一种数字式激光泵浦源的制作方法

本发明属于电子设备技术领域，特别涉及一种数字式激光泵浦源装置。

背景技术：

光纤激光器以其低阈值、高功率、高光束质量、可靠性好、结构紧凑和散热性好等诸多优点，广泛应用于激光光纤通讯、激光空间远距通讯、工业造船、汽车制造、激光雕刻、激光打标、激光切割、印刷制辊、金属非金属钻孔/切割/焊接(铜焊、淬水、包层以及深度焊接)、军事国防安全、医疗器械仪器设备等领域。光纤激光器是利用掺稀土元素光纤作为增益介质的激光器。光纤激光器在光纤放大器的基础上开发而来，由泵浦源、稀土元素掺杂光纤、谐振腔三个基本要素组成，其工作原理是：泵浦源产生的泵浦波长上的光子被掺杂光纤吸收，使其中的稀土元素离子跃迁到较高的能级，形成粒子数反转；在自发或受激的条件下，稀土元素离子由高能级回到低能级并同时释放出相应能量的光子；在光纤激光器的光纤谐振腔中上述过程构成正反馈，从而形成激光振荡输出。

在光纤激光器中，必须由一个激光泵浦源为整个光纤激光器提供能量源，作为光纤激光器的核心部分，泵浦源最主要的技术指标主是输出激光的稳定度，在各种激光产生电路中，由蝶形激光器模块和电流驱动器、温度控制器组成的系统由于其使用方便、功能丰富、稳定性高、易于集成等优点被广泛使用，与本发明最接近的现有技术是本课题组于2014年申请的发明专利“一种高稳定度光纤激光器泵浦源”，申请号为2014103102505，该文献中，以蝶形激光器模块为发光源，由稳定性很高的恒流驱动器和恒温控制器对其进行驱动和控温，除蝶形激光器模块进行控温外，对系统其它部分核器件也进行了控温，有效地提高了输出激光的稳定度。

但专利2014103102505所公开的技术完全是基于模拟电路实现的，这种电路存在诸多缺点，功能比较单一，只能单机工作，无法利用微机进行程控，而且一旦发现系统存在不足需要升级换代时，只能重新设计及制作硬件电路，使得系统的可扩展及灵活性受到极大的限制。另外，专利2014103102505中所使用的电流驱动电路也存在固有缺陷：激光器模块属于光电转换装置，总是存在一定的转换延迟，及输出光功率和驱动电流之间存在一定的相位差，而该专利中所用的驱动器的功率反馈采用的是简单的线性比例的反馈方式，当系统处于静态工作状态时能够正常工作，也能保证很高的稳定度，但当系统处于动态工作时，比如需要频繁改变输出功率时，这种线性比例反馈方式便无法保证系统的稳定性以及响应速度了。因此，目前已公开的激光源技术还需要进一步完善。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是，克服背景技术中的不足，提供一种基于单片机控制的数字式激光泵浦源。

本发明的技术问题通过以下技术方案解决：

一种数字式激光泵浦源，结构有电流驱动模块9、温度控制模块12、激光器模块15和前面板16，其特征在于，结构还有单片机模块1、显示模块2、指示灯模块3、按键模块4、编码器模块5、PC通信模块6、软启动模块7、第一数模转换模块8、功率取样模块10、第二数模转换模块11、温度取样模块13和模数转换模块14；

所述的单片机模块1的结构为，单片机U1的电源端和接地端分别接+5V电源和数字地，电源端还通过电容C1接数字地，端口X1和端口X2之间接晶振Y1，端口X1和端口X2还分别通过电容C2和电容C3接数字地，端口P00～端口P07分别通过电阻R1～电阻R8接+5V电源，所述的单片机U1的型号是STC89C51。

所述的显示模块2的结构为，显示屏U2的端口D0～端口D7分别接单片机U1的端口P00～端口P07，显示屏U2的端口EN、端口R/W和端口RS分别接单片机U1的端口P10、端口WR和端口RD，显示屏U2的端口VL和端口BL-接数字地，端口BL+接滑动变阻器W1的滑线端，端口VDD和端口VSS分别接+5V电源和数字地，端口VDD和端口VSS之间还接有电容C4，滑动变阻器W1的一端接+5V电源，另一端接数字地，所述的显示屏U2的型号为LCD1602；

所述的指示灯模块3的结构为，电阻R13和电阻R14的一端共同接单片机U1的端口P11，另一端分别接场效应管Q1和场效应管Q2的栅极，电阻R15和电阻R16的一端分别接单片机U1的端口P12和端口P13，另一端分别接场效应管Q3和场效应管Q4的栅极，场效应管Q1的漏极接模拟地，源极接电阻R9的一端，场效应管Q2～场效应管Q4的源极均接模拟地，漏极分别接电阻R10～电阻R12的一端，电阻R9～电阻R12的另一端分别接发光二极管D1～发光二极管D4的阴极，发光二极管D1～发光二极管D4的阳极均接+12V电源；

