光電設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、光電系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)號：130402152姓名：仲路銘日期：17.1.2第一章單色儀的研究1.系統(tǒng)介紹本次課程采用WDG系列精密光柵單色儀。它是一種能獲得單色輻射的高性能儀器，可以測各種輻射源的光譜分布、探測器的光譜靈敏度、發(fā)光材料及光學(xué)薄膜的光譜特性等。整臺儀器包括單色儀主體和微機(jī)控制系統(tǒng)，單色儀主體上層為光學(xué)系統(tǒng)，下層是機(jī)械系統(tǒng)。單色儀外觀圖1.12.光學(xué)原理圖1.2為光學(xué)系統(tǒng)圖。進(jìn)入入射狹縫S1的光線經(jīng)準(zhǔn)直鏡Ml,變?yōu)槠叫泄狻Ｓ砷W耀光柵G色散，經(jīng)聚焦物鏡M2從出射狹縫S2射出單色光。3.機(jī)械系統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)的功能是實(shí)現(xiàn)波長掃描，波長顯示，并未微機(jī)系統(tǒng)提供控制信號。轉(zhuǎn)動光柵可以在出射狹縫處得到不同波

2、長的單色輻射，為了實(shí)現(xiàn)波長線性指示，本儀器采用帶有初始角的正弦機(jī)構(gòu)。在微機(jī)控制下步進(jìn)電機(jī)經(jīng)連軸節(jié)驅(qū)動正弦機(jī)構(gòu)，進(jìn)行自動掃描。波長原點(diǎn)向計(jì)算機(jī)提供波長原點(diǎn)信號，儀器找到波長原點(diǎn)后，顯示波長值為“0”，并停機(jī)待命。在掃描過程中，正弦機(jī)構(gòu)上的微動開關(guān)向計(jì)算機(jī)提供保護(hù)信號，使儀器掃描至終點(diǎn)或反掃描至起點(diǎn)能自動停機(jī)。光柵轉(zhuǎn)動角與絲桿副運(yùn)動距離的關(guān)系Q2L斑廣亦W+Q妙*Q+0.沁：犁避栩怦胎禍幻-渤為feA、如渤竺與扒銅包勞人劉W佔(zhàn)L%S-如_氏必紘、，科夫（5妙泌）單色儀內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖4.微機(jī)系統(tǒng)單色儀在微機(jī)控制下，實(shí)現(xiàn)自動掃描、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理。計(jì)算機(jī)通過接口及驅(qū)動器控制單色儀內(nèi)的掃描電機(jī)和濾光片的動

3、作，實(shí)現(xiàn)波長掃描和波長計(jì)數(shù)。單色儀給出的光譜信號，經(jīng)過接收器、放大器和A/D變換器，由接口送入計(jì)算機(jī)，數(shù)據(jù)處理后，分別由顯示器顯示、打印機(jī)記錄或者外存儲器存儲。5.單色儀實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)步驟：1)調(diào)試儀器2)自動檢測3)內(nèi)部優(yōu)化4)系統(tǒng)運(yùn)行5)掃描出圖6.實(shí)驗(yàn)結(jié)果并分析有四個(gè)波長不同的光波7.實(shí)驗(yàn)遇到問題及解決方法調(diào)試沒有達(dá)到設(shè)備運(yùn)行的要求，需要調(diào)節(jié)入射光口的大小，調(diào)節(jié)入射光的強(qiáng)度，來達(dá)到設(shè)備運(yùn)行的要求。第二章Zemax光路仿真及相關(guān)計(jì)算實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)：使用Zemax軟件設(shè)計(jì)一個(gè)入射狹縫和出射狹縫寬度均為2mm,兩反射口徑為100mm,閃耀光柵口徑為150mm,光入射經(jīng)平面鏡反射到光柵的光程與光從光柵反射再

4、經(jīng)平面反射鏡反射到出射狹縫的光程相等且為500mm，并用多重結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)閃耀光柵光線的追跡。Zemax軟件介紹Zemax時(shí)一套綜合性的光學(xué)設(shè)計(jì)仿真軟件，是將實(shí)際光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)概念,優(yōu)化分析,公差等功能為一體的一套綜合性光學(xué)仿真軟件。可做光學(xué)組件設(shè)計(jì)與照明系統(tǒng)的照度分析，也可建立反射、折射和繞射等光學(xué)模型。實(shí)驗(yàn)步驟（1）在軟件中輸入數(shù)據(jù)（2）優(yōu)化數(shù)據(jù)（3）得出結(jié)果圖實(shí)驗(yàn)結(jié)果；Eit:MkhLTtwsH葉E*rs-l-TfjwEa*llinFlAvriGBnBr32hrA|amrBdjhr1jamiadjhr3!fmiiJ3h3.C：3；3.H33Ma.KczaK$MIK、MIX、MIW:Ji:3“A

