畢業(yè)設計---基于mcs-51單片機的ld自動功率控制系統(tǒng)

1、<p>　　畢 業(yè) 設 計（論 文）</p><p>　　設計（論文）題目：基于MCS-51單片機的LD自動功率控制系統(tǒng)</p><p>　　系 別： 電子工程系 1</p><p>　　專 業(yè)： 應用電子技術 </p><p>　　班 級： 1</p><p>

2、　　姓 名： 1</p><p>　　學 號： </p><p>　　指導教師： </p><p>　　完成時間： 2013年5月 </p><p>　　基于MCS-51單片機的LD自動功率控制系統(tǒng)</p><p><

3、;b>　　摘 要：</b></p><p>　　半導體激光器（LD）由于其具有體積小、價格低、低功率、易于集成、便于工作、波長可調、可快速調制等一系列特點，越來越受到人們的重視，是應用最廣泛的一類激光器。穩(wěn)定光源在光學測量中象電子電路測試時用振蕩器作為信號源一樣，必須要求發(fā)出高穩(wěn)定、光功率可調的光信號，穩(wěn)定光源正是急待開發(fā)的光學系統(tǒng)測試儀器中的一種重要的基礎設備。</p><

4、;p>　　功率穩(wěn)定可調的激光二極管（LD）在精密光電檢測和光纖通信系統(tǒng)中應用廣泛。介紹了一種單片機控制激光二極管輸出功率的方法，針對SANYO30mW紅光LD設計了驅動電路，其驅動電流在0～100mA之間可調，最小可調量<0.01mA。單片機內對監(jiān)測電流偏差進行了PID調節(jié)運行，使激光二極管輸出功率穩(wěn)定。</p><p>　　本課題設計的是使半導體激光器功率輸出穩(wěn)定，我們從自動控制理論出發(fā)，先對PID

5、控制理論進行闡述，接著設計了對輸出光功率進行數(shù)字設置、閉環(huán)PID自動調節(jié)的LD驅動電路。</p><p><b>　　[關鍵詞]</b></p><p>　　功率穩(wěn)定可調激光二極管，單片機，驅動電路，PID調節(jié)。</p><p>　　[Abstract]：</p><p>　　Semiconductor laser (L

6、D) due to its small size, low cost, low power, easy to integrate, easy to work, wavelength tunable, can be quickly prepared a series of features, more and more people paying attention to is the most widely used class las

7、er.Steady light in the optical measurement used as electronic circuit test oscillator as signal source, must request for a high stability, the optical signal optical power adjustable, stable light source is the urgent de

8、velopment of test instruments in the o</p><p>　　Stability of the laser diode power adjustable (LD) in precision optical testing and optical fiber communication systems are widely used. Introduces a single ch

9、ip laser diode output power control method, designed for SANYO30mW red LD drive circuit, the drive current between the 0 ~ 100mA adjustable, adjustable minimum quantity &lt;0.01mA. Microcontroller to monitor the curr

10、ent deviation within a PID regulator operation, the laser diode output power.</p><p>　　This topic is designed to make the semiconductor laser output power stability, we proceed from the control theory, first

11、 expounded on the PID control theory, then designed a digital optical power output settings, closed-loop PID automatic adjustment of the LD driver circuit.</p><p>　　[Key words]：</p><p>　　Stabili

12、ty of laser diode power adjustable, single chip, driving circuit, PID regulator.</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第一章 概述 ……………………………………………………………3</p><p>　　1.1 課題簡介 …………………

13、………………………………………………3</p><p>　　1.2 主要性能、要求 …………………………………………………………3</p><p>　　1.3 課題目的及意義 …………………………………………………………3</p><p>　　1.4 最佳方案確定 ……………………………………………………………3</p><p>　　第二章

14、硬件設計…………………………………………………………4</p><p>　　2.1工作原理 …………………………………………………………………4</p><p>　　2.2主要器件介紹………………………………………………………………4</p><p>　　2.3分電路模塊選型及計算 …………………………………………………7</p><p>

15、;　　第三章 軟件設計…………………………………………………………8</p><p>　　3.1 單片機使用語言的選擇 …………………………………………………8</p><p>　　3.2 PID控制理論 ……………………………………………………………9</p><p>　　3.3 程序框圖 …………………………………………………………………10</p>

16、;<p>　　第四章 電路調試與仿真…………………………………………………12</p><p>　　4.1 硬件調試 …………………………………………………………………12</p><p>　　4.2 軟件調試 …………………………………………………………………13</p><p>　　第五章 畢業(yè)設計總結……………………………………………………15&

17、lt;/p><p>　　參考文獻………………………………………………………………… 16</p><p>　　附錄一 ……………………………………………………………………17</p><p>　　附錄二 ……………………………………………………………………18</p><p><b>　　第一章 概述</b></p

18、><p><b>　　1.1課題簡介</b></p><p>　　半導體激光器（LD）由于其具有體積小、價格低、低功率、易于集成、便于工作、波長可調、可快速調制等一系列特點，越來越受到人們的重視，是應用最廣泛的一類激光器。在精密光電檢測領域中，光源的微小波動會引起被測量的較大偏移，產(chǎn)生較大的測量誤差。從前面的討論可以看出，我們需要檢測薄膜反射率的變化以求解其它光電學參量，

