基于AD7715的可擴(kuò)展型高精度數(shù)字光功率計(jì)
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A／D轉(zhuǎn)換器是決定數(shù)字光功率計(jì)精度的主要因素，根據(jù)設(shè)計(jì)精度(±2％)和測量范圍(1nW～lOmW)的需要，選用16位串行高精度低功耗的A／D轉(zhuǎn)換器AD7715。該芯片是一款高檔多功能16位AD轉(zhuǎn)換器：極佳的靜態(tài)性能、16位無誤碼、±0．0015％精度和低rms噪聲(550nV)。它只需要很少的外部元件就能構(gòu)成完整的信號采集電路，且理論上完成一次信號轉(zhuǎn)換的時間小于2ms。在實(shí)際電路應(yīng)用中，16位數(shù)字量輸出采取8位操作模式，即16位轉(zhuǎn)換數(shù)字量分兩次讀取，先讀取數(shù)據(jù)高8位，再讀取低8位。轉(zhuǎn)換開始后，當(dāng)DRDY端由低電位變?yōu)楦唠娢粫r即完成一次轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)通過DOUT端傳入單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與控制，單片機(jī)讀取數(shù)據(jù)結(jié)束后DRDY端恢復(fù)高電平等待下次轉(zhuǎn)換。A／D轉(zhuǎn)換電路圖如圖4。本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/173744.htm
2．3 主控及顯示電路
主控顯示電路如圖5所示。系統(tǒng)采用STC89C516RD+單片機(jī)為主控制器，顯示單元以LCDl602A液晶顯示屏與單片機(jī)采用8位并行傳輸連接。LCDl602A的D0~~D7為8位雙向數(shù)據(jù)線，BLA背景燈電源供應(yīng)端，VL液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，電路通過一個電位器調(diào)整對比度。同時考慮到在工程實(shí)際應(yīng)用的時候，為方便工程人員使用，加上了背景燈控制開關(guān)。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)軟件采用了C語言進(jìn)行編程，主要有AD轉(zhuǎn)換設(shè)置、量程自動選擇設(shè)置、按鍵選擇、數(shù)據(jù)處理及顯示設(shè)置五部分組成，其程序流程圖如圖6所示。
4 硬件與軟件減小誤差方法
電路中的噪聲是影響光功率計(jì)誤差的主要因素。為了減小誤差，系統(tǒng)把InGaAs光電二極管工作在光伏模式，降低暗電流的影響；采用性能更好的濾波器和高精度電阻減小系統(tǒng)噪聲；采用電路板屏蔽層的減小電路噪聲；利用精度高的光檢測設(shè)備和萬用表提高測試精度和修正誤差。
由于光電二極管的光電響應(yīng)曲線實(shí)際并不是嚴(yán)格的線性關(guān)系，這樣在程序的編寫上如果把光電二極管的響應(yīng)度設(shè)置成一個常量，就會產(chǎn)生誤差。在本設(shè)計(jì)的軟件編程中，采用了“函數(shù)補(bǔ)償法”，用來提高光功率計(jì)的測試精度。“函數(shù)補(bǔ)償法”就是利用高精度的光功率計(jì)和萬用表，首先測試將要使用的光電二極管的光電響應(yīng)曲線，然后根據(jù)實(shí)際測試的情況把響應(yīng)度劃分為數(shù)段，用一個線性常量來描述總體響應(yīng)趨勢。通過數(shù)學(xué)計(jì)算，用一個非線性函數(shù)補(bǔ)償光電二極管的非線性響應(yīng)，使光檢測數(shù)據(jù)更加逼近實(shí)際的光電二極管的光電響應(yīng)曲線。
5 結(jié)束語
通過實(shí)際教學(xué)和工程使用表明：該光功率計(jì)具有擴(kuò)展性好、精度高、穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)，非常適合學(xué)生對光測試設(shè)備電路的掌握，滿足高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)對綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的要求；同時本光功率計(jì)的設(shè)計(jì)方法和思路同樣適用于便攜式設(shè)備的設(shè)計(jì)原則，具有很高的理論參考意義和實(shí)際使用價值。
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