)晶體管、微波振蕩管、雙極性晶體管以及 III V 族半導(dǎo)體的光 學(xué)部件形成集成光電子電路；基于半導(dǎo)體的制造技術(shù)，適用于大批量生產(chǎn)；在輸出 光束大小上與典型的硅基光纖相容，能調(diào)節(jié)輸出光束的波長使其工作在這

15、類光纖的 低損耗、低色散區(qū)域9。由于 LD 有上述良好的特點，在干預(yù)測量、固體激光器和光存儲等技術(shù)領(lǐng)域有著 廣泛的應(yīng)用，引起人們極大的關(guān)注和濃厚的研究興趣，近年來半導(dǎo)體激光器得到了 迅速開展8。但半導(dǎo)體激光器也有缺乏的地方，隨著半導(dǎo)體激光器功率的增大，激 光器自身的溫度變化對激光器輸出性能的影響就比擬明顯了。溫度對半導(dǎo)體激光器 的影響主要包括以下幾個方面： 溫度對激光波長的影響10在激光二極管泵浦固體激光器中為實現(xiàn)對激光晶體的譜線耦合，必須調(diào)整激光 二極管的輸出波長，使其與激光晶體的吸收峰值相匹配。激光二極管的輸出波長主 要由其摻雜濃度、工作電流和工作溫度決定。由于有源層材料的禁帶寬度隨著溫度

16、 升高而變窄，使波長向長波方向移動，移動量與器件的結(jié)構(gòu)和有源區(qū)材料有關(guān)，約 為 ，在電流恒定的情況下，溫度每升高 1,激光波長將增加大約 。因此需要將溫度控制在激光器適合的溫度下，并使溫度起伏小于 ， 這樣才能使激光器輸出穩(wěn)定的波長。因此，可以用適當(dāng)?shù)臏囟瓤刂苼砦⒄{(diào)激光的峰 值波長，以滿足對波長的嚴(yán)格要求。 溫度對激光壽命的影響10正常工作時，大功率激光二極管的熱耗很大，約占總功耗的 50%-75%。假設(shè)不能及 時散熱，就會使芯片溫度急劇升高，輸出功率嚴(yán)重下降，并影響使用壽命。粗略估 計，殼溫每升高 30，壽命就減少一個數(shù)量級。 溫度對激光輸出功率的影響10大功率激光二極管最大輸出功率以及功率

17、波動都與溫度相關(guān)。溫度的升高將引 起閥值電流增大，進(jìn)一步使輸出功率下降，功率波動變大。理想情況下，半導(dǎo)體激 光器的 P-I 關(guān)系是線性曲線，溫度的變化將引起激光二極管的 P-I 工作特性曲線非 線性畸變，這對于調(diào)制激光二極管不利。所以，必須給激光二級管提供恒定而且能 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。由以上論述可以知道，半導(dǎo)體激光器的性能受自身溫度影響很大，因此設(shè)計一 種精度比擬高的溫度控制系統(tǒng)是非常必要的。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀目前，隨著計算機(jī)技術(shù)，傳感器技術(shù)的迅速開展，溫度控制系統(tǒng)也有了很大的 變化。具有以下特點:(1)前端采用各種新型的傳感器作為探測器，大大的提高了整個系統(tǒng)的

18、測量精 度，并且給許多物理參數(shù)的測量帶來了新的方法。(2)采用以微型計算機(jī)為核心的數(shù)字化處理技術(shù)。計算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用給測控儀器 帶來了巨大的變化，模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量之后，計算機(jī)可以對數(shù)字量做各種變換處 理，永久存儲記錄，遠(yuǎn)近距離傳輸，多種方式結(jié)果輸出等，在控制方面可以采用先 進(jìn)的控制技術(shù)，使系統(tǒng)的動態(tài)性能得以優(yōu)化，并使人機(jī)對話更加方便，使測控儀器 自動化,智能化。溫度數(shù)字控制系統(tǒng)較之溫度模擬控制系統(tǒng)有以下優(yōu)點。溫度數(shù)字控 制系統(tǒng)的控制核心是“數(shù)字微處理器/控制器芯片，所以它具有運(yùn)算和通信能力。 能夠自動的進(jìn)行顯示、控制、線形化、通信等功能，這是模擬控制系統(tǒng)所不具備的， 它可以使生產(chǎn)者控制溫度控制

