激光衍射光栅测试仪的设计与实现

论文摘要

DVD、VCD以及CD播放机等设备的应用异常广泛,而激光读写头是这些设备的核心部件,衍射光栅又是激光读写头的重要组成部分。应用于激光读写头的光栅,影响其质量的参数有两个——±1级和0级亮光斑的光强比以及光栅透过率。对这两个参数的测试是检验光栅是否合格的重要手段。本文设计了一种基于ATmega16L单片机的激光衍射光栅测试仪,用来测量光栅的±1级和0级亮光斑的光强比以及光栅透过率。设计思想是将光信号转换为电信号后经过单片机处理得出参数的值,并通过LED数码管实时显示。论文重点阐述了系统各硬件模块和各软件模块的设计。硬件设计主要包括激光二极管恒流驱动电路、光电转换以及微小电流采样放大电路。激光二极管恒流驱动电路由提供参考电压的稳压电路、电压变换电路和电压负反馈电路组成,实现了稳定的恒流驱动。电流采样和放大电路中设计了继电器,测试中实现了两个电压档的切换,提高了测试精度。单片机软件的编程采用C语言,编译软件为ICC AVR,实时仿真软件为AVR Studio。软件设计主要包括AD转换、软件校零、报警、LED动态扫描程序和按键程序的设计等等。软件校零是通过在测试过程中,将激光和外界光组成的混合光转换来的电压值减去由外界光转换来的电压值,达到剔除外界光的目的;系统的测试流程都是通过LED显示特殊字符和数字来提示操作者对4个外部按键进行操作来完成的。测试参数的系统相对误差小于2%,均方差小于2.2×10-3。具有自动报警功能,测试过程中光栅不合格,系统自动通过LED显示特殊字符来报警。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 光栅定义以及光栅衍射原理
• 1.2 衍射光栅的主要应用领域及研究现状
• 1.3 激光衍射光栅测试仪的设计思路及主要研究内容
• 2 光栅测试仪的硬件电路设计
• 2.1 硬件设计的整体框图
• 2.2 电源模块电路
• 2.3 ATmega16L 单片机及其外围电路
• 2.4 650nm 激光二极管的恒流驱动电路
• 2.5 光电转换以及微小电流采样放大电路
• 2.6 外部按键及踏板开关电路
• 2.7 LED 显示电路
• 3 ATmega16L 单片机的程序设计
• 3.1 系统的软件结构框架及开发平台和工具
• 3.2 系统的测试流程和光栅参数的计算方法
• 3.3 单片机内部ADC 转换程序设计
• 3.4 ADC 转换结果的数字滤波
• 3.5 校零处理后的参数计算
• 3.6 LED 动态扫描显示程序设计
• 3.7 按键和踏板开关程序
• 3.8 EEPROM 程序设计以及ATmega16L 存储器介绍
• 3.9 程序的烧写与熔丝位的编程
• 4 误差分析及应用结果分析
• 4.1 系统的误差分析
• 4.2 光栅测试仪的实物图
• 4.3 测试结果
• 5 全文总结
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 作者在攻读硕士学位期间发表的论文