基于ATmega16的數(shù)字光功率計(jì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案

前端采集的數(shù)據(jù)通過(guò)16位精度的A/D轉(zhuǎn)換器AD7705將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。粗測(cè)數(shù)據(jù)的信號(hào)反饋，可使單片機(jī)的PB4和PB3管腳控制CD4051選擇4個(gè)不同的通道，對(duì)應(yīng)不同方法的倍數(shù)，以重新選擇合適的量程，輸出合適的電壓信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。

3 數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集采用16 b A/D轉(zhuǎn)換器件AD7705完成(見(jiàn)圖3)。AD7705是AD公司推出的低功耗16位模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，適用于測(cè)量低頻模擬信號(hào)。它的特點(diǎn)是功耗低，精度高，動(dòng)態(tài)范圍廣，可自校準(zhǔn)，非常適用于工業(yè)控制、科研應(yīng)用。由于使用SPI接口，占用的引腳少，因此控制起來(lái)也很方便。AD7705采集到的電壓信號(hào)通過(guò)SPI接口和ATmega16進(jìn)行通訊以傳輸數(shù)據(jù)。ATmega16作為主機(jī)對(duì)AD7705進(jìn)行控制，使用的I/O口資源分別為MOSI，MOSI，SCK，SS和AD7705通信。模擬電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，經(jīng)ATm-ega16處理后換算成光功率數(shù)據(jù)，在1602液晶屏幕上顯示出來(lái)。

4 軟件結(jié)構(gòu)

ATmega16對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行控制。通過(guò)PB4，PB3狀態(tài)控制CD4051的通道選擇;通過(guò)SPI口操作AD7705并獲得數(shù)據(jù);通過(guò)寫命令和寫數(shù)據(jù)控制1602液晶的顯示。整個(gè)系統(tǒng)的軟件流程如圖4所示。

該系統(tǒng)的量程設(shè)置有4檔，相鄰的最大電壓值是2倍關(guān)系。首先設(shè)置最大量程檔，也就是先選擇第一大檔進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣，如果當(dāng)采樣值小于128時(shí)，就選擇第四檔進(jìn)一步進(jìn)行放大、轉(zhuǎn)換;當(dāng)采樣值大于128而小于256，就選擇第三檔進(jìn)行放大、轉(zhuǎn)換;當(dāng)采樣值大于256而小于512時(shí)，就選擇第二檔進(jìn)行放大、轉(zhuǎn)換;當(dāng)采樣值大于512而小于與1 024時(shí)，就選擇第一檔進(jìn)行放大，轉(zhuǎn)換。

5 數(shù)據(jù)分析

通過(guò)實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)光功率計(jì)對(duì)該光功率計(jì)進(jìn)行了校準(zhǔn)，為了減小誤差，修正系統(tǒng)的線性度，在數(shù)據(jù)處理上采用了分段函數(shù)法。主要分為3段，在不同的階段采用不同的修正系數(shù)。表1是系統(tǒng)數(shù)據(jù)對(duì)照表。表中的標(biāo)指標(biāo)準(zhǔn)光功率計(jì)，測(cè)指測(cè)試光功率計(jì)，單位為mW。由數(shù)據(jù)可看出，誤差較小，可滿足實(shí)驗(yàn)室的一般實(shí)驗(yàn)需求。

6 結(jié)語(yǔ)

提出了一種基于ATmega16的數(shù)字光功率計(jì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案，采用的模/數(shù)轉(zhuǎn)換元件是AD公司的AD7705模數(shù)轉(zhuǎn)換器。文中詳細(xì)介紹了自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的功能及具體實(shí)現(xiàn)。該光功率計(jì)已經(jīng)用于本專業(yè)的光電實(shí)驗(yàn)教學(xué)，作為輔助測(cè)量?jī)x器，效果良好。