19、在這種情況下，由于薄膜增長的緩慢（0.1nm級/秒），反射率變化非常小，其對于光源穩(wěn)定性的要求非常高。穩(wěn)定光源在光學測量中象電子電路測試時用振蕩器作為信號源一樣，必須要求發(fā)出高穩(wěn)定、光功率可調的光信號，穩(wěn)定光源正是急待開發(fā)的光學系統(tǒng)測試儀器中的一種重要的基礎設備。</p><p>　　1.2 主要性能、要求</p><p>　　功率穩(wěn)定可調的激光二極管（LD）在精密光電檢測和光纖通信系統(tǒng)中

20、應用廣泛。本文針對SANYO30mW紅光LD設計了驅動電路，其驅動電流在0～100mA之間可調，最小可調量<0.01mA。單片機內對監(jiān)測電流偏差進行了PID調節(jié)運行，使激光二極管輸出功率穩(wěn)定可調。</p><p>　　1.3課題目的及意義</p><p>　　在精密光電檢測領域中，光源的微小波動會引起被測量的較大偏移，產(chǎn)生較大的測量誤差。而我們需要檢測薄膜反射率的變化以求解其它光電學

21、參量，在這種情況下，由于薄膜增長的緩慢（0.1nm級/秒），反射率變化非常小，其對于光源穩(wěn)定性的要求非常高。穩(wěn)定光源在光學測量中象電子電路測試時用振蕩器作為信號源一樣，必須要求發(fā)出高穩(wěn)定、光功率可調的光信號，穩(wěn)定光源正是急待開發(fā)的光學系統(tǒng)測試儀器中的一種重要的基礎設備。</p><p>　　半導體激光器（LD）由于其具有體積小、價格低、低功率、易于集成、便于工作、波長可調、可快速調制等一系列特點，越來越受到人們的

22、重視，是應用最廣泛的一類激光器。作為性能優(yōu)異的發(fā)光元件，激光二極管對光纖通信具有非常重要的意義。</p><p>　　1.4 最佳方案確定</p><p>　　國內一些學者對穩(wěn)定激光光源做了研究。有的設計使激光器注入電流穩(wěn)定，配合使用溫控電路，這種方法雖然對穩(wěn)定性有一定提高，但對其它影響因素缺乏考慮，不是一種閉環(huán)控制系統(tǒng)。有的對光功率的調節(jié)只使用模擬的積分調節(jié)，由于積分控制對穩(wěn)態(tài)誤差的消除

23、作用是靠對誤差的積累產(chǎn)生的，故反映不靈敏，且會使系統(tǒng)穩(wěn)定裕量下降，超調增大，一般不單獨使用。這兩種方法共同特點是模擬調節(jié)。</p><p>　　為了使半導體激光器功率穩(wěn)定，本課題設計我們從自動控制理論出發(fā)，先對PID控制理論進行闡述，接著設計了對輸出光功率進行數(shù)字設置、閉環(huán)PID自動調節(jié)的LD驅動電路。</p><p>　　第二章 硬件設計</p><p>&l

24、t;b>　　2.1 工作原理</b></p><p>　　LD激光器的光功率控制是通過光電二極管檢測LD的背光光功率從而進行控制來實現(xiàn)的。光電二極管的監(jiān)測電流經(jīng)差分放大后變成一個電壓量，經(jīng)高精度A/D轉換器采樣量化后送入單片機，與單片機內監(jiān)測電壓參考值（在設定功率條件下，監(jiān)測電流差分放大成的電壓量的數(shù)字表示，也即是在電路參數(shù)不變的情況下，一個確定的監(jiān)測電壓參考值對應一個確定的激光器輸出光功率設定

25、值）之間作差，產(chǎn)生電壓的偏差信號，再對偏差信號進行PID運算，運算結果經(jīng)D/A轉換及電壓－電流（V-I）變換后，驅動LD發(fā)光。光電二極管的監(jiān)測電流經(jīng)差分放大后變成一個電壓量，經(jīng)高精度A/D轉換器采樣量化后送入單片機，與單片機內監(jiān)測電壓參考值（在設定功率條件下，監(jiān)測電流經(jīng)差分放大后變成的電壓量的數(shù)字表示）之間作差，產(chǎn)生電壓偏差信號；再對偏差信號進行PID運算，運算結果經(jīng)D/A轉換及電壓-電流（V-I）變換后，成為LD的驅動電路。PID調節(jié)

26、是為了使激光器輸出功率穩(wěn)定。</p><p><b>　　圖2.1電路框圖</b></p><p><b>　　2．2主要器件介紹</b></p><p>　　1．AT89C51硬件結構及引腳</p><p>　　AT89C51系列單片機有4種型號：AT89C51,AT89C52,AT89C1051