所述的按键模块4的结构为，开关S1～开关S6的一端与电容C5～电容C10的一端均接数字地，开关S1～开关S6的另一端分别接电容C5～电容C10的另一端，还分别接电阻R17～电阻R22的一端，还分别接施密特触发器U3A～施密特触发器U3F的输入端，电阻R17～电阻R22的另一端均接5V电源，施密特触发器U3A～施密特触发器U3F的输出端分别接单片机U1的端口P14～端口P17、端口P20～端口P21共6个端口；

所述的编码器模块5的结构为，旋转编码器Encoder1的1脚接电阻R23的一端、电容C11的一端和施密特触发器U4A的输入端，2脚接电阻R24的一端、电容C12的一端和施密特触发器U4B的输入端，3脚接数字地，电阻R23和电阻R24的另一端均接+5V电源，电容C11和电容C12的另一端均接数字地，施密特触发器U4A和施密特触发器U4B的输出端分别接单片机U1的中断口INT0和中断口INT1；

所述的PC通信模块6的结构为，电平转换芯片U15的端口VCC和端口GND分别接+5V电源和数字地，端口V+通过电容C13接+5V电源，端口V-通过电容C14接数字地，端口C1+和端口C1-之间接电容C15，端口C2+和端口C2-之间接电容C16，端口T1IN和端口R1OUT分别接单片机U1的端口TXD和端口RXD，端口R1IN和端口T1OUT分别接D形接口J1的3脚和2脚，D形接口J1的5脚接数字地，所述的电平转换芯片U15的型号是MAX232，D形接口J1是一个9针D形接口；

所述的软启动模块7的结构为，电阻R25的一端接单片机U1的端口P22，另一端接三极管Q5的基极，三极管Q5的发射极接+5V电源，集电极接电阻R26的一端、电容C17的一端和场效应管Q6的栅极，电阻R26和电容C17的另一端均接模拟地，场效应管Q6的源极接模拟地，漏极记为端口SoftStart，与电流驱动模块9的端口SoftStart_in相连；

所述的第一数模转换模块8的结构为，数模转换器U6的数字信号输入端口与单片机U1的端口P0相连，数模转换器U6的端口BYTE1/BYTE2与单片机U1的端口P23相连，数模转换器U5的端口CS与单片机U1的端口P24相连，数模转换器U5的端口WR1、端口WR2均与单片机U1的端口WR相连，端口XFER与单片机U1的端口RD相连，数模转换器U6的电源端接+5V电源，端口DGND接数字地，端口AGND和端口Iout2接模拟地，端口Rfb通过可调电阻W2接模拟地，端口Iout1接运放U7A的同相输入端，运放U7A的正负电源端分别接+12V电源和模拟地，反相输入端和输出端之间接电阻R27，反相输入端还通过电阻R28接模拟地，数模转换器U6的参考电压输入端Vref记为端口Vref_in1，接模数转换模块14中的端口V_refer，运放U7A的输出端记为端口I_ctr，与电流驱动模块9中的端口I_ctr_in相连；所述的数模转换器U6的型号是DAC1232LCJ；

所述的电流驱动模块9的结构为，电阻R29的一端记为端口I_ctr_in，另一端接运放U7B的同相输入端，并记为端口SoftStart_in，运放U7B的反相输入端和输出端之间接电容C18，输出端接场效应管Q7的栅极，场效应管Q7的漏极接+12V电源，源极接激光器模块15的端口LD+，运放U7B的反相输入端接电阻R30的一端和电阻R31的一端，电阻R30的另一端接+12V电源，电阻R31的另一端接运放U8A的输出端和可调电阻W3的一端，并作为电流驱动模块的电流反馈端，记为端口I_F，接模数转换模块14中的端口I_F_in，可调电阻W3的另一端接电阻R32的一端，电阻R32的另一端接电阻R33的一端和运放U8A的反相输入端，电阻R33的另一端接模拟地，运放U8A的正负电源端分别接+12V电源和模拟地，同相输入端接电阻R34的一端，电阻R34的另一端接电阻Rs1的一端，还接激光器模块15的端口LD-，电阻Rs1的另一端接模拟地；

所述的功率取样模块10的结构为，运放U8B的反相输入端和输出端之间接电阻R36，同相输入端接电阻R35的一端，还接激光器模块15的端口PD+，电阻R35的另一端接运放U9A的同相输入端，还接激光器模块15的端口PD-，运放U9A的正负电源端分别接+12V电源和模拟地，反相输入端通过电阻R38接模拟地，反相输入端和输出端之间接电阻R39，反相输入端还接电阻R40的一端，电阻R40的另一端接电阻R37的一端和运放U8B反相输入端，电阻R37的另一端接运放U9A的输出端，运放U8B的输出端作为功率反馈端，记为端口P_F，接模数转换模块14中的端口P_F_in；

