近年来,随着光电技术的迅猛发展,激光器已广泛应用于医疗、国防、测量等各个领域。而环境温度变化会直接影响激光器的波长。把关键元件(如高性能晶振、SAW 滤波器、光放大器、激光二极管) 的本机温度限制在窄范围内,可以提高电子系统的精度。一般需要将温度控制在0. 1 ℃内,激光器的工作精度才能很好地保持在0. 1nm 内 。文中的设计方案能为大功率半导体激光器提供有效支持,最大电流可达2. 5A。

1 　半导体激光控制器的设计

激光控制器由受控恒流源,温度监视及控制电路,主控制器及显示器构成。整体结构原理见图1。

1. 1 　受控恒流源：

为了使激光器输出稳定的激光,对流过激光器的电流要求非常严格,供电电路必须是低噪声的稳定的恒流源。恒流源可以从0A～2. 5A 之间连续可调,以适应不同规格的半导体激光器。该恒流源是以大功率的MOS 管为核心,激光器作为负载与之串联,通过控制MOS 管的栅极,来实现对的控制。但MOS 管是非线性器件,难以直接控制,因此必须将其转化为线性控制。

如图2 所示,在MOS 管串联一个0. 1Ω 的电阻,用于采样反馈,MOS 管的电流变化范围是0A～2.

5A ,输入控制信号的范围是0V～5V ,将采样电阻的电压放大20 倍正好与输入电压匹配。这样控制电压0V～5V 与电流0A～2. 5A 之间建立起线性的对应关系。但由于整个反馈是开环系统,十分容易产生自激,因此在采样电阻连一个1μF 的,破坏自激产生条件、消除自激,并且应采用稳定的以减小电压波动。

1. 2 　温度检测及控制电路

由于温度对激光的品质有很大影响,在电流恒定的情况下,温度每升高1 ℃,激光波长将增加大约0. 1nm ,而且温度过高将导致激光器老化甚至损坏。

并且激光器是一个电灵敏度高、成本昂贵的器件,因此控制器必须提供监控、限制和过载保护的能力 。

包括:自启动和过流保护、热电制冷器(thermoeleiooler ,TEC) 电压、电流和温度的感测。异常工作电路停机以避免激光器元件损坏。值得注意的是:环境温度的变化对激光器的影响,要求控制器具备制冷和制热的能力。通常为使元件温度保持稳定是将把元件封闭在固定温度的恒温槽内。为了提供某种调整容限,其所选温度应高于所有条件下的环境温度。这种方法曾被广泛采用,特别是用在超稳时钟的设计中(如恒温槽控制的晶振) 。但高温应用此方法有如下缺点 : 性能(如噪声因数,速度和寿命)有所降低;环境温度处于中间范围时调整器消耗加热的功率,在环境温度处于低端时需要两倍大的功率;达到稳定温度所需的时间可能相当长。

目前采用半导体TEC 来实现,因为它可选择调整温度值处在工作温度范围的中间。TEC 可做为热泵或做为热源,这取决于电流方向。某些系统(如冰箱和大功率处理器冷却) 只用TEC 的冷却特性。另一些应用(如晶振和SAW ) 利用热流的两个模式。并且该控制器是真正双向的,使温度从冷端到热端之间没有死区。TEC 的驱动电路通常采用“H”桥式,由两个互补的达林顿管或MOS 管构成。

对H 桥的驱动宜采用开关式驱动方式,开关式驱动方式功耗小、效率高。对于开关式驱动方式可以使用LTC1923 等专用芯片驱动。其原理如图3 所示。

DRV592是TI(TexasInstruments)公司出品的高效、大功率H桥电源驱动集成块，输出电压范围从2.8V到5.5V,最大输出电流为3A。DRV592需要外部触发(兼容TTL逻辑),内置过流、欠压和过热(130℃)保护和电平指示。业界最小封装(9mm×9mm32脚PowerPADTM扁平封装模式),具有-40℃到85℃工业用温度范围标准。值得一提的是该芯片集成了4个大功率和过载保护电路，与采用分立元件设计(见图3)相比，简化80%的设计。并且只需添加几个外部元件就能容易地构成精确的温度控制环路用以稳定激光系统。基于DRV592的半导体TEC的电源驱动电路见图4。和图3相比，可以看到基于DRV592的TEC电源驱动电路设计大大简化，并且DRV592还有内置过流、欠压和过热(130°C)保护电平指示。引脚功能见表1。

