CN111295006A - 一种透射电子显微镜原位光-电样品杆光源供电电路系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种透射电子显微镜原位光‑电样品杆光源供电电路系统，主控MCU模块通过UART接口模块接收上位机输出的工作模式和预置电压量，并控制数模转换电路将预置电压量由数字信号转化为模拟信号，经放大电路进行输出，以该电压量调节LED光源的电压；所述采样电路采样LED光源的输出电压，并送入模数转换电路转换为数字信号后，由主控MCU模块利用PID算法比较输出电压幅值与预置电压量之间的偏差，根据该偏差对LED光源进行实时调节，从而将LED光源的输出电压调整至预置电压量。此种系统结构简单，输出电压范围为0‑5V。本发明还公开一种能够使电源电压在电脑端可视化、可移植的上位机软件设计方法。
Description
技术领域
本发明属于透射电子显微镜中原位光–电样品杆控制电路领域，具体来说，涉及一种光源供电电路系统的设计方法，实现透射电子显微镜原位光–电样品杆的两种工作模式。
背景技术
透射电子显微镜是利用入射电子与样品的原子核及核外电子相互作用产生的散射信号进行工作的显微仪器。通过透射电子显微镜，能够获取样品材料的高分辨显微图谱、电子衍射图和电子能量损失谱等，对样品的微观形貌、晶体结构和化学组分进行表征。由于其具有高放大倍数和高分辨等优越性能，在病毒学、材料科学、纳米技术、半导体研究等领域有着广泛的应用。近年来，随着透射电子显微镜原位力、电、热、光等样品杆的出现，研究者们能够在透射电子显微镜中原位观察材料在力场、电场、热场、光场等作用微观结构与物相组分的演化过程。目前，对于透射电子显微镜原位光-电样品杆的设计，是对原位电学样品杆Nanofactory STM-TEM进行改造，制备能够引入不同波长LED光信号的堵片，并对其实现电源控制。然而，该电源信号的控制系统存在着以下问题：
①利用MSP430F2618主控MCU的单片机开发板，存在模块冗余、面积大和成本高的问题；
②LED供电电压大小的调节需要手动调节滑动变阻器，操作不便；
③通过焊接的4x4矩阵键盘和LCD屏幕，输入并显示电源工作模式和工作参数，制作过程复杂且可移植性差。
上述问题导致透射电子显微镜原位光–电样品杆电源电路系统存在着操作复杂、可移植性差等问题，对其量产与维护造成了很大阻碍。因此，如何减少电路的冗余模块、如何设计可移植的上位机软件直接控制电源驱动模块，实现原位光-电样品杆不同的工作模式成为研究的重点。
发明内容
本发明的目的，在于提供一种透射电子显微镜原位光-电样品杆光源供电电路系统，其结构简单，输出电压范围为0-5V。
为了达成上述目的，本发明的解决方案是：
一种透射电子显微镜原位光-电样品杆光源供电电路系统，包括主控MCU模块、数模转换模块、模数转换模块、UART接口模块、采样电路和放大电路；
主控MCU模块通过UART接口模块接收上位机输出的工作模式和预置电压量，并控制数模转换电路将预置电压量由数字信号转化为模拟信号，经放大电路进行输出，以该电压量调节LED光源的电压；所述采样电路采样LED光源的输出电压，并送入模数转换电路转换为数字信号后，由主控MCU模块利用PID算法比较输出电压幅值与预置电压量之间的偏差，根据该偏差对LED光源进行实时调节，从而将LED光源的输出电压调整至预置电压量。
上述主控MCU模块采用STM32F407VET6芯片。
上述放大电路采用运算放大芯片AD623。
上述上位机输出的工作模式包括恒定电压输出和方波输出。
上述输出的恒定电压通过电脑键盘直接输入电压值，或通过按钮连续改变电压值进行设置。
上述输出的方波信号通过电脑键盘设置方波的电压幅度、频率和占空比。
本发明的另一目的，在于提供一种能够使电源电压在电脑端可视化、可移植的上位机软件设计方法，其可减小硬件电路面积，降低信号干扰，增加控制系统的可视性与可移植性。
为了达成上述目的，本发明的解决方案是：
一种能够使电源电压在电脑端可视化、可移植的上位机软件设计方法，包括如下步骤：
步骤1，利用Qt Company开发的跨平台的C++图形用户界面应用程序开发框架开发控制电源工作模式的上位机GUI；
步骤2，上位机软件显示两种电压输出方式，分别为常规输出与方波输出：
在常规输出模式的界面下，利用电脑键盘输入预设电压幅值，点击“发送”按钮进行设置，当预设电压成功输出后，界面显示“发送成功”字样；
