CN106785894A - 一种数字式半导体激光器脉冲驱动器 - Google Patents
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Abstract
本发明的一种数字式半导体激光器脉冲驱动器属于电子技术的技术领域，结构有单片机模块(1)、高压储能模块(2)、脉宽调节模块(3)、脉冲驱动模块(4)、脉冲显示模块(5)、指示灯驱动模块(6)和按键输入模块(7)、开关信号产生模块(8)和前面板(9)。本发明利用单片机控制，使用更灵活，功能更丰富，升级换代更方便，输出脉冲形状好，另外本发明还具有上电冲击保护功能，安全性高。
Description
技术领域
本发明属于电子技术的技术领域。特别涉及一种数字式半导体激光器脉冲驱动器。
背景技术
脉冲驱动式半导体激光器在激光雷达、激光测距、光纤通信、3D图像处理等很多领域内都有重要的应用。其性能直接影响它在实际应用效果，例如：在脉冲式半导体激光测距机和激光雷达中，脉冲激光的上升时间和测量精度密切相关，上升时间越短，越有利于提高测量精度；脉冲激光的峰值功率和测量距离密切相关，峰值功率越大，越有利于增加测量距离。而脉冲式半导体激光器的性能主要取决于为其提供驱动信号的脉冲驱动器，因此需要对脉冲驱动器进行参数优化设计。
目前，常用的半导体激光器脉冲驱动器通常采用模拟式设计，与本发明最接近的现有技术是本课题组于2013年获得授权的发明专利“大功率半导体激光器脉冲驱动电源”，专利号为ZL201210120267.5，该文献中，给出了一种半导体激光器脉冲驱动电源的设计方案，使该驱动电源能在输出较大脉冲峰值电流的同时保持较短的输出脉宽和脉冲电流上升时间。
但专利ZL201210120267.5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：首先，功能比较单一，只能单机工作，无法利用微机进行多机远程控制，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；其次，由模拟电路搭建成的脉冲触发电路其重复频率易受温度等环境因素的影响，从而影响驱动电源的频率稳定性；再次，专利ZL201210120267.5中所使用的高速开关电路还可通过优化设计，进一步降低大脉冲峰值电流下的输出脉宽和脉冲电流上升时间，改善输出电流脉冲的形状。因此，目前已公开的半导体激光器脉冲驱动器技术还需要进一步完善。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的不足，提供一种数字式半导体激光器脉冲驱动器。
本发明的技术问题通过以下技术方案解决：
一种数字式半导体激光器脉冲驱动器，结构有脉冲显示模块5、开关信号产生模块8和前面板9，其特征在于，结构还有单片机模块1、高压储能模块2、脉宽调节模块3、脉冲驱动模块4、指示灯驱动模块6和按键输入模块7；
所述的单片机模块1的结构为，单片机U1的端口VCC和端口GND分别接+5V电源和数字地，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C1和电容C2接数字地，排阻Rp的公共端1脚接+5V电源，其余引脚分别接单片机U1的端口P00～端口P07，电平转换芯片U2的端口VCC和端口GND分别接+5V电源和数字地，端口VDD通过电容C3接+5V电源，端口VEE通过电容C4接数字地，端口C2+和端口C2-之间接电容C5，端口C1+和端口C1-之间接电容C6，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J2的3脚和2脚，D形接口J2的5脚接数字地，所述的单片机U1的型号是STC89C51，电平转换芯片U2的型号是MAX232，D形接口J2是一个9针D形接口；
所述的开关信号产生模块8的结构为，555定时器U12的端口VCC和端口GND分别接+5V电源和数字地，端口RST接+5V电源，端口DISC通过电阻R28接+5V电源，端口DISC通过电阻R29接端口THR和端口TRIG，端口TRIG通过电容C24接数字地，端口CVOLT通过电容C25接数字地，端口OUT作为开关信号产生模块8的输出端记为端口SW_Pulse，所述的555定时器U12的型号是TLC555；
