光功率计的设计

一、设计题目光功率计的功能完善二、设计要求1、设计一光电转换电路,将所收到的光信号转变为可测量的电信号。

2、测试转换后的电信号,并显示电压值。

3、使光功率计的量程、精度等方面得到完善三、分析设计1、工作原理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1.10mm）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。

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I/V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2、模块介绍及功能（1）光电转换、I/V变换放大将一定功率的光信号经过光电二极管转化为电流信号，再经过滤波通过一个变阻器转化为电压信号，再经过运放变为符合数模转化的电压信号。

图1.2 数字光功率计的光电转换电路图（2）模数转换及显示ADC0809是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS组件。

它是逐次逼近式A/D转换器，可以和单片机直接接口。

图1.3 ADC0809的管脚图AT89C51单片机是Atmel公司的生产的一种低功耗/低电压、高性能的8位单片机，内部除CPU外，还包括128字节RAM，4个8位并行I/O口，5个中断优先级，2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器，片内集成4K 字节可改变程序Flash存储器，具有低功耗，速度快，程序擦写方便等优点，完全满足本系统设计需要。

单片机P0口作为ADC0804转换数据的输入端，P3.0接ADC0809的EOC 端检测数据转换是否结束。

P0.0～P0.3则作为４个数码管的位选信号控制。

P3口有特殊的功能，P3.1用于控制ADC0804的启动，P2用于控制读取ADC0804的转换结果。

图1.4 89c51单片机连接图本次设计中使用八通道的IN0，将A,B,C（25 24 23）管脚直接接地固定选择IN0，ALE与ST管脚连通，接单片机P3.4（14）脚，EOC接P3.3(13)脚，OE接P3.5，CLK时钟为1MHZ，由单片机ALE二分频得到，二分频电路详见后文讲解。

VREF+接VCC，VREF-接GND，引出八根数据脚接P1口，由此完成硬件连接。

（3）程序模块程序设计的流程图数模转换程序及显示c程序如下：#include <reg51.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intchar dispbuf[4];unsigned int i;unsigned char code dispbitcode[10] = {0x3f, 0x06, 0x5b, 0x4f, 0x66, 0x6d,0x7d, 0x07, 0x7f, 0x6f}; /*显示【0 1 2 3 4 5 6 7 8 9】数字的数码管的段码*/ unsigned int j;unsigned char getdata;unsigned int temp;unsigned int temp1;unsigned char count;unsigned char d;sbit CLK=P3^4;sbit ST = P3^1;sbit EOC = P3^0;sbit OE =P3^2;sbit P00=P0^1;sbit P01=P0^2;sbit P02=P0^3;sbit P03=P0^4;sbit P17=P2^7;void TimeInitial();void Delay(unsigned int i);/*********T0定时器的初始化函数***************/ void TimeInitial(void){TMOD=0x10;TH0=(65536-200)/256;TL0=(65536-200)%256;EA=1;ET1=1 ;TR1=1;}/*************延时1MS函数*************/void Delay(unsigned int i ){ unsigned int j;for(;i>0;i--)for(j=0;j<125;j++){;}}/**************显示函数***************/void Display(){P2=P0;while(1){ P0=0;P00=1;P01=0;P02=0;P03=0;P2=dispbitcode[dispbuf[3]];Delay(10);P0=0;P17=1;P00=0;P01=1;P02=0;P03=0;P2=dispbitcode[dispbuf[2]];Delay(10);P0=0;P00=0;P01=0;P02=1;P03=0;P2=dispbitcode[dispbuf[1]];Delay(10);P0=0;P00=0;P01=0;P02=0;P03=1;P2=dispbitcode[dispbuf[0]];Delay(10);}}/**************T0中断服务,提供时钟信号***************/ void t1(void) interrupt 3 using 0{TH1=(65536-200)/256;TL1=(65536-200)%256;CLK=~CLK;}/*************主函数***************/main(){TimeInitial(); //中断初始化while(1){ST=1;OE=0;ST=0;Delay(10);ST=1;while(EOC==0);OE=0;getdata=P0;OE=1;dispbuf[2]=temp%1000/100 ;dispbuf[1]=temp%1000%100/10;dispbuf[0]=temp%1000%100%10;Display();}}3、元件参数PIN光电二极管------------------1个10KΩ电阻----------------------------------2个9KΩ电阻-----------------------------------1个3KΩ电阻-----------------------------------1个560Ω电阻----------------------------------1个22uF电容---------------------------------1个30pF电容---------------------------------2个运算放大器--------------------1个ADC0809模数转换器------------1个AT89S51单片机----------------1个晶振（11.0592MHZ）------------1个级联数码管--------------------1个直流信号电源一个，导线若干四、实验调试由于89c51单片机与adc0809级联电路比较简单，所以硬件电路在连接方面没有太大问题。