27、,AT89C2051,我這里所使用的是AT89C51系列單片機，如圖2.2所示：</p><p><b>　　圖2.2</b></p><p>　　AT89C51引腳圖</p><p>　　除程序存儲器由FPEROM取代了87C51的EPROM外，其余部分完全相同。89C51的引腳與87C51的引腳完全兼容。管腳說明：</p>&

28、lt;p>　?。?）VCC：供電電壓</p><p>　?。?）GND：接地。</p><p>　?。?）P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。</p><p&

29、gt;　?。?）P1口：P1口是一個內部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。</p><p>　?。?）P2口：P2口為一個內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時

30、，其管腳被內部上拉電阻拉高，且作為輸入。</p><p>　?。?）P3口：P3口管腳是8個帶內部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口。 口管腳 備選功能P3.0 RXD（串行輸入口）P3.1 TXD（串行輸

31、出口）P3.2 /INT0（外部中斷0）P3.3 /INT1（外部中斷1）P3.4 T0（記時器0外部輸入）P3.5 T1（記時器1外部輸入）P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。</p><p>　　（7）RST：復位輸入。</p><p>　?。?）/PSEN：外部程序存儲器的選通信

32、號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。</p><p>　?。?）/EA/VPP：當/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內部程序存儲器。</p><p>　?。?0）XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。</p><p>　?。?1）XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。<

33、/p><p>　　2．激光二極管參數(shù)與選擇</p><p>　　常見激光二極管封裝有兩種形式：共陽極與共陰極型（圖2.3 a）LD和監(jiān)測激光器背向輸出光功率的PIN光電二極管封裝在一起。我們采用的655nm紅光激光二極管，封裝形式為共陽極（LD的正極與PD的負極連接在一起），其最大輸出光功率為30mw，閾值電流為40mA（250C），工作電流最大110mA， 光電二極管（PD）的監(jiān)測電流Im與

34、激光器的輸出功率P0在溫度不變的情況下成線性關系（圖2.3 b），這為后面控制電路的設計提供了依據(jù)。</p><p>　　圖2.3封裝及監(jiān)測電流和輸出功率特性曲線</p><p>　　2.3分電路模塊選型及計算</p><p><b>　　1.差分放大模塊</b></p><p>　　監(jiān)測電流很小，尤其當激光器輸出功率&

35、lt;10mW時。如果把監(jiān)測電流通過電阻接入放大器，則由于放大器的輸入阻抗太小以及電阻的溫漂問題，使放大器的輸入電壓受溫度影響非常大，從而導致A/D轉換器的輸入不準確。因此在設計中應該消除或減小環(huán)境溫度對A/D轉換器輸入的影響。設計中使監(jiān)測電流與參考電流通過一個由四個阻值及溫度系數(shù)相等的高精度電阻組成的電橋電路，這樣溫度的影響會在相減中減小。放大器采用TI公司的高輸入阻抗精密差分放大器INA114。</p><p&g

36、t;　　其中，參考電流Iref可由另一INA114和OPA602得到。放大器的輸出電壓可由下式計算：</p><p>　　V0=(Iref-Im)×R×(1+50k/Rg)</p><p>　　2.模/數(shù)及數(shù)/模轉換器</p><p>　　A/D轉換器選用美信公司的MAX1062，D/A轉換器選用模擬器件公司的AD5551，它們都是14位的串行轉

37、換器，適合于對速度要求不是很高的場合。轉換器的片選信號、時鐘線及數(shù)據(jù)線直接同單片機的用戶口P1相連。轉換器的位數(shù)決定了檢測控制電路的分辨率。14位轉換器可把4.096V量程的電壓量化成2 14份，所以調整差分放大器的增益使其輸出電壓最大值達到A/D轉換器的滿量程電壓，則理論上對于光功率變化1/12 14均可檢測到，即該驅動電路可以檢測到<0.01%的激光器光功率變化，進而可在單片機中進行調節(jié)。同樣設D/A轉換器的輸出電壓經(jīng)V-I變

38、化后的滿量程電流為150mA，則驅動電流的最小可調節(jié)量為150/2 14=0.01mA。</p><p><b>　　圖2.4轉換器</b></p><p><b>　　3.電壓/電流轉換</b></p><p>　　由于上述D/A轉換器的輸出無緩沖，故采用運放與場效應管組成的共源放大電路。其中運放對輸出有緩沖作用。<

39、;/p><p>　　上圖電路中V1為D/A的輸出電壓，場效應管的漏極-源極的電流（即LD的驅動電流）為：IDS=V1×1.1×(1/RS+1/16.5K)</p><p>　　由上述可見，驅動電流由V1及小電阻Rs決定。在實際中取Rs為30Ω的高精度電阻，則由上式可得滿量程電流為150mA。由于LD正常工作時，其壓降為2V左右，所以這樣設計驅動電流最大值不會超過100mA，

40、對LD可以起到保護作用。故驅動電流在0～100mA之間可調。由上式可見，最大驅動電流可以通過調節(jié)Rs的大小來得到，設計靈活性較大。 </p><p>　　此外，電路中單片機與計算機間通過RS232串行口進行通信，采用的RS232收發(fā)器為MAX3232。計算機通過串口可對LD的初始驅動電流、參考監(jiān)測電壓進行設置，還可以對PID數(shù)字調節(jié)器的比例、積分、微分系數(shù)進行設定，這樣可

