基于 MS P430 单片机的稳功率半导体激光器的设计
半导体激光器稳功率控制系统的设计
２ 系统结构 原理
系统 主 要 实 现 电流 驱 动 及保 护 、 功 率 反馈 等 光
会 损坏 器件 ． 由于驱 动 电源设 计 的不合 理 ， 导致 激光
１ 引 言
半 导体 激 光 器 具 有 体 积 小 、 量 轻 、 换 效 率 重 转 高、 工作 寿命 长 、 工作 电压 低 （ ．Ｖ 左 右 ） 使 用 方 ２５ 及 便、 价格 低等 优点 ， 在科 研 、 测量 、 工业 、 事 、 军 医疗 等 领 域 中被 广泛 使用 ． 实 际使 用 中存 在 的 主要 问题 在 是 器 件 的功率 不稳 定 … ． 半 导 体 激 光 器 以 电流 注 入 为激 励 方 式 ， 使 用 其 寿命 、 工作 特性 在很 大 程 度 上 取 决 于 所 使 用 的驱 动 电源 的好坏 ． 激光 器输 出的光 功率 特性 曲线 可 知 ， 从 随着 注入 电流 的增 加 ， 功率 也在 增加 ． 别是 在 注 光 特
ｐ ｗｅ ｔ ｂｌｔ ａ ｅ ｕ ｏ ０ ２ ． ｏ ｒ ｓａ ｉｉ ｃ ｎ ｂ ｐ ｔ ．１ ％ ｙ
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基于MSP430F149的光功率计设计
３技术途径
手持式光功率计是单通道的数据采集系统。利用 量程自动转换原理和低功耗系统，整个电路分为信号 采集、Ａ／Ｄ转换和数据处理、显示、按键和电源等部
分。 软件是在ＩＡＲ
Ｅｍｂｅｄｄｅｄ 自动量 程控制 送数据 显示 数据 处理 转换结束 存储数据 转换时 间定义
Ｗｏｒｋ—ｂｅｎｃｈ平台上进行
够测试＋３０ｄＢｍ的光信号。
光电探测器传送的电流信号通过一运放和两个模 拟开关，转换成电压信号。其运放选用了超低失调、
供给整个电路使用，整个电路的开和关是由ＭＳＰ４３０ｆ１４９
６０ 万方数据
２００６年第６期丫阈｛荻嚣俄表
控制。图３为电源电路图。
图３中，电源开是通过按下Ｓ。复位Ｐ３．０为低电平
一个定时器，在设定时间内，如果仪表没有其它使用， 将自动关机。关机是通过Ｐ３．０控制Ｑ：栅极上的电压 关掉电源的。 当负载不过载的情况下，升压到３Ｖ时的电压是 比较稳定的。实验测得在整个仪表稳定工作时的电压
１２５ｎｓ指令周期；基本时钟模块配置：高速晶体（最 高８ＭＨｚ），低速晶体（３２７６８Ｈｚ），ＤＣＯ；１２位２００ｋｂｐｓ 的Ａ／Ｄ转换器，自带采样保持；具有３个捕获／１：１：较寄
存器的１６位定时器Ｔｉｍｅｒ Ａ，Ｔｉｍｅｒ＿Ｂ；６个８位并行
率在ｌＯＯｍＷ以上。在对仪表功耗要求较高的场合，用
Ｃ５１系列作为ＣＰＵ就显出了某种缺陷。在需要扩展智 能化仪表功能时，Ｃ５１的Ｉ／Ｏ口不够用。Ｃ５１系列自身
户的要求。
参考文献
１李朝青编著．单片机原理及接口技术．北京航空航天大 学出版社，１９９９，３． ２魏小龙编著．ＭＳＰ４３０系列单片机接口技术及系统设 计实例．北京航空航天大学出版社，２００２，１ １． ３沈建华，杨艳琴，翟骁曙编著．ＭＳＰ４３０系列１６位超低 功耗单片机原理与应用．清华大学出版社，２００４，１１． ４张尉兮编著．微型计算机（ＭＣＳ一５１系列）原理、接口及 应用．南京大学出版社，１９９９，３．
基于MSP430单片机的信号发生器毕业设计
2013届毕业生毕业设计说明书题目: 基于MSP430单片机的任意信号发生器设计学院名称：电气工程学院班级：电气F0902 学生姓名：李福乐学号： 200948720425 指导教师：杨勇教师职称：高级工程师2013年5月17日目次1 概述 (I)1.1 信号发生器背景及其发展状况 (1)1.2 本设计主要研究内容 (1)2 方案论证 (2)2.1 设计方案的提出 (2)2.2 设计方案的比较 (2)2.3 设计方案的选择 (3)3 选用模块介绍 (3)3.1 MSP430F149单片机 (3)3.2 1602液晶 (6)3.3 DAC5571芯片 (8)3.4 时钟模块及定时器A (9)4 方案的实现 (10)4.1 系统硬件设计 (10)4.2 系统软件设计 (12)4.3 仿真调试 (18)总结 (26)致谢 (27)参考文献 (28)附录A:硬件原理图 (29)附录B:仿真调试程序 (30)1 概述1.1 信号发生器背景及其发展状况信号发生器在各个领域都有着相当广泛的应用，无论是通信产品还是电子仪表，无论是科学指导还是教学研究，小到电子手表、大到计算机，都离不开信号发生器。
信号发生器在许多方面发挥着重要的作用。
信号发生器也常常被称为信号源，能够提供稳定的和可靠的参考信号。
信号发生器的频率、幅值、波形等信号参数可以通过人设置调节。
现代电子领域中，单片机的应用越来越深入到各个方面，这一发展趋势必然会使得以前的检测技术获得巨大变革。
由单片机控制的仪器具有可靠性高、性能价格比好的优点，并广泛应用在医疗通信和智能仪器等诸多领域，而且还走入普通家庭从冰箱、遥控器到汽车，随处可见其身影。
以单片机为控制核心，加上键盘扫描、1602液晶显示、数模转换（D/A）等电路，可以设计出功能多样化、性能卓越的信号发生器，同时该信号发生器还可以采用USB接口设计，从而使其具有远程通信的功能。
目前，实验、科研和生产制造中一般都选择该方法去实现所需信号源。
半导体激光器自动功率控制电路设计
图3 电容充放电模块电路图图1 激光器自动功率控制系统原理图图2 具有关断功能的阴极共地型激光器电流源2014.157PIN探测电流变大，从而导致反馈回路输出电压升高，直至高过比较器正端电压V SET后，比较器输出由低电平跳变为高电平，接着执行上述过程的反过程：电容放电、激光器功率减小，由此循环往复，最终稳定激光器发光功率。
恒流源半导体激光器的可靠稳定工作需为伏特，即当输入电压由0V变化到2.5V时，可实现激光器电流由0mA到250mA的线性变化。
电容充放电模块电容充放电模块是形成反馈回路、实现自动功率控制至关重要的一部分。
稳定激光器功率是通过微调流经激光器的电流实现的，这种微调功能的实现是需要某种自动起伏变化的而大电容的电压可了Q5通路，通路上的1k电阻可在电路停止工作后迅速对大电容放电。
为了对电容充放电过程进行定量分析，可将充放电电路等效成如图4所示的电路模型：假设在t=0时刻，U C=0，根据电路理论，易得电容电压U C随时间t的变化关系式为：(1exp(/))CU E t RC=−−（2）图4 电容充电与放电等效电路模型图图5 电容电压充放电过程仿真波形图带有PIN或PD光电探测器用于探测光强，光电探测器能够得到与检测光强成一定比例关系的电流信号，通过对该电流信号进行电压转换、放大处理即可得到实用的监测信号，这一过程可以体现于图6。
MAX4008是一款高精度电流检测芯片，在光纤应用中专门用于检测PD或PIN光电探测器的电流，它的REF引脚是参考电流输入引脚，OUT 引脚是检测电压输出引脚，其电压值大小与REF引脚电流成正比关系。
当REF参考电流在250nA到2.5mA范围内考电流值对应的输出电压范围是0.25mV~2.5V。
0.25mV~2.5V的电压值需要变换放大到所需要的电压范围，这通过由运算放大器A4组成的同相比例运算电路实现，如图6所示，其比例系数为1+R f/R。
注意到一点，MAX4008的输出电阻为10kΩ，而根据PIN、光强度等的不同，MAX4008的输出电压可能会低至几毫伏，为了防止输出电压在下一级输入会有衰减，在MAX4008与同相比例运算电路之间加一级电压跟随器，用于隔离，提高MAX4008“带实验结果与分析光电探测器选用S I E M E N SSRD00111Z硅PIN光电探测器来模拟激光器集成光电探测器，该光电探测器最高功率谱密度集中在800nm；作为实验，选用红色发光二极管（LED）来模拟激光器。
基于MSP430单片机的光疗仪设计
基于MSP430单片机的光疗仪设计陈彬林;郑斌;罗杨;左晶;万小勤【摘要】光谱治疗具有高效、安全、辐照强度可调等特性，提出一种基于发光二极管（LED）的便携式多光谱理疗装置。
装置光源选用蓝、红、黄三种LED，采用柱状类光棒模式排布，LED驱动TSP61161选用恒流驱动模块，核心控制模块MSP430RF5959对装置进行调控与参数检测，通过脉宽调控（PWM）控制方式高效调节光照能量，并利用手机端APP通过CC2541对理疗设备进行控制。
确保了理疗仪的便携式操作与系统的可靠性。