所述的第二数模转换模块11的结构为，数模转换器U10的数字信号输入端口与单片机U1的端口P0相连，数模转换器U10的端口BYTE1/BYTE2与单片机U1的端口P23相连，数模转换器U10的端口CS与单片机U1的端口P25相连，数模转换器U10的端口WR1、端口WR2均与单片机U1的端口WR相连，端口XFER与单片机U1的端口RD相连，数模转换器U10的电源端接+5V电源，端口DGND接数字地，端口AGND和端口Iout2接模拟地，端口Rfb通过可调电阻W4接模拟地，端口Iout1接运放U9B的同相输入端，运放U9B的反相输入端和输出端之间接电阻R41，反相输入端还通过电阻R42接模拟地，数模转换器U10的参考电压输入端Vref记为端口Vref_in2，接模数转换模块14中的端口V_refer，运放U9B的输出端记为端口T_ctr，与温度控制模块12中的端口T_ctr_in相连；所述的数模转换器U10的型号是DAC1232LCJ；

所述的温度控制模块12的结构为，运放U11A的正负电源端分别接+12V电源和模拟地，同相输入端记为端口T_ctr_in，反相输入端和输出端之间接电容C19，反相输入端还接运放U12B的输出端，运放U11A的输出端接电阻R43的一端、电阻R44的一端和电容C20的一端，电容C20的另一端接+5V电源，电阻R43的另一端接运放U11B的反相输入端，电阻R44的另一端接达林顿管Q8和达林顿管Q10的基极，达林顿管Q8和达林顿管Q10的集电极分别接+12V电源和模拟地，发射极接在一起，还和电阻Rs2的一端以及运放U12A的同相输入端相连，电阻Rs2的另一端和运放U12B的同相输入端相连，还接激光器模块15的端口TEC+，运放U12A的正负电源端分别接+12V电源和模拟地，反相输入端和输出端之间接电阻R50，反相输入端还接电阻R51的一端和电阻R49的一端，电阻R51的另一端接+5V电源，电阻R49的另一端接电阻R48的一端、电阻R47的一端和运放U12B的反相输入端，电阻R48的另一端接运放U12A的输出端，电阻R47的另一端接运放U12B的输出端，运放U11B的同相输入端接+5V电源，反相输入端和输出端之间接电阻R45，输出端接电阻R46的一端和电容C21的一端，电容C21的另一端接+5V电源，电阻R46的另一端接达林顿管Q9和达林顿管Q11的基极，达林顿管Q9和达林顿管Q11的集电极分别接+12V电源和模拟地，发射极接在一起，还接激光器模块15中的端口TEC-；

所述的温度取样模块13的结构为，稳压二极管D5的阴极接+5V电源，阳极接电阻R52的一端和运放U13A的同相输入端，电阻R52的另一端接模拟地，运放U13A的正负电源端分别接+12V电源和模拟地，反相输入端和输出端之间接电容C22，输出端接电阻R54的一端，反相输入端接电阻R53的一端和三极管Q12的发射极，电阻R53的另一端接+5V电源，电阻R54的另一端接三极管Q12的基极，三极管Q12的集电极接电阻R55的一端，还接激光器模块15的端口NTC+，电阻R55的另一端接运放U13B的同相输入端，运放U13B的反相输入端通过电阻R57接模拟地，反相输入端和输出端之间接相互串联的电阻R56和可调电阻W5；输出端作为温度反馈端，记为端口T_F，接模数转换模块14的端口T_F_in；

所述模数转换模块14的结构为，模数转换器U14的端口CLK通过电容C23接数字地，端口CS接单片机U1的端口P26，端口RD、端口WR分别接单片机U1的端口RD、端口WR，端口HBEN接单片机U1的端口P23，端口SHDN接+5V电源，模数转换器U14的数据输出端和单片机U1的端口P0按高位对高位、低位对低位的方式依次相连，模数转换器U14的端口Vdd接+5V电源，端口DGND接数字地，端口AGND接模拟地，端口INT接单片机U1的端口P27，端口CH0、端口CH4、端口CH5、端口CH6和端口CH7均接模拟地，端口REF和端口REFADJ分别通过电容C25和电容C24接模拟地，端口REF还接运放U15A的同相输入端，运放U15A的正负电源端分别接+12V电源和模拟地，反相输入端和输出端相连，并作为参考电压端，记为端口V_refer，模数转换器U14的端口CH1通过电容C26接模拟地，并作为电流反馈输入端，记为端口I_F_in，端口CH2通过电容C27接模拟地，并作为功率反馈输入端，记为端口P_F_in，端口CH3通过电容C28接模拟地，并作为温度反馈输入端，记为端口T_F_in；

所述的前面板16的结构有，显示屏1601、电源开关1602、模式选择按键1603、恒流指示灯1604、恒功率指示灯1605、功率设置按键1606、限流设置按键1607、电流设置按键1608、温度设置按键1609、参数调节旋钮1610、超温报警指示灯1611、输出控制按键1612、激光输出指示灯1613和激光输出端口1614；其中，显示屏1601是显示模块2中所述的显示屏U2，型号为LCD1602，电源开关1602是整个装置的总开关，模式选择按键1603、功率设置按键1606、限流设置按键1607、电流设置按键1608、温度设置按键1609和输出控制按键1612这6个按键分别是按键模块4中的开关S1～开关S6，恒流指示灯1604、恒功率指示灯1605、超温报警指示灯1611和激光输出指示灯1613这4个指示灯分别是指示灯模块3中的发光二极管D1～发光二极管D4，参数调节旋钮1610是编码器模块5中所述的旋转编码器Encoder1，激光输出端口1614与激光器模块15的尾纤相连。