19、器本錢的同時提高它的可靠性。(3)功能繁多，綜合測量，并且具有標(biāo)準(zhǔn)的輸入輸出接口，便于和其他設(shè)備互聯(lián)。 可實現(xiàn)多變量協(xié)調(diào)控制。以上這些特點，反映了測控儀器的開展方向，同樣也反映了半導(dǎo)體激光器泵浦 的固體激光器溫度控制系統(tǒng)的開展趨勢。目前國外研究這類產(chǎn)品的公司有很多，其中比擬有代表性的公司和產(chǎn)品有以下 這些：Lake Shore Crytronis 公司推出 CS-501 型產(chǎn)品，在 873K273600) 溫度范圍內(nèi)其控制穩(wěn)定性為士 K，使其在控制的新領(lǐng)域中有很高的使用價值。Analogic 公司(Peabody ， Mass)的產(chǎn)品在電噪聲環(huán)境中仍保持高精度，它將150dB 的普通振蕩衰減器

20、和一個數(shù)字式的“靈巧濾波器組合在一起，從而進(jìn)一步 使噪聲衰減，同時又能檢測實際的輸入的精確變化，并在下一個轉(zhuǎn)換周期內(nèi)進(jìn)行校正。在采用 19 位 A/D 轉(zhuǎn)換器的電壓輸入精度為 % 。I/O 包括一個雙向 RS-232D接口，兩個相互隔離的繼電器，在 130Vac 或 30Vdc 下額定電流為 5A,模擬輸出高限 為+10V 或 24mA。Moore 公司(Spring House,Pa)的產(chǎn)品 Nyero382 就是以微處理器為根底，這 種產(chǎn)品把邏輯及順序控制功能與溫度控制結(jié)合起來，還把邏輯、程序設(shè)計及 PID 控 制功能結(jié)合起來。順序設(shè)計可多達(dá) 20 步，并可具有多重 I/O 條件且在每個控

21、制點都 有定時器。Datel ( Mansfield,Mass)公司的 PM-5050 型是將以微處理器為根底的操作和許 多用于熱電偶型溫控儀的菜單驅(qū)動方式結(jié)合在一起的。這樣就可以進(jìn)行串行通訊， 而且可以使用 50 個以上的 ASCII 碼指令來獲得數(shù)據(jù)及進(jìn)行控制。稱做 Genesis 的控 制裝置擴(kuò)大了 West 儀器儀表公司的 Gardsman 型多回路 PID 溫度/過程控制器的用 途，采用一個 16 位微控制器就能控制4到 32 個回路的加熱或加熱/冷卻過程。其最 重要的特點就是采用了一種簡單的處方卡片將重要的過程參數(shù)存儲于其上。它們可 以被安放在控制器中，并且不同的卡片對應(yīng)一個公式。

22、當(dāng)它按照要求工作時，卡片 就能夠復(fù)制下一次所需處方的條件。能獲得高分辨率的溫度數(shù)據(jù)是 Instrulab 公司的系統(tǒng) 3300 熱敏電阻數(shù)字式溫度 儀的特色。它的特點是具有 12 通道的“自動掃描功能。當(dāng)采用 YSI400 系列熱敏 電阻傳感器時其分辨串為 度。這個精度是通過對每個通道單獨地進(jìn)行編程使 之盡可能地符合標(biāo)準(zhǔn)熱敏電阻曲線或用戶標(biāo)定的傳感器的特性曲線來獲得的。微處理控制器和軟件組合在一起?？尚纬筛嗟墓δ?。Love(Wheeling,III)控 制公司把它的 300 系列過程控制器與其以 RS-485 為根底的、具有附加軟件分析功能 的“Lovelink通訊協(xié)議網(wǎng)絡(luò)結(jié)合在一起，用來進(jìn)