在方波输出模式的界面下，利用电脑键盘输入预设电压幅值、频率和占空比，控制电压的大小和持续时间，点击“发送”按钮进行设置，当预设电压成功输出后，界面显示“发送成功”字样；
步骤3，利用UART通信协议实现上位机与供电电路主控MCU的通信。
采用上述方案后，本发明的有益效果是，提供一种可驱动透射电子显微镜原位光-电样品杆光源供电电路，主控MCU模块通过UART接口接收上位机输出的电源工作指令，首先控制数模转换电路，将数字信号转化成模拟信号，输出预设幅度的电压值，实现原位光-电样品杆光源供电的精细控制。通过改变LED光源两极间的电压，改变光信号的强度。接着，利用主控MCU模块控制模数转换电路，对输出的电压幅值进行采样，将模拟信号转换成数字信号传至主控MCU模块，并利用PID算法对比输出电压幅值与预设值之间的偏差，进行实时的反馈调节，稳定并精确地将电压调整至设定值。至此，解决了已有供电系统中使用单片机造成的模块冗余问题，且本方案使用的UART接口能够使电路中数模-模数转换模块输出的电压值发送至上位机端，使得预设电压能够利用上位机键盘输入并在上位机屏幕上显示，解决使用4×4矩阵键盘以及LCD屏幕造成的成本浪费。此外，该方案可解决手动调整滑动变阻器只可连续改变电压值的问题，减小供电电路面积，便于其直接集成至样品杆中
本发明提供一种能够使控制电源电压的上位机软件设计方法，减小硬件电路面积，降低信号干扰，增加控制系统的可视性与可移植性。
附图说明
图1是透射电子显微镜原位光-电样品杆光源供电电路设计图；
其中，①为电脑端上位机软件，②为主控STM32F407VET6 MCU模块，③为UART串口，④为数模转换模块，⑤为模数转换模块，⑥为多路定时器模块，⑦为采样电路，⑧为放大电路；
图2是上位机软件GUI界面设计；
图3是放大电路设计图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的技术方案及有益效果进行详细说明。
如图1所示，本发明提供一种透射电子显微镜原位光-电样品杆光源供电电路系统，利用STM32F407VET6芯片作为系统控制MCU，完成电压输出模式控制，其输入输出设备为STM32内置集成的12位数模转换模块，12位模数转换模块、多路定时器和UART串口，利用UART串口，使得STM32F407VET6与上位机进行通信。
所述光源供电电路系统包括主控STM32F407VET6 MCU模块、数模转换(DAC)模块、模数转换(ADC)模块、多路定时器模块、UART接口模块和放大电路，下面分别介绍。
主控MCU模块采用意法半导体公司开发的基于ARM Cortex-M内核的嵌入式单片机STM32F407VET6芯片，具有高性能、低成本、低功耗和可裁剪的优点，用于控制整个光源供电电路的工作模式：
主控MCU STM32F407VET6通过UART模块，接收上位机软件所输出的工作模式与输出电压参数；
主控MCU STM32F407VET6控制数模转换电路，将从上位机接收的数字信号转化成模拟信号，向LED两极输出预设幅度的电压值，以改变光源的光强。
主控MCU STM32F407VET6控制模数转换电路，对输出的电压幅值进行采样，将模拟信号转换成数字信号传至主控MCU模块，利用PID算法进行实时的反馈调节，将输出电压精准调整至预设值，见表1。
多路定时器模块可以根据预设的频率和占空比，调节电压的输出时间。
本实施例利用满电源幅度输出的运算放大芯片AD623作为核心，如图3所示，设计比例运算放大电路对输出值进行线性放大，使得供电电路最大输出电压为5V。
表1 PID算法调节测试结果
图1中，上位机软件可安装并移植在需使用该软件的电脑中，利用键盘和鼠标设定电压的输出模式和时间，电压输出模式分为两种，一种为常规输出，输出电压为恒定电压，可通过电脑键盘直接输入电压值，或通过按钮连续改变电压值进行设置；另一种为方波输出，可通过电脑键盘设置方波的电压幅度、频率和占空比，见表2。
电脑通过UART接口与电源硬件电路进行通信，利用STM32F407VET6 MCU控制数模转换模块，将上位机设置的预置电压量转化为模拟量输出；然后利用PID算法对比输出电压幅值与预设值之间的偏差，进行实时的反馈调节，稳定并精确地将电压调整至设定值；最后利用满电源幅度输出的运算放大芯片AD623作为核心，通过比例运算放大电路对输出值进行线性放大，将供电电路最大输出电压提升至5V。
