基于LabWindows/CVI的光譜分析系統的設計與實現

　　3．4 接口卡的軟件設計

　　硬件接口卡程序采用AT89C51匯編語言編寫，完成步進電機的控制，數據的采集，與PC機的通信以及顯示鍵盤等功能。其主程序流程圖如下圖四所示：

　　定時器0中斷服務程序用于產生方波驅動信號，用于驅動步進電機。它工作在模式1，其中，TH0、TL0由PC機所設置的轉率確定。采樣/發送標志位07H由PC機或鍵盤命令設置，若（07H）=1，則設置標志位（00H）=1，以便啟動采樣子程序與數據發送子程序，反之，則使（00H）=0停止采樣子程序與數據發送子程序。結束標志位08H，當（08H）=1時，結束采樣，反之，繼續采樣過程。在每次采集數據前應加入適當的延遲，以便使步進電機穩定后再讀數。

　　AD轉換器MAX180的BUSY端子接在AT89C51的INT0上，INT0設置為邊沿觸發方式IT0=1，當BUSY信號從有效狀態變為無效狀態時，單片機進入其外部中斷服務程序SAMINT0完成一次數據采集。在調試時為保證軟件的功能執行一次，平面光柵單色儀的指示波長轉一個單位，可通過微調定時中斷初始值達到以上目的。

　　AT89C51通過串口中斷服務程序MCRXPCINT接收上位PC機數據/命令。           

　　部分匯編程序如下：
　　ORG 0000H
　　LJMP MAINPROC
　　ORG 000BH          ；定時器0中斷入口地址。
　　LJMP TIMER0INT
　　ORG 0013H          ；A/D轉換MAX180完成一次數據采集外部中斷1入口地址。
　　LJMP SAMINT0
　　ORG 0023H
　　LJMP MCRXPCINT    ；AT89C51接收上位PC機數據/命令串口中斷入口地址。
　　ORG 0050H
　　MAINPROC：
 MOV    SP，60H
 LCALL  LCMINIATE    ；初始化液晶顯示模塊。
　　．．．　．．．
　　MAINLOOP：               ；主循環。
 JNB  00H，SAMPNO　；是否開始采集發送數據？00H位為標志位。為1啟動
 CLR  00H
 LCALL MCTXPC       ；AT89C51發送數據（30H~37H）單元到PC機。發送中關閉串口中斷
 LCALL SAMPLE       ；開始采集數據。
　　SAMPNO：
 LCALL READKE&PC  　；查詢鍵盤及PC機命令。（01H）、（00H）
 LJMP MAINLOOP
　　．．．　．．．

　　4   數據分析系統的設計

　　目前，應用程序的開發軟件非常多，如VC、VB等，但開發周期都比較長、難度也比較高；而美國NI公司推出的虛擬儀器編程語言LabWindows/CVI，利用其豐富的按鈕、圖形等用戶界面庫函數，大大縮短了軟件的開發周期，并能滿足開發中的實際需要。

　　在設計過程中，根據實際要求，我們把系統分為：參數設置及動態采集，數據分析處理，數據管理等三大模塊。

　　在"參數設置及動態采集"模塊中，為了提高該系統的適應性，考慮串口通信速率可調，以適應多種采樣速率的要求。因此，系統應用時，應首先設定串口參數，然后才能進行采樣、定位等操作。所以，系統分析界面上"采樣啟動/停止"、"參數定位"等功能按鈕首先是灰色的（處于無效狀態），只有串口參數設定之后，才變為有效狀態。在測試開始之前，還必須對系統進行校正，即根據平面光柵單色儀指針當前位置所指示的波長，設置系統界面上步進電機的當前位置值，使兩者完全一致。然后點擊"參數定位"按鈕，設置測試掃描的起始波長和終止波長，這時步進電機會自動定位到要求掃描的起始位置。接著點擊"采樣啟動/停止"按鈕，系統開始采樣，并記錄采樣所得數據。當采樣達到預設的終止波長時，系統會自動停止采樣。

　　在"數據分析處理"模塊中，我們首先將采集到的數據通過50階的FIR工頻陷波器，以消除工頻干擾。對濾波后的數據進行求極值處理，從而得到波形的帶寬、有無多峰等特征。添加光標控件后，可動態獲取當前的波長和相對強度值。

　　在"數據管理"模塊中，我們把不同二極管在不同電流作用下的特征數據進行保存，在需要具體分析時，可進行數據重現，并能夠根據參數要求，在一批測試數據中進行自動匹配篩選。從而，在安裝二極管泵浦頭時，極大地提高了裝配效率。

　　LabWindows/CVI編程語言提供了豐富的庫函數，可以很容易的實現以上三大模塊的功能。可利用RS-232庫函數ComWrtByte（）串口發字節命令、ComReadByte（）串口接收字節命令、CloseCom（）關閉串口命令、OpenComConfig（）打開串口命令等實現與AT89C51的數據/命令收發功能。用定時器控件Timers的 SuspendTimerCallbacks ()、ResumeTimerCallbacks ()函數，在回調函數中實現動態繪制數據，自動定位等功能。

　　5  系統應用實例

　　把該系統應用于大功率激光器的裝配中，結果令人非常滿意。圖五為實際測試德國生產的808連續二極管條在30A與45A電流作用下的光譜特性曲線。從分析系統界面上可以直接讀出，30A時該二極管條的中心頻率為806.10nM，45A時為808.20nM；帶寬由0.7nM變到1.0nM；同樣，可對若干二極管條進行這樣的測試，提取它們的特征值；最后，可根據參數設置，在這些二極管中進行自動匹配篩選。
       

　　6  結束語

　　該測試分析系統，實現了對WDP500-2A平面光柵單色儀測試系統的改進，實現了對基于MS-DOS的平面光柵單色儀數據分析系統的優化。它采用RS232串口通信的硬件接口卡，使用方便；采用LabWindows/CVI語言開發分析系統，快捷實用。其分析界面簡潔友好，功能完善，實現了平面光柵單色儀的自動定位、掃描、數據分析、數據處理等功能。在大功率激光器的裝配中，該測試分析系統的應用，不僅提高了裝配的效率，也提高了裝配的質量。同時，該測試分析系統也可廣泛的應用于其它光學器件的光譜分析，及光通信的研究中。

　　參考文獻

　　[1]  繆家鼎等，光電技術，94年，浙江大學出版社
　　[2]  李朝青，PC機及單片機數據通信技術，99年，北航社
　　[3]  姚天任等，現代數字信號處理，華中理工大學出版社，2000年
　　[4]  WDP500-2A平面光柵單色儀使用說明
　　[5]  NI公司LabWindows/CVI用戶手冊

　　作者簡介：龍興明，男， 1976年8月生，漢，碩士研究生，主要從事信息光學及計算機應用等研究。
　　電話：023-65331121，E-mail：lennydragon@yahoo.com
　　(400047重慶師范學院物理系)  龍興明，戴特力
　　(400044重慶大學電氣工程)    周  靜
　　作者通訊地址：400047 重慶師范學院物理系 龍興明