毕业论文半导体激光器温控系统的硬件设计 - 图文(2)

目 录

1 绪论 ................................................. 1

1.1半导体激光器温控系统的研究背景 .............................. 1 1.2半导体激光器温控系统研究的现状 .............................. 1 1.3研究半导体激光器恒温系统的目的及意义 ........................ 2 1.4本文主要研究工作内容 ........................................ 3

2 总体设计方案 ......................................... 4

2.1课题研究方案 ................................................. 4

2.1.1方案一 ................................................. 4 2.1.2方案二 ................................................. 5 2.1.3方案三 ................................................. 5 2.2单片机的发展概况 ............................................ 6 2.3 AT89C51系列单片机介绍 ...................................... 7

2.3.1 AT89C51系列基本组成及特性 ............................. 7 2.3.2 AT89C51系列引脚功能 ................................... 8 2.4数字温度计DS18S20 .......................................... 10 2.5数码显示管LED .............................................. 11

3 硬件电路设计 ........................................ 13

3.1温度采集部分 ............................................... 13

3.1.1 ds18b20的测温原理 .................................... 13 3.2温度处理部分 ............................................... 14 3.3温度显示电路 ............................................... 14 3.4报警电路 ................................................... 15 3.5系统整体电路图 ............................................. 16

4 系统软件设计 ........................................ 17

III

4.1主程序设计 ................................................. 17 4.2 DS18B20初始化 ............................................. 17 4.3 DS18B20与单片机AT89C51的接口电路 ......................... 19 4.4数码管与AT89C51的连接电路 ................................. 19 4.5仿真结果 ................................................... 19

5 系统调试及结论分析................................... 22

5.1硬件调试 ................................................... 22

5.1.1硬件电路常见故障及解决方案 ............................ 22 5.1.2硬件调试 .............................................. 22 5.2软件调试 ................................................... 23

5.2.1软件电路故障及解决方法 ................................ 23 5.2.2软件调试 .............................................. 23 5.3结论分析 ................................................... 24

6 总结 ................................................ 25 参考文献 ............................................... 26 致 谢 ................................................. 27 毕业设计（论文）知识产权声明 ............................ 28 毕业设计（论文）独创性声明 .............................. 29 附录A 主要程序 ........................................ 30 附录B 焊接电路板实物 ................................... 33

IV

1 绪 论

1 绪论

1.1半导体激光器温控系统的研究背景

半导体激光（Semiconductor laser）在1962年被成功激发，在1970年实现室温下连续输出。面向21世纪信息传输宽带化、信息处理高速化、信息存储大容量化,以及武器装备高精度、小型化, 半导体激光器（LD）借助于一系列先进技术高速发展。半导体激光二极管具有体积小、转换效率高、易调制和具有很强的集成能力等优点，目前，半导体激光器(LD)广泛应用于科研、国防、工业、通讯等领域。但是，在半导体激光器中微小的电流和温度变化将导致半导体激光器输出功率的波动。因而，半导体激光器的稳恒控制的意义非常重要。稳恒控制主要包括恒电流控制、恒温控制以及恒功率控制。恒温控制是稳恒控制中很重要的一个环节。工作温度对于激光二极管十分重要，参数包括波长、阈值电流、输出功率和寿命等，都与温度相关。因此必须给激光二极管提供恒定而且能够精密调整的工作温度。在激光二极管泵浦固体激光器中，为实现对激光晶体的谱线耦合，必须调整激光二极管的输出波长使其与激光晶体的吸收峰值相匹配。激光二极管的输出波长主要由其掺杂浓度、工作电流和工作温度决定。由于有源层材料的禁带宽度随着温度升高而变窄，使波长向长波方向移动，移动量与器件的结构和有源区材料有关，约为 0.2～0.3nm/℃；在电流恒定的情况下，温度每升高 1℃，激光波长将增加大约 0.2～0.3nm。因此需要将温度控制在激光器适合的温度下，且使温度起伏小于 0.1℃，这样才能使激光器输出稳定的波长。为了保证半导体激光器有良好的工作性能，因此，半导体激光器温控系统的设计成为研究的必须问题被提出来。

1.2半导体激光器温控系统研究的现状

上世纪90年代，Internet开始普及，光纤通信领域开始突发发展，在国外，许多IT公司，如阿尔卡特电子Liner等，都研制新型的光调整器、激光光源、光电探测器。在国内，华为、中兴等通讯制造商也着力于研究光纤通信器件。随着网络的迅猛发展，市场对通信器件的需求将越来越大。半导体激光器作为电子系统的核心器件，具有很大的发展、研究及市场潜力。对于半导体激

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西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文）

光器的温控系统，国内外许多科研机构都在进行研究开发。当前在制造激光器温度控制产品的国外公司中，处于领先水平的主要有:IXLight，WAV ELEIVGTH，McShane，THORLABS和 LinearTechnology等一些公司。Light公司生产的恒温控制器主要型一号有LD5525系列、LD3700系列;WAVELENGTH公司的恒i温控制器产品的主要型号有MPT系列、PID系列、HTC系列和 FPT系列;McShane公司的恒温控制器的主要型号有5C7系列;THflRLABS公司的恒温控制器产品主要型号有TEC200系列;Liner以及Analflg Devices等公司都推出了专用的热电制冷控制器芯片，例如 Liner公司的LTC 1923，Analog Deices公司的ADN8830, TI公司的DRVS 93等。[1]

国内专门生产用于保持激光器恒温的控制器比较少，产品基本为时间比例一调节、固定参数PID调-整等。中国科学院安徽光学精密机械研究所利用数字式温度传感器DSP8B20制造了大功率半导体激光器恒温致冷系统，控温精度达到±0.1℃ ;中国工程程物理研究院流体物理研究所江孝国等人采用PID控制技术，研制的半导体激光器用温度控系统，在18℃至25℃温度范围内，温控的稳定度高于±0.1℃；天津人学精密仪器与光电工程学院周瑜等人采用热敏阻作为测温元件，用半导体致冷器作为温控执行元件，利用高共模抑制比、高输入阻抗的运算放大器和模拟PID，研制出了一种半导体激光器用高精度温度拄制仪，该控制精 …… 此处隐藏：3903字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……