【期刊名称】《广东通信技术》【年(卷),期】2016(036)010【总页数】4页(P62-65)【关键词】LED;恒流驱动;脉宽调制;蓝牙【作者】陈彬林;郑斌;罗杨;左晶;万小勤【作者单位】重庆邮电大学通信与信息工程学院;重庆邮电大学通信与信息工程学院;重庆邮电大学通信与信息工程学院;重庆邮电大学通信与信息工程学院;重庆邮电大学通信与信息工程学院【正文语种】中文光谱治疗具有高效、安全、辐照强度可调等特性，提出一种基于发光二极管（LED）的便携式多光谱理疗装置。
装置光源选用蓝、红、黄三种LED，采用柱状类光棒模式排布，LED驱动TSP61161选用恒流驱动模块，核心控制模块MSP430RF5959对装置进行调控与参数检测，通过脉宽调控（PWM）控制方式高效调节光照能量，并利用手机端APP通过CC2541对理疗设备进行控制。
确保了理疗仪的便携式操作与系统的可靠性。
陈彬林硕士研究生、就读于重庆邮电大学通信与信息工程学院。
研究方向：人体局域网与智慧医疗系统。
光疗作为一种有效的治疗手段，始于公元20世纪，太阳作为当时的辐射源，但是因为日光的辐射能受到地理、季节、时间等条件的限制，且日光特异性低、辐射能量小，很难满足治疗需求。
随着科技的进步与发展，人工光源也取得了巨大的进步，红外灯、紫外灯、滤光片等产品不断被发明出来，光疗技术也发生翻天覆地的变化，开始被应用于各种疾病的治疗中。
基于单片机msp430的点光源跟踪系统设计
基于msp430的点光源跟踪系统设计周小军 何志龙 武小栋摘要 本设计采用MSP430F149 单片机作为整个系统的控制核心，利用4个光敏三极管来接收点光源发出的光并将检测到的信号放大后传给控制器MSP430F149单片机，经过单片机的运算和处理来确定点光源的位置，并将运算的控制信号传给两台步进电机，使其跟随点光源运动。
当水平方向上的2路光敏三极管测量数值相对接近，同时竖直方向上的2路光敏三极管测量数值也相对接近时，位于传感器中间的激光笔将精确的指向点光源。
关键词： MSP430 点光源 跟踪 传感器1 方案设计与论证根据题目的要求，系统的设计可分为控制器（msp430）模块，电机驱动模块，点光源检测模块，液晶显示模块，LED 驱动模块组成。
系统设计总框图如图1：1.1主控芯片的选择 方案一：采用传统的51单片机，运用比较广泛，上手比较快。
但是本系统的程序量比较大，内部资源要求比较丰富，51单片机难以胜任这些功能。
光敏三极管键盘MSP430F149 1602液晶纵轴电机 横轴电机 图1 系统设计总框图方案二：采用MSP430F149低功耗单片机，其I/O口资源丰富，有12位AD转换、16位定时器、精密的比较器等，信息处理功能强大，能够很好的实现系统的要求。
故选择此方案。
1.2电动机的选择本系统电机的主要作用是调整激光笔的位置，指向点光源，可选取的类型如下方案：方案一：步进电机。
在非超载的情况下，电机的转速、停止位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响。
每给一次脉冲信号，电机能够转过一个步距角。
方案二：直流减速电机。
此电机在正常通电状态下，转速平稳，角度的变化也近乎连续，控制简单方便。
根据设计的要求可知，直流减速电机的速度不容易控制，而步进电机的控制和实现相对简单一些。
因而选用方案一。
1.3电动机驱动方案的选择本系统中选的是步进电机，步进电机驱动有一下三种方案可选择：方案一：采用功率三极管作为功率放大器的控制步进电机。
基于MSP430单片机的数控直流电流源的设计毕业设计
摘要本系统是一个基于单片机的数控直流电流源系统。
采用单片机作为核心，辅以带反馈自稳定的串调恒压源，可以连续设定电流值。
由D/A转换器TLC5615、ZLG7289、中文字库液晶显示块、放大电路和大功率调整电路组成。
通过独立键盘输入给定值，由D/A转换器将数字信号转换成模拟信号，经D/A输出电压作为恒流源的参考电压，利用晶体管平坦的输出特性得到恒定的电流输出，最后用中文液晶显示输出。
其中单片机选用美国TI公司的MSP430F2274作为控制核心，利用闭环控制原理，加上反馈电路，使整个电路构成一个闭环。
软件方面主要利用PID算法来实现对输出电流的精确控制。
系统可靠性高，体积小，操作简单方便，人机界面友好。
关键字：数控 MSP430 PID算法反馈电路单片机Digital Controlled DC Current Source Design BasedOn MSP430 MCUABSTRACTThis system is a based on SCM numerical control dc current source system. Using single chip microcomputer as the core, with the strings with feedback from stability constant pressure source, can tone set by continuous. By D/A converter ZLG7289, Chinese word stock TLC5615, liquid crystal display (LCD) block, amplifying circuit and high-power regulating circuit component. The given value through independent keyboard input by D/A converter, converts digital signals into analog signals, the D/A constant current source voltage output as A reference voltage, using the plain output characteristic get the transistor constant current output, finally use Chinese LCD display output. One of the American TI company microcontroller choose MSP430F2274 as control core, using the closed-loop control principle, plusfeedback circuit, make whole circuit constitute a closed-loop. Mainly using PID algorithm software to achieve output current the precise control. The system reliability high, small volume, easy to operate, friendly man-machine interface.Key Words：Numerical Control MSP430 PID Algorithm Feedback Circuit SCM目录前言 (1)第一章绪论 (2)1.1 课题背景 (2)1.2数控直流电流源概述 (2)1.2.1 电流源简介 (2)1.2.2 数控直流电流源的必要性 (2)1.2.3 数控直流电流源简介 (3)1.3课题进展 (3)1.4后话 (3)第二章芯片简介 (4)2.1单片机芯片MSP430F2274 (4)2.2D/A芯片TLC5615 (5)2.2.1 TLC5615功能简介 (6)2.2.2 TLC5615工作原理 (7)2.3ZLG7289A芯片介绍 (8)2.3.1 芯片简介 (8)2.3.2 引脚说明 (8)第三章系统硬件设计 (10)3.1 总体方案设计与比较 (10)3.2 单元电路设计 (11)3.2.1 电源电路 (11)3.2.2 D/A电路 (12)3.2.3 恒流源电路 (12)3.2.4 数码管显示电路 (14)3.3 PROTEL 99SE介绍 (15)第四章系统软件设计 (17)4.1程序语言介绍 (17)4.1.1机器语言 (17)4.1.2汇编语言 (17)4.1.3高级语言 (17)4.2PID算法介绍 (18)4.2.1 PID增量式算法 (18)4.2.2 PID位置算法 (19)4.2.3 微分先行PID算法 (20)4.3C语言程序设计流程 (20)4.4MSP430F2274编程基础简介 (21)4.4.1数据存储器和程序存储器地址空间 (21)4.4.2 MSP430F2274寄存器介绍 (21)4.4.3单片机的工作模式 (23)4.5程序流程图 (23)4.5.1 主程序流程图 (24)4.5.2 中文液晶显示 (24)4.5.3 键盘程序流程图 (25)4.5.4 A/D转换流程图 (26)4.5.5 D/A转换流程图 (26)4.6本章小结 (27)第五章系统仿真调试 (28)5.1仿真软件介绍 (28)5.1.1 功能特点 (28)5.1.2 功能模块 (28)5.2仿真步骤 (30)结论 (31)参考文献 (32)致谢 (33)前言直流电流源是电子技术常用的设备之一,广泛应用于教学、科研等领域。