5、uaJ-4E3M33K3.4CS3KKIM*.s.j-iaiuUX-C-WJEhU.333A-L3JA13.LEAJ.EJA13.L=JAJJ.KSJA1IIHrurrt-i3E*hHT33-Y：LJ43CU1iHBTV33f31V1/iTIWiXbJudLaA.3.KZ3K3.MZ3343.CC：33K3.CC33KL3.MZ3KEyTWWIXBWIWl|Ml；1IX1JlNLli.-3=3.M33：3.4C33K3.4C33K3.M33K3.M=334FL-.3.*.M3AJ3.LLE3AhJALZlA利irLiid3tvia-vHisincli*匚*blTiVISiV33ULLJuuiL

6、all.k3.-C33-L3.!fC33KJ3.H33Kha.CSHRIrlbUr-r叭化數(shù)據(jù)及圖像3.實(shí)驗(yàn)遇到問題及分析數(shù)據(jù)優(yōu)化的結(jié)果不夠好，得不出理想的結(jié)果。需要不斷調(diào)試第三章關(guān)鍵電路仿真模擬實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)：使用Multisim軟件設(shè)計(jì)光發(fā)射電路和光接收電路。要求發(fā)射電路能達(dá)到一定的信噪比，并要求發(fā)射信號有較高的消光比。整個(gè)電路工作在2MHz的頻率左右，要求系統(tǒng)有較好的幅頻響應(yīng)。電路分析（1）發(fā)射電路：發(fā)射電路通過信號源輸入數(shù)字信號，信號到達(dá)LED，通過LED完成電光轉(zhuǎn)換，把數(shù)字電信號轉(zhuǎn)換成光信號，而光信號的強(qiáng)弱分別表示信號的“1”和“0”電平。（2）接收電路：接收電路通過PIN將發(fā)射電路產(chǎn)生的

7、光信號接收，并且轉(zhuǎn)換成數(shù)字電信號，隨后經(jīng)過接收電路的放大部分將有用的數(shù)字信號提取放大，并在示波器上顯示出來。其中數(shù)字信號頻率要求在2MHz左右。實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析（1）數(shù)字光信號的發(fā)射電路：信號源用的是峰峰值為IV,頻率為2MHz的矩形波。電阻4為三極管的b極加偏置，使三極管工作在合適的區(qū)域內(nèi)。電阻6代替LED進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，電阻1分直流入地，使得LED上的直流分量不要太高，從而達(dá)到較好的消光比。電容2要求相當(dāng)小用以濾除電路中的高頻成55V0ruT2-TT1T2TimeScaleHHWpFcy-10pFXposy/T2MHz5mVC210pF回OMISC毎釜需JvceXSCl2N2219R1120k

8、Q：R3L5kQScTbfl.t=經(jīng)圖可以看出信號的幅度：IV信號的頻率：2MHZ信號的消光比：4.5經(jīng)過LED的直流電流大?。海?）數(shù)字光信號的接收電路：由于PIN的輸出信號相當(dāng)弱，所以用一個(gè)5mV的電壓源代替，信號仍然近似為2MHz的矩形波。電容用：-以隔直流，電容引高頻信號入地，降低電路中的噪聲影響。電阻提供偏置使三極管工作在截止區(qū)。（3）fe5-vcc5VXSC1lasIBcTt-to.!t=l2N2219R31500C3XTT2riTimebaseScale10Xposition：；：|丫疔Ad（0NoneType命Oscilloscope-XSC1ReverseExt,Trigge

9、rrTriggerEdgeB|e1LevelChannelBScale12V/DZYpositionfoAC|0J5c-|(T-Timeb日呂eScalelOOris/EivXpositionfoY/TAdd|B/A|AjB|T2-T1ChannelAScale12炯wYpositionfoAC|05匚TimeChannelAChannelB541.351us656.210mV0.000V542.351us655.938mV0.000V1.000us-272.4G7uV0.000V經(jīng)圖可以看出信號放大倍數(shù)：1.5信號頻率：2MHZ實(shí)驗(yàn)遇到問題及解決辦法得不出理想的波形圖，需要調(diào)節(jié)顯示圖的比例參