所述的高压储能模块2的结构为，二输入与非门U3A的一个输入端接开关信号产生模块8的端口SW_Pulse和二输入与非门U3C的一个输入端，二输入与非门U3A的另一个输入端接二输入与非门U3B的输出端和N沟道场效应管Q1的栅极，二输入与非门U3A的输出端接二输入与非门U3B的一个输入端，二输入与非门U3B的另一个输入端接二输入与非门U3C的输出端，二输入与非门U3C的另一个输入端接运放U4A的输出端，运放U4A的8脚和4脚分别接+5V电源和数字地，同相输入端经电阻R1接+5V电源并接稳压二极管D2的负极，稳压二极管D2的正极接数字地，运放U4A的反相输入端通过电阻R2接模拟地并通过电阻R3接数字电位器U5的端口W，数字电位器U5的端口VDD和端口GND分别接+5V电源和数字地，端口ADDR和端口VSS分别接+5V电源和数字地，端口EXT_CAP通过电容C7接数字地，端口SCL通过电阻R6接单片机U1的端口P20，端口SDA通过电阻R5接单片机U1的端口P21，端口通过电阻R4接+5V电源，端口A接N沟道场效应管Q1的漏极、肖特基二极管D1的正极并通过电感L1接+12V电源，N沟道场效应管Q1的源极接模拟地，肖特基二极管D1的负极作为高压储能模块2的输出端记为端口H_Vdc并通过相互并联的电容C8、C9、C10、C11和C12接模拟地，所述的数字电位器U5的型号是AD5272BRMZ-100；
所述的按键输入模块7的结构为，反相施密特触发器U11B的输入端通过电阻R21接插座J4的1脚、通过电阻R20接+5V电源并通过电容C20接数字地，输出端接单片机U1的端口P16，反相施密特触发器U11C的输入端通过电阻R23接插座J4的2脚、通过电阻R22接+5V电源并通过电容C21接数字地，输出端作为按键输入模块7的一个输出端记为端口Enable，反相施密特触发器U11D的输入端通过电阻R25接插座J4的3脚、通过电阻R24接+5V电源并通过电容C22接数字地，输出端接单片机U1的端口INT0，反相施密特触发器U11E的输入端通过电阻R27接插座J4的4脚、通过电阻R26接+5V电源并通过电容C23接数字地，输出端接单片机U1的端口INT1；
所述的脉宽调节模块3的结构为，三输入与非门U6的端口VCC和端口GND分别接+5V电源和数字地，端口A1和端口A2接单片机U1的端口P24，端口B1接数字电位器U7的端口A并通过电容C13接数字地，端口B2和端口C2接+5V电源，端口Y2接电位器W1的一个固定端，电位器W1的抽头端接数字电位器U7的端口W，三输入与非门U6的端口C1接按键输入模块7的端口Enable，端口Y1接端口C3，端口B3和端口A3接+5V电源，端口Y3作为脉宽调节模块3的输出端记为端口Pulse_LC，数字电位器U7的端口VDD和端口GND分别接+5V电源和数字地，端口ADDR和端口VSS分别接+5V电源和数字地，端口EXT_CAP通过电容C14接数字地，端口SCL通过电阻R9接单片机U1的端口P22，端口SDA通过电阻R8接单片机U1的端口P23，端口通过电阻R7接+5V电源，所述的三输入与非门U6的型号是74S10，数字电位器U7的型号是AD5272BRMZ-50；
所述的脉冲驱动模块4的结构为，电位器W2的抽头端接脉宽调节模块3的端口Pulse_LC，电位器W2的一个固定端通过电容C17接模拟地并接MOSFET驱动芯片U8的端口INA和端口IN B，MOSFET驱动芯片U8的端口VCC和端口GND分别接+12V电源和模拟地，端口EN A和EN B接+12V电源并通过相互并联的电容C15和电容C16接模拟地，端口OUT A和端口OUT B接二极管D3的正极并接PNP三极管Q2的基极，PNP三极管Q2的集电极接模拟地，二极管D3的负极接二极管D4的正极，二极管D4的负极接PNP三极管Q2的射极并接电阻R10和电容C18的一端，电阻R10和电容C18的另一端接在一起后接高速MOSFET芯片U9的端口G并通过电阻R11接模拟地，高速MOSFET芯片U9的1脚、3脚、4脚和6脚接模拟地，端口D接插座J1的2脚，插座J1的1脚接高压储能模块2的端口H_Vdc，所述的MOSFET驱动芯片U8的型号是IXDD404，高速MOSFET芯片U9的型号是DE275-201N25A；
所述的脉冲显示模块5的结构为，显示屏U10的端口D0～端口D7分别接单片机U1的端口P00～端口P07，端口EN、端口W/R和端口RS分别接单片机U1的端口P26、端口和端口端口VL和端口BL-接数字地，端口BL+接电位器W3的抽头端，端口VDD接+5V电源并通过电容C19接数字地，端口VSS接数字地，电位器W3的一个固定端接+5V电源，所述的显示屏U10的型号为LCD1602；
