- 高精度光學(xué)斬波器對(duì)光信號(hào)的調(diào)制

二、需求分析

2.1 功能要求

光學(xué)斬波器對(duì)斬波穩(wěn)定度要求很高，這就要求光學(xué)斬波器的機(jī)械部分精度要高，需要選用機(jī)械性能較好的電機(jī)，采用一般的電機(jī)是難以達(dá)到這個(gè)穩(wěn)定度的。其次，系統(tǒng)要求的斬波的范圍很廣，要求電機(jī)的轉(zhuǎn)速能夠比較高，同時(shí)，可以通過(guò)設(shè)計(jì)葉片的孔數(shù)，增大斬波的范圍。系統(tǒng)對(duì)斬波速度有要求，這要求系統(tǒng)的響應(yīng)速度很快，在系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性分析時(shí)要考慮系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間。要求能實(shí)現(xiàn)外部時(shí)鐘（TTL電平）的同步斬波。這要求系統(tǒng)能夠根據(jù)外部的參考信號(hào)進(jìn)行信號(hào)的鎖定。在控制光學(xué)斬波器斬波頻率時(shí)，為了能夠快速穩(wěn)定速度，需要通過(guò)負(fù)反饋，經(jīng)過(guò)PID算法控制斬波電機(jī)轉(zhuǎn)速；因此需要實(shí)時(shí)測(cè)定斬波電機(jī)的速度，及時(shí)反饋給MCU，進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。實(shí)際使用時(shí)需要用LCD顯示相關(guān)信息，需要建立一個(gè)顯示系統(tǒng)。

圖2 系統(tǒng)架構(gòu)

2.2 性能要求

斬波穩(wěn)定度達(dá)到千分之一；

斬波速度鎖定時(shí)間 《 5 seconds ；

斬波速度可調(diào)，范圍為10Hz-5KHz ；

實(shí)現(xiàn)外部時(shí)鐘（TTL電平）同步斬波 ；

LCD顯示斬波速度，顯示精度為1mHz ；

三、方案設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)原理

電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)

為了提高斬波頻率精確度，并保證其穩(wěn)定性，我們選擇了步進(jìn)電機(jī)。相比于普通直流電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)能更好地控制轉(zhuǎn)速。在非超載的情況下，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響；每接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的。只要控制好脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，就能達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到精確調(diào)速的目的。

對(duì)步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)可以使用L297配合L298來(lái)實(shí)現(xiàn)，從而使得MCU能夠很方便地通過(guò)PWM波來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。L297是意大利SGS半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的步進(jìn)電機(jī)專用控制器，它能產(chǎn)生4相控制信號(hào)，可用于計(jì)算機(jī)控制的兩相雙極和四相單相步進(jìn)電機(jī)，能夠用單四拍、雙四拍、四相八拍方式控制步進(jìn)電機(jī)。設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)電路如下圖2所示，具體驅(qū)動(dòng)時(shí)序圖見(jiàn)圖3。

圖3 L297配合L298驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)

圖4 具體驅(qū)動(dòng)時(shí)序圖