声光调制驱动源数字线性电压控制技术研究

2014 35 5 Vol( 35 No( 5 2014 年 第 卷 第 期 中 北 大 学 学 报 自然科学版 ( 157 ) JOU,NAL OF NO,TH UNIVE,SITY OF CHINA( NATU,AL SCIENCE EDITION) ( Sum No( 157 ) 总第 期 : 1673-3193 201(4) 0-06155-05文章编号 声光调制驱动源数字线性电压控制技术研究 张文静，赵冬娥，马巧梅，张 斌 ( ，030051)中北大学 信息与通信 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 学院山西 太原 : ，，48 摘 要针对声光器件固有的非线性特性基于单片机技术和线性电压补偿技术 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 了具有 级灰度的 ( 48 0 , 5 V( D( C( ) 48 ，数字线性电压控制系统该系统是利用 组电阻分压器把 分为 级档次电压通过单片机 AT89C51 CD4051 ，，控制模拟电子开关电路 选择控制电压对声光调制驱动源的载波信号进行调制得到对应 ，CD4051 、( : 的衍射光强对 应用技巧线性电压补偿原理和实现方法进行了研究实验结果 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明补偿前衍射 92( 68%， 98%， 7% ( 光强与控制电压的线性相关系数为 补偿后线性相关系数可达 衍射效率提高了 把声光 、，，调制技术单片机技术和线性电压补偿技术相融合实现了声光调制的数字化和线性化在激光大屏幕图文 (显示和激光外差干涉技术等领域具有广泛的应用 : ; ; 48 ;; 关键词模拟电子开关电路单片机级灰度 数字电压控制技术声光调制驱动源 doi: 10( 3969 / j( issn( 1673-3193( 2014( 05( 023 ::中图分类号 文献标识码 TN761 A ,esearch on Digital LinearVoltage Control Technology of an Acousot-Optic ModulationD riving Source ZHANG Wen-jing，ZHAO Dong-e，MA Qiao-me，iZHANG Bin ( School of nformaiton and Communication ngineeirngNorth University of Ch，inTaaiyuan 03005C1hina)IE，，Abstract: Due to theinher ent nonilnear characteristic of acouto-opsitc device，sa new digital linear voltconage- trol system itwh 48 gradesi n linear gray scale was deisgne，dwhich is based on thei ngsle chip microcomputer ( SCM) and linear voltage compenions taechnotogly( The system divides0 , 5 V ( D( C( ) into 48 gradesi n volt- age by 48 groups reofsi stor divide，rthen theC D4051 whichare controledl by SCM choose the voltageval ues， which was used to modulate the carrier signal of theacou sto-opitc modulaiont ( AOM) driving source，and the corresponding diffraction intensity was obatined( The appilcation skills of CD405，1the principle and rizeaatilon methodlinear of voltage compenisonat were discusse( dThe experimental results show that tlihenear correlaiton coefifcient of the diffraciton intensity vs( control voltageis 92( 68% and9 8% respecivetly，and the diffraciont ef- ficiencyis increased by 7% before and after linear voltage comipenon( sTahet integraiton of AOM，SCM andli n- ear voltage compenionsa ttechnology made the tadliizgaition and linearization of AOM come tru，ande the sytem shas a widely use in the fields of laser large screen character , document display and laopseritcal heterodynein - terferencetechno ogl(y Key words: mutli-channel