基于MSP430单片机的带漏电保护功能的直流稳压电源设计
www�ele169�com | 87电子基础1 系统方案本系统是单片机控制的带漏电保护装置的直流稳压电源，主要由单片机控制模块、稳压电源模块、漏电保护模块和显示模块构成，原理框图如图1所示。
2 硬件选择■2.1 单片机控制模块本系统的控制部分相对简单，主要涉及到电压量的采集和控制输出显示，选用Ti 公司的MSP430G2553作为主要控制核心部件[1]。
MSP430G2553内部集成了aD 模块，避免了外接aD 转换电路，使电路更加简化，同时MSP430G2553体积小、运算速度较快、体格便宜、内部资源丰富[2]。
■2.2 稳压电源模块Tl431是一个三端精密稳压源，内部有温度补偿的高精度并联放大器，基准电压精度非常高，输出电压用两个电阻就可以任意地设置到从v ref（2.5v）到36v 范围内的任何值，但输出电流最大只能达到100ma，不能达到要求。
Tl1963也是Ti 公司的一款高精度的稳压源，输出电流最大可达到1.5a，但其输入电压最大不能超过20v，不能达到输入电压在5v~25v 变化的要求。
为了能提高稳压电源输入电压的调整范围和输出的功率以及控制电压的调整率，本系统结合了Tl431和Tl1963的性能特点采用两级稳压。
输入电压小于10v 直接送入后级，经Tl1963稳压后输出，输入电压大于10v 通过切换电路送入前级由Tl431稳压，使输出电压不大于13v，再送入后能经Tl1963稳压后输出。
■2.3 漏电保护模块该装置利用两个专用的电流检测芯片iNa194采集采样电阻两端的电压，然后对采样电阻两端的电压差进行放大，用lM317做基准电压，通过电压的差值可以确定漏电流是否大于30ma，从而控制继电器来保护负载。
■2.4 输出显示模块液晶显示屏根据尺寸、色彩和字模的不同可以灵活的控制输出的样式、颜色、内容的多少，但其亮度低、编程复杂、成本高。
本装置只要求输出功率，输出内容为数值，因此采用一个4位7段数码管就可以满足要求。
一种基于MSP430的半导体激光治疗仪
供电与充电电路 —＿ ． － 激光
长江大学学报 （ 自科版） ２ ０ １ ４ 年２ 月号理工上旬刊 第 １ １ 卷第４ 期 Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｙ ａ ｎ ｇ ｔ ｚ ｅ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ（ Ｎ ａ ｔ Ｓ ｃ ｉ Ｅ ｄ ｉ ｔ ） Ｆ ｅ ｂ ． ２ ０ １ ４ ，Ｖｏ ｉ ． １ １ Ｎｏ ． ４
最新 激光 医学 研究 表 明 ，人体 对 激 光 波 长 的 吸收 具 有选 择性 ，６ ５ ０ ｎ ｍ 波 长 的红 外 激 光 在血 液 中极 易 渗透 ，并产 生能 量效 应和 生物 效应 。红外 激 光在鼻 腔 、手腕 等皮 层较 薄处 透皮 吸收 ，有 助于 降低 血粘 度 ，改善 细胞 聚集 ，对 高血脂 等疾 病有 明确 治疗 作用 ［ １ ］ 。随着现 代光 学 、微 电子 和医学 的迅 速发 展 ，各 种激 光治 疗仪 不断 涌现 ，但 目前 市场上 的激 光治 疗仪 多存 在功 能单 一或 者价 格 昂贵等不 足 。为此 ，在市 场现 有产 品 的调研 基础 上 ，笔者对 半 导体激 光治 疗仪 进行 结构 和性 能分 析 ，选 用 具有低 功耗 控制 器 的单 片机 芯 片 ＭＳ Ｐ ４ ３ ０ Ｆ １ ４ ９作为 治疗 仪 的主控 芯 片 ，设 计 了相 关 外 围 电路 和 控 制 程序 ，在 实 现功 能 要 求 的 基础 上 ，有效 降低 功耗 ，提 高性价 比ｏ。
・４ ７・
一种基于MSP430单片机的SPWM发生器设计
总第326期2016年第12期计算机与数字工程Computer &Digital Engineering Vol.44 N o.122513一种基于MSP430单片机的SPW M发生器设计$刘东青1郑茂1叶俊杰2(1.空军预警学院武汉430019)!.空军雷达兵第十三旅乌鲁木齐830000)摘要针对S P W M控制方法实现简单，效果良好，其输出电流或者电压波形为正弦波,在点击控制领域获得了广泛 的应用。
论文设计了一种基于单片机M S P430G2553实现S P W M波形的方法，设计思路主要是根据正弦表中的采样数据，通过程序控制单片机M S P430G2553输出按正弦规律变化的P W M波形，再将其经过适当的低通滤波处理,从而获得期望 的幅频可控的正弦波，并通过实验验证了利用其实现S P W M波的可行性和有效性。
关键词S P W M;滤波器；M S P430G2553单片机中图分类号T P393 D O# 10.3969/j.issn1672-9722. 2016. 12.046Design of A SPWM Generator Based on MSP430 MCUL I U Dongqing1Z H E N G M a o1YEJunjie2(1.Air Force Early Warning Academy,W u h a n430019)(2.Air Force Radar13T H Brigade,u R U M C H I830000)Abstract The S P W M control method has a good effect,the output current or voltage waveform i s sine wave,has been widely used in the fie l d of control click.This paper designs a kind of method based on single chip microcomputerM S P430G2553 to realize S P W M waveform.Design thinking i s mainly according t o the sampling data through the program control microcontroller M S P430G2553 output according to the sine law of change of P W M waveform,i t gets through the appropriate low-pass f i l t e r processing,to get expected sine wave amplitude frequency controllable,in orderto verify the use of the feasibility and effectiveness of the realization of S P W M waveform.Key Words S P W M,f i l t e r,M S P430G2553 microcomputerClass Number T P3931引言逆变电源是一种采用电力电子技术进行电能变换的装置，它从交流或直流输入获得稳压恒频的 交流输出[1]。
基于单片机MSP430的点光源跟踪系统设计说明
基于单片机MSP430的点光源跟踪系统设计摘要目前太阳能是一种清洁无污染的能源, 发展前景非常广阔, 太阳能发电已成为全球发展速度最快的技术。
然而它也存在着间歇性、光照方向和强度随时间不断变化的问题, 这就对太阳能的收集和利用提出了更高的要求。
目前很多太阳能电池板阵列基本上都是固定的, 没有充分利用太阳能资源, 发电效率低下。
据实验, 在太阳能光发电中, 一样条件下, 采用自动跟踪发电设备要比固定发电设备的发电量提高35%，因此在太阳能利用中进行跟踪是十分必要的。
本设计给出了一种基于单片机的点光源自动跟踪系统设计方案, 该设计使用TI公司的超低功耗的MSP430F149单片机作为整个系统的控制核心，主要由电机驱动模块，点光源检测模块，电源转换模块等模块组成。
利用4路光敏三极管(3DU33)来检测点光源的位置并将检测到的信号经过放大传给控制器MSP430F149单片机，经过单片机的运算和处理来确定点光源的运动趋势，并将运算的控制信号传给两台步进电机，使其跟随点光源运动。