由于大电流开关电路会产生很大的噪声干扰,为减少干扰,可适当增大开关管的转换时间来降低高频开关噪声。虽然这会使开关效率降低一些,不过用这个代价换来噪声的大幅度改善还是值得的。

另外由于TEC具有热惯性,改变状态会有一定的延迟,会给系统引起振荡。为了消除振荡,可在放大器两端并联积分电路,增加延时,消除振荡产生。要注意的是稳定的温度是由热敏电阻的反馈来决定的,因此要将TEC与热敏电阻封装在一个模块中,使它们紧密耦合。

温度探测器的精度直接影响温度控制的效果。

温度探测电路部分与恒流源类似,采用(负)的热敏电阻作为温度探测器。其中用陶瓷粉工艺制作的NTC元件对温度的微小变化有最大的电阻变化。特别是某些陶瓷NTC在其寿命内(经适当老化)具有0.05℃稳定度。并且与其它温度传感相比,陶瓷NTC的尺寸特别小。然后将热敏电阻串联入一恒流源,对热敏电阻两端电压采样,将温度变换为电信号。原理如图5所示。

温度探测电路中采用的是TI公司出品的单电源，低功耗双运算放大器TLC2252。TLC225x系列具有高、微功耗、低噪音等优点，适用于手持移动设备。在1k的噪音仅为19nV,是同类产品的1/4。

51单片机

51单片机是对所有兼容Intel 8031指令系统的单片机的统称。该系列单片机的始祖是Intel的8004单片机，后来随着Flash rom技术的发展，8004单片机取得了长足的进展，成为应用最广泛的8位单片机之一，其代表型号是ATMEL公司的AT89系列，它广泛应用于工业测控系统之中。很多公司都有51系列的兼容机型推出，今后很长的一段时间内将占有大量市场。51单片机是基础入门的一个单片机，还是应用最广泛的一种。需要注意的是51系列的单片机一般不具备自编程能力。

主要产品

*Intel(英特尔)的：80C31、80C51、87C51，80C32、80C52、87C52等;

*ATMEL(艾德梅尔)的：89C51、89C52、89C2051，89S51(RC)，89S52(RC)等;

*Philips(飞利浦)、华邦、Dallas(达拉斯)、Siemens(西门子)等公司的许多产品;

STC(国产宏晶)单片机：89c51、89c52、89c516、90c516等众多品牌。

功能

·8位CPU·4kbytes程序存储器(ROM) (52为8K)

·128bytes的数据存储器(RAM) (52有256bytes的RAM)

·32条I/O口线·111条指令，大部分为单字节指令

·21个专用寄存器

·2个可编程定时/计数器·5个中断源，2个优先级(52有6个)

·一个全双工串行通信口

·外部数据存储器寻址空间为64kB

·外部程序存储器寻址空间为64kB

·逻辑操作位寻址功能·双列直插40PinDIP封装

·单一+5V电源供电

CPU：由运算和控制逻辑组成，同时还包括中断系统和部分外部特殊功能寄存器;

RAM：用以存放可以读写的数据，如运算的中间结果、最终结果以及欲显示的数据;

ROM：用以存放程序、一些原始数据和表格;

I/O口：四个8位并行I/O口，既可用作输入，也可用作输出

T/C：两个定时/记数器，既可以工作在定时模式，也可以工作在记数模式;

五个中断源的中断控制系统;

一个全双工UART(通用异步接收发送器)的串行I/O口，用于实现单片机之间或单片机与微机之间的串行通信;

片内振荡器和时钟产生电路，石英晶体和微调电容需要外接。最佳振荡频率为6M—12M。

学习

作为一个初学者，如何单片机入门?

