毕业设计-LD自动功率控制系统

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1、 毕毕 业业 设设 计（论计（论 文）文） 设计（论文）题目：基于 MCS-51 单片机的 LD 自动功率控制系统 系 别： 电子工程系 专 业： 班 级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 完成时间： *大学毕业设计（论文） 第 1 页 共 30 页 目录 1 概述 . - 3 - 1.1 课题背景 . - 3 - 1.2 国内外研究情况 . - 3 - 1.3 课题目的及意义 . - 4 - 1.4 主要性能及要求 . - 4 - 2 半导体激光器的结构与工作原理 . - 5 - 2.1 半导体激光器简介 . - 5 - 2.2 半导体激光器结构 . - 6 - 2.3 激光产生条件 . -

2、 6 - 2.4 影响半导体激光器工作的因素 . - 7 - 2.5 半导体激光器的工作特性 . - 9 - 3 硬件设计 - 11 - 3.1 系统的组成 - 11 - 3.2 控制元件简介 - 11 - 3.3 分电路模块 - 13 - 4 软件设计 - 16 - 4.1 编程语言的选择 - 16 - 4.2 程序框图 - 18 - 5 电路调试与仿真 - 20 - 5.1 硬件调试 - 20 - 5.2 软件调试 - 21 - 毕业设计总结 . - 23 - 参考文献 . - 24 - 附录一 . - 25 - 附录二 . - 30 - *大学毕业设计（论文） 第 2 页 共 30 页

3、基于基于 MCSMCS- -5151 单片机的单片机的 LDLD 自动功率控制系统自动功率控制系统 摘摘 要：要： 稳定光源在光学测量中象电子电路测试时用振荡器作为信号源一样，必 须要求发出光功率可调、稳定度高的光信号，稳定光源正是急待开发的光学 系统测试仪器中的一种重要的基础设备 在精密光电检测领域中，微小的光源波动会引起被测量的较大偏移，从 而产生较大的测量误差，因此本课题介绍的是一种单片机控制激光二极管输 出功率的方法，针对 SANYO 30mW 红光 LD 设计了驱动电路。单片机内对监测 电流偏差进行了 PID 调节运行，使激光二极管输出功率稳定。 本课题设计的是稳定半导体激光器的输出

4、功率，我们从自动控制理论出 发，先阐述 PID 控制理论，接着再设计了数字设置输出光功率、闭环 PID 自 动调节的 LD 驱动电路，以此达到使半导体激光器功率稳定的目的。 关键词关键词 LD 驱动电路，单片机，功率稳定可调激光二极管，PID 调节。 *大学毕业设计（论文） 第 3 页 共 30 页 1 1 概述概述 1.11.1 课题背景课题背景 在精密光电检测领域中，微小的光源波动会使得被测量偏移，进而产生较大的测量误 差，所以对于光源稳定性的要求就非常高了。而稳定光源在光学测量中象电子电路测试时 用振荡器作为信号源一样，必须要求发出高稳定、光功率可调的光信号，稳定光源正是急 待开发的光学

5、系统测试仪器中的一种重要的基础设备。 半导体激光器（LD）与其他激光器相比，不仅具有单色性高、高亮度、高方向性的特 性，而且具有体积小、价格低、低功率、易于集成、便于工作、寿命长、波长可调、可快 速调制等一系列优点，尤其是多重量子井型的效率有 2040%，P-N 型也达到 15%25%，总 而言之能量效率高是其最大特色。另外，它的连续输出波长涵盖了红外线到可见光范围， 而光脉冲输出达 50W（带宽 100ns）等级的产品也已商业化，作为激发光源可说是最佳的 选择。 1.21.2 国内外研究情况国内外研究情况 国内一些学者对稳定激光光源做了研究。有的设计使激光器注入电流稳定，配合使用 温控电路，

6、这种方法虽然对稳定性有一定提高，但对其它影响因素缺乏考虑，不是一种闭 环控制系统。 有的对光功率的调节只使用模拟的积分调节，由于积分控制对稳态误差的消除作用是 靠对误差的积累产生的，故反映不灵敏，且会使系统稳定裕量下降，超调增大，一般不单 独使用。这两种方法共同特点是模拟调节。 再者， 2012 年广东工业大学机电工程学院的董全财提出了一种基于 DSP 技术和 PID 算 法的自动控制方法,来控制半导体激光二极管的驱动电流以实现对其输出功率。与传统的 通过模拟调制的方法来实现激光二极管输出功率控制的方法相比,DSP技术与PID算法的应 用能有效提高半导体激光二极管输出功率的控制精度和稳定性。 *大学毕业设计（论文） 第 4 页 共 30 页 而本课题是从自动控制理论出发，先阐述 PID 控制理论，接着再设计了数字设置输出 光功率、闭环 PID 自动调节的 LD 驱动电路，以此达到使半导体激