光功率计设计报告最终

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1、光功率测量系统的设计组员：朱夏锋、何贤赚、徐定科1.背景概述与定义1.1概述：光功率计主要用于测量光信号的强弱，目前测量光功率的方法有两种，一种是热转换方式，一种是半导体光电检测方式。前一种的光谱响应曲线平坦、准确度高，但是成本高，响应时间长，用半导体光电检测可以得到比较高的探测灵敏度和响应速度。光功率计在光通信和光纤传感等新技术领域中测试中测试光功率光衰减量是必不可少的仪器之一。同时国内所需的光功率计大多依靠进口，国外光功率计价格普遍偏高，所需配件品种多，使用操作也比较复杂。1.2光功率定义：光功率是光在单位时间内所做的功。光功率常

2、用单位是毫瓦(mW)和分贝(dB)，其中两者关系为lmW=0dB，而小于1mw的分贝为负值。例如，在光纤收发器或交换机说明书中，有其产品的发光和接收光功率，通常发光小于0dB。接收端所能够接收的最小光功率称为灵敏度，能接收的最大光功率减去灵敏度的值称为动态范围，发光功率减去接收灵敏度是允许光纤损耗值。2．设计目的与设计要求：基于光电转换器件的光强度的测量，设计光接收电路，并进行光电转换，再设计放大电路、滤波电路、AD转换电路及微处理器电路，对测量光的光强度进行标定，最终实现光强度的测量，系统要求精度为1mW。3.主要器件的选择：3.1

3、微型处理器的选择：微型处理器选择为MCS-51系列单片机：MCS-51系列单片机产品有8051，8031，8751，80C51，80C31等型号（前三种为CMOS芯片，后两种为CHMOS芯片），它们的结构基本相同。其功能结构：◆一个8位CPU；◆一个片内振荡器及时钟电路；◆4K字节ROM程序存储器；◆128字节RAM数据存储器；◆两个16位定时器/计数器；◆可寻址64K外部数据存储器和64K外部程序存储器空间的控制电路；◆32条可编程的I/O线（四个8位并行I/O端口）；◆一个可编程全双工串行口；◆具有五个中断源、两个优先级嵌套中断结

4、构。3.2运放的选择：LM741：LM741（单运放）是高增益运算放大器，差模信号范围和低失调电压调零能力与使用适当的电位。3.3三极管的选择：PNP8550三极管8550是一种常用的普通三极管。它是一种低电压,大电流,小信号的PNP型硅三极管。8550三极管（TO-92封装）管脚图1、发射极2、基极3、集电4.方案简述：4.1方案一：基于光电二极管的光功测量4.1.1光电探头的选择：光电二极管：PD333-3C响应波长为400~1100nm，具有高响应速率、高光电灵敏度等特性。4.1.2AD转换芯片的选择：TLC549是8位串行A/

5、D转换器芯可与通用微处理器、控制器通过CLK、CS、DATAOUT三条口线进行串行接口。具有4MHz片内系统时钟和软、硬件控制电路，转换时间最长17μs，TLC549为40000次/s。总失调误差最大为±0.5LSB，典型功耗值为6mW。采用差分参考电压高阻输入，抗干扰，可按比例量程校准转换范围，VREF-接地，VREF+－VREF-≥1V，可用于较小信号的采样。4.2方案二：基于硅光电池的4.2.1光电探头的选择：硅光电池：BPW34具有高光电探测率、比较大的光敏面积、高光电灵敏度，快速响应时间、体积小等特点。4.2.2AD转换芯片

6、的选择：（图1）ADC0809是8位逐次逼近型A/D转换器。它由一个8路模拟开关、一个地址锁存译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成（见图1）。多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用A/D转换器进行转换。三态输出锁器用于锁存A/D转换完的数字量，当OE端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。4.3方案三：采用集成光强感应芯片采用已经有的集成光强感应芯片，如下图所示。BH1710FVC内置了16bitAD转换器,可对广泛的亮度进行1勒克斯的高精度，内置A/D转换器，测定照明度数字值可以直接输出。

7、输出采用I2CBUS接口可以直接与单片机通讯。5．方案的比较与选择：方案一的AD芯片管脚比较少，同时有4MHz片内系统时钟和软、硬件控制电路，芯片的功能能够满足设计的要求，而且使用简单、功能强大。而AD0809使用时还要使用外部时钟，同时还要外接逻辑器件。在使用光电和光伏探测器件的功能上是基本一致的，就是频带响应不一样，对于可见光的潘光功率的测量二者都可以用。所以采用方案一。6．方案的详述：6.1光功率计原理：本项目利用光电转换器件能够将光能量转换成电流或电压等电参量，通过后续电路对电参量的大小进行测量，采用标准光功率计对系统的测量进

8、行标定，使得系统能够完成对光功率的测量。77446.2光电转换电路：由于PIN光电二极管产生的光电流很小，不能直接用于测量，需要通过适当的低噪声放大后，再进行数据处理。光电探测器件一般都要紧密连接一个低噪声的前置放大器，