脉冲恒流源控制系统设计

摘要

近年来，激光产业在军事、通讯、加工和科研等领域发展越来越快，大功率激光器的使用也越来越广泛，这样就对激光器的重要组成部分——激光电源的要求也就越来越高。一个激光电源的使用需要一个合适的控制系统来完成对它电流电压输出的控制。
　　本文根据脉冲恒流源的要求，设计了基于AVR单片机嵌入式系统的脉冲恒流源控制系统。在该控制系统中，以AVR XMEGA128 A1处理器为核心，配合FPGA与整个驱动电路的运行，实现实时控制与检测脉冲恒流源的工作状态，并在LCD液晶屏上显示出来。在该系统中，电源的电流电压输出值、脉宽、频率等参数均可调。单片机与电路设计中各种硬件保护电路协同合作，在最大程度上保障脉冲恒流源运行安全。单片机与PC机之间可以使用以太网完成通信，这样就可以通过PC机实现对脉冲恒流源的远程控制，这样在一些特殊的环境中就可以实现远程控制，降低了激光器对工作人员的人身伤害。
　　该论文的主要内容包括:课题研究的意义与目的、论述了半导体激光器的发展状况、简单介绍单片机嵌入式系统、分析脉冲恒流源特性、电源控制系统的硬件设计、控制系统主程序与各子程序设计，最后做系统测试。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究的背景及意义

1．2 国内外激光器发展及研究现状

1．2．1 国外激光器的研究状况

1．2．2 国内激光器的研究状况

1．2．3 半导体激光器驱动电源的研究现状

1．3 单片机嵌入式控制系统

1．3．1 嵌入式系统综述

1．3．2 单片机嵌入式系统的发展趋势

1．4 论文的主要工作

第2章 脉冲恒流源特性分析

2．1 半导体激光器基本原理

2．2 半导体激光器等效电路

2．3 半导体激光器电源要求

2．4 半导体激光器的损坏原因

2．5 温度对半导体激光器参数的影响

2．5．1 对阀值电流的影响

2．5．2 对半导体激光器输出功率和波长的影响

2．5．3 对寿命的影响

2．6 本章总结

第3章 电源控制系统硬件设计

3．1 控制系统功能要求

3．2 电路整体设计方案

3．3 控制板硬件组成

3．4 人机交互电路

3．4．1 矩阵键盘电路

3．4．2 LCD液晶显示系统

3．5 通信电路设计

3．6 线性光耦隔离电路设计

3．7 本章总结

第4章 控制系统开发环境和设计方案

4．1 控制系统开发环境

4．1．1 AVR单片机

4．1．2 编程软件介绍

4．2 控制系统功能要求

4．2．1 远控／本控功能

4．2．2 参数设置功能

4．2．3 信号输出功能

4．2．4 输出暂停功能

4．2．5 状态和参数显示功能

4．2．6 故障监测和报警功能

4．3 控制系统软件设计

4．3．1 有限状态机

4．3．2 控制系统软件设计

4．4 主程序设计方案

4．4．1 功能描述

4．4．2 主程序设计

4．5 本章小结

第5章 控制系统子程序设计

5．1 键盘扫描与液晶显示程序设计

5．1．1 简单按键设计

5．1．2 矩阵键盘输入接口设计

5．1．3 液晶显示程序设计

5．2 工作电流电压采集模块设计

5．2．1 ADC概述

5．2．2 ADC特点介绍

5．2．3 单端输入

5．2．4 ADC通道

5．2．5 A／D采集子程序

5．3 系统限制电流电压输出模块软件设计

5．3．1 DAC概述

5．3．2 DAC特点

5．3．3 启动一次转换

5．3．4 输出和输出通道

5．3．5 DAC输出模块

5．3．6 低功耗模式

5．3．7 校准

5．3．8 限制电流电压输出软件子程序

5．4 通信模块软件设计

5．4．1 USART串行接口

5．4．2 上位机通信

5．4．3 单片机与FPGA通信

5．5 本章总结

第6章 系统测试结果

6．1 本地控制显示测试

6．2 远程控制系统测试

6．2．1 模块介绍

6．2．2 C2000 Software设置

6．2．3 串行通信调试

6．3 本章总结

总结与展望

致谢

参考文献

附录