本发明的一种数字式激光泵浦源中，各元件优选参数为：电阻R1～电阻R24均为10kΩ，电阻R25为20kΩ，电阻R26为5MΩ，电阻R27～电阻R29均为10kΩ，电阻R30为1MΩ，电阻R31～电阻R34均为10kΩ，电阻R35为1.5kΩ，电阻R36～电阻R39均为180kΩ，电阻R40为20kΩ，电阻R41为25kΩ，电阻R42为18kΩ，电阻R43为10kΩ，电阻R44为0.1kΩ，电阻R45为10kΩ，电阻R46为0.1kΩ，电阻R47、电阻R48、电阻R50、电阻R51均为180kΩ，电阻R49、电阻R52～电阻R57均为20kΩ，电阻Rs1、电阻Rs2均为0.1Ω，滑动变阻器W1为200kΩ，可调电阻W2、可调电阻W4、可调电阻W5均为10kΩ，可调电阻W3为100kΩ，晶振Y1为12MHz，电容C1为0.1uF，电容C2、电容C3均为30pF，电容C4为0.1uF，电容C5～电容C12均为0.47uF，电容C13、电容C14均为0.1uF，电容C15～电容C17均为1uF，电容C18～电容C21均为0.47uF，电容C22为0.1uF，电容C23为100pF，电容C24为0.01uF，电容C25为4.7uF，电容C26～电容C28均为10uF，场效应管Q1为2SJ112，场效应管Q2～场效应管Q4和场效应管Q6均为2sk1482，场效应管Q7为IRF530，三极管Q5为s9012，达林顿管Q8、达林顿管Q9均为TIP132，达林顿管Q10、达林顿管Q11均为TIP137，稳压二极管D5为2.5V，施密特触发器U3A～施密特触发器U3F是一个型号为SN7414的集成施密特触发器的6个工作单元，施密特触发器U4A、施密特触发器U4B是另一个型号为SN7414的集成施密特触发器的2个工作单元，运放U7A和运放U7B是一个型号为TLC2252的集成双运放的2个工作单元，运放U8A和运放U8B是第二个型号为TLC2252的集成双运放的2个工作单元，运放U9A和运放U9B是第三个型号为TLC2252的集成双运放的2个工作单元，运放U11A和运放U11B是第四个型号为TLC2252的集成双运放的2个工作单元，运放U12A和运放U12B是第五个型号为TLC2252的集成双运放的2个工作单元，运放U13A和运放U13B是第六个型号为TLC2252的集成双运放的2个工作单元，运放U15A是第七个型号为TLC2252的集成双运放的1个工作单元。

本发明的一种数字式激光泵浦源中，所述的激光器模块15优选捷迪讯LC96蝶形封装激光器模块。

有益效果：

1、本发明利用单片机进行控制，功能更灵活，功能更丰富，升级换代更方便。

2、本发明具有程控模块，可方便与微机相连，以实现微机程控。

3、本发明设有“超温报警”，通过单片机编程，可实现超温断电报警的功能，提高了系统的安全性。

4、本发明设有软启动功能，启动激光输出时，驱动电流会从0平缓上升到设定值，减小对激光器模块的电流上电冲击，延长激光器的使用寿命。

附图说明：

图1是本发明一种数字式激光泵浦源的整体原理框图。

图2是单片机模块1的原理电路图。

图3是显示模块2的原理电路图。

图4是指示灯模块3的原理电路图。

图5是按键模块4的原理电路图。

图6是编码器模块5的原理电路图。

图7是PC通信模块6的原理电路图。

图8是软启动模块7的原理电路图。

图9是第一数模转换模块8的原理电路图。

图10是电流驱动模块9的原理电路图。

图11是功率取样模块10的原理电路图。

图12是第二数模转换模块11的原理电路图。

图13是温度控制模块12的原理电路图。

图14是温度取样模块13的原理电路图。

图15是模数转换模块14的原理电路图。

图16是激光器模块15的原理电路图。

图17是本发明的前面板示意图。

具体实施方式

下面结合附图，说明本发明各部分电路的具体结构和工作原理。附图中所标参数为各实施例的优选电路参数。

实施例1系统整体结构

如图1和图17所示，系统结构有单片机模块1、显示模块2、指示灯模块3、按键模块4、编码器模块5、PC通信模块6、软启动模块7、第一数模转换模块8、电流驱动模块9、功率取样模块10、第二数模转换模块11、温度控制模块12、温度取样模块13、模数转换模块14、激光器模块15和前面板16。