23、行統(tǒng)計過程控制。300 系列采用 的是不易失存貯器，而不需要備用電池。Dynisco(Norwood, Nass)公司的 2300 型把多種控制功能與串行通訊結(jié)合在1/4DIN 組件中。它的特點是:全能可編程輸入、自動穩(wěn)定 PID 控制、遙控和第二給 定值功能、加熱/冷卻方式和雙位可編程報警。這個單元接收所有熱電偶、熱電阻、 直流電壓信號的輸入信號。串行通訊在 波特范圍之內(nèi)可選擇 RS-232, RS-422 或 RS-4858。對國內(nèi)而言，生產(chǎn)溫度控制器的廠家很多，而生產(chǎn)專門用于激光器的溫度控制 器相對較少。其中比擬出色的一家是廣州奧科自動控制設(shè)備，它們生產(chǎn)的 XMCT 系列溫度控制器(模塊

24、式)具有較高的性能指標(biāo)，實用性強(qiáng)、可靠性較高，具有 上下限報警功能?？刂茰囟确秶?，分辨率為。，還有廣東容 濟(jì)自動化設(shè)備的 CD401/CD901 單回路溫度控制器,其中 D901 主要功能和技 術(shù)指標(biāo)如下：主要功能：1.最新的自主校正(SAT)功能(可以自動校正 PID 常數(shù))2.大屏 LED 顯示3.加熱/制冷控制 數(shù)字通訊5.溫度報警：加熱器斷線報警、控制環(huán)斷線報警 主要技術(shù)指標(biāo)：1.采樣周期2.積分時間常數(shù)：1-3600sec3.微分時間常數(shù)：1-3600sec10由以上這些可以看出，國外的溫度控制系統(tǒng)一般都采用了比擬復(fù)雜的電路和控 制技術(shù)，因此所到達(dá)的精度都比擬高，但價格都比擬昂貴，

25、一般都需要上千美元。 而國內(nèi)的產(chǎn)品比擬少，而且精度一般都比擬低，因此對半導(dǎo)體激光器溫度控制系統(tǒng) 的研究是有著比擬重要的學(xué)術(shù)意義和實用價值的。1.3 本文安排與內(nèi)容圖 1.1 溫度控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖本文所設(shè)計的溫度控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖 所示，左半部的上部為前向通道， 即測溫局部：由激光器引起的溫度變化經(jīng)鉑電阻( Pt1000)溫度傳感器采用橋式電 路測量轉(zhuǎn)換成電信號，再由 A /D 轉(zhuǎn)換器AD7711送入到控制單元AT89C52 中，下部為后向通道，即控溫局部：經(jīng) AD7711 送入的信號與設(shè)定的溫度信號進(jìn)行比 較，所得的偏差信號經(jīng)過調(diào)整后，輸出的數(shù)字控制量由 D/A 轉(zhuǎn)換器LTC5620進(jìn)入 半導(dǎo)

26、體制冷塊TEC的驅(qū)動電路，進(jìn)而對被控半導(dǎo)體激光器進(jìn)行加熱或制冷，從而 到達(dá)控制半導(dǎo)體激光器溫度的目的。根據(jù)此框圖我們制作了一套將溫度控制在 25 的系統(tǒng)，對此種方法進(jìn)行了驗證，并到達(dá)了小于 的控制精度。本論文主要包括以下幾個局部：第一局部，控制單元和顯示單元的設(shè)計；第二 局部，前向通道設(shè)計；第三局部，后向通道的設(shè)計。第二章控制單元及顯示器件的選擇與設(shè)計 電源的選擇由于半導(dǎo)體制冷塊的工作電流比擬大，假設(shè)使用同一電源可能會對其它電路造成一 定的影響，因此本系統(tǒng)選用了兩個電源分別為 TEC 和控制電路供電，其中為 TEC 供 電的是輸出電壓 15V，最大輸出電流 7A 的開關(guān)電源，另一個為控制電路供