表2供电电路纹波测试以及方波电压性能测试结果
| 纹波 | 设定准确度 | 方波电压上升时间 | 方波电压下降时间 |
| ≤8mV | ≤0.01V | ≤10μs | ≤10μs |
本发明还提供一种能够使控制电源电压在电脑端可视化、可移植的上位机软件设计方法，按如下步骤进行：
1)如图2所示，利用Qt Company开发的跨平台的C++图形用户界面应用程序开发框架开发控制电源工作模式的上位机GUI；
2)上位机软件显示两种电压输出方式，分别为常规输出与方波输出。在常规输出模式的界面下，可利用电脑键盘输入预设电压幅值，点击“发送”按钮进行设置，当预设电压成功输出后，界面显示“发送成功”字样；
3)在方波输出模式的界面下，可利用电脑键盘输入预设电压幅值、频率和占空比，控制电压的大小和持续时间，点击“发送”按钮进行设置，当预设电压成功输出后，界面显示“发送成功”字样；
4)利用UART通信协议实现上位机与供电电路主控MCU STM32F407VET6的通信。
至此，用于在电脑端控制透射电子显微镜原位光-电样品杆光源供电电路工作模式的上位机软件设计完毕。
图2为上位机软件GUI界面设计。上位机软件显示两种电压输出方式，分别为常规输出与方波输出。在常规输出模式的界面下，可利用电脑键盘输入预设电压幅值，点击“发送”按钮进行设置，当预设电压成功输出后，界面显示“发送成功”字样。在方波输出模式的界面下，可利用电脑键盘输入预设电压幅值、频率和占空比，控制电压的大小和持续时间，点击“发送”按钮进行设置，当预设电压成功输出后，界面显示“发送成功”字样。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。
Claims (7)
1.一种透射电子显微镜原位光-电样品杆光源供电电路系统，其特征在于：包括主控MCU模块、数模转换模块、模数转换模块、UART接口模块、采样电路和放大电路；
主控MCU模块通过UART接口模块接收上位机输出的工作模式和预置电压量，并控制数模转换电路将预置电压量由数字信号转化为模拟信号，经放大电路进行输出，以该电压量调节LED光源的电压；所述采样电路采样LED光源的输出电压，并送入模数转换电路转换为数字信号后，由主控MCU模块利用PID算法比较输出电压幅值与预置电压量之间的偏差，根据该偏差对LED光源进行实时调节，从而将LED光源的输出电压调整至预置电压量。
2.如权利要求1所述的透射电子显微镜原位光-电样品杆光源供电电路系统，其特征在于：所述主控MCU模块采用STM32F407VET6芯片。
3.如权利要求1所述的透射电子显微镜原位光-电样品杆光源供电电路系统，其特征在于：所述放大电路采用运算放大芯片AD623。
4.如权利要求1所述的透射电子显微镜原位光-电样品杆光源供电电路系统，其特征在于：所述上位机输出的工作模式包括恒定电压输出和方波输出。
5.如权利要求4所述的透射电子显微镜原位光-电样品杆光源供电电路系统，其特征在于：所述输出的恒定电压通过电脑键盘直接输入电压值，或通过按钮连续改变电压值进行设置。
6.如权利要求4所述的透射电子显微镜原位光-电样品杆光源供电电路系统，其特征在于：所述输出的方波信号通过电脑键盘设置方波的电压幅度、频率和占空比。
7.一种能够使电源电压在电脑端可视化、可移植的上位机软件设计方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤1，利用Qt Company开发的跨平台的C++图形用户界面应用程序开发框架开发控制电源工作模式的上位机GUI；
步骤2，上位机软件显示两种电压输出方式，分别为常规输出与方波输出：
在常规输出模式的界面下，利用电脑键盘输入预设电压幅值，点击“发送”按钮进行设置，当预设电压成功输出后，界面显示“发送成功”字样；
在方波输出模式的界面下，利用电脑键盘输入预设电压幅值、频率和占空比，控制电压的大小和持续时间，点击“发送”按钮进行设置，当预设电压成功输出后，界面显示“发送成功”字样；
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Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5537308A (en) * | 1993-10-15 | 1996-07-16 | Eaton Corporation | Digital current regulator |