实施例2单片机模块

如图2所示，所述的单片机模块1的结构为，单片机U1的电源端和接地端分别接+5V电源和数字地，电源端还通过电容C1接数字地，端口X1和端口X2之间接晶振Y1，端口X1和端口X2还分别通过电容C2和电容C3接数字地，端口P00～端口P07分别通过电阻R1～电阻R8接+5V电源，所述的单片机U1的型号是STC89C51，P0口(P00～P07)、P1口(P10～P17)、P2口(P20～P27)为普通输入/输出口，本发明中使用P0口作为单片机与A/D、D/A以及显示芯片的数据交换口，将P2口、P3口的各个引脚用作控制端，实现控制系统中各芯片协调工作，此外，该单片机还有端口X1和端口X2是单片机的晶振输入端，由外部晶振给单片机提供工作主频，端口RESET为单片机的复位端口，端口RD为外部存储器读控制端，端口WR为外部存储器写控制端，端口RXD为串行输入口，端口TXD为串行输出口，中断口INT0和中断口INT1为2个外部中断口，端口T0和端口T1为记时器0和记时器1的外部输入口。单片机模块1负责整个系统的控制工作，用于协调各个功能模块实现所需的功能。

实施例3显示模块

如图3所示，所述的显示模块2的结构为，显示屏U2的端口D0～端口D7分别接单片机U1的端口P00～端口P07，显示屏U2的端口EN、端口R/W和端口RS分别接单片机U1的端口P10、端口WR和端口RD，显示屏U2的端口VL和端口BL-接数字地，端口BL+接滑动变阻器W1的滑线端，端口VDD和端口VSS分别接+5V电源和数字地，端口VDD和端口VSS之间还接有电容C4，滑动变阻器W1的一端接+5V电源，另一端接数字地。显示屏U2的型号为LCD1602，它是一个16*2的集成液晶显示屏，共14个引脚，端口VDD和端口VSS分别为电源正极和电源地，端口VL为液晶显示偏压，端口RS为数据/命令选择，端口R/W为读/写选择，端口EN为使能信号，端口D0～端口D7为8位数据通道，端口BL+和端口BL-分别为背光源正负极。显示屏U2位于前面板16上，用于显示系统工作参数。

实施例4指示灯模块

如图4所示，所述的指示灯模块3的结构为，电阻R13和电阻R14的一端共同接单片机U1的端口P11，另一端分别接场效应管Q1和场效应管Q2的栅极，电阻R15和电阻R16的一端分别接单片机U1的端口P12和端口P13，另一端分别接场效应管Q3和场效应管Q4的栅极，场效应管Q1的漏极接模拟地，源极接电阻R9的一端，场效应管Q2～场效应管Q4的源极均接模拟地，漏极分别接电阻R10～电阻R12的一端，电阻R9～电阻R12的另一端分别接发光二极管D1～发光二极管D4的阴极，发光二极管D1～发光二极管D4的阳极均接+12V电源。其中，发光二极管D1～发光二极管D4均位于前面板16上，为前面板16上的4个状态指示灯，用于指示系统的各种工作状态。

实施例5按键模块

如图5所示，所述的按键模块4的结构为，开关S1～开关S6的一端与电容C5～电容C10的一端均接数字地，开关S1～开关S6的另一端分别接电容C5～电容C10的另一端，还分别接电阻R17～电阻R22的一端，还分别接施密特触发器U3A～施密特触发器U3F的输入端，电阻R17～电阻R22的另一端均接5V电源，施密特触发器U3A～施密特触发器U3F的输出端分别接单片机U1的端口P14～端口P17、端口P20～端口P21共6个端口。其中开关S1～开关S6分别是前面板16上的模式选择按键1603、功率设置按键1606、限流设置按键1607、电流设置按键1608、温度设置按键1609和输出控制按键1612，这6个开关是6个触点式按键开关，用于给单片机输入控制信号，该模块中的施密特触发器用于消除按键的抖动噪声。

实施例6编码器模块

如图6所示，所述的编码器模块5的结构为，旋转编码器Encoder1的1脚接电阻R23的一端、电容C11的一端和施密特触发器U4A的输入端，2脚接电阻R24的一端、电容C12的一端和施密特触发器U4B的输入端，3脚接数字地，电阻R23和电阻R24的另一端均接+5V电源，电容C11和电容C12的另一端均接数字地，施密特触发器U4A和施密特触发器U4B的输出端分别接单片机U1的中断口INT0和中断口INT1。旋转编码器Encoder1位于前面板16上，用于设置系统所需的参数，施密特触发器电路用于消除旋转编码器的抖动噪声。

实施例7PC通信模块

如图7所示，所述的PC通信模块6的结构为，电平转换芯片U15的端口VCC和端口GND分别接+5V电源和数字地，端口V+通过电容C13接+5V电源，端口V-通过电容C14接数字地，端口C1+和端口C1-之间接电容C15，端口C2+和端口C2-之间接电容C16，端口T1IN和端口R1OUT分别接单片机U1的端口TXD和端口RXD，端口R1IN和端口T1OUT分别接D形接口J1的3脚和2脚，D形接口J1的5脚接数字地，所述的电平转换芯片U15的型号是MAX232，它是一个TTL-RS232转换芯片，端口V+(2脚)、端口V-(6脚)、端口C1+(1脚)、端口C1-(3脚)、端口C2+(4脚)和端口C2-(5脚)内部电荷泵电路端口，配合外部的电容C13～电容C16用来产生+12V和-12V电源的；端口R1IN(13脚)、端口R1OUT(12脚)、端口T1IN(11脚)和端口T1OUT(14脚)为第一数据通道，端口R2IN(8脚)、端口R2OUT(9脚)、端口T2IN(10脚)和端口T2OUT(7脚)为第二数据通道，端口VCC(16脚)和端口GND(15脚)分别是电源和地。D形接口J1是一个9针D形接口。PC通信模块9负责本发明的单片机和微机之间的数据通信，通过该模块可实现单片机的程序下载以或微机程控功能。