所述的指示灯驱动模块6的结构为，N沟道场效应管Q3的栅极通过电阻R13接单片机U1的端口P10，源极接数字地，漏极通过电阻R12接插座J3的1脚，N沟道场效应管Q4的栅极通过电阻R15接单片机U1的端口P11，源极接数字地，漏极通过电阻R14接插座J3的2脚，N沟道场效应管Q5的栅极通过电阻R17接单片机U1的端口P12，源极接数字地，漏极通过电阻R16接插座J3的3脚，N沟道场效应管Q6的栅极通过电阻R19接按键输入模块7的端口Enable，源极接数字地，漏极通过电阻R18接插座J3的4脚；
所述的前面板9的结构有，显示屏901、参数调节旋钮902、电源开关903、输出控制开关904、电流输出指示灯905、电流输出端口906、脉冲幅度指示灯907、脉冲宽度指示灯908、重复频率指示灯909和脉冲参数选择按钮910，其中，显示屏901是脉冲显示模块5中所述的显示屏U10，型号为LCD1602，参数调节旋钮902是一个旋转编码器，旋转编码器的1脚接按键输入模块7中插座J4的3脚，旋转编码器的2脚接按键输入模块7中插座J4的4脚，旋转编码器的3脚公共端接数字地，电源开关903是整个装置是否通电的总开关，输出控制开关904是一个钥匙开关，钥匙开关的一个引脚接按键输入模块7中插座J4的2脚，另一个引脚接数字地，电流输出指示灯905、脉冲幅度指示灯907、脉冲宽度指示灯908和重复频率指示灯909是4个发光二极管，其正极均接+5V电源，负极分别接指示灯驱动模块6中插座J3的4脚、1脚、2脚和3脚，电流输出端口906是一个SMA母头，其正极接脉冲驱动模块4中插座J1的1脚，负极接脉冲驱动模块4中插座J1的2脚，脉冲参数选择按钮910的一个引脚接按键输入模块7中插座J4的1脚，另一个引脚接数字地。
本发明的一种数字式半导体激光器脉冲驱动器中，各元件优选参数为：晶振Y1为12MHz，电容C24为1.2nF，电容C3～电容C6、电容C15、电容C19均为100nF，电容C10为100nF/150V涤纶电容，电容C18为100pF，电容C25为10nF，电容C11为10nF/150V涤纶电容，电容C13、电容C17均为10pF，电容C16为10uF，电容C7、电容C14均为1uF，电容C1、电容C2均为30pF，电容C8、电容C9均为4.7uF/150V涤纶电容，电容C12为4.7nF/150V涤纶电容，电容C20～电容C23均为330nF，肖特基二极管D1的型号为SB5200，稳压二极管D2的稳压电压为2.5V，二极管D3、二极管D4的型号均为1N4148，电感L1为560uH，N沟道场效应管Q1为IRF530，PNP三极管Q2为S9012，N沟道场效应管Q3～N沟道场效应管Q6的型号均为2SK1482，电阻R11、电阻R13、电阻R15、电阻R17、电阻R19、电阻R20、电阻R22、电阻R24、电阻R26均为10kΩ，电阻R3为15kΩ精密电阻，电阻R4、电阻R7、电阻R21、电阻R23、电阻R25、电阻R27均为1kΩ，电阻R28为24kΩ，电阻R2为3.3kΩ精密电阻，电阻R12、电阻R14、电阻R16、电阻R18均为300Ω，电阻R10为400Ω，电阻R1、电阻R5、电阻R6、电阻R8、电阻R9、电阻R29均为5.1kΩ，排阻Rp中所有电阻的阻值均为10kΩ，电位器W1为10kΩ，电位器W2为1kΩ，电位器W3为200kΩ，二输入与非门U3A～二输入与非门U3C是一个型号为CD4011的集成二输入与非门的3个工作单元，运放U4A是一个型号为TLC2252的集成运放的1个工作单元，反相施密特触发器U11B～反相施密特触发器U11E是一个型号为SN7414的集成反相施密特触发器的4个工作单元。
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、本发明能在输出较大脉冲峰值电流的同时，提供更短的输出脉宽和脉冲电流上升时间以及更好的脉冲形状。
4、本发明设有上电冲击保护功能，可有效防止开机瞬时电流对激光器的冲击，从而减小上电冲击对半导体激光器脉冲驱动器性能和使用寿命的影响。
附图说明
图1是本发明一种数字式半导体激光器脉冲驱动器的系统整体原理框图。
图2是单片机模块1的原理电路图。
图3是高压储能模块2的原理电路图。
图4是脉宽调节模块3的原理电路图。
图5是脉冲驱动模块4的原理电路图。
图6是脉冲显示模块5的原理电路图。
图7是指示灯驱动模块6的原理电路图。
图8是按键输入模块7的原理电路图。
图9是开关信号产生模块8的原理电路图。
图10是前面板9的示意图。
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所示，系统结构有单片机模块1、高压储能模块2、脉宽调节模块3、脉冲驱动模块4、脉冲显示模块5、指示灯驱动模块6、按键输入模块7、开关信号产生模块8和前面板9。
