基于SPCE061A的激光衍射光柵測試儀設計
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激光衍射光柵是計算機光盤驅(qū)動以及消費電子等設備中激光讀寫頭的關(guān)鍵部分。目前，專門用于測量激光衍射光柵參數(shù)的儀器還比較少見。DVD讀寫頭中用到的激光波長通常是650 nm，該設計采用650 nm的激光二極管LD(Laser Diode)作為衍射光柵源，結(jié)合高性能16位SPCE061A單片機，設計了激光衍射光柵測試儀，主要測試衍射光柵0級和1級光斑亮度和光柵透過率，以提高衍射光柵質(zhì)量測試的精度和效率。
1 測試儀的工作原理
激光衍射光柵測試儀工作原理框圖如圖1所示。測試儀的硬件包括四部分：激光二極管的驅(qū)動電路、小信號采樣及放大電路、LED顯示電路和單片機的最小外圍電路。系統(tǒng)顯示部分選用2塊4位的LED，采用動態(tài)掃描方式，各用1塊分別顯示光柵的光斑亮度比和透過率。
測試原理：激光二極管驅(qū)動電路為激光二極管提供穩(wěn)定的合適的電壓電流，驅(qū)動激光二極管正常發(fā)光。光電探測器將經(jīng)光柵衍射后的光斑分別轉(zhuǎn)換成微弱的電流，該電流經(jīng)電流采樣及放大電路后得到符合A／D采樣范圍的電壓。該電壓經(jīng)A／D轉(zhuǎn)換后得到相應的數(shù)字信號，將該數(shù)字信號進行數(shù)據(jù)處理，計算出光斑亮度比以及透過率的值，最后通過LED顯示出來。同時，設置了重啟、清零、開始／保持、報警域值范圍設定等控制按鍵，以配合測試的進行。
2 系統(tǒng)硬件設計
2．1 SPCE061A單片機的最小外圍電路
測試儀MCU采用高性能16位SPCE061A單片機，它具有7通道10位電壓模／數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)和32個可編程的I／O口，可通過內(nèi)置在線仿真電路ICE(In－Circuit Emulator)接口在線調(diào)試。SPCE061A的開發(fā)是通過在線調(diào)試器PROBE實現(xiàn)的。它既是一個編程器(即程序燒寫器)，又是一個實時在線調(diào)試器。用它可以替代在單片機應用項目的開發(fā)過程中常用的軟件工具――硬件在線實時仿真器和程序燒寫器。10位的單端ADC將GND與VREF之間的線性電壓轉(zhuǎn)換成2n個不同的數(shù)字量，即1 LSB=VREF／2n，該系統(tǒng)中1 LSB=2．5 V／1 024=2．4 mV。例如：假設從光探測器出來的電流為0．100 mA，經(jīng)10 kΩ電阻采樣后得到1 V電壓，則A／D轉(zhuǎn)換精度為2．4／1×100％=0．24％。再考慮到電流電壓轉(zhuǎn)換誤差、AD采樣誤差等，經(jīng)測試最后精度可以達到2％，基本可以滿足測試精度。
2．2 激光二極管的驅(qū)動電路
設計選用激光二極管型號為日本索尼公司的SDL6161RL，工作參數(shù)為：輸出波長為650 nm，工作電壓選用DC 5 V，閾值電流55 mA，工作電流為65 mA，出瞳功率為7 mw。激光二極管驅(qū)動電路如圖2所示。
圖2中穩(wěn)壓管采用TL431，產(chǎn)生2．5 V穩(wěn)壓后，經(jīng)過電壓跟隨器AR1、電壓調(diào)整器AR2后得到一穩(wěn)定的電壓VREF送到AR3的正輸入端。從AR3出來的電流信號經(jīng)達林頓管的放大作用產(chǎn)生足夠大的驅(qū)動電流，以達到激光二極管的工作電流需要。圖中R2=R3，AR3工作在深度負反饋狀態(tài)下，由虛短概念可知，AR3的正輸入端和負輸入端的電壓相等，即：
由于達林頓管的第一級工作在飽和狀態(tài)，則
因此只要給出合適的R6，R7，R10和R11便可得到所需的輸出電壓和電流。
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