微机化单色仪软硬件设计 SOFTWARE AND HARDWARE
DESIGN OF MONOCHROMATOR
摘要
提出了一种利用计算机接口技术控制步进电机，进而进行光栅单色仪光谱自动分析的系统。介绍微型计算机自动控制技术在光谱自动测量中的应用,利用微型计算机接口技术、光电转换技术，由微机控制步进电机，步进电机带动光栅单色仪传动，在可见光(380-
780nm)范围内逐点扫描得到对应个各波长位置的相对光强度分布值，阐述了该系统的设计原理极其优点，系统能够进行xx的光谱分析，较之以往的手动测量，大大提高了测量速度，减少了人为误差。实现对光谱的自动测量.其中微机接口的软、硬件设计是重点。
关键词
光谱
自动测量
单色仪自动控制
Abstract
A
novel Grating-Monochoromater-Spectrum automatic analysis system
controlled by a stepping motor is proposed in this
paper. The stepping motor is controlled by parallel
port of
PC.The application of personal computer control
technique for automatic measurement of spectrum was introduced. By
using the interfacing technique of personal computer and
optical-electric caversion technology, the step motor,controlled by
microcomputer is used to drive monochromator and scan light in the
scope of visible light point wisely(380- 780nm)，the distribution values of luminous intensity in
correspondence with each wave-length location can be
obtained. Principle and advantage of this system are also elaborated
here.
Compared with traditional artificial measurement, it can take spectrum
analysis more precisely in a short time. so the spectrum is measured automatlcally by
computer.
Key words Spectrum Automatic
measure
Monochromator
Automatic
control
目录
{dy}章
引言 ......................................................1
1.1
背景介绍 ...............................................1
1.2
现有主流单片机 .........................................2
1.3
光栅基础 ...............................................5
1.4
单色仪原理简介 .........................................6
1.5
技术线路 ...............................................7
第二章
系统总体方案设计...........................................8
2.1
系统的功能 .............................................8
2.2
系统工作原理 ...........................................8
2.3
系统框图 ...............................................8
2.3.1
PC机
...........................................8
2.3.2
控制器 .........................................9
2.3.3
A/D采样
.......................................10
2.3.4
系统框图 ......................................11
第三章
系统硬件设计 .............................................12
3.1
采样模块的设计 ........................................12
3.1.1
采样模块的设计要求 ............................12
3.1.2
CS5534
概述及其特性 ...........................12
3.2
单片机外围电路设计 ....................................17
3.2.1
复位及掉电保护电路 ............................17
3.2.2
单片机时钟震荡电路 ............................18
3.2.3
外部EEPROM扩展电路 ...........................18
3.2.4
并行I/O口扩展 ................................19
3.2.5
单片机型号选择
................................19
3.3
单片机与PC机的通讯接口 ...............................20
3.3.1
串行通信接口概述
..............................20
3.3.2
串行接口电路
..................................21
3.3.3
MAX232芯片介绍
................................22
3.4
电机驱动模块电路
......................................23
第四章
系统软件设计 .............................................24
4.1 PC机软件设计
............................................24
4.1.1
编程工具简介 ......................................24
4.1.2
用户界面总体框图 ..................................25
4.1.3
采样结果的文档显示部分流程图 ......................26
4.1.4
测试模块程序流程图 ................................27
4.1.5
文件操作模块流程图 ................................30
4.2
单片机软件设计 ...........................................32
4.2.1
编程语言简介 ......................................32
4.2.2
单片机程序总体结构流程 ............................33
4.2.3
电机驱动模块流程 ..................................34
4.2.4
数据采样模块流程 ..................................35
第五章
总结 ......................................................38
第六章
经济分析报告 ..............................................39
致谢 ...............................................................40
参考文献 ...........................................................41
附录1单片机外围电路原理图
附录2采样模块原理图
{dy}章
引言
1.1 背景介绍
单色仪的构思萌芽可以追述到1666年，牛顿在研究三棱镜时发现将太阳光通过三棱镜太阳光分解为七色光。1814年夫琅和费设计了包括狭缝、棱镜和视窗的光学系统并发现了太阳光谱中的吸收谱线（夫琅和费谱线）。1860年克希霍夫和本生为研究金属光谱设计成较完善的现代光谱仪—光谱学诞生。
光谱分析方法作为一种重要的分析手段，在科研、生产、质控等方面都发挥着极大的作用。由于现代单色仪可具有很宽的光谱范围（UV-IR），高光谱分辨率（0.001nm），自动波长扫描，完整电脑控制功能，极易和其它周边设备配合为高性能自动测试系统，使用电脑自动扫描多光栅光谱仪已成为光谱研究的{sx}。在光谱学应用中，获得单波长辐射是不可缺少的手段。除了用单色光源（如光谱灯、激光器、发光二极管）、颜色玻璃和干涉滤光片外，大都使用扫描选择波长的单色仪。尤其是当前更多地应用扫描光栅单色仪，在连续的宽波长范围（白光）选出窄光谱（单色或单波长）辐射。
当一束复合光线进入光谱仪的入射狭缝，首先由光学准直镜准直成平行光，再通过衍射光栅色散为分开的波长（颜色）。利用不同波长离开光栅的角度不同，由聚焦反射镜再成像于出射狭缝。通过电脑控制可xx地改变出射波长。
本系统是基于单片机而实现的。自单片机出现至今，已被广泛应用于各行各业，很多电子产品都是用单片机作为其核心处理器。小到一般的数字仪表，很多都是用它来处理数据，并显示；大的如汽车，火车等工具上都有单片机在扮演不同的角色。在我们日常生活中也能到处发现它的存在，如洗衣机，空调，冰箱等家用电器都是用它作处理器的。单片机技术已经走了20年左右的发展路程，从其发展过程可以看出，单片机技术的发展以微处理器技术及超大规模集成电路技术的发展为先导，以广泛的应用领域拉动，表现出微处理器更具个性的的发展趋势。
