基于AD7888的高穩定度激光器多路監測系統的設計

　　系統功能簡介

　　在高穩定度激光器的研制中,實時監測激光器的工作狀態是需要重點關注的問題。本系統實現了高穩定度激光器溫度控制系統、激光管工作電流、工作電壓、激光器光功率的實時精確監測，以及激光器工作狀態數據的存儲和數據串行上傳的功能。其中電流設定值和實際工作電流的觀測可以更好地確定激光器的工作狀態。系統結構圖如圖1所示。

圖1 系統結構框圖

　　本系統的實時監測是利用AD模數轉化器實現的。對于AD芯片的選擇，需要綜合設計諸項因素，系統技術指標、成本、功耗、安裝等，最主要的依據還是速度、精度以及需要的通路。由于系統采樣的數據是緩慢變化的信號，所以速度的要求不高，主要是精度的要求和多通路的要求，所以選擇了美國模擬器件AD公司推出的一款8路單端模擬輸入的12位模數轉換器AD7888，VREF(+)為+5V時，其精度能達到1/212×5V=0.00122V，完全滿足系統設計的需要。LCD使用OCM4×16，4行16字符的液晶顯示模塊，使用兩個按鍵控制不同監測數據之間的切換。數據存儲器使用的是AT28C256，容量為256MB，在EEPROM中將存儲器分為8個區域，按照實時時鐘的節拍存儲上傳給PC的采樣數據。在PC端可以遠程直接監控激光器的工作狀態。與PC間的數據通信采用的是串行方式，從MCU的TX和RX端CMOS電平到PC的標準RS232電平的轉換器件選用Maxim公司的MAX232。由于MCU的外圍器件比較多，以及考慮了以后的擴展，這里使用了CPLD芯片進行了器件片選的地址譯碼和液晶屏的控制信號的生成。

　　AD7888的特點

　　AD7888是美國模擬器件AD公司推出的一款高速低功耗12位模數轉換器，可以在+2.7～+5.25V單電源模式下工作，見圖2。其最大轉換速率可達到125k SPS。AD7888的輸入采樣/保持電路在500ns內獲取一個信號，采用單端采樣模式，包含8個單端模擬輸入，從AIN1到AIN8，模擬輸入電壓從0～VREF。AD7888內部具有用做A/D轉換的換的2.5V基準電壓源，REFIN/REFOUT管腳允許用戶訪問這個基準。另外，該管腳也可以使用外部基準電壓，范圍從1.2V到VDD。CMOS的制造工藝確保了低功率消耗，正常工作時為2mW，掉電狀態下為3μW。該器件采用16腳SOIC和TSSOP外形封裝。可以選擇多種電源管理模式（包括數據轉換后自動處于掉電模式），與多種串行接口兼容，如SPI/QSPI/MICOWIRE/DSP。AD7888引腳功能及符號說明見圖3、表1、表2。

圖2 AD7888模數轉換器

圖3 控制器位功能描述

       表1 AD7888模數轉換器管腳

        表2 引腳符號及說明

　　在AD7888中，控制寄存器是8位的只寫寄存器。數據在時鐘周期信號的上升沿從AD7888的DIN引腳載入，在此同時獲取外部模擬量轉換的結果。每次數據的傳輸需要準備16個連續時鐘信號。數據只能在片選信號下降沿之后的前8個時鐘脈沖的上升沿裝入控制寄存器。

　　串行接口：

　　在圖4中顯示了詳細的串行接口時序圖，串行時鐘提供了轉換時序，且控制AD7888轉換信息的輸入輸出。

　　CS初始化數據傳送和轉換處理。在其下降沿之后的1.5個時鐘周期開始采樣輸入信號，這段時間表示為tACQ（獲取時間）。這是從DIN輸出到控制寄存器的MSB位為DONTC一個原因。在自動關斷模式下獲取時間必須要慮及5μs的喚醒時間。整個轉換過程還需要14.5個時鐘周期來完成。上升沿之后，總線返回高阻狀態。如果繼續保持低電平，則準備新一輪的轉換。

　　進行采樣的輸入通道的選擇是提前寫入控制寄存器的，因此在轉換時，用戶必須提前寫入以備通道的轉換。也就是說，在進行當前轉換時，用戶就必須提前寫入通道的地址以備下次轉換使用。設計中初始化時，先做一次寫控制寄存器的操作，將需要轉換的通道信息寫入控制寄存器中。

　　寫信息到控制寄存器應該在數據傳送的前8個SCLK上升沿進行。控制寄存器經常在數據傳送發生時進行寫操作。從器件中讀數據時用戶必須經常仔細地在PIN線上設置正確的信息。