实施例8软启动模块

如图8所示，所述的软启动模块7的结构为，电阻R25的一端接单片机U1的端口P22，另一端接三极管Q5的基极，三极管Q5的发射极接+5V电源，集电极接电阻R26的一端、电容C17的一端和场效应管Q6的栅极，电阻R26和电容C17的另一端均接模拟地，场效应管Q6的源极接模拟地，漏极记为端口SoftStart，与电流驱动模块9的端口SoftStart_in相连。当单片机的端口P22为低电平时，三极管Q5导通，场效应管Q6也导通，使得端口SoftStart处的电压接近0，因此使得电流驱动模块9的有效输入电压为0，电流驱动模块9不会产生驱动电流；当按下前面板16上的输出控制按键1612时，单片机的端口P22的状态转为高电平，三极管Q5截止，但由于电容C17的储能作用，场效应管Q6的栅极电压不会立刻变成0，而是随着电容C17和电阻R26的放电过程平缓下降到0，场效应管Q6也从导通状态平缓过渡到截止状态，电流驱动模块9的有效输入电压也会随端口SoftStart的电压从0平缓升高到正常电压，在此过程中，产生的驱动电流也是从0逐渐升高到设定电流值的，从而实现对激光器模块的软启动驱动，避免了对激光器的上电冲击。

实施例9第一数模转换模块和第二数模转换模块

如图9所示，所述的第一数模转换模块8的结构为，数模转换器U6的数字信号输入端口与单片机U1的端口P0相连，数模转换器U6的端口BYTE1/BYTE2与单片机U1的端口P23相连，数模转换器U5的端口CS与单片机U1的端口P24相连，数模转换器U5的端口WR1、端口WR2均与单片机U1的端口WR相连，端口XFER与单片机U1的端口RD相连，数模转换器U6的电源端接+5V电源，端口DGND接数字地，端口AGND和端口Iout2接模拟地，端口Rfb通过可调电阻W2接模拟地，端口Iout1接运放U7A的同相输入端，运放U7A的正负电源端分别接+12V电源和模拟地，反相输入端和输出端之间接电阻R27，反相输入端还通过电阻R28接模拟地，数模转换器U6的参考电压输入端Vref记为端口Vref_in1，接模数转换模块14中的端口V_refer，运放U7A的输出端记为端口I_ctr，与电流驱动模块9中的端口I_ctr_in相连。所述的数模转换器U6的型号是DAC1232LCJ，它是一个12位数模转换器，20个引脚，引脚13～16、4～7为数字信号输入端口，端口BYTE1/BYTE2(19脚)为字节序列控制端口，端口CS为片选端口，端口WR1、端口WR2为数据读取控制端口，端口XFER为转换控制端口，端口Vcc为电源输入端，端口Vref为参考电压输入端口，端口Rfb为反馈电阻输入端口，端口Iout1、端口Iout2转换电流输出端口，端口AGND和端口DGND分别为模拟地和数字地端口。第二数模转换模块11的结构如图12所示，其结构和工作原理与第一数模转换模块8基本相同，在此不再重述。第一数模转换模块8负责将单片机送出的驱动电流值(数字量)转换成对应的模拟电压，为电流驱动模块9提供控制电压，第二数模转换模块11负责将单片机送出的温度值(数字量)转换成对应的模拟电压，为温度控制模块12提供控制电压。

实施例10电流驱动模块

如图10所示，所述的电流驱动模块9的结构为，电阻R29的一端记为端口I_ctr_in，另一端接运放U7B的同相输入端，并记为端口SoftStart_in，运放U7B的反相输入端和输出端之间接电容C18，输出端接场效应管Q7的栅极，场效应管Q7的漏极接+12V电源，源极接激光器模块15的端口LD+，运放U7B的反相输入端接电阻R30的一端和电阻R31的一端，电阻R30的另一端接+12V电源，电阻R31的另一端接运放U8A的输出端和可调电阻W3的一端，并作为电流驱动模块的电流反馈端，记为端口I_F，接模数转换模块14中的端口I_F_in，可调电阻W3的另一端接电阻R32的一端，电阻R32的另一端接电阻R33的一端和运放U8A的反相输入端，电阻R33的另一端接模拟地，运放U8A的正负电源端分别接+12V电源和模拟地，同相输入端接电阻R34的一端，电阻R34的另一端接电阻Rs1的一端，还接激光器模块15的端口LD-，电阻Rs1的另一端接模拟地。电流驱动模块9负责将第一数模转换模块8输出的控制电压转换成相应的驱动电流，用于驱动激光器模块15内部集成的激光二极管，由激光二极管产生光功率。