41、以方便快捷地整定出調節(jié)器的參數(shù)。存儲器中存放一些設定參數(shù)以及暫存PID運算的中間結果</p><p><b>　　第三章 軟件設計</b></p><p>　　3.1單片機使用語言的選擇</p><p><b>　　1、 匯編語言</b></p><p>　　所謂匯編語言，是指用指令的助記符，符號

42、地址，標號，偽指令等符號書寫程序的語言。匯編語言是一種低級的編程語言，用它編出的程序使用簡單方便，并且具有反應快速，可以滿足大部分用戶的需求。但是編程的難度較高，要求編程者具有較高的專業(yè)水平。</p><p><b>　　2、 C語言</b></p><p>　?。?） C語言是一種相對較簡單的編程語言，對編程者的要求不是太高，它即具有高級語言的優(yōu)點，又具有低級語言

43、的許多特點，但是隨著軟件規(guī)模的增大，用C語言編寫程序漸漸有些吃力了。而且灌入單片機后反應不夠快速。</p><p>　　因此，我選擇C語言作為我本次畢業(yè)設計的編程語言。</p><p>　?。?) C語言的特點</p><p>　　C語言具有以下特點：①語言簡潔，使用方便靈活。②可移植性好。C語言的編譯程序便于移植，從而使在一種機器上使用的C語言程序，可以不加修改或

44、稍加修改即可方便地移植到另一種機器上去。③表達能力強。具有豐富地數(shù)據(jù)結構類型和多種運算符，可以實現(xiàn)各種復雜數(shù)據(jù)結構地運算。④表達方式靈活。⑤可以進行結構化程序設計。⑥可以直接操作計算機硬件。⑦生成的目標代碼質量高。對于同一問題，用C語言編寫的程序生成代碼的效率僅比用匯編語言編寫的程序低10％－20％。</p><p>　　所以對于PID算法、中值濾波程序以及主程序采用C語言編寫。</p><p

45、>　?。?) C語言程序的接口</p><p>　　C51編譯器提供了與匯編語言程序的接口規(guī)則，按此規(guī)則可以很方便地實現(xiàn)C語言程序與匯編語言程序的相互調用。</p><p>　　實際上C語言程序與匯編語言程序的相互調用可視為函數(shù)的調用，只不過此時函數(shù)采用不同語言編寫的而已。C語言程序函數(shù)和匯編語言函數(shù)在相互調用使，可利用8051單片機的工作寄存器最多傳遞3個參數(shù)，如圖3.1所示： &

46、lt;/p><p>　　圖3.1 參數(shù)傳遞的工作寄存器選擇</p><p>　　如果在調用時參數(shù)無寄存器可用，或是采用了編譯控制指令“NOREGPARMS”，則參數(shù)的傳遞將發(fā)生在固定的存儲器區(qū)域，該存儲器區(qū)域稱為參數(shù)傳遞段，其地址空間取決于編譯時所選擇的存儲器模式。</p><p>　　當C語言程序與匯編語言程序需要相互調用，并且參數(shù)的傳遞發(fā)生在參數(shù)傳遞段時，如果傳遞的

47、參數(shù)是char、int、long和float類型的數(shù)據(jù)，則參數(shù)傳遞段的首地址將由“？functionname？BYTE”的公共符號（PUBLIC）確定，傳遞的參數(shù)是bit類型的數(shù)據(jù)時，參數(shù)傳遞段的首地址由“？functionname？BIT”的公共符號(PUBLIC)確定。所以被傳遞的參數(shù)都被放在以首地址開始遞增的存儲器區(qū)域內。</p><p>　　函數(shù)的返回值被放在8051單片機的寄存器內，如圖3.2所示：&l

48、t;/p><p>　　圖3.2 函數(shù)返回值所占用的工作寄存器</p><p>　　C51編譯器提供了一個十分有用的編譯控制指令SRC，在編寫匯編語言程序函數(shù)時可以先按需要用C語言編寫相應的函數(shù)，對該函數(shù)單獨采用編譯控制指令SRC進行編譯，編譯完成后將產(chǎn)生一個匯編語言源程序。然后再對這樣產(chǎn)生的匯編語言子程序作一些必要的調整和修改，即可很方便地完成匯編語言子程序地編寫，而編寫過程中各種段的安排全部

49、由C51編譯器自動完成，從而大大提高匯編語言程序的編寫效率。</p><p>　　3.2 PID控制理論</p><p><b>　　1.PID簡介</b></p><p>　　PID調節(jié)是Proportional（比例）、Integral（積分）、Differential（微分）三者的縮寫，其控制算法簡單，結構改變靈活，技術成熟，適應性強，可

