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谈激光器基于FPGADFB激光器驱动电路设计

收藏本文 2024-04-15 点赞:11882 浏览:47878 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:分布反馈式(DFB)激光器是一种典型的波长可调谐的激光器,是气体浓度检测中的常用光源。其最大特点是具有非常好的单色性以及非常高的边摸抑制比(SR,40-50dB)。在气体浓度的检测中,与一般的检测策略相比,波长调制策略是将正弦波信号叠加三角波信号驱动激光器,利用二次谐波幅度表征气体浓度,输出端检测正弦信号的二次谐波,可使检测灵敏度比直接吸收策略高2-3个量级。而在该技术中,为了使DFB激光器的波长与气体的吸收峰值相互匹配,必须对其波长进行精确调谐。由此,探讨DFB激光器驱动电路具有实用价值。首先,本论文介绍了DFB激光器的工作原理,探讨了激光器驱动电路的基本设计思想。重点介绍了可调谐半导体激光吸收谱技术(TDLAS)和波长调制法,提出了依据波长调制法设计激光器驱动电路的总体案例。其次,本论文以ATmega16单片机为核心,设计了驱动电路硬件原理图。DDS系统产生的三角波与正弦波将完成波长扫描和波长调制,由于正弦波和三角波需要叠加,由此,设计了一种同向加法电路。同时,设计了一款基于OP37的压控恒流源电路,完成对激光器的恒流驱动。此外,还设计了按键电路、显示电路和通信电路等。接着,设计了系统软件。首先利用现场可编程门阵列(FPGA)设计直接频率合成器(DDS),结合Quartus II软件对DDS做了仿真。通过频率制约字来调节DDS的输出频率,同时转变ROM中的存储数据可获得所需的任意波形。最后,作为论文的实验环节,采取VHDL语言编写了系统程序,结合Quartus II软件下载至ALTERA公司的FPGA芯片EP2C8Q208C8中,产生了频率为20kHz的正弦波信号以及频率为20Hz的三角波信号。利用模拟负载开展了实验,结果显示,驱动电路产生的恒定电流范围在20mA-100mA。关键词:FPGA论文DFB激光器论文激光器驱动论文DDS论文ATmega16论文波长调制论文

    摘要4-5

    ABSTRACT5-11

    第1章 绪论11-15

    1.1 课题探讨背景及作用11-12

    1.2 国内外进展情况12-13

    1.2.1 国外的进展情况12

    1.2.2 国内的进展情况12-13

    1.3 主要探讨内容13-14

    1.4 本章小结14-15

    第2章 系统总体设计15-20

    2.1 系统设计原理15-18

    2.1.1 气体检测的朗伯比尔定律15-16

    2.1.2 DFB 激光器的原理16

    2.1.3 可调谐半导体激光技术16-18

    2.2 系统设计案例比较18

    2.3 系统硬件设计案例18-19

    2.4 系统软件设计案例19

    2.5 本章小结19-20

    第3章 系统硬件设计20-37

    3.1 电源的选取20-21

    3.1.1 线性电源概述20

    3.1.2 线性电源工作原理20

    3.1.3 线性电源的优缺点20-21

    3.2 微控器的选型与 ATmega16 芯片介绍21-23

    3.2.1 微控器的选型21

    3.2.2 ATmega16 介绍21

    3.2.3 引脚图及引脚介绍21-22

    3.2.4 ATmega16 工作原理22-23

    3.3 FPGA 芯片介绍23-26

    3.4 D/A 转换器的设计26-28

    3.4.1 D/A 转换器设计概述26

    3.4.2 16 位 D/A 转换器 LTC1655 介绍26-28

    3.5 加法器电路设计28-29

    3.5.1 运算放大器的调零28-29

    3.5.2 加法器工作原理29

    3.6 恒流源电路设计29-31

    3.6.1 选择恒流驱动的理由29-30

    3.6.2 压控恒流源工作原理30-31

    3.7 按键及显示电路设计31-35

    3.7.1 独立按键介绍32-33

    3.7.2 显示器—液晶 1602 介绍33-35

    3.8 通信电路硬件设计35-36

    3.9 本章小结36-37

    第4章 系统软件设计37-49

    4.1 FPGA 设计流程37-38

    4.2 DDS 的原理38-39

    4.3 DDS 系统设计39-45

    4.3.1 同步寄存器41-42

    4.3.2 加法器42-43

    4.3.3 波形存储器43

    4.3.4 合并43-44

    4.3.5 DDS 系统仿真44-45

    4.4 系统软件测试45-48

    4.4.1 系统软件设计45-46

    4.4.2 液晶显示模块程序设计46-47

    4.4.3 串行通信模块程序设计47-48

    4.5 本章小结48-49

    第5章 系统调试及实验结果49-57

    5.1 硬件静态测试49-52

    5.2 系统联机调试52-56

    5.2.1 DDS 系统在线测试52-53

    5.2.2 加法器电路调试53-54

    5.2.3 恒流源电路调试54

    5.2.4 按键及显示电路调试54-56

    5.3 本章小结56-57

    第6章 结论与展望57-58

    6.1 结论57

    6.2 展望57-58

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