27、電的開關(guān) 電源的輸出電壓是 12V，最大輸出電流為 5A。因為 AD7711 等 IC 的工作電壓都是 5V，所以需要將 12V 轉(zhuǎn)換為 5V。為此我們選 擇了一支 7805。7805 是一種三端集成穩(wěn)壓器，集成穩(wěn)壓器是指將功率調(diào)整管、取樣 電路、基準(zhǔn)穩(wěn)壓、差分放大器及啟動、保護(hù)電路等全部元器件制作在一塊半導(dǎo)體芯 片上的一種穩(wěn)壓集成電路。其中 7805 具體屬于三端固定輸出正電壓穩(wěn)壓器，其輸出 電壓固定為 5V，將電源的 12V 加到它的輸入端，就可以得到 5V 的輸出電壓為系統(tǒng) 的 IC 供電。為了提高測量精度，橋式電路的工作電壓需要到達(dá)一定的精度，為此本系統(tǒng)使 用了精密電壓源 AD587

28、為橋路供電。AD587 可提供 V 5 mV 的高精度電壓， 其針腳定義如下：1、3、7 為保存針腳懸空不用，2 號腳為輸入，6 號腳為輸出，5 號腳和 6 號腳用于通過外接電容和可調(diào)電阻得到更加精確的輸出電壓。 控制單元的選擇單片機(jī)具有體積小、重量輕、價格廉價、功耗低，控制功能強(qiáng)及運(yùn)算速度塊等 特點，非常適合作為本系統(tǒng)的控制單元。在我國使用最多的是 Intel 公司的 MCS51 系列單片機(jī)，它包括 3 個根本型 8031、8051、8751，MCS-51 具有比擬大的尋址 空間，地址線寬達(dá) 16 條，即外部數(shù)據(jù)存儲器和程序存儲器的尋址范圍達(dá) 216=64KB， 這作為單片機(jī)控制來說已是比擬

29、大的了，MCS51 同時具備對 I/O 口的訪問能力， 并且集成了幾乎完善的 8 位中央處理單元，而中央處理單元中集成了方便靈活的專 用存放器，具備硬件的加、減、乘、除法器和布爾處理機(jī)及各種邏輯運(yùn)算和轉(zhuǎn)移指 令，這些都給應(yīng)用提供了極大的便利。MCS-51 的指令系統(tǒng)近乎完善，指令系統(tǒng)中包 含了全面的數(shù)據(jù)傳送指令、完善的算術(shù)和邏輯運(yùn)算指令、方便的邏輯操作和控制指 令、對于編程來說，是相當(dāng)靈活和方便的。我們選用的是具有 8052 結(jié)構(gòu)的 AT89C523。 AT89C52 是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓，高性能 CMOS8 位單片機(jī)，片內(nèi)含8k bytes 的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器PER

30、OM和 256bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器RAM，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，與標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)及 8052 產(chǎn)品引腳兼容，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器CPU和 Flash 存儲 單元，功能強(qiáng)大 AT89C52 單片機(jī)適合于許多較為復(fù)雜控制應(yīng)用場合。主要性能參數(shù)如下與 MCS51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容8k 字節(jié)可重擦寫 Flash 閃速存儲器1000 次擦寫周期全靜態(tài)操作：0Hz24MHz三級加密程序存儲器2568 字節(jié)內(nèi)部 RAM32 個可編程 I/O 口線，分為 4 組3 個 16 位定時/計數(shù)器8 個中斷源可編程串行 UART 通道低功耗空閑