当水平方向上的2路光敏三极管测量数值相对接近，同时竖直方向上的2路光敏三极管测量数值也相对接近时，位于竖直传感器中间的激光笔将精确的指向点光源。
同时将光敏三极管检测的信号显示在LCD液晶屏幕上。
本设计可以扩展为以后的太阳能发电的自动跟踪系统。
该系统不仅能自动根据太方向来调整太阳能电池板朝向, 结构简单、成本低, 而且在跟踪过程中能自动记忆和更正不同时间的坐标位置, 不必人工干预, 特别适合天气变化比较复杂和无人值守的情况, 有效地提高了太阳能的利用率, 有较好的推广应用价值。
关键词：MSP430；光源；跟踪；检测；传感器Msp430 microcontroller-based point source trackingsystemHardware DesignDesign DescriptionCurrently solar energy is a clean and pollution-free energy, the development prospects are very bright, solar power has become the world's fastest-growing technology. But it also has intermittent, light direction and intensity of the problem change over time, which the collection and use of solar energy put forward higher requirements. At present, many solar arrays are basically fixed, do not make full use of solar energy resources, power generation efficiency is low. According to experiment, solar power, the same conditions, power generation equipment using automatic tracking equipment than the fixed power generating capacity increased by 35%, so to track utilization of solar energy is necessary.This design gives a light source based on single chip design of automatic tracking system, the design uses TI's MSP430F149 ultra-low power microcontroller controls the whole system as the core, mainly by the motor drive module, point source detection module, power supply conversion module and other modules. Using 4 phototransistor (3DU33) todetect the location of a point source is detected and amplified signal to pass the controller MSP430F149 microcontroller, operation and processing through the MCU to determine trends in the movement of light source, and operation of the control signal transmission to two stepper motors, to follow the point source movement. When the horizontal direction, 2-way phototransistor relatively close to measured values, while 2-way vertical phototransistor on the measured values are relatively close, the sensor is located in the middle of the vertical laser pointer to point to the exact point of light. Phototransistor detected the same time are shown on the LCD liquid crystal screen.This design can be extended automatically for subsequent sun tracking system. The system can not only automatically adjust the direction of sunlight solar panels toward the simple structure, low cost, but also in the process of tracking memory and can automatically correct the coordinates of the location at different times, without human intervention, especially for more complex and non-weather people on duty, effectively improving the utilization of solar energy, has a higher value.Key Words:MSP430; light source; tracking; detection; sensor目录1绪论12点光源跟踪系统硬件设计22.1系统设计概述22.2方案论证与比较32.2.1主控芯片的选择32.2.2电机的选择42.2.3电机驱动的选择52.2.4传感器的选择52.2.5 LCD液晶显示器的选择62.3系统硬件设计72.3.1硬件方框图72.3.2单片机MSP43072.3.3步进电机122.3.4液晶显示器152.3.5信号放大器192.4硬件电路图设计202.4.1电源转换电路设计202.4.2信号检测电路设计202.4.3步进电机驱动电路设计212.4.4键盘设计222.4.5液晶显示器的设计232.4.6系统原理图243印刷电路图的绘制253.1 PCB图绘制的准备253.2 PCB的绘制254仿真步进电机的控制264.1硬件仿真274.1.1方案设计274.1.2硬件仿真原理274.2软件仿真304.2.1程序流程图304.2.3源程序304.3系统调试和结果分析314.3.1电机正转运行314.3.2电机反转运行324.3.3仿真结果与分析325总结33致34参考文献35 附录351绪论该设计采用TI公司的超低功耗的MSP430F149单片机作为整个系统的核心，主要由电机驱动模块，点光源检测模块，电源转换模块等模块组成。
基于MSP430单片机的数控直流电流源的设计
基于MSP430单片机的数控直流电流源的设计摘要本系统是一个基于单片机的数控直流电流源系统。
采用单片机作为核心，辅以带反馈自稳定的串调恒压源，可以连续设定电流值。
由D/A转换器TLC5615、ZLG7289、中文字库液晶显示块、放大电路和大功率调整电路组成。
通过独立键盘输入给定值，由D/A转换器将数字信号转换成模拟信号，经D/A输出电压作为恒流源的参考电压，利用晶体管平坦的输出特性得到恒定的电流输出，最后用中文液晶显示输出。
其中单片机选用美国TI公司的MSP430F2274作为控制核心，利用闭环控制原理，加上反馈电路，使整个电路构成一个闭环。
软件方面主要利用PID算法来实现对输出电流的精确控制。
系统可靠性高，体积小，操作简单方便，人机界面友好。
