基于ATmega16的数字光功率计系统实现方案

前端采集的数据通过16位精度的A/D转换器AD7705将模拟信号转换成数字信号。粗测数据的信号反馈，可使单片机的PB4和PB3管脚控制CD4051选择4个不同的通道，对应不同方法的倍数，以重新选择合适的量程，输出合适的电压信号进行A/D转换。

3 数据采集

数据采集采用16 b A/D转换器件AD7705完成(见图3)。AD7705是AD公司推出的低功耗16位模/数转换器，适用于测量低频模拟信号。它的特点是功耗低，精度高，动态范围广，可自校准，非常适用于工业控制、科研应用。由于使用SPI接口，占用的引脚少，因此控制起来也很方便。AD7705采集到的电压信号通过SPI接口和ATmega16进行通讯以传输数据。ATmega16作为主机对AD7705进行控制，使用的I/O口资源分别为MOSI，MOSI，SCK，SS和AD7705通信。模拟电压转换成数字信号，经ATm-ega16处理后换算成光功率数据，在1602液晶屏幕上显示出来。

4 软件结构

ATmega16对整个系统进行控制。通过PB4，PB3状态控制CD4051的通道选择;通过SPI口操作AD7705并获得数据;通过写命令和写数据控制1602液晶的显示。整个系统的软件流程如图4所示。

该系统的量程设置有4档，相邻的最大电压值是2倍关系。首先设置最大量程档，也就是先选择第一大档进行数据采样，如果当采样值小于128时，就选择第四档进一步进行放大、转换;当采样值大于128而小于256，就选择第三档进行放大、转换;当采样值大于256而小于512时，就选择第二档进行放大、转换;当采样值大于512而小于与1 024时，就选择第一档进行放大，转换。

5 数据分析

通过实验室标准光功率计对该光功率计进行了校准，为了减小误差，修正系统的线性度，在数据处理上采用了分段函数法。主要分为3段，在不同的阶段采用不同的修正系数。表1是系统数据对照表。表中的标指标准光功率计，测指测试光功率计，单位为mW。由数据可看出，误差较小，可满足实验室的一般实验需求。

6 结语

提出了一种基于ATmega16的数字光功率计系统实现方案，采用的模/数转换元件是AD公司的AD7705模数转换器。文中详细介绍了自动量程转换和数据采集系统的功能及具体实现。该光功率计已经用于本专业的光电实验教学，作为辅助测量仪器，效果良好。