31、和掉電模式 其針腳定義如表 所示:針腳 號針腳符號針腳功能簡介18P1.0P1 是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口，它的功能是 單一的，只能用作數(shù)據(jù)的輸入/輸出。當(dāng)用作輸出端口時，可 直接輸出數(shù)據(jù)，但當(dāng) P1 口的某位作為輸入時，必須先向該位 寫高電平，再寫入數(shù)據(jù)。同時 1 腳即 可以用來作定時器/ 計數(shù)器 2 的輸入端T2，2 腳即 可以作為定時器/計數(shù)器2 的外部控制輸入T2EX。9RST復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時，RST 引腳出現(xiàn)兩個機(jī)器周期以上 高電平將使單片復(fù)位。不使用復(fù)位時，一般將此位先接 10F 有極電容的負(fù)極，電容的正極接5V。1017P3.0P3 口是一組帶有內(nèi)

32、部上拉電阻的 8 位準(zhǔn)雙向功能口。第一功能 是作為通用 I/O 口，每位可分別定義為輸入和輸出。P3 口更重 要的用途是它的第二功能，10 號腳：RXD，串行輸入口；11 號 腳：TXD，串行輸出口；12 號腳：TXD，串行輸出口；13 號腳： INT1，外中斷 1；14 號腳：T1 定時/計數(shù)器 1；15 號腳：T1 定 時/計數(shù)器 1；16 號腳：WR，外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通；17 號腳：RD，外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通。18XTAL1振蕩器倒相放大器的輸入。使用外振蕩器時，必須接地電位。19XTAL2振蕩器的倒相放大器的輸出和內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入。當(dāng)使用 外振蕩器時，接收外振蕩器信號。20GND

33、輸入工作電壓地端。2128P2.0P2 是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P2 的輸出緩 沖級可驅(qū)動吸收或輸出電流4 個 TTL 邏輯門電路。對端口 P2 寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作 輸入口，作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳 被外部信號拉低時會輸出一個電流。在訪問外部程序存儲器或16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器例如執(zhí)行 MOVXDPTR 指令時， P2 口送出高 8 位地址數(shù)據(jù)。在訪問 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器如執(zhí)行 MOVXRI 指令時，P2 口輸出 P2 鎖存器的內(nèi)容。Flash編程或校驗時，P2 亦接收高位地址和一些控制信號。29P

34、SEN程序存儲器輸出允許。從片外程序存儲器取數(shù)時，每個機(jī)器周 期內(nèi) PSEN 激發(fā)兩次然而，當(dāng)執(zhí)行片外程序存儲器的程序時， PSEN 在每次存取片外數(shù)據(jù)存儲器時，有兩個脈沖是不出現(xiàn)的。 從內(nèi)部程序存儲器讀取指令時，不激發(fā) PSEN。30ALE/PROG地址鎖存允許輸出。當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時， ALE地址鎖存允許輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。 一般情況下，ALE 仍以時鐘振蕩頻率的 1/6 輸出固定的脈沖信 號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每 當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個 ALE 脈沖。在進(jìn)行 FLASH 編程時，該引腳還是編程脈沖輸入端PROG。3

35、1EA/VPP外部訪問允許。當(dāng) EA 為高電平時，CPU 執(zhí)行片內(nèi)程序存儲器指 令。當(dāng) EA 為為低電平時，CPU 只執(zhí)行片外程序存儲器指令。 FLASH 存儲器編程時，該引腳加上+12V 的編程允許電源 VPP。3932P0.0P0 口。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，P0 口是一個 真正的雙向數(shù)據(jù)總線口，并分時送出地址低 8 位和數(shù)據(jù)。 同時 P0 口也可以作為一般 I/O 口使用，也是準(zhǔn)雙向口，但是 此時必須外接上拉電阻。40VCC輸入工作電壓正端。表 2.1AT89C52 針腳功能表3對于本系統(tǒng)，使用了該芯片的 P1 口、P2 口、P3 口，RST 接 10F 電容后接5V，EA/

