一種新穎的MEMS光開關(guān)測(cè)量平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.2 信號(hào)放大部分

單片機(jī)輸出的方波信號(hào)高電平時(shí)只有5V左右，而輸出要達(dá)到40～70V，普通的三極管放大電路不能承受這么大的電壓。因此在設(shè)計(jì)中采用MOS管，而且MOS管有很好的開關(guān)性能，會(huì)使輸出波形很好。電路如圖5。

由LM317搭建的穩(wěn)壓電源（見圖6）提供40～ 70V的直流電壓Vcout。這個(gè)直流電壓輸出值可由圖中的滑動(dòng)變阻器WR調(diào)整。Vcout通過上拉電阻加在 MOS管的漏級(jí)上，這樣當(dāng)MOS管工作在開關(guān)狀態(tài)時(shí)，從漏級(jí)的輸出的電壓就在0V和 Vcout之間變化，就由此產(chǎn)生幅值為V cout的方波信號(hào)?？梢?，只要單片機(jī)輸出的方波信號(hào)可控制MOS管的開關(guān)狀態(tài)，即可使輸出高幅值的方波信號(hào)與單片機(jī)由軟件設(shè)計(jì)輸出的方波同頻率同占空比。但是單片機(jī)輸出的信號(hào)大約在5V左右，若與后面加有高達(dá)40～70V電壓的MOS管直接相連，這樣當(dāng)MOS管后級(jí)短路輸出的高壓很容易被引入單片機(jī)內(nèi)，將單片機(jī)燒壞。因此必須采用措施避免這種危險(xiǎn)的發(fā)生。在此設(shè)計(jì)中采用光耦使得后面輸出的高電壓與單片機(jī)工作時(shí)的5V低壓安全隔離開。

3.3 終信號(hào)幅值的測(cè)量

最后輸出的信號(hào)為方波信號(hào)，要想直接測(cè)量輸出的峰峰值很困難。但分析完電路不難發(fā)現(xiàn)當(dāng)MOS管截止時(shí)，MOS管的輸出 Vout與穩(wěn)壓源提供的Vcout 幾乎相等。由此可知可以通過測(cè)量穩(wěn)壓源輸出的V cout直流電壓，即可得MOS管輸出方波信號(hào)的峰峰值。

在測(cè)量電壓值不是很精確的情況下，可直接把穩(wěn)壓源提供的Vcout經(jīng)電阻按比例分壓，分出的電壓通過A/D轉(zhuǎn)換器和單片機(jī)處理，所得的結(jié)果乘以比例系數(shù)，即可得 Vcout的實(shí)際電壓值。將這個(gè)值直接送顯示部分，則很直觀的顯示出方波峰峰值。在我們實(shí)際設(shè)計(jì)的儀器中，顯示的Vout測(cè)量值與空載時(shí)的輸出值誤差不超過±0.5V。證明在測(cè)量電壓值要求不是很精確的情況下，這種方案是方便可行的。

3.4 主控平臺(tái)和顯示部分

從總體來看，產(chǎn)生信號(hào)的部分和最終信號(hào)幅值測(cè)量顯示部分是各自獨(dú)立分開的，由兩個(gè)AT89C2051分別完成形成一個(gè)簡(jiǎn)單的分布式結(jié)構(gòu)。這樣的結(jié)構(gòu)提高了整個(gè)軟件部分的穩(wěn)定性。

主控平臺(tái)由第一個(gè)AT89C2051來完成，直接控制方波信號(hào)的產(chǎn)生，而且還包括方波信號(hào)的頻率、占空比的設(shè)置和顯示，提供友好的人機(jī)接口。

對(duì)于輸出的信號(hào)，應(yīng)該給用戶盡量直觀的結(jié)果， 在主控平臺(tái)提供頻率和占空比顯示的同時(shí)，還應(yīng)使用戶直觀準(zhǔn)確地知道輸出信號(hào)幅值，這樣在用戶沒有第三方的測(cè)量?jī)x器的情況下，對(duì)儀器操作非常方便和精確。這部分的工作就由第二個(gè) AT89C2051和A/D轉(zhuǎn)換器AD0804配合完成。

單片機(jī)核心部分源程序如下：
… …
//generate pulse signal
//period= the period of pulse signal
//positive=the length of positive voltage
timer0() interrupt 1 using 1 {
unsigned int temp;
out=1; //output VOH
temp=65535-period;
TL0=temp; //set value for timer0
TH0=temp>>8;
temp=65535-positive;
TL1=temp; //set value for timer1
TH1=temp>>8;
TR1=1;
TR0=1; //start timer1, 0
}
timer1() interrupt 3 using 2 {
out=0; //timer1記滿,output VOL
TR1=0; //stop timer1
}
…
4 結(jié)語

測(cè)量懸臂和扭臂驅(qū)動(dòng)的光開關(guān)的驅(qū)動(dòng)電壓是在制作微機(jī)械光開關(guān)過程中比較繁瑣的程序，本測(cè)量平臺(tái)采用單片機(jī)控制脈沖頻率的方法來選擇器件。與傳統(tǒng)方法相比，具有精度高、可靠性強(qiáng)、成本低、易操作等優(yōu)點(diǎn)。本測(cè)量平臺(tái)經(jīng)過吉林大學(xué)集成 光電子學(xué)國(guó)家重點(diǎn)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室近半年的使用，系統(tǒng)穩(wěn)定，效果良好，是一種省時(shí)高效的測(cè)量方法。