实施例11功率取样模块

如图11所示，所述的功率取样模块10的结构为，运放U8B的反相输入端和输出端之间接电阻R36，同相输入端接电阻R35的一端，还接激光器模块15的端口PD+，电阻R35的另一端接运放U9A的同相输入端，还接激光器模块15的端口PD-，运放U9A的正负电源端分别接+12V电源和模拟地，反相输入端通过电阻R38接模拟地，反相输入端和输出端之间接电阻R39，反相输入端还接电阻R40的一端，电阻R40的另一端接电阻R37的一端和运放U8B反相输入端，电阻R37的另一端接运放U9A的输出端，运放U8B的输出端作为功率反馈端，记为端口P_F，接模数转换模块14中的端口P_F_in。功率取样模块10负责对激光器模块15输出的光功率进行取样并转换成相应的模拟电压，然后送给模数转换模块14。

实施例12温度控制模块

如图13所示，所述的温度控制模块12的结构为，运放U11A的正负电源端分别接+12V电源和模拟地，同相输入端记为端口T_ctr_in，反相输入端和输出端之间接电容C19，反相输入端还接运放U12B的输出端，运放U11A的输出端接电阻R43的一端、电阻R44的一端和电容C20的一端，电容C20的另一端接+5V电源，电阻R43的另一端接运放U11B的反相输入端，电阻R44的另一端接达林顿管Q8和达林顿管Q10的基极，达林顿管Q8和达林顿管Q10的集电极分别接+12V电源和模拟地，发射极接在一起，还和电阻Rs2的一端以及运放U12A的同相输入端相连，电阻Rs2的另一端和运放U12B的同相输入端相连，还接激光器模块15的端口TEC+，运放U12A的正负电源端分别接+12V电源和模拟地，反相输入端和输出端之间接电阻R50，反相输入端还接电阻R51的一端和电阻R49的一端，电阻R51的另一端接+5V电源，电阻R49的另一端接电阻R48的一端、电阻R47的一端和运放U12B的反相输入端，电阻R48的另一端接运放U12A的输出端，电阻R47的另一端接运放U12B的输出端，运放U11B的同相输入端接+5V电源，反相输入端和输出端之间接电阻R45，输出端接电阻R46的一端和电容C21的一端，电容C21的另一端接+5V电源，电阻R46的另一端接达林顿管Q9和达林顿管Q11的基极，达林顿管Q9和达林顿管Q11的集电极分别接+12V电源和模拟地，发射极接在一起，还接激光器模块15中的端口TEC-。温度控制模块13负责将第二数模转换模块12输出的控制电压转换成驱动电流，用于驱动激光器模块15内部集成的热电制冷器，以控制激光器模块15的工作温度。

实施例13温度取样模块

如图14所示，所述的温度取样模块13的结构为，稳压二极管D5的阴极接+5V电源，阳极接电阻R52的一端和运放U13A的同相输入端，电阻R52的另一端接模拟地，运放U13A的正负电源端分别接+12V电源和模拟地，反相输入端和输出端之间接电容C22，输出端接电阻R54的一端，反相输入端接电阻R53的一端和三极管Q12的发射极，电阻R53的另一端接+5V电源，电阻R54的另一端接三极管Q12的基极，三极管Q12的集电极接电阻R55的一端，还接激光器模块15的端口NTC+，电阻R55的另一端接运放U13B的同相输入端，运放U13B的反相输入端通过电阻R57接模拟地，反相输入端和输出端之间接相互串联的电阻R56和可调电阻W5；输出端作为温度反馈端，记为端口T_F，接模数转换模块14的端口T_F_in。温度取样模块13负责对激光器模块15的工作温度进行取样并转换成相应的模拟电压，然后送给模数转换模块14。

实施例14模数转换模块

如图15所示，所述模数转换模块14的结构为，模数转换器U14的端口CLK通过电容C23接数字地，端口CS接单片机U1的端口P26，端口RD、端口WR分别接单片机U1的端口RD、端口WR，端口HBEN接单片机U1的端口P23，端口SHDN接+5V电源，模数转换器U14的数据输出端和单片机U1的端口P0按高位对高位、低位对低位的方式依次相连，模数转换器U14的端口Vdd接+5V电源，端口DGND接数字地，端口AGND接模拟地，端口INT接单片机U1的端口P27，端口CH0、端口CH4、端口CH5、端口CH6和端口CH7均接模拟地，端口REF和端口REFADJ分别通过电容C25和电容C24接模拟地，端口REF还接运放U15A的同相输入端，运放U15A的正负电源端分别接+12V电源和模拟地，反相输入端和输出端相连，并作为参考电压端，记为端口V_refer，模数转换器U14的端口CH1通过电容C26接模拟地，并作为电流反馈输入端，记为端口I_F_in，端口CH2通过电容C27接模拟地，并作为功率反馈输入端，记为端口P_F_in，端口CH3通过电容C28接模拟地，并作为温度反馈输入端，记为端口T_F_in。模数转换模块14利用模数转换器U14的3个模拟信号输入通道，将驱动电流、输出光功率、工作温度所对应的电压值转换成相应的数字量，并送回单片机U1进行存储。所述的模数转换器U14的型号是MAX197，它是一个8通道12位模数转换器，28个引脚，其中引脚7～引脚14是数据输出端，端口HBEN为数据高低位选择控制端，用于12位转换结果的多路复用，端口CS为片选端口，端口RD和端口WR分别为读写控制端口，端口CLK为时钟输入端口，端口SHDN为电源关闭模式设置端口，端口Vdd为电源端口，端口DGND和端口AGND分别为数字地和模拟地端口，端口CH0～端口CH7为8个模拟信号输入通道，端口INT为中断输出端口，当转换结束且数据可被访问时，该端口变为低电平，端口REFADJ为带宽基准电压调整端口，端口REF为基准缓存输出/缓存输入端口，在内部基准缓存模式时，输出4.096V的基准电压，用于给数模转换器提供参考电压。