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的端口VCC和端口GND分别接+5V电源和数字地，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C1和电容C2接数字地，排阻Rp的公共端1脚接+5V电源，其余引脚分别接单片机U1的端口P00～端口P07，电平转换芯片U2的端口VCC和端口GND分别接+5V电源和数字地，端口VDD通过电容C3接+5V电源，端口VEE通过电容C4接数字地，端口C2+和端口C2-之间接电容C5，端口C1+和端口C1-之间接电容C6，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J2的3脚和2脚，D形接口J2的5脚接数字地，所述的单片机U1的型号是STC89C51，电平转换芯片U2的型号是MAX232，D形接口J2是一个9针D形接口；
单片机模块1负责整个系统的控制工作，包括接收按键输入状态、控制前面板上指示灯状态、显示当前输出脉冲参数、调节当前输出脉冲参数以及控制单片机与微机之间的数据通信的功能。
实施例3开关信号产生模块
如图9所示，所述的开关信号产生模块8的结构为，555定时器U12的端口VCC和端口GND分别接+5V电源和数字地，端口RST接+5V电源，端口DISC通过电阻R28接+5V电源，端口DISC通过电阻R29接端口THR和端口TRIG，端口TRIG通过电容C24接数字地，端口CVOLT通过电容C25接数字地，端口OUT作为开关信号产生模块8的输出端记为端口SW_Pulse，所述的555定时器U12的型号是TLC555；
开关信号产生模块8用来产生频率为35.37kHz，占空比为85.1％的方波，为高压储能模块2提供开关信号。
实施例4高压储能模块
如图3所示，所述的高压储能模块2的结构为，二输入与非门U3A的一个输入端接开关信号产生模块8的端口SW_Pulse和二输入与非门U3C的一个输入端，二输入与非门U3A的另一个输入端接二输入与非门U3B的输出端和N沟道场效应管Q1的栅极，二输入与非门U3A的输出端接二输入与非门U3B的一个输入端，二输入与非门U3B的另一个输入端接二输入与非门U3C的输出端，二输入与非门U3C的另一个输入端接运放U4A的输出端，运放U4A的8脚和4脚分别接+5V电源和数字地，同相输入端经电阻R1接+5V电源并接稳压二极管D2的负极，稳压二极管D2的正极接数字地，运放U4A的反相输入端通过电阻R2接模拟地并通过电阻R3接数字电位器U5的端口W，数字电位器U5的端口VDD和端口GND分别接+5V电源和数字地，端口ADDR和端口VSS分别接+5V电源和数字地，端口EXT_CAP通过电容C7接数字地，端口SCL通过电阻R6接单片机U1的端口P20，端口SDA通过电阻R5接单片机U1的端口P21，端口通过电阻R4接+5V电源，端口A接N沟道场效应管Q1的漏极、肖特基二极管D1的正极并通过电感L1接+12V电源，N沟道场效应管Q1的源极接模拟地，肖特基二极管D1的负极作为高压储能模块2的输出端记为端口H_Vdc并通过相互并联的电容C8、C9、C10、C11和C12接模拟地，所述的数字电位器U5的型号是AD5272BRMZ-100；
高压储能模块2根据开关信号产生模块8输入的开关信号控制N沟道场效应管Q1的导通和关断，当Q1导通时开始在电感L1上储存能量，当Q1关断时电感L1中储存的能量传入电容C8～电容C12中，如此往复，电容中的能量越来越大，端口H_Vdc上的电压就越来越高，为了将端口H_Vdc上的电压限制在一固定的值，引入了一个反馈，将该电压经数字电位器U5+电阻R3和电阻R2分压后，与一标准2.5V电压相比较，当分压后的电压小于2.5V时Q1处于开关工作状态，使端口H_Vdc上的电压不断增加，一旦分压后的电压大于2.5V，Q1将一直处于导通状态，从而使端口H_Vdc上的电压不再上升，最终端口H_Vdc输出的电压值为：
由上式可知，端口H_Vdc上的输出电压取决于数字电位器U5的阻值，因此可以通过单片机U1控制数字电位器U5的阻值大小来调节高压储能模块2的输出电压，另外由于端口H_Vdc上的电压在开机后是逐渐增加的，因此输出脉冲的峰值电流会从0平缓上升到设定值，从而实现上电冲击保护功能。
实施例5按键输入模块
