基于LabWindows/CVI的光谱分析系统的设计与实现

　　3．4接口卡的软件设计

　　硬件接口卡程序采用AT89C51汇编语言编写，完成步进电机的控制，数据的采集，与PC机的通信以及显示键盘等功能。其主程序流程图如下图四所示：

　　定时器0中断服务程序用于产生方波驱动信号，用于驱动步进电机。它工作在模式1，其中，TH0、TL0由PC机所设置的转率确定。采样/发送标志位07H由PC机或键盘命令设置，若（07H）=1，则设置标志位（00H）=1，以便启动采样子程序与数据发送子程序，反之，则使（00H）=0停止采样子程序与数据发送子程序。结束标志位08H，当（08H）=1时，结束采样，反之，继续采样过程。在每次采集数据前应加入适当的延迟，以便使步进电机稳定后再读数。

　　AD转换器MAX180的BUSY端子接在AT89C51的INT0上，INT0设置为边沿触发方式IT0=1，当BUSY信号从有效状态变为无效状态时，单片机进入其外部中断服务程序SAMINT0完成一次数据采集。在调试时为保证软件的功能执行一次，平面光栅单色仪的指示波长转一个单位，可通过微调定时中断初始值达到以上目的。

　　AT89C51通过串口中断服务程序MCRXPCINT接收上位PC机数据/命令。

　　部分汇编程序如下：
　　ORG 0000H
　　LJMP MAINPROC
　　ORG 000BH ；定时器0中断入口地址。
　　LJMP TIMER0INT
　　ORG 0013H ；A/D转换MAX180完成一次数据采集外部中断1入口地址。
　　LJMP SAMINT0
　　ORG 0023H
　　LJMP MCRXPCINT ；AT89C51接收上位PC机数据/命令串口中断入口地址。
　　ORG 0050H
　　MAINPROC：
MOV SP，60H
LCALL LCMINIATE ；初始化液晶显示模块。
　　．．．　．．．
　　MAINLOOP： ；主循环。
JNB 00H，SAMPNO　；是否开始采集发送数据？00H位为标志位。为1启动
CLR 00H
LCALL MCTXPC ；AT89C51发送数据（30H~37H）单元到PC机。发送中关闭串口中断
LCALL SAMPLE ；开始采集数据。
　　SAMPNO：
LCALL READKE&PC 　；查询键盘及PC机命令。（01H）、（00H）
LJMP MAINLOOP
　　．．．　．．．

　　4 数据分析系统的设计

　　目前，应用程序的开发软件非常多，如VC、VB等，但开发周期都比较长、难度也比较高；而美国NI公司推出的虚拟仪器编程语言LabWindows/CVI，利用其丰富的按钮、图形等用户界面库函数，大大缩短了软件的开发周期，并能满足开发中的实际需要。

　　在设计过程中，根据实际要求，我们把系统分为：参数设置及动态采集，数据分析处理，数据管理等三大模块。

　　在"参数设置及动态采集"模块中，为了提高该系统的适应性，考虑串口通信速率可调，以适应多种采样速率的要求。因此，系统应用时，应首先设定串口参数，然后才能进行采样、定位等操作。所以，系统分析界面上"采样启动/停止"、"参数定位"等功能按钮首先是灰色的（处于无效状态），只有串口参数设定之后，才变为有效状态。在测试开始之前，还必须对系统进行校正，即根据平面光栅单色仪指针当前位置所指示的波长，设置系统界面上步进电机的当前位置值，使两者完全一致。然后点击"参数定位"按钮，设置测试扫描的起始波长和终止波长，这时步进电机会自动定位到要求扫描的起始位置。接着点击"采样启动/停止"按钮，系统开始采样，并记录采样所得数据。当采样达到预设的终止波长时，系统会自动停止采样。

　　在"数据分析处理"模块中，我们首先将采集到的数据通过50阶的FIR工频陷波器，以消除工频干扰。对滤波后的数据进行求极值处理，从而得到波形的带宽、有无多峰等特征。添加光标控件后，可动态获取当前的波长和相对强度值。

　　在"数据管理"模块中，我们把不同二极管在不同电流作用下的特征数据进行保存，在需要具体分析时，可进行数据重现，并能够根据参数要求，在一批测试数据中进行自动匹配筛选。从而，在安装二极管泵浦头时，极大地提高了装配效率。

LabWindows/CVI编程语言提供了丰富的库函数，可以很容易的实现以上三大模块的功能。可利用RS-232库函数ComWrtByte（）串口发字节命令、ComReadByte（）串口接收字节命令、CloseCom（）关闭串口命令、OpenComConfig（）打开串口命令等实现与AT89C51的数据/命令收发功能。用定时器控件Timers的 SuspendTimerCallbacks ()、ResumeTimerCallbacks ()函数，在回调函数中实现动态绘制数据，自动定位等功能。

　　5 系统应用实例

　　把该系统应用于大功率激光器的装配中，结果令人非常满意。图五为实际测试德国生产的808连续二极管条在30A与45A电流作用下的光谱特性曲线。从分析系统界面上可以直接读出，30A时该二极管条的中心频率为806.10nM，45A时为808.20nM；带宽由0.7nM变到1.0nM；同样，可对若干二极管条进行这样的测试，提取它们的特征值；最后，可根据参数设置，在这些二极管中进行自动匹配筛选。

　　6 结束语

　　该测试分析系统，实现了对WDP500-2A平面光栅单色仪测试系统的改进，实现了对基于MS-DOS的平面光栅单色仪数据分析系统的优化。它采用RS232串口通信的硬件接口卡，使用方便；采用LabWindows/CVI语言开发分析系统，快捷实用。其分析界面简洁友好，功能完善，实现了平面光栅单色仪的自动定位、扫描、数据分析、数据处理等功能。在大功率激光器的装配中，该测试分析系统的应用，不仅提高了装配的效率，也提高了装配的质量。同时，该测试分析系统也可广泛的应用于其它光学器件的光谱分析，及光通信的研究中。

　　参考文献

　　[1] 缪家鼎等，光电技术，94年，浙江大学出版社
　　[2] 李朝青，PC机及单片机数据通信技术，99年，北航社
　　[3] 姚天任等，现代数字信号处理，华中理工大学出版社，2000年
　　[4] WDP500-2A平面光栅单色仪使用说明
　　[5] NI公司LabWindows/CVI用户手册

　　作者简介：龙兴明，男， 1976年8月生，汉，硕士研究生，主要从事信息光学及计算机应用等研究。
　　电话：023-65331121，E-mail：lennydragon@yahoo.com
　　(400047重庆师范学院物理系) 龙兴明，戴特力
　　(400044重庆大学电气工程) 周 静
　　作者通讯地址：400047 重庆师范学院物理系 龙兴明