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1、光功率计的设计一、设计题目 光功率计的功能完善 二、设计要求 1、设计一光电转换电路,将所收到的光信号转变为可测量的电信号。 2、测试转换后的电信号,并显示电压值。 3、使光功率计的量程、精度等方面得到完善 三、分析设计 1、工作原理 光功率计主要用于测量光信号的强弱，其内部原理如图1.1所示，光探头就是光敏感面面积较大的半导体光电二极管，加上层的结二极管可以提高探测灵敏度和响应速度。被测光通过光纤接口投射到光探头的光敏面上时，半导体中的价带电子激发到导带，偏置电路中便会出现光电流，通过负载电阻实现I/V变换，此电压信号再经滤波放大后，最后由数字式显示器显示。光电流的大小是随输入射光的强度变化
2、的，也就是说负载上电压信号的大小就反应了光强变化，所以显示器可以直接读出光功率的大小。 图1.1光功率计原理框图 2、模块介绍及功能 光电转换、I/V变换放大 将一定功率的光信号经过光电二极管转化为电流信号，再经过滤波通过一个变阻器转化为电压信号，再经过 运放变为符合数模转化的电压信号。 图1.2 数字光功率计的光电转换电路图 模数转换及显示 ADC0809是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS组件。它是逐次逼近式A/D转换器，可以和单片机直接接口。 图1.3 ADC0809的管脚图 AT89C51单片机是Atmel公司的生产的一种低功耗/低电压、高性能的8位
3、单片机，内部除CPU外，还包括128字节RAM，4个8位并行I/O口，5个中断优先级，2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器，片内集成4K字节可改变程序Flash存储器，具有低功耗，速度快，程序擦写方便等优点，完全满足本系统设计需要。 单片机P0口作为ADC0804转换数据的输入端，P3.0接ADC0809的EOC端检测数据转换是否结束。P0.0P0.3则作为个数码管的位选信号控制。P3口有特殊的功能，P3.1用于控制ADC0804的启动，P2用于控制读取ADC0804的转换结果。 图1.4 89c51单片机连接图 本次设计中使用八通道的IN0，将A,B,C管脚直接接地固定选择IN0，
4、ALE与ST管脚连通，接单片机P3.4脚，EOC接P3.3(13)脚，OE接P3.5，CLK时钟为1MHZ，由单片机ALE二分频得到，二分频电路详见后文讲解。VREF+接VCC，VREF-接GND，引出八根数据脚接P1口，由此完成硬件连接。 图1.5 数模转化电路图 程序模块 程序设计的流程图 数模转换程序及显示c程序如下： #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int char dispbuf4; unsigned int i;unsigned char code dispbitcode10 = 0x3f, 0x
5、06, 0x5b, 0x4f, 0x66, 0x6d,0x7d, 0x07, 0x7f, 0x6f; /*显示数字的数码管的段码 */ unsigned int j; unsigned char getdata; unsigned int temp; unsigned int temp1; unsigned char count; unsigned char d; sbit CLK=P34; sbit ST = P31; sbit EOC = P30; sbit OE =P32; sbit P00=P01; sbit P01=P02; sbit P02=P03; sbit P03=P04; s
6、bit P17=P27; void TimeInitial; void Delay(unsigned int i); /*T0定时器的初始化函数*/ void TimeInitial(void) TMOD=0x10; TH0=(65536-200)/256; TL0=(65536-200)%256; EA=1; ET1=1 ; TR1=1; /*延时1MS函数*/ void Delay(unsigned int i ) unsigned int j; for(;i0;i-) for(j=0;j125;j+) ; /*显示函数*/ void Display P2=P0; while(1) P0=
7、0; P00=1; P01=0; P02=0; P03=0; P2=dispbitcodedispbuf3; Delay(10); P0=0; P17=1; P00=0; P01=1; P02=0; P03=0; P2=dispbitcodedispbuf2; Delay(10); P0=0; P00=0; P01=0; P02=1; P03=0; P2=dispbitcodedispbuf1; Delay(10); P0=0; P00=0; P01=0; P02=0; P03=1; P2=dispbitcodedispbuf0; Delay(10); /*T0中断服务,提供时钟信号*/ vo
