基于AT89C52单片机的光功率计的设计.docx

1、基于AT89C52单片机的光功率计的设计基于AT89C52单片机的光功率计的设计光电二极管：PD333-3C响应波长为4001100nm，具有高响应速率、高光电灵敏度等特性。 2）AD转换芯片的选择：TLC549是8位串行A/D转换器芯可与通用微处理器、控制器通过CLK、CS、DATA OUT三条口线进行串行接口。具有4MHz片内系统时钟和软、硬件控制电路，转换时间最长17s， TLC549为40 000次/s。总失调误差最大为0.5LSB，典型功耗值为6mW。采用差分参考电压高阻输入，抗干扰，可按比例量程校准转换范围，VREF-接地，VREF+VREF-1V，可用于较小信号的采样。方案二：基

2、于硅光电池的光功率测量1）光电探头的选择：硅光电池：BPW34具有高光电探测率、比较大的光敏面积、高光电灵敏度，快速响应时间、体积小等特点。2）AD转换芯片的选择：（图1）ADC0809 是8 位逐次逼近型A/D转换器。它由一个8路模拟开关、一个地址锁存译码器、一个A/D 转换器和一个三态输出锁存器组成（见图1）。多路开关可选通8个模拟通道， 允许8 路模拟量分时输入，共用A/D转换器进行转换。三态输出锁器用于锁存A/D转换完 的数字量，当OE 端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。方案三：采用集成光强感应芯片采用已经有的集成光强感应芯片，如下图所示。BH1710FVC内置了1

3、6bitAD转换器,可对广泛的亮度进行1勒克斯的高精度，内置A/D转换器，测定照明度数字值可以直接输出。输出采用I2C BUS接口可以直接与单片机通讯。方案的比较与选择：方案一的AD芯片管脚比较少，同时有4MHz片内系统时钟和软、硬件控制电路，芯片的功能能够满足设计的要求，而且使用简单、功能强大。而AD0809使用时还要使用外部时钟，同时还要外接逻辑器件。在使用光电和光伏探测器件的功能上是基本一致的，就是频带响应不一样，对于可见光的光功率的测量二者都可以用。所以采用方案一。四、实验器件光功率计探头(光电传感器)，AT89C52单片机，电阻，电容，晶振，1602液晶屏，导线若干。五、光功率测量原

4、理1、原理框图2、各模块功能详解1）光功率计探头光功率计探头，是光信号转换为电信号的核心部件。探头带有光电传感器，用来接收被测光源的辐射并将其转换为电流信号。探头采用双线正负两个端口输出。当被检测光源强度发生变化时，传感器输出的电流会随之改变。我们通过对电流量变化进行转换分析最终获得外部光源的光功率变化参数。2）IU变换光功率探头输出小电流信号。电流信号与电压信号相比，长距离传输抗干扰性能较好。但是由于本次试验距离较短，同时为了与后面电压放大器相匹配，所以要转换为电压信号。本次设计使用LM358N芯片连接I/U变换电路和放大电路。连接时，光功率探头的输出正端口接入转换电路输入端，负端口与IU变

5、换电路共地连接，如图一所示。 图一，I/U变化电路3）运算放大电路I/U变换以后输出的信号很微弱，大概是毫伏的量级，要对信号后期处理，首先要进行放大。由于本次试验对电路精度要求不高，这里只设计了一级放大。电路图如图二所示。图二，运算放大电路4)低通滤波电路本实验所得的信号为低频信号，故在进行A/D转换之前要滤除高频信号，我们用两个电容组成的无源低通滤波器作为被刺实验的滤波电路。电路图如图三。图三，低通滤波电路5）A/D转换电路本实验采用TLC549CD芯片实现A/D转换。TLC549是 TI公司生产的一种低价位、高性能的8位 A/D转换器，它以8位开关电容逐次逼近的方法实现 A/D转换，其转换

6、速度小于 17us，最大转换速率为 40000HZ，4MHZ典型内部系统时钟，电源为 3V至 6V。它能方便地采用三线串行接口方式与各种微处理器连接，构成各种廉价的测控应用系统。当/CS变为低电平后， TLC549芯片被选中， 同时前次转换结果的最高有效位MSB （A7）自 DATA OUT 端输出，接着要求自 I/O CLOCK端输入8个外部时钟信号，前7个 I/O CLOCK信号的作用，是配合 TLC549 输出前次转换结果的 A6-A0 位，并为本次转换做准备：在第4个 I/O CLOCK 信号由高至低的跳变之后，片内采样/保持电路对输入模拟量采样开始，第8个 I/O CLOCK 信号的

7、下降沿使片内采样/保持电路进入保持状态并启动 A/D开始转换。转换时间为 36 个系统时钟周期，最大为 17us。直到 A/D转换完成前的这段时间内，TLC549 的控制逻辑要求：或者/CS保持高电平，或者 I/O CLOCK 时钟端保持36个系统时钟周期的低电平。由此可见，在自 TLC549的 I/O CLOCK 端输入8个外部时钟信号期间需要完成以下工作：读入前次A/D转换结果；对本次转换的输入模拟信号采样并保持；启动本次 A/D转换开始。TLC549时序图TLC549与单片机连接图如下所示模拟信号从2号脚输入，6号脚输出数字信号。6）LCD显示电路数字信号经过单片机运算后要通过液晶显示出

