基于ATMEGA88的半导体激光器驱动器的设计与实现

论文摘要

随着激光技术的发展,半导体激光器因其体积小、转换效率高、重量轻、便于集成等优点,被广泛应用在通信、医疗、航空、国防等领域。半导体激光器的稳定可靠对整个系统有着很大的影响,然而半导体激光器的输出功率和波长极容易受到供电电流和工作温度的影响。因此设计一种稳定、可靠的半导体激光器驱动器具有重要的实际意义和广阔的应用前景。本文采用脉冲宽度调制（PWM）技术和比例-积分-微分（PID）算法,以ATmega88为主控芯片,设计了一种为半导体激光器提供恒温和恒流工作环境的驱动器。它可以准确的将半导体激光器的工作温度稳定在设定温度上,并且为半导体激光器提供恒定的电流。本文详细做了如下工作：①将整个系统分为两个部分：控制模块和显示模块。控制模块是以ATmega88为核心。显示模块是以STC12C5A60S2为核心。详细介绍了两个部分的设计思想和设计方法,同时给出了具体的电路图。②软件方面：介绍了设计整个系统软件的基本思想。画出了控制模块和显示模块的软件流程图。③控制方面：采用经典的PID算法,并在算法基础上做了进一步的改进来提高系统的控制精确度。为了验证驱动器的可行性,系统设计完成后对驱动器做了测试,实验证明驱动器可以为半导体激光器提高良好的工作环境。本系统经济、实用,为解决中小功率的半导体激光器的恒温、恒流控制提供了一种较好的解决方案。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的意义
• 1.2 半导体激光器控制器发展
• 1.3 本文的研究内容和组织结构
• 第二章 半导体激光器
• 2.1 半导体激光器的P-I特性
• 2.2 温度对半导体激光器的影响
• 2.2.1 半导体激光器的热特性
• 2.2.2 温度对半导体激光器阈值电流的影响
• 2.2.3 温度对半导体激光器输出波长的影响
• 第三章 PID算法
• 3.1 模拟PID调节基本原理
• 3.2 数字PID控制
• 3.2.1 位置式PID控制算法
• 3.2.2 增量式PID控制算法
• 3.2.3 增量式和位置式PID算法选择
• 第四章 微控制器介绍
• 4.1 微处理器选型
• 4.1.1 ATMEGA88概述
• 4.1.2 STC12C5A60S2概述
• 第五章 激光控制器设计
• 5.1 系统的总体设计
• 5.2 系统的硬件设计
• 5.2.1 半导体激光器介绍
• 5.2.2 电源电路设计
• 5.2.3 ATmega88硬件系统设计
• 5.2.4 AD前置电路设计
• 5.2.5 热敏电阻温度采集设计
• 5.2.6 恒流电路设计
• 5.2.7 恒温电路设计
• 5.2.8 JJ12832显示电路设计
• 5.3 系统的软件设计
• 5.3.1 信号采集程序
• 5.3.2 PID算法在ATmega88中的实现
• 5.3.3 热敏电阻温度计算
• 5.3.4 恒温程序设计
• 5.3.5 恒流程序设计
• 5.3.6 主控板控程序的时序安排
• 5.3.7 显示程序设计
• 5.3.8 控制面板与显示模块通信的数据包
• 第六章 实验与结论
• 第七章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的学术论文