50、靠性高，在控制工程中得到了廣泛的應用。</p><p><b>　?。?）比例控制作用</b></p><p>　　比例控制作用是指控制器的輸出與輸入偏差信號成比例。其算法為：m(t)=Kpe(t)。比例控制器實際上是一個可調增益的放大器。</p><p><b>　?。?）積分控制作用</b></p>&l

51、t;p>　　積分控制算法為:。積分控制作用，可以消除穩(wěn)態(tài)誤差。但是它有滯后現(xiàn)象，系統(tǒng)響應速度變慢，超調量增大，并可能產(chǎn)生振蕩，必須與比例環(huán)節(jié)一起使用。</p><p><b>　?。?）微分控制作用</b></p><p>　　微分控制作用的算法為：。微分控制作用不能單獨使用，必須與其它控制作用相結合。</p><p>　?。?）比例－積

52、分－微分（PID）控制作用</p><p>　　它表示將系統(tǒng)的偏差的比例－積分－微分線性組合構成控制作用。模擬PID的控制算法為：。</p><p>　　圖3.3 PID控制系統(tǒng)原理方框圖</p><p>　　在PID三種作用中，比例作用可對偏差做出及時響應；積分作用主要用來消除靜差，改善系統(tǒng)的靜態(tài)特性；微分作用主要用來減少超調，克服震蕩，使系統(tǒng)趨向穩(wěn)定，加快系統(tǒng)的

53、動作速度，減少超調時間，用來改善系統(tǒng)的動態(tài)特性。若能將三種作用的強度配合適當，可以使控制器快速，平穩(wěn)，準確，從而獲得滿意的控制效果。在實際應用中，根據(jù)被控對象的特性和要求，可靈活地改變PID的結構，取其中的一部分環(huán)節(jié)構成控制規(guī)律。</p><p>　　2.PID參數(shù)的整定方法</p><p>　　擴充臨界比例度法是簡易工程整定方法之一。它是基于模擬調節(jié)器中使用的臨界比例度法的一種PID數(shù)字

54、調節(jié)器參數(shù)整定方法。用這種方法整定T、KP、TI和TD的步驟如下：</p><p>　　(1) 選擇一個足夠短的采樣周期Tmin。</p><p>　　(2) 求出臨界比例度δu和臨界振蕩周期Tu。具體方法是，將上述采樣周期Tmin輸入數(shù)字控制系統(tǒng)中，并只有比例控制，逐漸縮小比例度，直到系統(tǒng)產(chǎn)生等幅振蕩。此時的比例度即為臨界比例度δu，相應的振蕩周期稱為臨界振蕩周期Tu。</p>

55、;<p>　　(3) 選擇控制度。所謂控制度，即是以模擬調節(jié)器為基準，將數(shù)字控制系統(tǒng)的控制效果與模擬調節(jié)器相比較，其評價函數(shù)通常用（誤差平方積分）表示。</p><p>　　(4) 根據(jù)控制度，查表計算T、KP、KI和KD值</p><p>　　(5) 按照上面的方法求得的參數(shù)，加到系統(tǒng)中運行，觀察控制效果，在適當調整參數(shù)，直至獲得滿意的控制效果。</p>&l

56、t;p>　　此外，PID的參數(shù)整定方法還有擴充響應曲線法、歸一參數(shù)整定法以及優(yōu)選法等。這里就不詳細介紹了。</p><p><b>　　3.3 程序框圖</b></p><p>　　本程序首先對監(jiān)測電流、電壓值進行設置，然后再設置PID的調節(jié)參數(shù)，與采集到的實際檢測的電流電壓值進行PID判斷，如果設置的電流、電壓值在PID調節(jié)參數(shù)范圍內的話那就穩(wěn)定輸出，如果不在

57、范圍內的話再根據(jù)相關電路重新設置新的電流、電壓值。程序框圖見圖3.4，（源程序見附錄二）</p><p><b>　　圖3.4程序框圖</b></p><p>　　第四章 電路調試與仿真</p><p>　　系統(tǒng)調試包括硬件調試和軟件調試。硬件調試的任務是排除系統(tǒng)的硬件電路故障，包括設計性錯誤和工藝性故障。軟件調試是利用開發(fā)工具進行在線仿真調

58、試，除發(fā)現(xiàn)和解決程序錯誤外，也可能發(fā)現(xiàn)硬件故障。</p><p><b>　　4.1 硬件調試</b></p><p>　　單片機應用系統(tǒng)的硬件調試和軟件調試是分不開的，許多硬件故障是在調試軟件時發(fā)現(xiàn)的，但通常是先排除系統(tǒng)中明顯的硬件故障后，再和軟件結合起來調試。</p><p>　　先要對硬件進行脫機調試。脫機調試是在樣機加電之前，先用萬用表

59、等工具，根據(jù)硬件電氣原理圖和裝配圖，仔細檢查樣機線路的正確性，并核對元器件的型號規(guī)格和安裝是否符合要求。</p><p>　　1）繪圖設計工具 Protel 99SE 軟件</p><p>　　Protel 99SE是ProklTechnology公司開發(fā)的基于Windows環(huán)境下的電路板設計軟件。該軟件功能強大，人機界面友好，易學易用，仍然是大中院校電學專業(yè)必學課程，同時也是業(yè)界人士首選