8、来，本实验使用的是1062液晶屏显示，1062与单片机连接图如下所示。1062管脚六、完整电路原理图设计基于上述思想设计出的完整电路图如下所示。七、程序设计现列出单片机程序关键程序代码：#include#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define ulong unsigned longchar table116= AD: 0000 ;char table216= 00.00 uW ;uchar time,a;uint Volt,AD;ulong POW;int s; sbit lcdrs=P07;sbit

9、 lcdrw=P06;sbit lcden=P05;sbit CS=P37; /片选sbit DO=P36; /数据输出sbit CLK=P35; /时钟 void delay(uint z)/延时函数 uint x,y; for(x=z;x0;x-) for(y=120;y0;y-);void write_com(uchar com) /写指令函数 lcdrs=0; lcdrw=0; P2=com; lcden=1; delay(2); lcden=0;void write_data(uchar date) /写数据函数 lcdrs=1; lcdrw=0; P2=date; lcden=1;

10、 delay(2); lcden=0;void init() /初始化函数 lcden=0; write_com(0x38); write_com(0x0c); write_com(0x06); write_com(0x01); unsigned char TLC549(void) /AD转换，返回结果 uchar i,temp; CS=1; CLK=0; CS=0;/拉低CS端 DO输出最高位 _nop_(); _nop_(); for(i=0;i8;i+) temp0;i-) _nop_(); /延迟17us return(temp); void Data_Conversion(void)

11、 /AD 读数转十进制函数 AD=TLC549(); if(a5) s=s+AD; a+; if(a=5) table18=s/1000+0; table19=s/100%10+0; table110=s/10%10+0; table111=s%10+0; Volt=AD*100/255*5; POW=(-0.4140)*Volt*Volt+100*10.2729*Volt+10000*1.2273; POW=POW/100; table24=POW/1000+0; table25=POW/100%10+0; table27=POW/10%10+0; table28=POW%10+0; a=0

12、; s=0; void display (uchar x,uchar y,uchar *str) uchar i; if(x=0) write_com(0x80|y); if(x=1) write_com(0xc0|y); for(i=0;i16;i+) write_data(stri); if(stri=0) break; void main() init(); TMOD=0x01; /设置定时器0为工作方式1(0000 0001) TH0=(65536-50000)/256; /装初值50ms一次中断 TL0=(65536-50000)%256; EA=1; /开总中断 ET0=1; /开

13、定时器0中断 TR0=1; /启动定时器0 while(1) delay(800); display(0,0,table1); display(1,0,table2); void int_adr(void) interrupt 1 TH0=(65536-50000)/256; /重装初值 TL0=(65536-50000)%256; time+; if(time=1) Data_Conversion(); time=0; 八、调试设计产品调试直接关系到产品的质量与性能。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

14、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BL5I作连接器，因为BL5l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mdSc

15、ope 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5l系列仿真器F5164K进行硬件仿真，uVision也对5l系列仿真器进行了说明与介绍。同时。uVision还可与F5164K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。在实际电路的调试中，曾经出现液晶屏显示电压不稳定，而且信号容易饱和等问题，通过我们积极查找，我们发现 TLC 549的基准电压没有连接电源，电路经过改进后可以顺利输出相对稳定的电压信号

16、。九、数据记录与拟合1、输出电压与标准光功率计关系表：VuWVuWVuW00.050.12.51.111.82.1210.23.221.212.62.221.70.34.591.313.82.322.60.46.011.414.52.423.10.56.81.515.62.523.90.67.831.616.52.624.40.78.751.717.52.7250.88.921.818.92.825.70.99.681.919.62.926.4110.47220.13272、数据拟合图：x=0,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6,0.7,0.8,0.9,1.0,1.1,1.2,1.

17、3,1.4,1.5,1.6,1.7,1.8,1.9,2.0,2.1,2.2;y=0.05,2.5,3.22,4.59,6.01,6.8,7.83,8.75,8.92,9.68,10.47,11.8,12.6,13.8,14.5,15.6,16.5,17.5,18.9,19.6,20.1,21.0,21.7; p=polyfit(x,y,2)x1=0:0.05:2.2;y1=polyval(p,x1); plot(x,y,*r,x1,y1,-b)p = -0.4140 10.2729 1.22733、拟合后，根据函数关系输出的功率信号与标准光功率计对比：标准/uW测量/uW4.244.277.1

18、47.2410.811.0813.613.881515.7十、误差分析根据上述数据，可算得相对误差：=2.2%误差分析：环境光线，以及测量相对位置变化可能引起测量误差。由于整个系统的设计缺陷可能存在较大的系统误差。十一、成品展示实物图工作图十二、心得体会光通信技术的飞速发展以及光缆与光纤的大量应用促使了智能化测试仪器在实验室教学和工程应用中的飞速发展。本文从基础的光电转换技术人手，通过微处理器对信息数据进行处理。并根据需要进行判断。经过反复调试运行，给出了这种数字光功率计的设计方法。该光功率计具有成本低、维护简单、误差小等诸多优点。可满足高校实验室的教学和光通信施工部门的施工检测与维护需求。具有广阔的市场应用前景和参考价值。本次设计实验，给了我们初学者一个锻炼机会，经历了系统分析，设计，制作，调试和数据处理等各个环节，使我们深刻的了解了产品设计的全过程，也给我们今后独立进行系统设计积累了宝贵的经验。在实际电路的制作过程中，也出现过各种各样的问题，但是通过我们小组的协作配合，我们顺利完成了整个设计过程，也锻炼了我们的团队协作能力。