关键字：数控 MSP430 PID算法反馈电路单片机Digital Controlled DC Current Source Design BasedOn MSP430 MCUABSTRACTThis system is a based on SCM numerical control dc current source system. Using single chip microcomputer as the core, with the strings with feedback from stability constant pressure source, can tone set by continuous. By D/A converter ZLG7289, Chinese word stock TLC5615, liquid crystal display (LCD) block, amplifying circuit and high-power regulating circuit component. The given value through independent keyboard input by D/A converter, converts digital signals into analog signals, the D/A constant current source voltage output as A reference voltage, using the plain output characteristic get the transistor constant current output, finallyuse Chinese LCD display output. One of the American TI company microcontroller choose MSP430F2274 as control core, using the closed-loop control principle, plus feedback circuit, make whole circuit constitute a closed-loop. Mainly using PID algorithm software to achieve output current the precise control. The system reliability high, small volume, easy to operate, friendly man-machine interface.Key Words：Numerical Control MSP430 PID Algorithm Feedback Circuit SCM目录前言 (1)第一章绪论 (2)1.1 课题背景 (2)1.2数控直流电流源概述 (2)1.2.1 电流源简介 (2)1.2.2 数控直流电流源的必要性 (2)1.2.3 数控直流电流源简介 (3)1.3课题进展 (3)1.4后话 (3)第二章芯片简介 (4)2.1单片机芯片MSP430F2274 (4)2.2D/A芯片TLC5615 (5)2.2.1 TLC5615功能简介 (6)2.2.2 TLC5615工作原理 (7)2.3ZLG7289A芯片介绍 (8)2.3.1 芯片简介 (8)2.3.2 引脚说明 (8)第三章系统硬件设计 (10)3.1 总体方案设计与比较 (10)3.2 单元电路设计 (11)3.2.1 电源电路 (11)3.2.2 D/A电路 (12)3.2.3 恒流源电路 (12)3.2.4 数码管显示电路 (14)3.3 PROTEL 99SE介绍 (15)第四章系统软件设计 (17)4.1程序语言介绍 (17)4.1.1机器语言 (17)4.1.2汇编语言 (17)4.1.3高级语言 (17)4.2PID算法介绍 (18)4.2.1 PID增量式算法 (18)4.2.2 PID位置算法 (19)4.2.3 微分先行PID算法 (20)4.3C语言程序设计流程 (20)4.4MSP430F2274编程基础简介 (21)4.4.1数据存储器和程序存储器地址空间 (21)4.4.2 MSP430F2274寄存器介绍 (21)4.4.3单片机的工作模式 (23)4.5程序流程图 (23)4.5.1 主程序流程图 (24)4.5.2 中文液晶显示 (24)4.5.3 键盘程序流程图 (25)4.5.4 A/D转换流程图 (26)4.5.5 D/A转换流程图 (26)4.6本章小结 (27)第五章系统仿真调试 (28)5.1仿真软件介绍 (28)5.1.1 功能特点 (28)5.1.2 功能模块 (28)5.2仿真步骤 (30)结论 (31)参考文献 (32)致谢 (33)前言直流电流源是电子技术常用的设备之一,广泛应用于教学、科研等领域。
MSP430单片机数控恒流源的设计 精品
第一章引言直流稳流电源基本参数就是输出电流的稳定，即实现恒流，而理想恒流源是不允许输出开路的，实际上当负载R的阻值大到输出电压的极限后，输出电流将下降，而不再恒定。
基于上述，本系统采用反激式开关稳压电源替换传统的线性稳压电源，在源头上提升电能的利用率和降低电压纹波；在此基础上，采用LM317和DAC8512配合使输出电压在1.25 V—6.25 V内可数字调控，特别地DAC8512为12位分辨率可达1/4096小于1mV显然在理论上可实现1mA的步进，当负载在1.25欧—6.25欧内变化，完全能满足设计要求。
再有，为了实现系统可预设输出电流给定值达到自我稳定，引入电流反馈将系统在自我调节到最终稳定的过程的电流值实时引入主控系统，作为下一次调节幅度的参考，具体方案是在输出回路上串联电阻，通过测量此精密电阻两端电压，实现电流的变向采样；所选用的采用电阻为0.1欧，主要介于功耗和误差的考量。
由于本系统最终实现电流在 20mA—1A内连续变化，那么加在采样电阻上的压差极其微弱，故本系统将此压差经运放OP07放大30倍至60mV—3V之间，再经过滤波、钳位送至高精度16位AD7790采样量化将数字量送入主控制器，由主控制器操控12位DAC8512完成对输出量的微调。
考虑到在此过程中，负载大到上述提到的极限后输出电流达不到预期，源于输出电压达到了极限，利用此特征将LM317的输出电压值经分压处理后引入MSP430主控片内AD进行检测。
最后由四位共阳极数码管实现当前稳定状态下的电流值。
第二章方案设计2.1设计思路基于MSP430单片机强大的系统功能和超低功耗的特点，本设计采用其作为主控制器。
利用其内置的中断控制，存储器保护以及系统的调试和控制功能和配合AD、DA、运放等模块完成对输出电流进行精准而可靠的采集和控制输出端电流精准对的微动，完成最终的输出稳定。
由于设计要求达到20mA—1000mA的电流调节幅度，而本系统采用反激式开关稳压电源的最大输出功率仅为8W左右，经LM317调压输出的电压区间为1.25V—6.25V，那么主控制器、AD、DA、运放、显示及驱动电路等电路的总功耗必须小于2W，而本设计采用四位共阳数码管势必要损耗1W左右，借此MSP430是首选，AD选用超低功耗AD7790，DA 选用DAC8512 SO8贴片、运放选用OP07贴片，两个双电源12V稳压芯片选用TO-92封装；最大限度的降低系统的控制及显示驱动部分的功耗，拓宽输出端功率的可调范围。
基于MSP430单片机的信号发生器设计
基于MSP430单片机的信号发生器设计信号发生器是一种用于产生各种波形信号的仪器，常用于电子实验、通信测试等领域。
本文将基于MSP430单片机设计一个简单的信号发生器，并介绍其原理、硬件电路和软件设计过程。
一、设计原理MSP430是德州仪器（TI）推出的一款低功耗微控制器，具有丰富的外设和易用的开发环境，适合用于嵌入式系统设计。
通过MSP430的数字模拟转换器（DAC）和PWM输出功能，我们可以实现一个基本的信号发生器。
本设计基于MSP430G2553单片机，通过PWM输出产生不同频率的方波，并通过DAC输出控制方波的幅度，从而生成正弦、三角和方波等不同波形的信号。
二、硬件电路设计硬件电路主要包括MSP430G2553单片机、DAC芯片、PWM输出电路和运放放大电路。
1.MSP430G2553单片机MSP430G2553单片机具有16位的定时器，可产生必要的时序信号，以及8位的数字模拟转换器（DAC），可用于控制信号幅度。
2.DAC芯片DAC芯片用于将MSP430的数字信号转换为模拟信号，并控制信号的幅度。
常用的DAC芯片有MAX523和TLV5620等。
3.PWM输出电路PWM输出电路用于产生不同频率和占空比的方波信号。
我们可以利用MSP430的定时器功能或使用外部PWM芯片，如L293D或ULN2803A。