60、的電路板設計工具。</p><p>　　Protel 99SE 由兩大部分組成：電路原理圖設計（Advanced Schematic）和多層印刷電路板設計。</p><p>　　在做設計的前期我們使用這款軟件來模擬繪制電路，這給我們前期的工作帶來了很大的便利，比如說做這個系統(tǒng)要用到的器件，電阻，電感，AT89C51單片機，開關，電容，放大器等等元器件（詳見附錄一）都能一一的展現(xiàn)出來，而且也

61、能糾正純電路時的接線錯誤。</p><p>　　2）硬件調試工具—PROTEUS仿真</p><p>　　PROTEUS是由英國labcenter electronics 公司開發(fā)的EDA工具軟件。它從1989年出現(xiàn)到現(xiàn)在已有十多年的歷史，在全球廣泛使用。PROTEUS 安裝以后，主要由2個程序組成：ARES 和ISIS。前者主要用于PCB自動或人工布線及其電路仿真，后者主要采用原理布圖的

62、方法繪制電路并進行相應的仿真。除了上述基本應用之外，PROTEUS革命性的功能在于它的電路仿真是互動的，針對微處理器的應用，可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程，并實現(xiàn)軟件代碼機的調試，還可以直接實時動態(tài)的模擬按鈕鍵盤的輸入，LED ，液晶顯示的輸出，同時配合虛擬工具如示波器，邏輯分析儀等進行相應的測量和觀測。</p><p>　　PROTEUS 軟件的應用范圍十分廣泛，涉及PCB制版，SPICE電路仿真，單片機

63、仿真。仿真圖如下：</p><p>　　仿真小結：由于時間有限，在仿真的過程中我們也發(fā)現(xiàn)了些問題，大多數(shù)都是因為我們制圖中的疏忽造成的，但經(jīng)過老師的細心檢查和指導我們發(fā)現(xiàn)并糾正了問題。總的來說，通過這次設計我基本了解并掌握了使用PROTEUS仿真圖形的方法。</p><p><b>　　4.2 軟件調試</b></p><p>　　軟件調試是通

64、過對程序的匯編、連接、執(zhí)行來發(fā)現(xiàn)程序中存在的語法錯誤與邏輯錯誤并加以排除糾正的過程。程序后，編輯，查看程序是否有邏輯的錯誤。</p><p>　　1．軟件調試工具——Keil軟件</p><p>　　由于時間的問題我們并沒有把這個系統(tǒng)的實體給做出來，這不得不說是一個遺憾，所以為了檢驗我們到底有沒有最終完成了這個作品，我們決定通過使用Keil軟件來模擬一下，下面介紹一下這個軟件。</p

65、><p>　?。?）Keil軟件介紹</p><p>　　Keil軟件是目前最流行開發(fā)MCS-51系列單片機的軟件，Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調試器等在內的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境（uVision）將這些部份組合在一起。運行Keil軟件需要Pentium或以上的CPU，16MB或更多RAM、20M以上空閑的硬盤空間、WIN98、NT、WIN

66、2000、WINXP等操作系統(tǒng)。掌握這一軟件的使用對于使用51系列單片機來說是十分必要的。 </p><p><b>　?。?）編譯步驟</b></p><p>　　打開Keil軟件（雙擊Keil圖標），新建一個項目（Project—New project），保存項目（以lll.asm保存），選擇單片機（Atmel—At89c51—確定—否），調入C語言程序（Targ

67、et—Add Feil—text1.asm—打開），編譯程序（project—Opt…—Output—將Create Hex Feil打勾—確定—Project—Build target）</p><p><b>　　軟件截圖如下：</b></p><p>　　仿真小結：通過多次的仿真和調試已基本達到硬件所要求達到的目的，雖然在仿真過程中出現(xiàn)了些小問題，不過在老師和同

68、學的幫助下順利的解決了。</p><p><b>　　畢業(yè)設計總結</b></p><p>　　大學三年就要結束了，在這三年里我深入學習了與電子相關的一些知識，開始慢慢的了解并喜歡電子了。最后的畢業(yè)設計是對我三年的所學做一個全面的考察，但從理論到實踐還是有一定難度的，由于有之前的課程設計的基礎，在設計畢業(yè)設計時不再那么迷惘。初定題目后覺得很難，但絕不能放棄，在老師的幫

69、助下，我又去查閱了相關資料才有了大概的方向。</p><p>　　轉眼畢業(yè)設計也要接近尾聲了，實習時利用業(yè)余時間來完成對畢業(yè)設計的設計與修改，在指導老師的幫助下通過自己的努力完成了畢業(yè)設計，這期間的經(jīng)歷是難忘的，又遇到問題時的煩惱也有成功時的喜悅，我享受著這個過程，它是我在學校時期的結尾但同時也是我將踏入工作崗位的一個開始。</p><p>　　在本次大學畢業(yè)設計環(huán)節(jié)，我很榮幸能接受方小坤

