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O 引 言
激光衍射光柵是計(jì)算機(jī)光盤(pán)驅(qū)動(dòng)以及消費(fèi)電子等設(shè)備中激光讀寫(xiě)頭的關(guān)鍵部分。目前，專門(mén)用于測(cè)量激光衍射光柵參數(shù)的儀器還比較少見(jiàn)。DVD讀寫(xiě)頭中用到的激光波長(zhǎng)通常是650 nm，該設(shè)計(jì)采用650 nm的激光二極管LD(Laser Diode)作為衍射光柵源，結(jié)合高性能16位SPCE061A單片機(jī)，設(shè)計(jì)了激光衍射光柵測(cè)試儀，主要測(cè)試衍射光柵0級(jí)和1級(jí)光斑亮度和光柵透過(guò)率，以提高衍射光柵質(zhì)量測(cè)試的精度和效率。
1 測(cè)試儀的工作原理
激光衍射光柵測(cè)試儀工作原理框圖如圖1所示。測(cè)試儀的硬件包括四部分：激光二極管的驅(qū)動(dòng)電路、小信號(hào)采樣及放大電路、LED顯示電路和單片機(jī)的最小外圍電路。系統(tǒng)顯示部分選用2塊4位的LED，采用動(dòng)態(tài)掃描方式，各用1塊分別顯示光柵的光斑亮度比和透過(guò)率。
測(cè)試原理：激光二極管驅(qū)動(dòng)電路為激光二極管提供穩(wěn)定的合適的電壓電流，驅(qū)動(dòng)激光二極管正常發(fā)光。光電探測(cè)器將經(jīng)光柵衍射后的光斑分別轉(zhuǎn)換成微弱的電流，該電流經(jīng)電流采樣及放大電路后得到符合A／D采樣范圍的電壓。該電壓經(jīng)A／D轉(zhuǎn)換后得到相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，將該數(shù)字信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，計(jì)算出光斑亮度比以及透過(guò)率的值，最后通過(guò)LED顯示出來(lái)。同時(shí)，設(shè)置了重啟、清零、開(kāi)始／保持、報(bào)警域值范圍設(shè)定等控制按鍵，以配合測(cè)試的進(jìn)行。
2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
2．1 SPCE061A單片機(jī)的最小外圍電路
測(cè)試儀MCU采用高性能16位SPCE061A單片機(jī)，它具有7通道10位電壓模／數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)和32個(gè)可編程的I／O口，可通過(guò)內(nèi)置在線仿真電路ICE(In－Circuit Emulator)接口在線調(diào)試。SPCE061A的開(kāi)發(fā)是通過(guò)在線調(diào)試器PROBE實(shí)現(xiàn)的。它既是一個(gè)編程器(即程序燒寫(xiě)器)，又是一個(gè)實(shí)時(shí)在線調(diào)試器。用它可以替代在單片機(jī)應(yīng)用項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)過(guò)程中常用的軟件工具——硬件在線實(shí)時(shí)仿真器和程序燒寫(xiě)器。10位的單端ADC將GND與VREF之間的線性電壓轉(zhuǎn)換成2n個(gè)不同的數(shù)字量，即1 LSB=VREF／2n，該系統(tǒng)中1 LSB=2．5 V／1 024=2．4 mV。例如：假設(shè)從光探測(cè)器出來(lái)的電流為0．100 mA，經(jīng)10 kΩ電阻采樣后得到1 V電壓，則A／D轉(zhuǎn)換精度為2．4／1×100％=0．24％。再考慮到電流電壓轉(zhuǎn)換誤差、AD采樣誤差等，經(jīng)測(cè)試最后精度可以達(dá)到2％，基本可以滿足測(cè)試精度。
2．2 激光二極管的驅(qū)動(dòng)電路
設(shè)計(jì)選用激光二極管型號(hào)為日本索尼公司的SDL6161RL，工作參數(shù)為：輸出波長(zhǎng)為650 nm，工作電壓選用DC 5 V，閾值電流55 mA，工作電流為65 mA，出瞳功率為7 mw。激光二極管驅(qū)動(dòng)電路如圖2所示。
圖2中穩(wěn)壓管采用TL431，產(chǎn)生2．5 V穩(wěn)壓后，經(jīng)過(guò)電壓跟隨器AR1、電壓調(diào)整器AR2后得到一穩(wěn)定的電壓VREF送到AR3的正輸入端。從AR3出來(lái)的電流信號(hào)經(jīng)達(dá)林頓管的放大作用產(chǎn)生足夠大的驅(qū)動(dòng)電流，以達(dá)到激光二極管的工作電流需要。圖中R2=R3，AR3工作在深度負(fù)反饋狀態(tài)下，由虛短概念可知，AR3的正輸入端和負(fù)輸入端的電壓相等，即：
由于達(dá)林頓管的第一級(jí)工作在飽和狀態(tài)，則
因此只要給出合適的R6，R7，R10和R11便可得到所需的輸出電壓和電流。