实际上，其实不需要多少东西，会简单的C语言，知道51单片机的基本结构就可以了。一般的大学毕业生都可以了，自学过这2门课程的高中生也够条件。设备上，一般是建议购买一个仿真器，例如，的“双功能下载线”就具有良好的稳定性和较快的下载速度，上位机可扩展，可以下载更多的单片机及嵌入式芯片。通过实验，这样才可以进行实际的，全面的学习。日后在工作上，仿真器也大有用处。还有，一般光有仿真器是不行，还得有一个实际的电路，即学习板，如图，即为，单片机最小系统。

学习板以强大的接口为主，单片机的学习分两方面，一方面是单片机的原理及内部结构，另一方面是单片机的接口技术。这些都是需要平时多积累，多动手，多思考，这样才能学好单片机技术。

注：“双功能下载线”在百度文库里有详细的使用说明，并且上位机会定期更新以支持更多的单片机。

单片机学习的4个阶段

一、整体了解

要知道 单片机是什么?单片机有何用?如何系统学习单片机?单片机系统设计的流程是怎样的，需要掌握哪些辅助软件?

了解这些之后，我们的学习就有了目标和方向。

二、揭秘　单片机很难学，是因为其内部结构、编程语言抽象，且实际应用中与其他电子技术和元器件知识相互关联，需结合起来一起设计开发产品。所以，第二阶段要了解单片机的内部结构是怎样的?单片机开发经常会用到哪些电子技术和元器件知识?如何将一条条编程指令组合成一段段有效的程序?

三、解密　之所以单片机能成为控制核心，设计出包罗万象的应用系统来，是因为开发者利用了单片机提供的种种功能及各种外设。所以，第三阶段我们要掌握单片机的各种功能，再加上诸如传感器、模数转换、扫描显示、串行、中断的应用思维，结合更多的元器件、电子电路知识，逐个学习、体会实际的单片机系统的秘密。

四、远航　通过以上三个阶段，读者基本就可掌握单片机的应用了。但要设计出丰富的单片机系统，解决复杂的实际问题，还需要了解更多的外设知识及其与单片机的联系(如电动机、各类

存储器、继电器、红外管等)。这些需要不断的学习和积累。有时候，接到一些开发任务，就需要你针对这个任务自觉地去搜集、学习相关知识，在实践中不断学习和提高。

仿真

电脑仿真

Proteus 自从有了单片机也就有了开发系统，随着单片机的发展开发系统也在不断发展。 keil是一种先进的单片机集成开发系统。它代表着汇编语言单片机开发系统的最新发展，首创多项便利技术，将开发的编程/仿真/调试/写入/加密等所有过程一气呵成，中间不须任何编译或汇编。

功能特性

1，可以仿真63K程序空间,接近64K 的16位地址空间;

2，可以仿真64Kxdata 空间,全部64K 的16位地址空间;

3，可以真实仿真全部32 条IO脚;

4，完全兼容keilC51 UV2 调试环境,可以通过UV2 环境进行单步,断点, 全速等操作;

5，可以使用C51语言或者ASM汇编语言进行调试 ;

6，可以非常方便地进行所有变量观察,包括鼠标取值观察,即鼠标放在某 变量上就会立即显示出它此的值;

7，可选 使用用户晶振，支持0-40MHZ晶振频率;

8，片上带有768字节的xdata,您可以在仿真时选 使用他们,进行xdata 的仿真;

9，可以仿真双DPTR 指针;

10，可以仿真去除ALE 信号输出. ;

11，自适应300-38400bps 的所有波特率通讯;

12，体积非常细小,非常方便插入到用户板中.插入时紧贴用户板,没有连接电缆,这样可以有效地减少运行中的干扰,避免仿真时出现莫名其妙的故障;

13，仿真插针采用优质镀金插针,可以有效地防止日久生锈,选择优质园脚IC插座，保护仿真插针，同时不会损坏目标板上的插座. ;

14，仿真时监控和用户代码分离,不可能产生不能仿真的软故障;