analog switch;i ngsle chip microcompute;r 48 grades; digital voltage conttrolechno -l og;y acousto-opitc modulaiton driving source 随着激光技术的快速发展和优质声光晶体材 ( ，与器件已得到广泛应用例如利用声光调制器 料的开发，基于布拉格衍射效应的声光调制技术 产生双频激光束，通过表面等离子体相位检测法 * : 201-310-12收稿日期 : ( 201201101-10) ; ( 20131038)基金项目山西省自然科学基金资助项目中北大学第十届研究生科技基金资助项目 : ( 1989 , ) ，，，(作者简介张文静女硕士生主要从事光电信息技术与系统的研究与开发 )( 616 中 北 大 学 学 报自然科学版 2014 5 年第 期 ,1,( ( ，4 LED 测量液体的折射率由于激光具有很好的单色 当灰度选择电路未动作时位 均 次电压 、，，性方向性利用激光作为显示光源可以方便地 显示 0，此时数字电压控制接口电 路 输 出 电 压 为 ( 实现三色合成的激光显示系统该系统利用声光 0( 1 V; 1 ，4 LED当灰度选择按钮第 次动作时位 ( ns ) ，调制器响应速度快级的特点可以用来调制 L-01，显示 此时数字电压控制接口电路输出电压 ,2-4,，( 激光光强使其达到一定的灰度等 级自 从 0( 1 V; 2 ，4 为 当灰度选择按钮第 次 动 作 时位 1964 ，年研制出第一台激光外差干涉仪以来使激 LED 02，L-显示 此时数字电压控制接口电路输出 ，0( 2 V; ，48 光外差干涉测量技术得到了快速发展声光调制 电压为 依次类推当灰度选择按 钮 第 ,5-9,( ，4 LED L-48，技术与器件在其中发挥了比较重要的作用为 次动作时位 显示 此时数字电压控 ，4( 8 V(了配合快速发展的激光大屏幕图文显示技术满 制接口电路输出电压为 ，足激光外差干涉技术的需要开展了数字线性声 1( 2 灰度选择电路设计 ，光调制驱动源研究实现了声光调制器对激光束 ，光强的调制随控制电压的线性变化从而使经过 48 ，灰度选择电路由 组电阻分压电路六片数 CD405，11 4( 7 K 字控制的模拟电子开关电路 个 声光调制器调制的激光束的光强具有一定的灰度等 ,10-11,(声光调制器主要由激光源、声光器件和驱动( 级 的上拉电阻和一个自复按钮组成其中自复按钮 ( ，AT89C51 电源三部分组成驱动源发射的射频功率信号输入到 一端接地另一端和与 连接的上拉电阻 ，( ，CD4051 声光器件该器件将电信号转换成超声信号并作用于 连接在设计中为了使 更好地发挥多路 ，，: 声光介质在声光介质中利用超声波产生的对光束衍 电子开关的性能应注意三方面内容通断切换方 “”，( 射的立体光栅和激光的相干性可以快速有效地控 制式减小导通电阻和消除抖动引起的误差通断 ,5,、(“”“，”激光束的频率方向和强度 切换方式有先断后通与先通后断为避免发 生两 ，“本文着重介绍了数字线性声光调制驱动源数 个通道短接的现象本研究中采用的是先断 后 ”( CD4051 ( ,) 、、通的 导 通 电 阻 随 电 源 电 压 字电压控制器的组成设计原理实验结果以及 ON ( U) ( U) ，(和输入模拟电压的变化而变化例如当 线性电压补偿原理和实现方法 DD U= 5 V，U= 0 V，U= 0 V ，,= 280 Ω， 时 DD SS EE ON1 设计要求及电路设计 , U ; U= 12 V， 且 随 的 变 化 比 较明 显而 当 ON DD U= 0 V，U= 0 V ，,= 100 ，,U时Ω且 随 声光调制驱动源数字电压控制器主要由单片 SS EE ON ON 的变化较缓慢( 可见，适当提高 CD4051的 U有 DD ，LED ，48 机控制系统显示驱动电路及 显示器路 利于减小 ,的影响( 本研究中 U= 12 V，U= ON DD SS ，48 48 数字控制模拟电子开关级灰度选择电路和 0 V，U= 0 V，利用 0 , 5 V 的数字信号控制 0 , EE ， 组电阻分压器 及数字电压控制接口电路等组成 5 V 的模拟信号( 多路模拟电子开关在通道切换时 (1 其原理框图如图 所示 ，，也与机械开关类似存在着抖动过程消除抖动 : ，的常用方法有两种一种是硬件方法另一种是软 ，，件方法从实施方便考虑本研究采用了软件除 ，(抖方法即用软件延时的方法来消除抖动 1( 3 显示驱动电路设计 4 7 LED显示驱动电路由 位共阴的 段数码管 8 LED MAX7219 和 位 串 行 显 示 驱 动 芯 片 组 ( MAX7219 / 成是一种集成化的串行输入 输出共阴 1 图 硬件电路原理结构框图 ，8 LED，极 显示驱动器可驱动 位共阴极 且集 Fig( 1 Frame of hardwiarrceu it cBCD 、、码译码器多路扫描仪段驱动和位驱动电 1( 1 ，8 × 8 S,设计要求 路于 一体内含 位双口静态 AM( MAX7219 与 1 ，如图 所示本研究把线性灰度声光调制器 8 7 LED ，位数字的 段数码管 连接通过串行数据 0 , 5 V( D( C( ) 48 驱动电源的控制电压 分为 级档 DIN，CLK LOAD 线 时钟信号线 和数据锁存信号 AT89C51 (与 单片机连接 )( ( 157 ) 617 声光调制驱动源数字线性电压控制技术研究张文静等总第 期 16 1 (进制代码的对应关系如表 所示 2 程序设计 2( 1 主程序设计 ，MCS-51根据硬件电路及程序设计要求采用 ( 汇编指令完成相应的程序设计程序设计的思路 MAX7219 D ，4 LE是首先对 进行初始化然后对 位 ，7 ， 进行测试检测每个数码管的 段显示是否正常 4 LED 4 8，500 ms 4 0， 即让 个 显示 个 后显示 个 ，最后进入等待灰度等级选择电路动作状态此时 声 48 光调制器的控制电压输入端不选通 级档次电 压 ( 2 (的任何一个系统的主程序流程图如图 所示 MAX7219 ，LED 对 进 行 初 始 化主 要 包 括 对 ，，的模式显示亮度扫描数码管个数的限制和关 ( LED 闭模式等的确定本研究中对 的工作模式选 ，LED 择 不 译 码 模 式 此 模 式 下 所显示的字型与 2 图 系统主程序流程图 Fig( 2 Flow chart of systemin mpraogra m 1 LED 16 表 显示的字型与 进制代码的对应关系 Tab( 1 LED display font and16 hxadeimcal code 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 F H L , 显示字型 7E 30 6D 79 33 5B 5F 70 7F 7B 47 37 OE 01 16 进制代码 (完成 2( 2 MAX7219 操作时序分析 MAX7219 ( 3 3 的工作时序如图 所示由图 可 MAX7219 SPI ，MAX7219 16 是典型的具有 串行接口的显示 知的串行数据是以 位数据包的形式 ,12,( DIN ，2 ( 驱 动 芯 片本 研 究 中 的 微 处 理 器 采 用 从 输入传输的数据包格式如表 所示软 AT89C51，AT89C51 SPI 由于 没有提供同步串行总线 件模拟 时序的工作主要包括加载数据信号的 ，AT89C51 SPI ，(的相关硬件接口单片机 和 接口的 产生串行时钟的产生和数据的输入 MAX7219 SPI 所有操作均由软件模拟 时序的方法 3 MAX7219 图 的操作时序图 Fig( 3 Operiantg sequencei agdram of MAX7219 )( 618 中 北 大 学 学 报自然科学版 2014 5 年第 期 2 MAX7219 表 传输的数据包格式 Tab( 2 Transmission format of the data packAeXt 7219of M D15 D14 D13 D12 D11 D10 D9 D8 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 地址 × × × × MSB 数据 LSB MHz ，149 器及其驱动电源工作频率为 声光调制 2( 3 SPI软件模拟时序的 ，， 器及数字线性声光调制驱动源手动精密旋转台MAX7219 ，从 的工作时序图可见数据在线的 ( ，光功率计等组成实验中通过对精密旋转台旋 CLK MAX7219 状态在时序脉冲 的 上 升 沿 进 入 的 ，转适当的角度使声光调制器工作在布拉格衍射 ，LOAD ，移位寄存器而 在 锁 存 信 号 上 升 沿移 位 ，0 + 1 状态分别对其 级衍射光和 级衍射光的光功 率MAX7219 寄存器的数据才能进入 的内部寄存，5 ( 5 进行了测试测试结果如图 所示图 所示 的黑( ，器如果没有时钟信号的配合数据在线的状态不会进0 色五星符为 级衍射光功率与数控电压的关 系曲MAX7219 ，LOAD 入 的寄存器而 信号在空闲期间是，+1 线黑色星号为 级衍射光功 率与 数 控电 压的，，高 电平不可能出现锁存信号数据在线的状态变化( 5 ，关系曲线由图 可见由于声光器件具有 固有MAX7219 ( ，不 可能影响到 的内部寄存器的值因此，的非线性特性决定了衍射光强与线性控制 电压 显 示的内容不会因数据在线的状态发生变化而导致，92( 68%( 的非线 性关 系其线性相关系数为通过线,11,(示错显 误 MAX7219 AT89C51 与单片机 之间的数据 ，，0性补偿方式可以提高线性相关系数把 4 (包传送的程序流程图如图 所示 , 5 V 0( 1 V 的直流电压变为相邻档次电压差为 48 U( i = 1，2，3，…，48) ，的 级档次电压 即电压线 i 性变化的梯度为 UΔ = 0( 1 V( ( 1) 5 0 + 1 图 级和 级衍射光强度与数字控制电压关系曲线 Fig( 5 Dependence iffofr adciotn ligh tintenisty on digital contrlo voltage 由实验得到与之对应的 48 级光功率的灰度值 P( i =1 ，2，3，…，48) ，( P) 光功率灰度值 与 电 压 i ( U) 的线性回归满足方程 P = 0( 071 6U + 0( 026 6( ( 2) U= 0( 1 V，U= 4( 8 V ，( 2) P当 时由式可得到 1 48 1 = 0( 033 8，P= 0( 370 3，由此可以得到光功率变 48 4 SPI 图 软件模拟 时序的流程图 化的梯度 Fig( 4 Flow chart of shoftwiarmeul astion of SPI sequen ce= 0( 007 2( PΔ ( 3) ' = 0( 033 8P= P( 3 )及 3由 式 可 得 到 实验及结果分析1 1 '''0( 033 8，P = 0( 041 0，P = 0 ( 048 1，…，P =2 3 48 nm 650 实验装置由中心波长为 的半导体激光 ' 0( 336 5，，( 2) U=在此 基础 上由式 可 计算 出 1