8、id t1(void) interrupt 3 using 0 TH1=(65536-200)/256; TL1=(65536-200)%256; CLK=CLK; /*主函数*/ main TimeInitial; /中断初始化 while(1) ST=1; OE=0; ST=0; Delay(10); ST=1; while(EOC=0) ; OE=0; getdata=P0; OE=1; temp=getdata*1/255*500; dispbuf2=temp%1000/100 ; dispbuf1=temp%1000%100/10; dispbuf0=temp%1000%100%10
9、; Display; 3、元件参数 PIN光电二极管-1个 10K电阻-2个 9K电阻-1个 3K电阻-1个 560电阻-1个 22uF电容-1个 30pF电容-2个 运算放大器-1个 ADC0809模数转换器-1个 AT89S51单片机-1个 晶振-1个 级联数码管-1个 直流信号电源一个，导线若干 四、实验调试 由于89c51单片机与adc0809级联电路比较简单，所以硬件电路在连接方面没有太大问题。 软件调试需要用到 uVision 软件， Keil C51 是美国 KeilSoftware 公司出品的 51 系列兼容单片机 C 语言软件开发系统。与汇编相比， C 语言在功能、结构性、可
10、读性、可维护性等方面具有明显的优势，而且易学易用。此外， Keil C51 软件还提供有丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，且全 Windows 界面。 Keil C51 生成的目标代码效率非常高，多数语句生成的汇编代码都很紧凑，很容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。 uVision 在编译过程中，能很好的检测出程序的错误与警告，并能直观提示是哪一行程序出了问题，故可方便地对程序进行检测与验证。 uVision 采用 BL51 作连接器，因为 BL51 兼容 L51 ，所以，一切能在 Dos 下工作的 project 都可以到 uVision 中进行连接调试。 uVisio
11、n 采用 dScope for windows 作调试器，该调试器支持 MON51 及系统模拟两种方式，而且功能较 for DOS 要强大好用，调试功能也很强大。 在系统硬件调试中，可利用 51 系列仿真器 F51-64K 进行硬件仿真， uVision 也对 51 系列仿真器进行了说明与介绍。同时， uVision 还可与 F51-64K 进行联合仿真，它可以根据仿真步骤进行实际操作，并利用参考光功率计进行调试，以便此设计程序在语法没有错误的基础上能够正确测量光纤功率。 五、设计结果 本次设计可以实现直流光功率的测试，在数码管可以显示05V的电压值，可以精确到0.01，如果在设计一个交流光功
12、率计，可以在I/V变换电路前加一个交直流转换电路，从而实现交流光功率计的制作。 六、体会 光功率计是一款多功能新型光功率测试仪表，它具有功耗低、体积小、重量轻、便于携带等优点，可广泛应用于单模/多模LAN、FDDI、WAN、FTTH、CATV等领域的施工、维修、监测，既可用于光功率的直接测量，也可用于光链路损耗的相对测量，还可用于光信号监测等。光功率计用于测量绝对光功率或通过一段光纤的光功率相对损耗。在光纤系统中，测量光功率是最基本的，非常像电子学中的万用表。在光纤测量中，光功率计是重负荷常用表，通过测量发射端机或光网络的绝对功率，一台光功率计就能够评价光端设备的性能。用光功率计与稳定光源组合
13、使用，则能够测量连接损耗、检验连续性，并帮助评估光纤链路传输质量。 回顾历时两个周的课程设计，从理论准备，到实践操作，到最后的撰写报告。此时，我思绪万千，收益颇丰，既有对已有知识和技能的巩固，又有对新知识的理解和掌握，同时也提高了我的动脑和动手能力，使我了解了课程设计的步骤，获得了设计过程中的一些经验。主要有以下几点： 在这次课程设计中，我采用理论和实际相结合的方法，将过去所学的知识应 用到设计当中，很好的解决了课程设计中遇到的各种问题。这对我来说不仅是对所学知识的理解、巩固和加深，而且增强了运用所学知识解决实际问题的能力和对问题的分析能力。 此次课程设计中，我了解了许多以前从未接触过的知识，开阔了视野，增长了见识，为以后的工作打下了坚实的基础。 这次课程设计，端正了我的学习态度，使我更深刻的认识到团结协作和虚心求教的重要性，这是完成一份工作所必需的，也是做好一份工作的前提。 七、附录 参考文献 王 银，数字电路逻辑设计 .高等教育出版社 方强，梁猛 .光纤通信 西安电子科技大学出版社. 陈小风.adc0809数模转换器的测试与研究，福建师范大学学报. 夏路易.单片机技术基础与实践 . 电子工业出版社 康华光，陈大钦. 电子技术基础模拟部分 .高等教育出版社