15，RS-232接口不计成本采用MAX202集成电路,串行通讯稳定可靠,绝非一般三极管的简易电路可比。

功能限制

仿真器占用单片机串口及定时器2，与Keil C(PC)通讯，故不支持串口及定时器2 的仿真功能。全速运行时单片机串口及定时器2 可供用户使用。

使用方法

1.将仿真器插入需仿真的用户板的CPU插座中，仿真器由用户板供电;

2.将仿真器的串行电缆和PC机接好，打开用户板电源;

3.通过Keil C 的IDE 开发仿真环境UV2 下载用户程序进行仿真、调试。

硬件说明

1、使用用户板的晶振：仿真器晶振旁有两组跳线用来切换内部晶振和用户板晶振，当两个短路块位于仿真器晶振一侧时，默认使用仿真板上的晶振(11.0592MHz), 当两个短路块位于电容一侧时，使用用户板的晶振。

2、为便于调试带看门狗的用户板，仿真器的复位端未与用户板复位端相连;故仿真器的复位按钮只复位仿真器，不复位用户板;若要复位用户板，请使用用户板复位按钮。

区别

同样的一段程序，在各个单片机厂家的硬件上运行的结果都是一样的，如ATMEL的89C51(已经停产)、89S51， PHILIPS，和WINBOND等，我们常说的已经停产的89C51指的是ATMEL公司的 AT89C51单片机，同时是在原基础上增强了许多特性，如时钟，更优秀的是由Flash(程序存储器的内容至少可以改写1000次)存储器取代了原来的ROM(一次性写入)，AT89C51的性能相对于8051已经算是非常优越的了。

不过在市场化方面，89C51受到了PIC单片机阵营的挑战，89C51最致命的缺陷在于不支持ISP(在线更新程序)功能，必须加上ISP功能等新功能才能更好延续MCS-51的传奇。89S51就是在这样的背景下取代89C51的，89S51已经成为了实际应用市场上新的宠儿，作为市场占有率第一的Atmel公司已经停产AT89C51，将用AT89S51代替。89S51在工艺上进行了改进，89S51采用0.35新工艺，成本降低,而且将功能提升,增加了竞争力。89SXX可以向下兼容89CXX等51系列芯片。同时，Atmel不再接受89CXX的定单，大家在市场上见到的89C51实际都是Atmel前期生产的巨量库存而以。如果市场需要，Atmel当然也可以再恢复生产AT89C51。

89S51相对于89C51增加的新功能包括：

-- 新增加很多功能，性能有了较大提升，价格基本不变，甚至比89C51更低!

-- ISP在线编程功能，这个功能的优势在于改写单片机存储器内的程序不需要把芯片从工作环境中剥离。是一个强大易用的功能。

-- 最高工作频率为33MHz，大家都知道89C51的极限工作频率是24M，就是说S51具有更高工作频率，从而具有了更快的计算速度。

-- 具有双工UART串行通道。

-- 内部集成看门狗计时器，不再需要像89C51那样外接看门狗计时器单元电路。

-- 双数据指示器。

-- 电源关闭标识。

-- 全新的加密算法，这使得对于89S51的盗版变为不可能，程序的保密性大大加强，这样就可以有效的保护知识产权不被侵犯。

-- 兼容性方面：向下完全兼容51全部字系列产品。比如8051、89C51等等早期MCS-51兼容产品。也就是说所有教科书、网络教程上的程序(不论教科书上采用的单片机是8051还是89C51还是MCS-51等等)，在89S51上一样可以照常运行，这就是所谓的向下兼容。

比较结果：就如同INTEL的P3向P4升级一样，虽然都可以跑Windows98，不过速度是不同的。从AT89C51升级到AT89S51 ,也是同理。和S51比起来，C51就要逊色一些，实际应用市场方面技术的进步是永远向前的。

最后推荐几本经典图书：

《实例解读51单片机完全学习与应用(配教学视频)》，杨欣编著(他写过多本很有口碑的电子读物，风格独特)，电子工业出版社出版。

《爱上单片机》，杜洋著，全新风格，使用面包板入门，人民邮电出版社。

《手把手教你学51单片机》，宋雪松编著(很经典)，清华大学出版社出版。