4.运放放大电路运放放大电路用于放大DAC输出的信号，以得到更高的输出幅度。
我们可以选择常见的运放芯片，如LM324或OPA2134三、软件设计过程软件设计主要包括定时器配置、PWM输出配置和DAC控制等模块。
1.定时器配置首先，我们需要配置MSP430的定时器，以产生所需的频率。
通过设定定时器的计数周期和分频系数，可以设置定时器的频率。
2.PWM输出配置接下来，我们需要配置PWM输出。
通过设定PWM期间和占空比，可以产生不同频率和占空比的方波信号。
3.DAC控制最后，我们需要利用MSP430的DAC输出控制信号的幅度。
基于MSP430单片机的开关稳压电源设计
基于ＭＳＰ４３０单片机的开关稳压电源设计作者：王晓雷吴必瑞蒋群来源：《现代电子技术》2008年第12期摘要：介绍基于MSP430单片机的开关稳压电源的系统结构和总设计方案。
该设计硬件电路由整流滤波电路、升压斩波电路、PWM驱动电路及保护电路组成。
该系统的软件是在IAR Embedded Workbench开发环境下采用C语言编写，主要包括12位高精度A/D采集、PWM驱动电路、过流保护等模块的设计，同时具有键盘设定、液晶显示实时等功能。
关键词：MSP430;开关电源;PWM;升压斩波Design of Switching Regulated Power Supply Based on MSP430WANG Xiaolei,WU Birui,JIANG Qun(hongyuan Institute of Technology,hengzhou,450007,ChinaAbstract：This pape introduces a system structure of switching power supply based on MSP430 single chip computer and a total design project.The hardware includs load resistance of rectifier-filter circuits,boost chopper circuit,PWM driving circuit and protection circuit.The software adopts C language writing,to complete some designs of high precision A/D data acquisition of 12 bit,overload protection,in the meantime,it has the functions of setting of keyboard and display of real-time value.eywords：MSP430;switching power supply;PWM;boost chopping1 引言MSP430系列单片机是美国TI公司生产的新一代16位单片机，是一种超低功耗的混合信号处理器(Mixed Signal Processor，它具有低电压、超低功耗、强大的处理能力、系统工作稳定、丰富的片内外设、方便开发等优点，具有很高的性价比，在工程控制等领域有着极其广泛的应用范围。
基于 MS P430 单片机的稳功率半导体激光器的设计
全日制本科生学年论文`题目：基于MSP单片机的稳功率半导体激光器的设计学院：物理与电子工程专业年级：2011级电子信息科学与技术学生姓名：学号：指导教师：职称：2014年 5 月22 日基于MSP43单片机的稳功率半导体激光器的设计物理与电子工程学院电子信息科学与技术专业 2011级冉佳弘指导教师范嗣强摘要:使用16位低功耗的单片机 MSP 430 F169 对半导体激光器进行控制, 采用APC的控制方式,通过功率的采样值与设定值的比较来控制驱动电流的大小,最后形成一个闭环的负反馈回路。
为保护该半导体激光器而实施了慢启动、慢关闭以及限压和限流等保护措施。
经实验测定,该系统的功率稳定度为 0.5% -0.7% 。
关键词:半导体激光器; 自动功率控制; MSP 430 F169Abstract: With 16 bit and low power MSP 430F 169 microprocessor,a semiconductor is controlled in APC mode. The sampled power is compared with the given value to adjust the driving current and anegative feedback loop control system for semiconductor laser is formed. To protect the semiconductorlaser , slow start , slow end ,current and voltag elimitation are designed. The results show that the power stability of the system is 0.5 % ~ 0.7% .Key words: semiconductor laser ; APC; MSP430F169.引言半导体激光器( L D) 具有体积小、重量轻、价格低、驱动电源简单且不需要高电压( 2.5 V)等独特优点,目前广泛应用于光纤通讯、集成光学、激光印刷、激光束扫描等技术领域。
基于430单片机光电传感器硬件设计
大连海事大学毕 业 论 文年月基于430单片机光电传感器硬件设计专业班级：通信工程3班姓名：指导教师：信息科学技术学院摘要光电编码器是一种高精度位置控制系统常用的位移检测传感器，以高精度计量光栅作为检测元件，将输入的角位置信息通过光电转换转化成相应的数字代码。
其分辨率高、测量范围广、精度高、使用可靠、易于维护、结构简单等优点，具有很高的性价比，已普遍应用雷达、光电经纬仪、精密测角装置、机器人、数控机床以及高精度闭环调速系统中，是自动化设备中非常理想的角度传感器。
本文以光电传感器为背景，在硬件电路上实现MSP430单片机与计算机进行半双工数据通信。
根据传送数据速度快，准确度高，距离远等要求，本文采用了RS485协议进行数据通信，并且能通过计算机上读出从单片机接收的数据。
首先，光电传感器获得的数据传入单片机中，单片机对数据进行处理后，遵从预先规定好的波特率、奇偶校验有无、数据位数、停止位数等通信协议将数据按位经MAX485芯片转换为485协议电平进行传输。
在计算机接收前端配置485电平转232电平接头将传输来的485电平转换为计算机中能识别的232电平，实现数据的接收。
本文在Protel DXP软件中设计电路图，借助Emberdded Workbench软件进行电路调试，在硬件电路上实现了单片机与计算机的半双工通信。
关键词：光电传感器；430单片机；数据通信ABSTRACTThe optical encoder is a high precision position control system of the displacement detection sensor used in high-precision measurement grating as a detecting element, the angular position of the input information through the photoelectric converter into corresponding digital code. Its high resolution, wide measurement range, high accuracy, reliable, easy to maintain, simple structure, etc., with a high cost, has been widely used radar, optical theodolite, precise angle measurement devices, robots, CNC machine tools and high-precision closed-loop speed control systems, automation equipment is ideal angle sensor.Based on the photoelectric sensor as the background, the hardware circuit is MSP430 