如图8所示，所述的按键输入模块7的结构为，反相施密特触发器U11B的输入端通过电阻R21接插座J4的1脚、通过电阻R20接+5V电源并通过电容C20接数字地，输出端接单片机U1的端口P16，反相施密特触发器U11C的输入端通过电阻R23接插座J4的2脚、通过电阻R22接+5V电源并通过电容C21接数字地，输出端作为按键输入模块7的一个输出端记为端口Enable，反相施密特触发器U11D的输入端通过电阻R25接插座J4的3脚、通过电阻R24接+5V电源并通过电容C22接数字地，输出端接单片机U1的端口INT0，反相施密特触发器U11E的输入端通过电阻R27接插座J4的4脚、通过电阻R26接+5V电源并通过电容C23接数字地，输出端接单片机U1的端口INT1；
按键输入模块7通过插座J4分别与前面板9上的脉冲参数选择按钮910、输出控制开关904和参数调节旋钮902相连，将相应的开关状态转化为高低电平输出到端口Enable、单片机U1的端口P16、端口INT0和端口INT1。
实施例6脉宽调节模块
如图4所示，所述的脉宽调节模块3的结构为，三输入与非门U6的端口VCC和端口GND分别接+5V电源和数字地，端口A1和端口A2接单片机U1的端口P24，端口B1接数字电位器U7的端口A并通过电容C13接数字地，端口B2和端口C2接+5V电源，端口Y2接电位器W1的一个固定端，电位器W1的抽头端接数字电位器U7的端口W，三输入与非门U6的端口C1接按键输入模块7的端口Enable，端口Y1接端口C3，端口B3和端口A3接+5V电源，端口Y3作为脉宽调节模块3的输出端记为端口Pulse_LC，数字电位器U7的端口VDD和端口GND分别接+5V电源和数字地，端口ADDR和端口VSS分别接+5V电源和数字地，端口EXT_CAP通过电容C14接数字地，端口SCL通过电阻R9接单片机U1的端口P22，端口SDA通过电阻R8接单片机U1的端口P23，端口通过电阻R7接+5V电源，所述的三输入与非门U6的型号是74S10，数字电位器U7的型号是AD5272BRMZ-50；
脉宽调节模块3的作用是将单片机U1的端口P24输出的一定频率的标准方波调整为相同频率、脉宽可调的信号，并将该信号在端口Pulse_LC上输出，可以通过单片机U1控制数字电位器U7的阻值大小来调节该模块输出脉冲信号的脉宽；从端口Enable输入的使能信号控制脉宽调节模块3是否输出脉冲，使能信号为高电平时允许模块正常输出脉冲，使能信号为低电平时脉宽调节模块3的输出恒为低电平。
实施例7脉冲驱动模块
如图5所示，所述的脉冲驱动模块4的结构为，电位器W2的抽头端接脉宽调节模块3的端口Pulse_LC，电位器W2的一个固定端通过电容C17接模拟地并接MOSFET驱动芯片U8的端口IN A和端口IN B，MOSFET驱动芯片U8的端口VCC和端口GND分别接+12V电源和模拟地，端口EN A和EN B接+12V电源并通过相互并联的电容C15和电容C16接模拟地，端口OUT A和端口OUT B接二极管D3的正极并接PNP三极管Q2的基极，PNP三极管Q2的集电极接模拟地，二极管D3的负极接二极管D4的正极，二极管D4的负极接PNP三极管Q2的射极并接电阻R10和电容C18的一端，电阻R10和电容C18的另一端接在一起后接高速MOSFET芯片U9的端口G并通过电阻R11接模拟地，高速MOSFET芯片U9的1脚、3脚、4脚和6脚接模拟地，端口D接插座J1的2脚，插座J1的1脚接高压储能模块2的端口H_Vdc，所述的MOSFET驱动芯片U8的型号是IXDD404，高速MOSFET芯片U9的型号是DE275-201N25A；
脉冲驱动模块4的作用是将端口Pulse_LC输入的电压脉冲信号尽可能保持形状不变地转化为电流脉冲信号，该脉冲电流信号的峰值由端口H_Vdc的电压大小决定，该电流脉冲信号经插座J1连接前面板9上的电流输出端口906。
实施例8脉冲显示模块
如图6所示，所述的脉冲显示模块5的结构为，显示屏U10的端口D0～端口D7分别接单片机U1的端口P00～端口P07，端口EN、端口W/R和端口RS分别接单片机U1的端口P26、端口和端口端口VL和端口BL-接数字地，端口BL+接电位器W3的抽头端，端口VDD接+5V电源并通过电容C19接数字地，端口VSS接数字地，电位器W3的一个固定端接+5V电源，所述的显示屏U10的型号为LCD1602；
显示屏U10位于前面板9上，是一个16*2的集成液晶显示屏，由单片机U1控制，用于显示系统工作参数。
实施例9指示灯驱动模块
如图7所示，所述的指示灯驱动模块6的结构为，N沟道场效应管Q3的栅极通过电阻R13接单片机U1的端口P10，源极接数字地，漏极通过电阻R12接插座J3的1脚，N沟道场效应管Q4的栅极通过电阻R15接单片机U1的端口P11，源极接数字地，漏极通过电阻R14接插座J3的2脚，N沟道场效应管Q5的栅极通过电阻R17接单片机U1的端口P12，源极接数字地，漏极通过电阻R16接插座J3的3脚，N沟道场效应管Q6的栅极通过电阻R19接按键输入模块7的端口Enable，源极接数字地，漏极通过电阻R18接插座J3的4脚；