软件调试需要用到uVision 软件，Keil C51 是美国KeilSoftware 公司出品的51 系列兼容单片机 C 语言软件开发系统。

与汇编相比，C 语言在功能、结构性、可读性、可维护性等方面具有明显的优势，而且易学易用。

此外，Keil C51 软件还提供有丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，且全Windows 界面。

Keil C51 生成的目标代码效率非常高，多数语句生成的汇编代码都很紧凑，很容易理解。

在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。

uVision 在编译过程中，能很好的检测出程序的错误与警告，并能直观提示是哪一行程序出了问题，故可方便地对程序进行检测与验证。

uVision 采用BL51 作连接器，因为BL51 兼容L51 ，所以，一切能在Dos 下工作的project 都可以到uVision 中进行连接调试。

uVision 采用dScope for windows 作调试器，该调试器支持MON51 及系统模拟两种方式，而且功能较for DOS 要强大好用，调试功能也很强大。

在系统硬件调试中，可利用51 系列仿真器F51-64K 进行硬件仿真，uVision 也对51 系列仿真器进行了说明与介绍。

同时，uVision 还可与F51-64K 进行联合仿真，它可以根据仿真步骤进行实际操作，并利用参考光功率计进行调试，以便此设计程序在语法没有错误的基础上能够正确测量光纤功率。

五、设计结果本次设计可以实现直流光功率的测试，在数码管可以显示0~5V的电压值，交直流转换电路，从而实现交流光功率计的制作。

六、体会光功率计是一款多功能新型光功率测试仪表，它具有功耗低、体积小、重量轻、便于携带等优点，可广泛应用于单模/多模LAN、FDDI、WAN、FTTH、CATV等领域的施工、维修、监测，既可用于光功率的直接测量，也可用于光链路损耗的相对测量，还可用于光信号监测等。

光功率计用于测量绝对光功率或通过一段光纤的光功率相对损耗。

在光纤系统中，测量光功率是最基本的，非常像电子学中的万用表。

在光纤测量中，光功率计是重负荷常用表，通过测量发射端机或光网络的绝对功率，一台光功率计就能够评价光端设备的性能。

用光功率计与稳定光源组合使用，则能够测量连接损耗、检验连续性，并帮助评估光纤链路传输质量。

回顾历时两个周的课程设计，从理论准备，到实践操作，到最后的撰写报告。

此时，我思绪万千，收益颇丰，既有对已有知识和技能的巩固，又有对新知识的理解和掌握，同时也提高了我的动脑和动手能力，使我了解了课程设计的步骤，获得了设计过程中的一些经验。

主要有以下几点：（1）在这次课程设计中，我采用理论和实际相结合的方法，将过去所学的知识应用到设计当中，很好的解决了课程设计中遇到的各种问题。

这对我来说不仅是对所学知识的理解、巩固和加深，而且增强了运用所学知识解决实际问题的能力和对问题的分析能力。

（2）此次课程设计中，我了解了许多以前从未接触过的知识，开阔了视野，增长了见识，为以后的工作打下了坚实的基础。

（3）这次课程设计，端正了我的学习态度，使我更深刻的认识到团结协作和虚心求教的重要性，这是完成一份工作所必需的，也是做好一份工作的前提。

七、附录参考文献王银，数字电路逻辑设计.高等教育出版社方强，梁猛.<<光纤通信》》西安电子科技大学出版社.陈小风.adc0809数模转换器的测试与研究，福建师范大学学报.夏路易.单片机技术基础与实践. 电子工业出版社康华光，陈大钦. 电子技术基础模拟部分.高等教育出版社。