| CN1428611A (zh) * | 2002-12-24 | 2003-07-09 | 申明 | 多功能综合电力虚拟测试分析方法及其测试分析仪 |
| CN202340333U (zh) * | 2011-11-10 | 2012-07-18 | 四川九洲光电科技股份有限公司 | Led开关电源pwm调光转换电路 |
| CN202421928U (zh) * | 2011-12-24 | 2012-09-05 | 青岛艾诺智能仪器有限公司 | 一种背光电源控制电路及控制装置 |
| EP2590288A2 (en) * | 2011-11-07 | 2013-05-08 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Switching mode power supply including surge protection circuit and image forming apparatus including the same |
| CN103841712A (zh) * | 2012-11-27 | 2014-06-04 | 中国科学院沈阳自动化研究所 | 一种led光源控制系统和方法 |
| US20160295657A1 (en) * | 2015-03-31 | 2016-10-06 | Renesas Electronics Corporation | Led lighting device and led illuminating device |
| CN110196613A (zh) * | 2019-05-28 | 2019-09-03 | 电子科技大学 | 一种用于集成电路测试系统中dut的供电电源装置 |
-
2020
- 2020-02-24 CN CN202010111050.2A patent/CN111295006A/zh active Pending
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5537308A (en) * | 1993-10-15 | 1996-07-16 | Eaton Corporation | Digital current regulator |
| CN1428611A (zh) * | 2002-12-24 | 2003-07-09 | 申明 | 多功能综合电力虚拟测试分析方法及其测试分析仪 |
| EP2590288A2 (en) * | 2011-11-07 | 2013-05-08 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Switching mode power supply including surge protection circuit and image forming apparatus including the same |
| CN202340333U (zh) * | 2011-11-10 | 2012-07-18 | 四川九洲光电科技股份有限公司 | Led开关电源pwm调光转换电路 |
| CN202421928U (zh) * | 2011-12-24 | 2012-09-05 | 青岛艾诺智能仪器有限公司 | 一种背光电源控制电路及控制装置 |
| CN103841712A (zh) * | 2012-11-27 | 2014-06-04 | 中国科学院沈阳自动化研究所 | 一种led光源控制系统和方法 |
| US20160295657A1 (en) * | 2015-03-31 | 2016-10-06 | Renesas Electronics Corporation | Led lighting device and led illuminating device |
| CN110196613A (zh) * | 2019-05-28 | 2019-09-03 | 电子科技大学 | 一种用于集成电路测试系统中dut的供电电源装置 |
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