实施例15激光器模块

本实施例的激光器模块15选用捷迪讯LC96蝶形封装激光器模块，其封装及引脚示意图如图16所示，该激光器模块内部集成了激光二极管LD、光电二极管PD、热电制冷器TEC和热敏电阻NTC，尾纤直接连接到前面板16上的激光输出端口1614用于输出激光，该模块共有14个引脚，其中6脚、7脚、8脚、9脚、12脚均为空引脚(NC)，1脚和14脚分别是内部热电制冷器的两个电流输入端(端口TEC+和端口TEC-)，2脚和5脚是内部集成热敏电阻的两个接线端口(端口NTC+和端口NTC-)，端口NTC-接模拟地，3脚和4脚为内部集成光电二极管的两个接线端口(端口PD+和端口PD-)，此二端口输出的电流大小反应了光功率的大小，10脚和11脚是内部激光二极管的阳极和阴极(端口LD+和端口LD-)，13脚为外壳接地端。

实施例16前面板

如图17所示，所述的前面板16的结构有，显示屏1601、电源开关1602、模式选择按键1603、恒流指示灯1604、恒功率指示灯1605、功率设置按键1606、限流设置按键1607、电流设置按键1608、温度设置按键1609、参数调节旋钮1610、超温报警指示灯1611、输出控制按键1612、激光输出指示灯1613和激光输出端口1614；其中，显示屏1601是显示模块2中所述的显示屏U2，型号为LCD1602，电源开关1602是整个装置的总开关，模式选择按键1603、功率设置按键1606、限流设置按键1607、电流设置按键1608、温度设置按键1609和输出控制按键1612这6个按键分别是按键模块4中的开关S1～开关S6，恒流指示灯1604、恒功率指示灯1605、超温报警指示灯1611和激光输出指示灯1613这4个指示灯分别是指示灯模块3中的发光二极管D1～发光二极管D4，参数调节旋钮1610是编码器模块5中所述的旋转编码器Encoder1，激光输出端口1614与激光器模块15的尾纤相连。

实施例17本发明的工作过程

参考附图1的整体框图和附图17的前面板，本发明的工作过程如下：由工作模式选择按键1603选择所需要的工作模式—恒流模式或恒功率模式，通过功率设置按键1606、限流设置按键1607、电流设置按键1608、温度设置按键1609选择要调节的参数并由显示屏1601进行显示，由参数调节旋钮1610设置各参数值并送入单片机模块1。如果是工作在恒流模式下，单片机会将设置的电流值(数字量)送至第一数模转换模块8转换成相应的模拟电压，再由电流驱动模块9产生相应的驱动电流，输出至激光器模块15，驱动激光器模块15在设定的电流下工作并产生激光，由激光器模块15的尾纤通过前面板16上的激光输出端口1614输出激光，同时输出的激光功率会由功率取样模块10进行取样再由模数转换模块14转换成数字量送回单片机并由单片机存储；如果是工作在恒功率模式下，单片机会将设置的激光功率值与取样回的实际激光功率值进行比较，并将差值进行PID运算，运算结果(数字量)送至第一数模转换模块8转换成相应的模拟电压，再由电流驱动模块9进一步转换成驱动电流，输出至激光器模块15，如果取样回的激光功率与设置功率不相等，单片机则通过PID算法自动调整驱动电流，直至两者相等，这样激光器模块15便输出功率稳定的激光。温度取样模块13对激光器模块15的工作温度进行取样并由模数转换模块14转换成数字量，送回单片机进行存储，单片机会将取样回的工作温度与设定的温度进行比较，差值进行PID运算，并将运算结果送至第二数模转换模块11转换成相应的模拟电压，再由温度控制模块12产生相应的电流，以驱动激光器模块15中内置的热电制冷器进行控温，如果取样回的温度值与设置的温度值不相等，则单片机会通过PID算法进行自动调整温度控制模块12输出的电流值，进而调整激光器模块15中热电制冷器的工作状态，直至实际温度与设定温度相等，这样激光器模块15便会在所设定的温度下恒温工作。如果激光器模块15产生热量的速度超过热电制冷器制冷的速度，则会使得工作温度逐渐升高，系统不再能够工作于恒温状态，当工作温度升高至预先设定的报警温度时，单片机会控制第一数模转换模块8将输出数字量变为0，同时将软启动模块7调整到关闭状态，这样便不会再有电流输出至激光器模块15，同时控制前面板16上的超温报警指示灯1611闪烁，以提示用户关闭系统，本系统的超温报警功能大大提高了整个系统的安全性和可靠性。