70、老師的指導，方老師從我開始選題到程序設計，到論文寫作，都給了我極大的信任與幫助。方老師從不吝嗇給予學生自我思辨的空間，這讓我感受到了大學里應該具有的至關重要的一個氛圍，即自由。前人有謂，“獨立之人格，自由之精神”，大學應該是一個追求崇高精神生活的地方。學問自由，人身自由，思維自由，如此種種，讓我能在愉悅、有效的環(huán)境下做好了本次設計。</p><p>　　感謝揚州職業(yè)大學三年來的培養(yǎng)，感謝方小坤老師對本論文從選題、

71、構思、資料收集到最后定稿的各個環(huán)節(jié)給予細心的指引和教導，使我對基于MCS-51單片機的LD自動功率控制系統(tǒng)有了深刻的認識，并最終得以完成畢業(yè)論文，對此，我表示我最衷心的感謝。</p><p>　　感謝父母對我二十多年來辛勤的養(yǎng)育,并讓我獲取了一定的知識并最終走向社會,為社會貢獻自己!最后，我要向在百忙之中抽時間對本文進行審閱、評議和參加本人論文答辯的各位老師表示感謝！</p><p>&l

72、t;b>　　[參 考 文 獻]</b></p><p>　?。?）劉偉，萬秋玉，遲立華。穩(wěn)定化激光二極管電源。哈爾濱理工大學學報，2006(6):98。</p><p>　?。?）孫番典，一種高精度可調節(jié)半導體激光管控制電路。大學物理實驗，1996，9（2）。</p><p>　?。?）賈宏志，李育林，張倍琨。半導體激光器驅動電源的設計。應用激光，

73、1999：181。</p><p>　　（4）楊位欽，謝錫祺。自動控制理論基礎。北京理工大學出版社，1991：230。</p><p>　?。?）潘新華，王燕芳。單片微型計算機實用系統(tǒng)設計。人民郵電出版社，1992：302-319。</p><p>　?。?）孫德剛，唐海峰。脈沖式激光引信用連續(xù)可調LD驅動電路的研究（J）激光技術；2007年02期；107-109。

74、</p><p>　?。?）王效華，張詠梅。單片機原理與應用。北京交通大學出版社，2007.5。</p><p>　?。?）張志良 單片機原理與控制技術 北京：機械工業(yè)出版社，2001。</p><p>　?。?）何立民 MCS-51 單片機應用系統(tǒng)設計 北京：北京航天航空大學出版社， 1990。</p><p>　　（10）沙占友等

75、 單片機外圍電路設計 北京：電子工業(yè)出版社，2003。</p><p>　?。?1）王煒 基于8031單片機的多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 天津職業(yè)技術師范學院學報， 2001，11（3）。</p><p>　　（12）武慶生 單片機及其應用 成都: 電子工業(yè)大學出版社 2000。</p><p>　?。?3）潘永雄 新編單片機原理與應用 西安：西安電子科技

76、大學出版社 2003。</p><p>　?。?4）胡志敏 林曉春 嚴紹輝 安毓英 西安電子科技大學技術物理學院710071。</p><p>　?。?5）孫全意.激光近炸引信的體制、定距與識別技術的研究[D].南京:南京理工大學,2002.53-61,77-81。</p><p>　?。?6）林曉翰,蘇國彬,劉建勝,等.半導體激光器的大電流窄脈沖驅動電路的研究

77、[J].壓電與聲光,2000,22(6)</p><p><b>　　附錄一</b></p><p><b>　　電路原理圖</b></p><p><b>　　附錄二</b></p><p><b>　　C語言源程序 </b></p>&l

78、t;p>　　#include "Lddriver.h"</p><p>　　#include <INTRINS.H></p><p>　　int xdata Dout[11];</p><p>　　//int data Viset=5267;////設置監(jiān)測電壓設定值，對應初始驅動電壓V0=3000的監(jiān)測電壓vout值</

79、p><p>　　//int data Vmin=2400,Vpid=0,V0=3000,Vmax=4800,Vpres,Vprev=3000;//vmin最小電壓偏置量，2040對應LD閾值電流40mA</p><p>　　// //V0初始驅動電壓值,3000對應驅動電流50mA</p><p>　　//調節(jié)

80、結果是為使功率穩(wěn)定在初始狀態(tài)50mA電流驅動條件下的光功率值</p><p>　　//Vmax對應驅動電流80mA</p><p>　　//調節(jié)過程中Vbias+Vpid為驅動電壓，應在Vbias和Vmax之間</p><p>　　// </p><p>　　//int data Vise

81、t=5267;////設置監(jiān)測電壓設定值，對應初始驅動電壓V0=5454的監(jiān)測電壓vout值</p><p>　　//int data Vmin=4363,Vpid=0,V0=5454,Vmax=8726,Vpres,Vprev=5454;//vmin最小電壓偏置量，4363對應LD閾值電流40mA</p><p>　　//V0初始驅動電壓值,5454對應驅動電流50mA</p>

