基于AD7888的高穩(wěn)定度激光器多路監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)功能簡介

　　在高穩(wěn)定度激光器的研制中,實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)激光器的工作狀態(tài)是需要重點(diǎn)關(guān)注的問題。本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了高穩(wěn)定度激光器溫度控制系統(tǒng)、激光管工作電流、工作電壓、激光器光功率的實(shí)時(shí)精確監(jiān)測(cè)，以及激光器工作狀態(tài)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)串行上傳的功能。其中電流設(shè)定值和實(shí)際工作電流的觀測(cè)可以更好地確定激光器的工作狀態(tài)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

　　本系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)是利用AD模數(shù)轉(zhuǎn)化器實(shí)現(xiàn)的。對(duì)于AD芯片的選擇，需要綜合設(shè)計(jì)諸項(xiàng)因素，系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)、成本、功耗、安裝等，最主要的依據(jù)還是速度、精度以及需要的通路。由于系統(tǒng)采樣的數(shù)據(jù)是緩慢變化的信號(hào)，所以速度的要求不高，主要是精度的要求和多通路的要求，所以選擇了美國模擬器件AD公司推出的一款8路單端模擬輸入的12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD7888，VREF(+)為+5V時(shí)，其精度能達(dá)到1/212×5V=0.00122V，完全滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)的需要。LCD使用OCM4×16，4行16字符的液晶顯示模塊，使用兩個(gè)按鍵控制不同監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)之間的切換。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器使用的是AT28C256，容量為256MB，在EEPROM中將存儲(chǔ)器分為8個(gè)區(qū)域，按照實(shí)時(shí)時(shí)鐘的節(jié)拍存儲(chǔ)上傳給PC的采樣數(shù)據(jù)。在PC端可以遠(yuǎn)程直接監(jiān)控激光器的工作狀態(tài)。與PC間的數(shù)據(jù)通信采用的是串行方式，從MCU的TX和RX端CMOS電平到PC的標(biāo)準(zhǔn)RS232電平的轉(zhuǎn)換器件選用Maxim公司的MAX232。由于MCU的外圍器件比較多，以及考慮了以后的擴(kuò)展，這里使用了CPLD芯片進(jìn)行了器件片選的地址譯碼和液晶屏的控制信號(hào)的生成。

　　AD7888的特點(diǎn)

　　AD7888是美國模擬器件AD公司推出的一款高速低功耗12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，可以在+2.7～+5.25V單電源模式下工作，見圖2。其最大轉(zhuǎn)換速率可達(dá)到125k SPS。AD7888的輸入采樣/保持電路在500ns內(nèi)獲取一個(gè)信號(hào)，采用單端采樣模式，包含8個(gè)單端模擬輸入，從AIN1到AIN8，模擬輸入電壓從0～VREF。AD7888內(nèi)部具有用做A/D轉(zhuǎn)換的換的2.5V基準(zhǔn)電壓源，REFIN/REFOUT管腳允許用戶訪問這個(gè)基準(zhǔn)。另外，該管腳也可以使用外部基準(zhǔn)電壓，范圍從1.2V到VDD。CMOS的制造工藝確保了低功率消耗，正常工作時(shí)為2mW，掉電狀態(tài)下為3μW。該器件采用16腳SOIC和TSSOP外形封裝?？梢赃x擇多種電源管理模式（包括數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后自動(dòng)處于掉電模式），與多種串行接口兼容，如SPI/QSPI/MICOWIRE/DSP。AD7888引腳功能及符號(hào)說明見圖3、表1、表2。

圖2 AD7888模數(shù)轉(zhuǎn)換器

圖3 控制器位功能描述

       表1 AD7888模數(shù)轉(zhuǎn)換器管腳

        表2 引腳符號(hào)及說明

　　在AD7888中，控制寄存器是8位的只寫寄存器。數(shù)據(jù)在時(shí)鐘周期信號(hào)的上升沿從AD7888的DIN引腳載入，在此同時(shí)獲取外部模擬量轉(zhuǎn)換的結(jié)果。每次數(shù)據(jù)的傳輸需要準(zhǔn)備16個(gè)連續(xù)時(shí)鐘信號(hào)。數(shù)據(jù)只能在片選信號(hào)下降沿之后的前8個(gè)時(shí)鐘脈沖的上升沿裝入控制寄存器。

　　串行接口：

　　在圖4中顯示了詳細(xì)的串行接口時(shí)序圖，串行時(shí)鐘提供了轉(zhuǎn)換時(shí)序，且控制AD7888轉(zhuǎn)換信息的輸入輸出。

　　CS初始化數(shù)據(jù)傳送和轉(zhuǎn)換處理。在其下降沿之后的1.5個(gè)時(shí)鐘周期開始采樣輸入信號(hào)，這段時(shí)間表示為tACQ（獲取時(shí)間）。這是從DIN輸出到控制寄存器的MSB位為DONTC一個(gè)原因。在自動(dòng)關(guān)斷模式下獲取時(shí)間必須要慮及5μs的喚醒時(shí)間。整個(gè)轉(zhuǎn)換過程還需要14.5個(gè)時(shí)鐘周期來完成。上升沿之后，總線返回高阻狀態(tài)。如果繼續(xù)保持低電平，則準(zhǔn)備新一輪的轉(zhuǎn)換。

　　進(jìn)行采樣的輸入通道的選擇是提前寫入控制寄存器的，因此在轉(zhuǎn)換時(shí)，用戶必須提前寫入以備通道的轉(zhuǎn)換。也就是說，在進(jìn)行當(dāng)前轉(zhuǎn)換時(shí)，用戶就必須提前寫入通道的地址以備下次轉(zhuǎn)換使用。設(shè)計(jì)中初始化時(shí)，先做一次寫控制寄存器的操作，將需要轉(zhuǎn)換的通道信息寫入控制寄存器中。

　　寫信息到控制寄存器應(yīng)該在數(shù)據(jù)傳送的前8個(gè)SCLK上升沿進(jìn)行。控制寄存器經(jīng)常在數(shù)據(jù)傳送發(fā)生時(shí)進(jìn)行寫操作。從器件中讀數(shù)據(jù)時(shí)用戶必須經(jīng)常仔細(xì)地在PIN線上設(shè)置正確的信息。