half-duplex data communication with computers. According to transmission speed, high accuracy, distance etc requirements, this paper adopted RS485 protocol in data communications, and will be read from the microcontroller receives the data on the computer.First of all, the photoelectric sensor data into single chip microcomputer, the microcontroller for data processing, to comply with prescribed with or without good baud rate, parity, data bits. Stop bits according to bit the MAX485 communication protocols, such as data is converted to 485 transmission protocol level. Turn 485 level in the computer receives configuration will transfer to the 485 level of 232 leve l joint into a computer can recognize the 232 level, realize the data receiving.In Protel DXP software design in the circuit diagram, with the aid of Emberdded circuit debug Workbench software, the hardware circuit to realize the single chip microcomputer and the computer of the half-duplex communication.目录第1章绪论 (1)1.1课题研究的背景和意义 (1)1.1.1光电传感器的发展历史 (1)1.1.2光电传感器的发展趋势 (2)1.1.3课题研究意义 (2)1.2本文主要研究内容 (2)1.3 本章小结 (3)第2章光电传感器系统的工作原理 (4)2.1 编码器的概述 (4)2.2 光电编码器的组成与工作原理 (4)2.2.1光电编码器的组成 (4)2.2.2光电编码器的工作原理 (5)2.3 传统光电编码器及编码方法 (6)2.3.1 传统增量式光电编码器及编码方法 (6)2.3.2 传统绝对式光电编码器及编码方法 (7)2.4 MSP430单片机简介 (9)2.5串行通信 (12)2.5.1 通信方式区别 (12)2.5.2通信协议制定 (14)2.4本章小结 (15)第3章系统电路设计 (16)3.1 Protel DXP的使用 (16)3.2 系统总体结构框图 (17)3.3单片机最小系统设计 (17)3.4 MAX485通信模块设计 (19)3.5LED和液晶模块设计 (20)3.6 PCB布局布线 (21)3.7本章小结 (23)第4章系统电路调试 (24)4.1 IAR软件的使用 (24)4.2 LED和液晶调试 (25)4.3 MAX485通信调试 (26)4.4本章小结 (27)结论 (27)参考文献 (28)致谢 (29)第1章绪论1.1课题研究的背景和意义光电编码器是一种集光、机、电于一体的先进的数字测角设备，通过机械装置将光学信号转换成电信号，从而对旋转角位移、位置和速度等多种物理量进行直接或间接的测量。
基于MSP430的直流宽带放大器设计
基于MSP430的直流宽带放大器设计王晓斐;封维忠;吴海青【摘要】A broadband and low noise amplifier supplied by 5V single power based on MSP430F155 is mainly constituted by pressure control gainVCA810, OPA820ID and THS3091D. OPA820ID has the feature of high-speed and THS3091D can provide high output voltage and low distortion. The circuit is designed basing on the ultralow powerful MSP430F155. The gain control and parameter display are implemented by software. The voltage gain can be changed between - 20dB~ + 60 dB. At the most gain, the bandwidth ranges from 10 Hz~10 MHz. In the event of loading 50 ohm. The output voltage peak is 29V. To solve the problem of self-excited broadband amplifier output and reduce noise, the various forms of anti-disturbance measures can be improved to improve stability of the amplifier.%以压控增益宽带放大器VCA810为主,配合低噪声高速运放OPA820ID和高输出电压低失真运放THS3091D,设计并制作一个基于超低功耗单片机MSP430FI55的5V单电源供电的宽带低噪声放大器.由单片机软件实现VCA810增益控制及输出波形幅值显示.电压增益为-20～+60 dB可调,在最大增益下,通频带为10 Hz～10 MHz,负载50 Ω情况下可输出峰峰值29 V的电压.为解决宽带放大器的自激问题及减小输出噪声,采用了多种形式的抗干扰措施,抑制噪声,改善放大器的稳定性.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2011(034)016【总页数】4页(P116-118,122)【关键词】宽带放大器;VCA810;MSP430;单电源;峰值检测【作者】王晓斐;封维忠;吴海青【作者单位】南京林业大学信息学院,江苏南京210037;南京林业大学信息学院,江苏南京210037;南京林业大学信息学院,江苏南京210037【正文语种】中文【中图分类】TN722-34随着社会生产力的发展,人们迫切地要求能够远距离随时随地迅速而准确地传送多媒体信息。
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全日制本科生学年论文`题目：基于MSP单片机的稳功率半导体激光器的设计学院：物理与电子工程专业年级：2011级电子信息科学与技术学生姓名：学号：指导教师：职称：2014年 5 月22 日基于MSP43单片机的稳功率半导体激光器的设计物理与电子工程学院电子信息科学与技术专业 2011级冉佳弘指导教师范嗣强摘要:使用16位低功耗的单片机 MSP 430 F169 对半导体激光器进行控制, 采用APC的控制方式,通过功率的采样值与设定值的比较来控制驱动电流的大小,最后形成一个闭环的负反馈回路。
为保护该半导体激光器而实施了慢启动、慢关闭以及限压和限流等保护措施。
经实验测定,该系统的功率稳定度为 0.5% -0.7% 。
关键词:半导体激光器; 自动功率控制; MSP 430 F169Abstract: With 16 bit and low power MSP 430F 169 microprocessor,a semiconductor is controlled in APC mode. The sampled power is compared with the given value to adjust the driving current and anegative feedback loop control system for semiconductor laser is formed. To protect the semiconductorlaser , slow start , slow end ,current and voltag elimitation are designed. The results show that the power stability of the system is 0.5 % ~ 0.7% .Key words: semiconductor laser ; APC; MSP430F169.引言半导体激光器( L D) 具有体积小、重量轻、价格低、驱动电源简单且不需要高电压( 2.5 V)等独特优点,目前广泛应用于光纤通讯、集成光学、激光印刷、激光束扫描等技术领域。