82、;<p>　　//調節(jié)結果是為使功率穩(wěn)定在初始狀態(tài)50mA電流驅動條件下的光功率值</p><p>　　//Vmax對應驅動電流80mA</p><p>　　//調節(jié)過程中Vbias+Vpid為驅動電壓，應在Vbias和Vmax之間</p><p>　　int data Viset=5300; //偏差電位器1.928v

83、, 監(jiān)測電流0.0600mA</p><p>　　int data Vmin=4363,Vpid=0,Vmax=8726,Vpres,V0=7200,Vprev=7200; </p><p>　　//9816對應90mA</p><p>　　float data Kp,Ki,Kd;</p><p>　　int xdata Vmes,Ek,Ek

84、1,Ek2;</p><p>　　float xdata Ppk,Pik,Pdk,Pk,Pk1,dPk;</p><p>　　extern int adreturnint();</p><p>　　extern void adconversion();</p><p>　　extern void DAconversion(int Din);&

85、lt;/p><p>　　extern void InitCom();</p><p>　　extern void SendInt(int ainteger);</p><p>　　void delay(unsigned int times)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　

86、unsigned int i;</p><p>　　for(i=0;i<times;i++)</p><p>　　_nop_ (); </p><p>　　} //排序，中值濾波返回值為中間值</p><p>　　int medianfilter()</p><p&

87、gt;<b>　　{</b></p><p><b>　　char i,j;</b></p><p>　　int tempdat;</p><p>　　for(i=0;i<10;i++)</p><p>　　for(j=0;j<10-i;j++)</p><p>

88、;　　if(Dout[j]>Dout[j+1]) </p><p><b>　　{</b></p><p>　　tempdat=Dout[j];</p><p>　　Dout[j]=Dout[j+1];</p><p>　　Dout[j+1]=tempdat;</p><p><b&g

89、t;　　}</b></p><p>　　SendInt(Dout[5]);</p><p>　　return Dout[5];</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　int PID()</b></p><p><b>　　{

90、</b></p><p>　　Ppk=Kp*(Ek-Ek1);</p><p>　　Pik=Ki*Ek;</p><p>　　Pdk=Kd*(Ek-2*Ek1+Ek2);</p><p>　　dPk=Ppk+Pik+Pdk;</p><p>　　Pk=dPk+Pk1;</p><p>

91、;　　Vpid=(int)(Pk);</p><p>　　return Vpid;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void sysinit()</p><p><b>　　{ </b></p><p><b>　　P1=0;</

92、b></p><p><b>　　P2=0;</b></p><p><b>　　//P3不能為0</b></p><p><b>　　Ek=0;</b></p><p><b>　　Ek1=0;</b></p><p>&l

93、t;b>　　Ek2=0; </b></p><p><b>　　Pk1=0;</b></p><p><b>　　Ppk=0;</b></p><p><b>　　Pk=0;</b></p><p><b>　　Pik=0;</b><

94、;/p><p><b>　　dPk=0;</b></p><p><b>　　Pdk=0;</b></p><p><b>　　Vmes=0;</b></p><p>　　InitCom();</p><p>　　adreturnint();//第一次轉換結

95、果去掉（上電不準確）</p><p>　　delay(60000); </p><p><b>　　}</b></p><p>　　void main()</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　char i;</b><

96、/p><p>　　sysinit(); </p><p>　　//設置LD初始電流（壓） </p><p>　　// DAconversion(V0);</p><p>　　//設置調節(jié)參數(shù) </p><p>　　Kp=0.1; //只有比例控制</p><p>　　// K

97、i=0.01;</p><p>　　// Kd=0;</p><p>　　Ki=0.2*Kp;</p><p>　　Kd=1.25*Kp; </p><p><b>　　while(1)</b></p><p><b>　　{ </b></p><p

98、>　　////////////////////////////////</p><p>　　for(i=0;i<11;i++)</p><p>　　Dout[i]=adreturnint();</p><p>　　Vmes=medianfilter(); </p><p>　　///////////////////////////

99、//////</p><p>　　Ek=Vmes-Viset; //計算偏差,偏差絕對值大于5則PID運算</p><p>　　if((Ek>5)||(Ek<-5)) //帶死區(qū)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　//變

100、速積分控制</b></p><p>　　//if((Ek<53)&&(Ek>-53)) //偏差1%以內</p><p>　　// Ki=0.02;</p><p>　　//else Ki=0; </p><p>　　Vpres=PID();</p><p&

101、gt;<b>　　Ek2=Ek1;</b></p><p><b>　　Ek1=Ek;</b></p><p><b>　　Pk1=Pk;</b></p><p>　　Vprev=Vpres; </p><p>　　if(Vpres<Vmax) //

102、判斷運算結果<Vmax，并設定LD驅動電壓 </p><p>　　if(Vpres>Vmin)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　DAconversion(Vpres);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　

103、else DAconversion(Vmin); </p><p><b>　　else</b></p><p>　　DAconversion(Vmax);</p><p>　　delay(6500);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>

104、;　　else</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　Vpres=Vprev; </p><p>　　for(i=0;i++;i<10)</p><p>　　delay(35300);</p><p><b>　　}</b&g