指示灯驱动模块6的作用为根据端口Enable和单片机的端口P10、端口P11、端口P12的逻辑状态分别驱动前面板9上的电流输出指示灯905、脉冲幅度指示灯907、脉冲宽度指示灯908和重复频率指示灯909的亮灭。
实施例10前面板
如图10所示，所述的前面板9的结构有，显示屏901、参数调节旋钮902、电源开关903、输出控制开关904、电流输出指示灯905、电流输出端口906、脉冲幅度指示灯907、脉冲宽度指示灯908、重复频率指示灯909和脉冲参数选择按钮910，其中，显示屏901是脉冲显示模块5中所述的显示屏U10，型号为LCD1602，参数调节旋钮902是一个旋转编码器，旋转编码器的1脚接按键输入模块7中插座J4的3脚，旋转编码器的2脚接按键输入模块7中插座J4的4脚，旋转编码器的3脚公共端接数字地，电源开关903是整个装置是否通电的总开关，输出控制开关904是一个钥匙开关，钥匙开关的一个引脚接按键输入模块7中插座J4的2脚，另一个引脚接数字地，电流输出指示灯905、脉冲幅度指示灯907、脉冲宽度指示灯908和重复频率指示灯909是4个发光二极管，其正极均接+5V电源，负极分别接指示灯驱动模块6中插座J3的4脚、1脚、2脚和3脚，电流输出端口906是一个SMA母头，其正极接脉冲驱动模块4中插座J1的1脚，负极接脉冲驱动模块4中插座J1的2脚，脉冲参数选择按钮910的一个引脚接按键输入模块7中插座J4的1脚，另一个引脚接数字地。
实施例11本发明的工作过程
参考附图1～附图10，本发明的工作过程如下：通过脉冲参数选择按钮910选择要调节的输出脉冲参数并由显示屏901以每秒30帧的速度进行显示，由参数调节旋钮902设置各参数值并通过按键输入模块7，将开关状态转换成高低电平信号送入单片机模块1；单片机U1根据设置的脉冲幅度调节高压储能模块2中的数字电位器U5，从而改变端口H_Vdc的电压大小，该电压决定了最终输出电流脉冲的幅度；单片机U1根据设置的脉冲宽度调节脉宽调节模块3中的数字电位器U7，从而改变端口Pulse_LC输出脉冲的脉宽，该脉宽决定了最终输出电流脉冲的脉宽，采用阻抗匹配技术的脉冲驱动模块4保证了从端口Pulse_LC的电压脉冲信号变换到最终在前面板9的电流输出端口906上输出的电流脉冲信号的过程中脉冲形状的质量；单片机U1根据设置的重复频率调节其端口P24输出标准方波的频率，该频率决定了最终输出电流脉冲的重复频率；在按动脉冲参数选择按钮910调节脉冲幅度、脉冲宽度和重复频率时，单片机U1会根据当前调节的参数，通过其端口P10、端口P11和端口P12控制指示灯驱动模块6的输出，使前面板9上的脉冲幅度指示灯907、脉冲宽度指示灯908和重复频率指示灯909按需要亮灭，以提示用户当前正在调节哪个参数；输出控制开关904决定是否在电流输出端口906上输出电流脉冲，该开关状态通过按键输入模块7转换为端口Enable上的高低电平，该高低电平控制脉宽调节模块3的端口Pulse_LC是否输出电压脉冲信号，即在电流输出端口906上是否输出电流脉冲，另外端口Enable还通过指示灯驱动模块6控制电流输出指示灯905的亮灭，以提示用户当前是否输出电流脉冲。
Claims (2)
1.一种数字式半导体激光器脉冲驱动器，结构有脉冲显示模块(5)、开关信号产生模块(8)和前面板(9)，其特征在于，结构还有单片机模块(1)、高压储能模块(2)、脉宽调节模块(3)、脉冲驱动模块(4)、指示灯驱动模块(6)和按键输入模块(7)；
所述的单片机模块(1)的结构为，单片机U1的端口VCC和端口GND分别接+5V电源和数字地，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C1和电容C2接数字地，排阻Rp的公共端1脚接+5V电源，其余引脚分别接单片机U1的端口P00～端口P07，电平转换芯片U2的端口VCC和端口GND分别接+5V电源和数字地，端口VDD通过电容C3接+5V电源，端口VEE通过电容C4接数字地，端口C2+和端口C2-之间接电容C5，端口C1+和端口C1-之间接电容C6，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J2的3脚和2脚，D形接口J2的5脚接数字地，所述的单片机U1的型号是STC89C51，电平转换芯片U2的型号是MAX232，D形接口J2是一个9针D形接口；