然而, 由于目前的半导体激光器在设计、材料、工艺等方面的原因,在实际使用过程中器件很容易损坏,降低了设备运行的可靠性,影响其进一步的推广应用, 因此,对半导体激光器保护的研究具有广泛的应用值。
1 半导体激光器的结构特点和工作特性半导体激光器的结构如图 1 所示。
图1 半导体激光器的结构图中激光二极管( LD )是正向接法,光电二极管( PD )是反向接法。
当向 LD 中注入一定的电流时, LD 就会发出激光, PD受光后转换出的光电流,若给PD 串联一电阻，其电压值就反映出LD 光功率的大小。
半导体激光器的发光功率与通过的电流关系如图 2 所示。
图2 输出功率与驱动电流的关系从图中可以看出,在某一温度下,当驱动电流低于阈值电流时,激光器输出光功率P近似为零,半导体激光器只能发出荧光;当驱动电流高于阈值时输出激光,并且光输出功率随着驱动电流的增大而迅速增加,并近似呈线性上升关系。
因此,对LD的驱动电流进行控制,可达到稳定发光功率的目的。
2 半导体激光器使用时失效的原因及分析在正常条件使用下的半导体激光器有很长的工作寿命。
然而,半导体激光器也是很容易被损坏的,即在不适当的工作条件下,会造成性能的急剧下降乃至失效。
半导体激光器的突然失效可由PN 结被击穿或用作谐振腔面的解理面遭受破坏而造成,视其击穿或破坏程度而表现为输出功率减小或无输出。
统计表明,半导体激光器突然失效,有一半以上的几率是由于浪涌击穿。
所谓浪涌,是一种突发性瞬态电压或电流脉冲,它的脉冲宽度甚至可以短到纳秒数量级,瞬时幅值可达到几万伏或几百安培。
半导体激光器的核心是PN 结,如果它承受的反向电压超出其允许值,将会使PN结击穿,在瞬态电压下的正向过电流所产生的光功率可以使解理面损伤;如果承受的正向电流超出了它的允许最大电流值,重则立即烧毁,轻则性能受到影响,发光暗淡,无法正常使用。
3 系统软硬件设计半导体激光器在某些高精度测量应用中,对驱动电路的稳定度和调制精度要求很高,因此,一般调制信号主要由单片机控制高精度的数模转换器件来产生。
如果选用分立器件,不仅成本高、电路较为复杂,电路稳定性较差,更重要的是电路体积不能做得很小,不能体现半导体激光器体积小的特点,而且还可能对半导体激光器造成威胁。
所以,整个系统采用的微处理器为超低功耗的16位单片机MSP430系列系统结构图如图3所示。
图3 系统结构图从系统结构图可以看出,本设计抛弃了传统的从半导体激光器输出的模拟信号进行放大调制,在51系列单片机的外部连接 A / D 转换器和D/ A 转换器进行数模之间的转换,而是直接利用MSP430 单片机中内部提供的数模和数模转换功能;同时,MSP430允许程序访问内部FLASH,可以随时改写内部数据,这样使系统的结构大大简化,成本下降,进一步降低了系统功耗,节省了I / O口,而且具有测量精度高,实时性好,系统误差小等优点。
3.1 MSP430单片机的CPU处理模块的设计MSP430 单片机的CPU处理模块如图 4 所示。
图4 MSP430 单片机的CPU处理模块从图4中可以看出,单片机的接口非常简单,通过片内的A / D通道实现模拟量的采集。
采用片内的A / D转换部分,不仅可以降低系统设计的复杂性而且还可以提高系统的可靠性,避免接口的复杂性,同时,还可以减少PCB板的面积。
模拟采集的参考电压采用的是片内提供的参考电压。
单片机采用内嵌的DAC 实现数字量的输出,来调节半导体激光器驱动电流的大小。
在单片机的时钟设计上, 考虑到低功耗的要求。
MSP430F167单片机才采用一个32kHz的时钟信号,该系统的时钟部分都是采用晶体振荡器实现的。
考虑到电源的输入纹波对单片机的影响,在电源的管脚增加一个0 .1F的电容来实现滤波,以减少输入端受到的干扰。
另外还有模拟电源的输入端,因此在这里需要考虑干扰问题,由于在该系统中干扰比较小,因此模拟地和数字地可以共地, 模拟电源输入端增加一个滤波电容以减少干扰。
3.2 光功率采样和 I/ V 转换模块的设计由于PD输出电流信号为单极性, 故ADC采用单极性输入方式。
在MSP430单片机的模数转换设计中,由于ADC12转换基准为电压,也就是参考源为电压, 所以ADC转换的量是电压量,这样需要将PD输出的电流信号转换成电压信号,设计出I / V转换电路并滤波放大,其满足MSP430单片机ADC12 的输入模拟信号范围, 如图5所示。
图5 I/ V 转换3.3 半导体激光器电流源驱动电路的设计电流源驱动电路如图6所示。
图 6 电流源驱动电路控制输出电压 Uout 作恒流源的输入,恒流源是以两个晶体管为核心,激光器作为负载与之串联,通过控制晶体管来实现对激光器电流的控制。
但晶体管是非线性器件,难以直接控制,因此必须转化为线性控制,使得恒流源的Iout与 Uo ut呈线性关系。
3.4 半导体激光器保护电路的设计LD两端反相并联一只二极管 D,可以防止反向浪涌;LD两端并联一个电容C,可以滤掉流过LD电流中的高频干扰,避免LD由于高频干扰而受到损坏。
将一个接触电阻很小的开关S与LD并联在一起,即实现短路保护。
当L D 不工作时,将S闭合,使L D 的P极和N极短接,起到保护LD 的作用;在 L D 开始工作之前, 必须先将开关S断开,这时电流才能流过L D,使其工作。
在软件方面,采用慢启动、慢关闭和限流、限压的设计。
3.5 激光功率的稳定控制通常半导体激光器内部将激光器( LD)与背向光检测器( PD )集成在一起, 装在同一管芯内。
正常状态下, LD 工作在设定的工作点,流过 LD的驱动电流I 与 L D 的输出光功率处于稳定的平衡状态。
当LD因某种原因功率增大时,耦合至PD 的光电流也按比例增大,当LD光功率降低时,PD的光电流相应降低。
本控制系统通过监测PD 输出光电流的变化来控制 LD的注入电流,当输出光电流减小时, 通过单片机控制加大LD 的注入电流, 以保持输出功率的稳定;反之,如果输出光电流增大时, 则降低 L D 的注入电流。
LD 注入电流的大小通过软件编程来实现。
3.6 软件系统的设计MSP4 30 的开发软件较多, 但通常使用的是IAR 公司的集成开发环境 IAR Embed ded Work bench 嵌入式工作平台, 用创建项目( Projects ) 的方式来进行开发和管理; 为用户提供方便和功能丰富的窗口界面, 使开发和调试的效率大大提高。
本系统采用 C 语言进行编程。
主程序处理模块如图 7 所示。
图7 主程序处理模块4 半导体激光器功率稳定性的测量本实验使用由某公司生产的LD ,其峰值波长为635nm, 输出功率为5 mW,采用TO封装。
实验中,对LD 加控制和不加控制时的输出功率分别进行了测量,并计算出功率的稳定度。
在不加任何控制时,半导体激光器的功率稳定度S = 2.28% ,实验数据如图8 所示。
图 8 未加控制时测定的功率值半导体激光器的功率短期稳定度S = 0.5%-0.7% ,将其中一组试验数据经origin 制图,如图9所示。
图 9 短期稳定度的功率测量曲线半导体激光器的功率长期稳定度 S = 0.7% ,将其中一组试验数据经origin 制图,如图10所示。
图 10 长期稳定度的功率测量曲线5 实验结果的分析通过未被控制和被控制的半导体激光器功率稳定度的测试结果来看,本设计实现了稳定半导体输出功率的功能,但由于所选用的半导体激光器的转换效率低,以及光电探测器的响应度不高,且自身不带有制冷装置,只能通过大的散热片来降低温度对其产生的影响,使得激光器输出功率的稳定度不可能进一步提高;在实验测量过程中,背景光也会对实验的结果产生影响。
在半导体工作期间,温度对功率的影响也很大,若在以后的设计中增加温度控制部分,其稳定效果将更好。
6 结论设计能够有效地抑制半导体激光器功率随时间的漂移,实现对功率进行稳定的控制。
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