10、數(shù)。第四章單片機(jī)控制程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)：編寫單片機(jī)控制程序控制步進(jìn)電機(jī)，使步進(jìn)電機(jī)具有正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速、減速和停止工作等狀態(tài)。1.步進(jìn)電機(jī)介紹步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)換成角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，可以通過控制脈沖個(gè)數(shù)控制位移量，通過控制脈沖頻率控制電機(jī)轉(zhuǎn)動的速度和加速度。本次實(shí)驗(yàn)采用的是四相八拍步進(jìn)電機(jī)。外圈上有八個(gè)均勻分布的定子，夾角為45度，各定子上套有線圈，按圖繞成A、B、C和D四相繞組。內(nèi)圈有6個(gè)為永磁體的轉(zhuǎn)子。開關(guān)S首先通電，轉(zhuǎn)子齒0、3與C相繞組對齊。然后在開關(guān)SCC繼續(xù)通電的情況下接通開關(guān)S，這時(shí)B相繞組對轉(zhuǎn)子齒2、5產(chǎn)生磁B力，使轉(zhuǎn)子順時(shí)針轉(zhuǎn)動，但是C相繞組繼續(xù)拉住轉(zhuǎn)子齒0、3，因此轉(zhuǎn)子

11、將轉(zhuǎn)到兩個(gè)磁力平衡為止，即轉(zhuǎn)子順時(shí)針轉(zhuǎn)動了7.5度。接著開關(guān)S斷電，開關(guān)S繼續(xù)通電，這時(shí)轉(zhuǎn)子齒2、5和B相繞組對齊，轉(zhuǎn)CB子又順時(shí)針轉(zhuǎn)動了7.5度。這樣如果按照C-BC-B-AB-A-DA-A的順序輪流通電，轉(zhuǎn)子將持續(xù)旋轉(zhuǎn)。2.步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動部分ABCD5C關(guān)岡0010SB,SC關(guān)閉01105B關(guān)閉0100SB,SA關(guān)閉11005A關(guān)閉1000SA,SD關(guān)閉1001SD關(guān)閉0001SD,SC關(guān)閉0011步進(jìn)電機(jī)不能直接接到交直流電源上工作，必須使用驅(qū)動器。驅(qū)動系統(tǒng)包括邏輯控制電路、功率驅(qū)動電路、保護(hù)電路和電源。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器一旦接收到來自于控制器的方向信號和步進(jìn)脈沖，控制電路就按照預(yù)先設(shè)定的通電

12、方式產(chǎn)生步進(jìn)電機(jī)各相勵(lì)磁繞組導(dǎo)通或截止?？刂齐娐份敵龅男盘柟β屎艿?，不能提供步進(jìn)電機(jī)所需的輸出功率，必須進(jìn)行功率放大。保護(hù)電路在出現(xiàn)短路、過載和過熱等故障時(shí)迅速停止驅(qū)動器和電機(jī)的運(yùn)行。本設(shè)計(jì)采用ULN2001A驅(qū)動器。單片機(jī)介紹本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)的最小應(yīng)用系統(tǒng)（配置有晶體振蕩器時(shí)鐘電路、復(fù)位電路和電源），單片機(jī)采用AT89C51。實(shí)驗(yàn)結(jié)果代碼：#includereg51.h#includeintrins.h#includeabsacc.h#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitKEY1二P20;sbitKEY2二P2J;sbitKEY3

13、二P22;ucharcodetab8=0 x02,0 x06,0 x04,0 x0C,0 x08,0 x09,0 x01,0 x03;uchartemp;voiddelay(uchark)uinti,j;for(i=0;ik;i+)for(j=0;j60;j+);voidmain()uchari=0;uchardelay_v=100;ucharflag=0;P1=0 xFF;P2=0 xFF;while(1)if(KEY3=0)i+;i=i%3;while(KEY3=0);switch(i)case0:delay_v=100;break;case1:delay_v=75;break;case2:delay_v=50;break;if(KEY1=0)if(flag=0)if(KEY2=1)temp=0;P1=tabtemp;flag=1;delay(delay_v);if(KEY2=2)temp=6;P1=tabtemp;flag=1;dela