基于ATmega16的數字光功率計系統實現方案

前端采集的數據通過16位精度的A/D轉換器AD7705將模擬信號轉換成數字信號。粗測數據的信號反饋，可使單片機的PB4和PB3管腳控制CD4051選擇4個不同的通道，對應不同方法的倍數，以重新選擇合適的量程，輸出合適的電壓信號進行A/D轉換。

3 數據采集

數據采集采用16 b A/D轉換器件AD7705完成(見圖3)。AD7705是AD公司推出的低功耗16位模/數轉換器，適用于測量低頻模擬信號。它的特點是功耗低，精度高，動態范圍廣，可自校準，非常適用于工業控制、科研應用。由于使用SPI接口，占用的引腳少，因此控制起來也很方便。AD7705采集到的電壓信號通過SPI接口和ATmega16進行通訊以傳輸數據。ATmega16作為主機對AD7705進行控制，使用的I/O口資源分別為MOSI，MOSI，SCK，SS和AD7705通信。模擬電壓轉換成數字信號，經ATm-ega16處理后換算成光功率數據，在1602液晶屏幕上顯示出來。

4 軟件結構

ATmega16對整個系統進行控制。通過PB4，PB3狀態控制CD4051的通道選擇;通過SPI口操作AD7705并獲得數據;通過寫命令和寫數據控制1602液晶的顯示。整個系統的軟件流程如圖4所示。

該系統的量程設置有4檔，相鄰的最大電壓值是2倍關系。首先設置最大量程檔，也就是先選擇第一大檔進行數據采樣，如果當采樣值小于128時，就選擇第四檔進一步進行放大、轉換;當采樣值大于128而小于256，就選擇第三檔進行放大、轉換;當采樣值大于256而小于512時，就選擇第二檔進行放大、轉換;當采樣值大于512而小于與1 024時，就選擇第一檔進行放大，轉換。

5 數據分析

通過實驗室標準光功率計對該光功率計進行了校準，為了減小誤差，修正系統的線性度，在數據處理上采用了分段函數法。主要分為3段，在不同的階段采用不同的修正系數。表1是系統數據對照表。表中的標指標準光功率計，測指測試光功率計，單位為mW。由數據可看出，誤差較小，可滿足實驗室的一般實驗需求。

6 結語

提出了一種基于ATmega16的數字光功率計系統實現方案，采用的模/數轉換元件是AD公司的AD7705模數轉換器。文中詳細介紹了自動量程轉換和數據采集系統的功能及具體實現。該光功率計已經用于本專業的光電實驗教學，作為輔助測量儀器，效果良好。