所述的开关信号产生模块(8)的结构为，555定时器U12的端口VCC和端口GND分别接+5V电源和数字地，端口RST接+5V电源，端口DISC通过电阻R28接+5V电源，端口DISC通过电阻R29接端口THR和端口TRIG，端口TRIG通过电容C24接数字地，端口CVOLT通过电容C25接数字地，端口OUT作为开关信号产生模块(8)的输出端记为端口SW_Pulse，所述的555定时器U12的型号是TLC555；
所述的高压储能模块(2)的结构为，二输入与非门U3A的一个输入端接开关信号产生模块(8)的端口SW_Pulse和二输入与非门U3C的一个输入端，二输入与非门U3A的另一个输入端接二输入与非门U3B的输出端和N沟道场效应管Q1的栅极，二输入与非门U3A的输出端接二输入与非门U3B的一个输入端，二输入与非门U3B的另一个输入端接二输入与非门U3C的输出端，二输入与非门U3C的另一个输入端接运放U4A的输出端，运放U4A的8脚和4脚分别接+5V电源和数字地，同相输入端经电阻R1接+5V电源并接稳压二极管D2的负极，稳压二极管D2的正极接数字地，运放U4A的反相输入端通过电阻R2接模拟地并通过电阻R3接数字电位器U5的端口W，数字电位器U5的端口VDD和端口GND分别接+5V电源和数字地，端口ADDR和端口VSS分别接+5V电源和数字地，端口EXT_CAP通过电容C7接数字地，端口SCL通过电阻R6接单片机U1的端口P20，端口SDA通过电阻R5接单片机U1的端口P21，端口通过电阻R4接+5V电源，端口A接N沟道场效应管Q1的漏极、肖特基二极管D1的正极并通过电感L1接+12V电源，N沟道场效应管Q1的源极接模拟地，肖特基二极管D1的负极作为高压储能模块(2)的输出端记为端口H_Vdc并通过相互并联的电容C8、C9、C10、C11和C12接模拟地，所述的数字电位器U5的型号是AD5272BRMZ-100；
所述的按键输入模块(7)的结构为，反相施密特触发器U11B的输入端通过电阻R21接插座J4的1脚、通过电阻R20接+5V电源并通过电容C20接数字地，输出端接单片机U1的端口P16，反相施密特触发器U11C的输入端通过电阻R23接插座J4的2脚、通过电阻R22接+5V电源并通过电容C21接数字地，输出端作为按键输入模块(7)的一个输出端记为端口Enable，反相施密特触发器U11D的输入端通过电阻R25接插座J4的3脚、通过电阻R24接+5V电源并通过电容C22接数字地，输出端接单片机U1的端口INT0，反相施密特触发器U11E的输入端通过电阻R27接插座J4的4脚、通过电阻R26接+5V电源并通过电容C23接数字地，输出端接单片机U1的端口INT1；
所述的脉宽调节模块(3)的结构为，三输入与非门U6的端口VCC和端口GND分别接+5V电源和数字地，端口A1和端口A2接单片机U1的端口P24，端口B1接数字电位器U7的端口A并通过电容C13接数字地，端口B2和端口C2接+5V电源，端口Y2接电位器W1的一个固定端，电位器W1的抽头端接数字电位器U7的端口W，三输入与非门U6的端口C1接按键输入模块(7)的端口Enable，端口Y1接端口C3，端口B3和端口A3接+5V电源，端口Y3作为脉宽调节模块(3)的输出端记为端口Pulse_LC，数字电位器U7的端口VDD和端口GND分别接+5V电源和数字地，端口ADDR和端口VSS分别接+5V电源和数字地，端口EXT_CAP通过电容C14接数字地，端口SCL通过电阻R9接单片机U1的端口P22，端口SDA通过电阻R8接单片机U1的端口P23，端口通过电阻R7接+5V电源，所述的三输入与非门U6的型号是74S10，数字电位器U7的型号是AD5272BRMZ-50；
所述的脉冲驱动模块(4)的结构为，电位器W2的抽头端接脉宽调节模块(3)的端口Pulse_LC，电位器W2的一个固定端通过电容C17接模拟地并接MOSFET驱动芯片U8的端口INA和端口IN B，MOSFET驱动芯片U8的端口VCC和端口GND分别接+12V电源和模拟地，端口EN A和EN B接+12V电源并通过相互并联的电容C15和电容C16接模拟地，端口OUT A和端口OUT B接二极管D3的正极并接PNP三极管Q2的基极，PNP三极管Q2的集电极接模拟地，二极管D3的负极接二极管D4的正极，二极管D4的负极接PNP三极管Q2的射极并接电阻R10和电容C18的一端，电阻R10和电容C18的另一端接在一起后接高速MOSFET芯片U9的端口G并通过电阻R11接模拟地，高速MOSFET芯片U9的1脚、3脚、4脚和6脚接模拟地，端口D接插座J1的2脚，插座J1的1脚接高压储能模块(2)的端口H_Vdc，所述的MOSFET驱动芯片U8的型号是IXDD404，高速MOSFET芯片U9的型号是DE275-201N25A；