36、VPP 接5V。工作電壓使用5V。AT89C52 在本系統(tǒng)中的主要作用是：控制 AD7711 和 TLC5620 正常工作，讀取 AD7711 轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)換成溫度，根據(jù)測得 的溫度和目標(biāo)溫度計算差值，根據(jù)差值控制 TLC5620 的輸出值。對于系統(tǒng)軟件的設(shè)計，使用的是 C 語言程序設(shè)計，C 語言和匯編比擬起來，具 有簡潔、緊湊，使用方便靈活等特點，并且程序易讀性更強(qiáng)。使用的 C 編譯器是： Keil uVision2，Keil uVISION2 是眾多單片機(jī)應(yīng)用開發(fā)軟件中優(yōu)秀的軟件之一，它 支持眾多不同公司的 MCS51 架構(gòu)的芯片，它集編輯，編譯，仿真等于一體，同時還 支持 PLM，匯

37、編和 C 語言的程序設(shè)計，它的界面和常用的微軟 VC+的界面相似，界 面友好，易學(xué)易用，在調(diào)試程序，軟件仿真方面也有很強(qiáng)大的功能。2.3顯示模塊 顯示模塊的選擇對于本系統(tǒng)而言需要顯示預(yù)設(shè)的溫度和測得的溫度值，我們使用的是字符型液 晶顯示模塊 1602C，字符型液晶顯示模塊是一類專用于顯示字母、數(shù)字、符號的點 陣型液晶顯示模塊，它具有體積小、功耗低、顯示內(nèi)容豐富等特點。1602C 共有 16 個引腳15 和 16 為空腳，針腳功能定義如表 所示。具體與 單片機(jī)的連接方式見附錄 I。針 腳 號針腳 符號針腳功能簡介1GND輸入工作電壓地端。2VDD輸入工作電壓正端。3VO顯示偏置電壓，用于液晶比照

38、度調(diào)整，接地時比照度最大，接正電源 時比照度最低。4RS數(shù)據(jù)/命令控制。高電平時選擇數(shù)據(jù)存放器，低電平時選擇指令存放器。5RW讀寫/控制。高電平時進(jìn)行讀操作，低電平時進(jìn)行寫操作。RS 和 RW 都 為低電平時，寫入指令或顯示地址；RS 為低而 RW 為高時，讀忙信號； RS 為高電平而 RW 為低電平時，寫入顯示的數(shù)據(jù)。6E使能端。由高電平跳變?yōu)榈碗娖綍r，1602C 執(zhí)行命令。7D0 14D78 位雙向數(shù)據(jù)線。表 2.21602C 針腳功能簡介 顯示模塊的軟件設(shè)計1602 液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器CGROM)已經(jīng)存儲了 160 個不同的點陣字 符圖形，每一個字符都有一個固定的代碼，需要顯示

39、哪個字符只需將它的代碼寫入 數(shù)據(jù)存放器即可。1602 液晶模塊內(nèi)部的控制器共有 11 條控制指令，如表 所示。它 的讀寫操作、屏幕和光標(biāo)的操作都是通過指令編程來實現(xiàn)的，具體指令功能簡述如 下：1 為高電平，0 為低電平指令 1：清顯示，指令碼 01H,光標(biāo)復(fù)位到地址 00H 位置。 指令 2：光標(biāo)復(fù)位，光標(biāo)返回到地址 00H。指令 3：光標(biāo)和顯示模式設(shè)置 I/D：光標(biāo)移動方向，高電平右移，低電平左移 S: 屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平那么無效。指令 4：顯示開關(guān)控制。 D：控制整體顯示的開與關(guān)，高電平表示開顯示，低電 平表示關(guān)顯示； C：控制光標(biāo)的開與關(guān)，高電平表示有