所述的脉冲显示模块(5)的结构为，显示屏U10的端口D0～端口D7分别接单片机U1的端口P00～端口P07，端口EN、端口W/R和端口RS分别接单片机U1的端口P26、端口和端口端口VL和端口BL-接数字地，端口BL+接电位器W3的抽头端，端口VDD接+5V电源并通过电容C19接数字地，端口VSS接数字地，电位器W3的一个固定端接+5V电源，所述的显示屏U10的型号为LCD1602；
所述的指示灯驱动模块(6)的结构为，N沟道场效应管Q3的栅极通过电阻R13接单片机U1的端口P10，源极接数字地，漏极通过电阻R12接插座J3的1脚，N沟道场效应管Q4的栅极通过电阻R15接单片机U1的端口P11，源极接数字地，漏极通过电阻R14接插座J3的2脚，N沟道场效应管Q5的栅极通过电阻R17接单片机U1的端口P12，源极接数字地，漏极通过电阻R16接插座J3的3脚，N沟道场效应管Q6的栅极通过电阻R19接按键输入模块(7)的端口Enable，源极接数字地，漏极通过电阻R18接插座J3的4脚；
所述的前面板(9)的结构有，显示屏(901)、参数调节旋钮(902)、电源开关(903)、输出控制开关(904)、电流输出指示灯(905)、电流输出端口(906)、脉冲幅度指示灯(907)、脉冲宽度指示灯(908)、重复频率指示灯(909)和脉冲参数选择按钮(910)，其中，显示屏(901)是脉冲显示模块(5)中所述的显示屏U10，型号为LCD1602，参数调节旋钮(902)是一个旋转编码器，旋转编码器的1脚接按键输入模块(7)中插座J4的3脚，旋转编码器的2脚接按键输入模块(7)中插座J4的4脚，旋转编码器的3脚公共端接数字地，电源开关(903)是整个装置是否通电的总开关，输出控制开关(904)是一个钥匙开关，钥匙开关的一个引脚接按键输入模块(7)中插座J4的2脚，另一个引脚接数字地，电流输出指示灯(905)、脉冲幅度指示灯(907)、脉冲宽度指示灯(908)和重复频率指示灯(909)是4个发光二极管，其正极均接+5V电源，负极分别接指示灯驱动模块(6)中插座J3的4脚、1脚、2脚和3脚，电流输出端口(906)是一个SMA母头，其正极接脉冲驱动模块(4)中插座J1的1脚，负极接脉冲驱动模块(4)中插座J1的2脚，脉冲参数选择按钮(910)的一个引脚接按键输入模块(7)中插座J4的1脚，另一个引脚接数字地。
2.根据权利要求1所述的一种数字式半导体激光器脉冲驱动器，其特征在于，各元件参数为：晶振Y1为12MHz，电容C24为1.2nF，电容C3～电容C6、电容C15、电容C19均为100nF，电容C10为100nF/150V涤纶电容，电容C18为100pF，电容C25为10nF，电容C11为10nF/150V涤纶电容，电容C13、电容C17均为10pF，电容C16为10uF，电容C7、电容C14均为1uF，电容C1、电容C2均为30pF，电容C8、电容C9均为4.7uF/150V涤纶电容，电容C12为4.7nF/150V涤纶电容，电容C20～电容C23均为330nF，肖特基二极管D1的型号为SB5200，稳压二极管D2的稳压电压为2.5V，二极管D3、二极管D4的型号均为1N4148，电感L1为560uH，N沟道场效应管Q1为IRF530，PNP三极管Q2为S9012，N沟道场效应管Q3～N沟道场效应管Q6的型号均为2SK1482，电阻R11、电阻R13、电阻R15、电阻R17、电阻R19、电阻R20、电阻R22、电阻R24、电阻R26均为10kΩ，电阻R3为15kΩ精密电阻，电阻R4、电阻R7、电阻R21、电阻R23、电阻R25、电阻R27均为1kΩ，电阻R28为24kΩ，电阻R2为3.3kΩ精密电阻，电阻R12、电阻R14、电阻R16、电阻R18均为300Ω，电阻R10为400Ω，电阻R1、电阻R5、电阻R6、电阻R8、电阻R9、电阻R29均为5.1kΩ，排阻Rp中所有电阻的阻值均为10kΩ，电位器W1为10kΩ，电位器W2为1kΩ，电位器W3为200kΩ，二输入与非门U3A～二输入与非门U3C是一个型号为CD4011的集成二输入与非门的3个工作单元，运放U4A是一个型号为TLC2252的集成运放的1个工作单元，反相施密特触发器U11B～反相施密特触发器U11E是一个型号为SN7414的集成反相施密特触发器的4个工作单元。
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