40、光標(biāo)，低電平表示無光 標(biāo)； B：控制光標(biāo)是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍。指令 5：光標(biāo)或顯示移位 S/C：高電平時移動顯示的文字，低電平時移動光標(biāo)。 指令 6：功能設(shè)置命令 DL：高電平時為 4 位總線，低電平時為 8 位總線； N： 低電平時為單行顯示，高電平時雙行顯示； F: 低電平時顯示 5x7 的點陣字符， 高電平時顯示 5x10 的點陣字符。指令 7：字符發(fā)生器 RAM 地址設(shè)置。 指令 8：DDRAM 地址設(shè)置。指令 9：讀忙信號和光標(biāo)地址 BF：為忙標(biāo)志位，高電平表示忙，此時模塊不能 接收命令或者數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙。指令 10：寫數(shù)據(jù)。 指令 11：讀數(shù)據(jù)。 由這些指

41、令可知，每次在對液晶模塊寫命令或?qū)戯@示數(shù)據(jù)時，必須判斷模塊是否忙，即讀取 D7，當(dāng) D7 為高電平時必須等待，直到 D7 為低電平時，再進(jìn)行操作。 對于程序而言，第一是要初始化液晶顯示模塊，即設(shè)定各種顯示模式，本系統(tǒng)設(shè)定 的顯示模式是：8 位 5*7 點陣；光標(biāo)，閃爍開；字不移動光標(biāo)自行移動。然后可以 配合相應(yīng)的控制命令RS 和 RW 相配合進(jìn)行顯示：首先判斷是否忙，然后將要顯 示的地址寫入顯示模塊，再將要顯示的字符的代碼寫入顯示模塊，即可以顯示要顯示的字符。具體程序詳見附錄 II。指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清顯示00000000012光標(biāo)返回000000001*3置輸入

42、模式00000001I/DS4顯示開/關(guān)控制0000001DCB5光標(biāo)或字符移位000001S/CR/L*6置功能00001DLNF*7置字符發(fā)生存貯器地址0001字符發(fā)生存貯器地址AGG8置數(shù)據(jù)存儲器地址001顯示數(shù)據(jù)存貯器地址ADD9讀忙標(biāo)志或地址01BF計數(shù)器地址AC10寫數(shù)據(jù)到 CGRAM 或 DDRAM10要寫的數(shù)11從 CGRAM 或 DDRAM 讀出數(shù) 據(jù)11讀出的數(shù)據(jù)表 2.31602C 顯示指令表第三章前向通道的設(shè)計要想到達(dá)控溫的目的，首先必須可以準(zhǔn)確的測得半導(dǎo)體激光器的溫度，而前向 通道的設(shè)計目標(biāo)就是要準(zhǔn)確測得目標(biāo)的溫度，這主要包括以下這幾個方面： 溫度傳感器局部 溫度傳感

43、器的選擇傳感器是一種能把特定的被測量信息包括物理量、化學(xué)量、生物量等按照 一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成某種可用信號輸出的器件或裝置。常用的溫度傳感器有 P-N 結(jié)溫度 傳感器、熱敏電阻、熱電偶、熱電阻包括鉑電阻、銅電阻等，其中鉑電阻有良好 的線性和高溫穩(wěn)定性，這是因為鉑在氧化性介質(zhì)或高溫中物理和化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，因 此本系統(tǒng)選用 Pt1000 鉑電阻1000 表示其電阻為 1K為測溫元件，其電阻隨溫度變化可用公式計算：Rt = R0(1 + At + Bt 2 )- 方程 1其中：t 的單位，R0=1000(0時標(biāo)準(zhǔn)電阻值)，10B10-7-2。 鉑電阻測量電路-3-1，為了防止通過鉑電阻的電流過大引起鉑電阻自身發(fā)熱而對測量精度造成影響，所以必須限制通過鉑電阻的電流，這也就造成了鉑電阻兩端的電壓不會有太明顯的 變化，需要通過直流電橋?qū)ζ溥M(jìn)行放大。本系統(tǒng)采用的電橋如圖 所示，電橋由 AD587 輸出的 10V 電壓進(jìn)行供電，測量精度也得到了保證。其中 R2 為精密可調(diào)電阻， R1 為鉑電阻，R3、R4 為 1K電阻。圖 3.1橋式測量電路 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊3.2.1 AD